(通用版)201X-201x版高中化学 第四章 电化学基础 微型专题四 电化学基础学案 新人教版选修
微型专题四电化学基础
[学习目标定位] 1.会判断原电池的正、负极。2.会正确书写原电池的电极反应式。3.会正确区分判断原电池和电解池。4.熟知电解的规律及其应用。
一、原电池原理及其应用
1.原电池的构成及正、负极判断
例1将镁条和铝条平行插入一定浓度的氢氧化钠溶液中，用导线连接形成原电池。下列有关该装置的叙述正确的是( )
A.因镁比铝活泼，故镁是原电池的负极，铝为正极
B.铝条表面虽有氧化膜，但可不必处理
C.该电池的内、外电路中，电流均由电子定向移动形成
D.铝是电池的负极，工作时溶液中会立即有白色沉淀生成
答案 B
解析判断原电池的正、负极时只考虑两极的活泼性，没有注意电极能否与电解质溶液反应，易错选A。A项，因Al易与NaOH溶液反应，Al失电子，铝为负极；B项，Al2O3能与NaOH溶液反应，故不必处理；C项，内电路靠阴、阳离子的定向移动形成电流；D项，电池刚开始工作时NaOH过量，故Al反应后在溶液中是以AlO－2形式存在的，而无沉淀。
【易错辨析】判断原电池的正、负极，不能单纯看金属的活泼性，还要考虑电解质溶液的性质，同样的电极在不同的电解质溶液中显现出不同的性质。如本题的镁、铝电极，在酸性溶液中，镁是负极，而在氢氧化钠溶液中，铝是负极，镁是正极；又如铁、铜电极在盐酸中，铁是负极，铜是正极，而在浓硝酸中，铁是正极，铜是负极。
考点原电池的工作原理
题点原电池正极和负极判断
2.正确书写或判断电极反应式
例2燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置。下面关于甲烷燃料电池(KOH溶液为电解质溶液)的说法正确的是( )
A.负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B.负极的电极反应式为CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C.随着放电的进行，溶液的pH值不变
D.放电时溶液中的OH－向负极移动
答案 D
解析由于正、负极不分，易错选A；不考虑介质的碱性条件，误认为甲烷在负极反应生成CO2，易错选B。燃料在负极上失电子发生氧化反应，甲烷燃烧能生成二氧化碳和水，二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾，所以负极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O，A、B 项错误；该电池的总反应为CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，故随着放电的进行，溶液的碱性减弱，C项错误；放电时，OH－向负极移动，D项正确。
【易错警示】在书写原电池电极反应式或判断其正误时，一要看清正、负极，二要注意电解质溶液的性质对电极产物的影响。
考点原电池的工作原理
题点电极反应式的书写及正误判断
3.原电池原理多角度的考查
例3热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有关说法正确的是( )
A.正极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2
B.放电过程中，Li＋向负极移动
C.每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g Pb
D.常温下，在正、负极间接上电流表，指针不偏转
答案 D
解析正极发生还原反应，故为PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4，A项错误；放电过程为原电池，故阳离子向正极移动，B项错误；每转移0.1 mol电子，生成0.05 mol Pb为10.35 g，C项错误；常温下，电解质不能熔化，不能形成原电池，故指针不偏转，D项正确。
【解题指导】本题从多角度考查原电池的原理：
(1)判断电极反应类型，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；
(2)判断离子迁移方向，电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；
(3)判断电子流向，电子从负极流出经外电路流向正极；
(4)电极反应式的正误判断，要特别注意电极产物是否与电解质溶液反应。
考点原电池的相关综合
题点原电池原理的多角度考查
【相关链接】
1.图解原电池正、负极的判断方法
特别提示判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。
2.根据装置书写原电池的电极反应式
(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。
(2)负极反应式的书写
常见电池负极反应特点负极反应式书写方法
锌锰干电池(Zn|NH4Cl|C) ①负极(Zn)本身失去电子生
成阳离子(Zn2＋)
②生成的阳离子不与电解质
溶液成分反应
直接写出负极反应式：
Zn－2e－===Zn2＋
铅蓄电池①负极(Pb)本身失去电子生
成阳离子(Pb
将①和②进行叠加：
(3)正极反应式的书写
①首先判断在正极发生反应的物质：当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O 2。
②然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。 ③燃料电池的正极反应式
电解质是碱性或中性溶液：O 2＋2H 2O ＋4e －
===4OH －
， 电解质是酸性溶液：O 2＋4H ＋
＋4e －
===2H 2O 。
(4)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。 3.根据总反应式书写原电池的电极反应式
如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式即得结果。 以2H 2＋O 2===2H 2O 为例，当电解质溶液为KOH 溶液时的电极反应式的书写步骤如下： (1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H 2失掉4 mol 电子，初步确定负极反应式为2H 2－4e －
===4H ＋
。
(2)根据电解质溶液为碱性，与H ＋
不能大量共存，反应生成水，推出OH －
应写入负极反应式中，故负极反应式为2H 2＋4OH －
－4e －===4H 2O 。
(3)用总反应式2H 2＋O 2===2H 2O 减去负极反应式得正极反应式：2H 2O ＋O 2＋4e －
===4OH －
。
二、电解原理及其应用 1.电解问题的分析与判断
例4 近年来，加“碘”食盐中添加较多的是碘酸钾(KIO 3)，碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极材料，以KI 溶液为电解液，在一定条件下进行电解，反应的化学方程式为KI ＋3H 2O=====电解
KIO 3＋3H 2↑。下列有关说法不正确的是( ) A.转移3 mol 电子，理论上可制得107 g KIO 3 B.电解时，石墨作阳极，不锈钢作阴极 C.阳极的电极反应式为I －
＋3H 2O －6e －
===IO －
3＋6H
＋
D.电解过程中，电解液的pH 减小 答案 D
解析 根据电解的总反应方程式可知，转移6 mol 电子，生成1 mol 碘酸钾，则转移3 mol 电子，理论上可得到0.5 mol(即107 g)KIO 3，A 项正确；根据电解的总反应方程式可知，阳极应为惰性电极，所以电解时石墨作阳极，不锈钢作阴极，B 项正确；电解时，阳极发生氧化反应，电极反应式为I －
＋3H 2O －6e －
===IO －
3＋6H ＋
，C 项正确；根据电解的总反应方程式可知，电解过程中电解液的pH 基本不变，D 项错误。 考点 酸、碱、盐溶液的电解规律 题点 电解问题的分析与判断 规律方法 解答电解问题的五步分析法
第一步：看。先看清楚电极材料，对于惰性电极如石墨、铂等，不参与阳极的氧化反应；对于铜、银等活泼电极，阳极参与电极反应。
第二步：离。写出溶液中所有的电离方程式，包括水的电离方程式。
第三步：分。将离子分成阳离子组、阴离子组，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。 第四步：写。按发生还原反应、氧化反应的顺序写出电极反应式。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
第五步：析。根据电极反应式分析电极、电解质溶液的变化，并进行有关问题的解答。 2.阳极材料对电解结果的影响
例5 以等质量的铂棒和铜棒作电极，电解硫酸铜溶液，通电一段时间后，其中一极增加质量为a g ，此时两极的质量差为( ) ①a g ②2a g ③a
2 g ④无法判断
A.①
B.①②
C.①②③
D.④
答案 B
解析 题中只是给出“以等质量的铂棒和铜棒作电极”，应有两种可能：①如果Cu 作阴极，Pt 作阳极，本实验为电解硫酸铜溶液，Cu 棒增重，而Pt 棒的质量不变，因此二者的质量差为a g 。②如果Cu 作阳极，Cu 是活泼电极，Cu 棒本身参与反应，即Cu －2e －
===Cu 2＋
，因此Cu 极减重；Pt 作阴极，此时溶液中的Cu 2＋
被还原而使阴极增重，即Cu 2＋
＋2e －===Cu ，综合两极情况后，可得出阴极增加质量的数值应等于阳极铜棒失重的数值，因此两极质量相差2a g 。
【易错警示】(1)解决电解池的有关问题，首先要注意两电极材料是否是活泼性电极。
(2)如果阳极是活泼性电极则电极本身失电子而溶解，溶液中的阴离子不放电。
(3)如果阳极是惰性电极，则阳极不参加反应而溶液中的阴离子放电。
考点电解的相关综合
题点阳极材料对电解结果的影响
3.电解池中电极反应式的书写
例6如图所示， a、b为石墨电极，通电一段时间后，b极附近显红色。下列说法不正确的是( )
A.b电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B.a电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C.铜电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D.铁电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
答案 C
解析由题意可知，b电极为阴极， a电极为阳极，则铁为阴极，铜为阳极，铜电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
规律方法“三看”法快速书写电极反应式
(1)一看电极材料，若是(金、铂除外)作阳极，金属一定被氧化(注意：一般情况下，铁失去电子被氧化为Fe2＋)。
(2)二看电解质是否参与电极反应。对于碱性电解质，常用OH－和H2O来配平电荷与原子数；对于酸性电解质，常用H＋和H2O来配平电荷与原子数。
(3)三看电解物质状态，若是熔融金属氧化物或盐，一般就是金属冶炼。
考点电解及其装置(电解池)
题点电解池电极反应式的书写与正误判断
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1.电解池中电极反应式的书写规律
电解池中电极反应式的书写关键是掌握离子的放电顺序。
(1)阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。其规律有两个：一是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子，如Ag ＋
>Fe 3＋
>Cu 2＋
>H ＋
>Pb 2＋
>Sn 2＋
>Fe 2＋
>Zn 2＋
，要注意金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属离子在溶液中不放电。
(2)阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个：一是若阳极为非惰性电极(除铂、金之外的金属作电极)，电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电极(铂、金或非金属作电极)，电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S 2－
>I －
>Br －
>Cl －
>OH －
>含氧酸根。
(3)特别注意：书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解氢氧化钠溶液，阳极发生氧化反应，电极反应式为4OH －
－4e －
===2H 2O ＋O 2↑；阴极发生还原反应，电极反应式为2H ＋
＋2e －
===H 2↑，总反应式表示为2H 2O=====电解
2H 2↑＋O 2↑。 2.从电解的实质理解电解质溶液的复原
(1)电解质电解后加入合适的物质可以恢复到电解前的状态，加入什么物质要根据电解的情况具体判断，关键要搞清楚电解的实质。
(2)判断电解后要使电解质溶液恢复到电解前的状况，一般根据“出来什么、加入什么”的原则可以准确求解。
(3)特别注意“盐酸”的处理。因为“盐酸”是HCl 的水溶液，所以加入盐酸相当于加入了HCl 和水。
三、原电池与电解池的综合 1.串联装置中原电池和电解池的判断
例7 关于如图所示的装置的说法正确的是( )
A.A 池、C 池是原电池，B 池是电解池
B.A 池、B 池、C 池都是原电池
C.A池、B池是原电池，C池是电解池
D.A池是原电池，B池是电解池，C池是电镀池
答案 D
解析由图可知，A池中Zn为负极，Cu为正极；B池中C1为阳极，C2为阴极；C池中Ag为阳极，Cu为阴极，即在Cu上镀银。故整个装置是用一个原电池串联一个电解池和一个电镀池。
【易错辨析】(1)不同电极的多池串联装置中，只有一个池是原电池，其余的池为电解池或电镀池。
(2)相对独立的多池装置中，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。
考点原电池与电解池的综合
题点原电池和电解池串联装置的分析与判断
2.一池二用(电键K控制)
例8利用下图装置进行实验，甲、乙两池均为1 mol·L－1的硝酸银溶液，A、B均为银电极。实验开始先闭合K1，断开K2。一段时间后，断开K1，闭合K2，电流表指针偏转(银离子浓度越大氧化性越强)。下列说法不正确的是( )
A.闭合K1，断开K2后，A电极增重
B.闭合K1，断开K2后，乙池溶液浓度增大
C.断开K1，闭合K2后，A电极发生氧化反应
D.断开K1，闭合K2后，NO－3向B电极移动
答案 D
解析闭合K1，断开K2后，该装置为电解池，A电极为阴极：Ag＋＋e－===Ag，B电极为阳极：Ag－e－===Ag＋，A电极增重；溶液中NO－3向阳极区(乙池)移动，硝酸银浓度增大。断开K1，闭合K2后，电流表指针偏转，说明形成了原电池，乙池中银离子浓度较大，银离子得电子发生还原反应，B电极为正极，则A电极为负极，发生氧化反应。
考点电解及其装置(电解池)
题点电解池的构成与识别(一池二用)
3.新型二次电池的分析
例9用吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池原理如图所示，下列说法正确的是( )
A.充电时，阴极的电极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O
B.放电时，负极的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O
C.放电时，OH－移向镍电极
D.充电时，将电池的碳电极与外电源的正极相连
答案 B
解析放电时相当于原电池，负极失去电子，氢气在负极放电，B项正确；放电时OH－等阴离子向负极移动，结合图示电子流向可确定碳电极为负极，即OH－向碳电极移动，C项错误；充电时相当于电解池，阴极发生还原反应，A项错误；充电时电池的碳电极与外电源的负极相连，D项错误。
规律方法新型电池“放电”“充电”时电极反应式的正误判断
(1)新型电池放电
①若给出新型电池的装置图：先找出电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂；再结合电解质确定出还原产物和氧化产物；最后判断相应的电极反应式的正误。
②若给出新型电池的总反应式：分析总反应式中各元素化合价的变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，还原剂及其对应的氧化产物，最后考虑电解质是否参加反应，判断电极反应式的正误。
(2)新型电池充电
①充电时阴极的电极反应式是该电池放电时的负极反应式的“逆反应”。
②充电时阳极的电极反应式是该电池放电时的正极反应式的“逆反应”。
考点原电池与电解池的综合
题点新型二次电池的分析
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1.原电池和电解池的比较
装置类别原电池电解池
原理使氧化还原反应中电子的
转移做定向移动，从而形成
电流
使电流通过电解质溶液或熔
融电解质而在阴、阳两极引
起氧化还原反应的过程
装置特点将化学能转变成电能将电能转变成化学能实例
电极名称负极正极阴极阳极反应类型氧化反应还原反应还原反应氧化反应
反应特征自发的氧化还原反应(主
动)
借助电流(被动)
电极判断由电极本身决定
正极：流入电子
负极：流出电子
由外电源决定
阳极：连电源正极
阴极：连电源负极
电子流向负极→外电路→正极电解池阳极→电源正极→电源负极→电解池阴极
离子移动阳离子向正极移动
阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动
阴离子向阳极移动
2.多池串联装置中电池类型的判断
(1)直接判断
非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中存在时，则其他装置为电解池。如下图，A为原电池，B为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种不同的金属电极或一个为金属电极，另一个以碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如下图中，B 为原电池，A为电解池。
(3)根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型，如图。
若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。
3.多池串联装置中的数据处理
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：①串联电路中各支路电流相等；②并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。
上图中，装置甲是原电池，装置乙是电解池，若电路中有0.2 mol电子转移，则Zn溶解6.5 g，Cu电极上析出H2 2.24 L(标准状况)，Pt电极上析出Cl2 0.1 mol，C电极上析出Cu 6.4 g。甲池中H＋被还原，产生H2，负极Zn被氧化生成ZnSO4，pH变大；乙池中是电解CuCl2溶液，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。
[对点训练]
题组一原电池原理及其应用
1.将铝片和铜片用导线连接，一组插入浓硝酸中，一组插入稀氢氧化钠溶液中，分别形成原电池，在这两个原电池中，负极分别为 ( )
A.铝片、铜片
B.铜片、铝片
C.铝片、铝片
D.铜片、铜片
答案 B
解析将Al片和Cu片用导线连接和浓硝酸组成的原电池中，Al遇浓硝酸发生钝化，而Cu 可以和浓硝酸反应失去电子，即在浓硝酸中Cu活泼，所以负极应是Cu；而将Al片和Cu片用导线连接和稀氢氧化钠溶液组成的原电池中，Al与氢氧化钠溶液反应，而Cu不反应，所以Al是负极。
考点原电池的工作原理
题点原电池正极和负极判断
2.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为甲烷，然后将甲烷通入以KOH为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为( )
A.CH4－8e－＋8OH－===CO2＋6H2O
B.O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C.CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O
D.O 2＋2H 2O ＋4e －
===4OH －
答案 C
解析 甲烷燃料电池的总反应：CH 4＋2O 2＋2KOH===K 2CO 3＋3H 2O ，根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出负极通入甲烷，正极通入氧气，故B 、D 错。然后根据甲烷中碳元素
的化合价变化，C －4
H 4―→C ＋4
O 2－
3，写出1 mol 甲烷转移的电子数，最后根据电荷守恒、原子守恒，配平即可得负极反应：CH 4＋10OH －
－8e －
===CO 2－
3＋7H 2O ，故A 错，所以正确答案为C 。 考点 原电池的工作原理
题点 电极反应式的书写及正误判断
3.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后，甲池的c (SO 2－
4)减小 C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 答案 C
解析 A 项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu 2＋
得电子发生还原反应生成Cu ，错误；B 项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c (SO 2－
4)不变，错误；C 项，在乙池中Cu 2＋
＋2e －
===Cu ，同时甲池中的Zn 2＋
通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M (Zn 2＋
)>M (Cu 2＋
)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D 项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn 2＋
通过阳离子交换膜移向正极，保持溶液中电荷平衡，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。 考点 原电池的相关综合 题点 原电池原理的多角度考查 4.已知：2Fe 3＋
＋SO 2－
3＋H 2O
2Fe 2＋＋SO 2－4＋2H ＋
。如图所示是一套电化学实验装置，U 为盐
桥，A 是灵敏电流表，其指针总是偏向电源负极。以下关于该装置的说法错误的是( )
A.A的指针向右偏转
B.U中阳离子向左烧杯移动
C.一段时间后，化学反应达到平衡状态，导线中无电流通过
D.一段时间后，右烧杯中溶液pH增大
答案 D
解析SO2－3被氧化，应为原电池负极反应，A是灵敏电流表，其指针总是偏向电源负极，则A 的指针向右偏转；Pt(左)电极为正极，原电池工作时，阳离子向正极移动；反应为可逆反应，正、逆反应进行的程度相同，反应达到平衡状态，导线中无电流通过；Pt(右)为负极，电极方程式为SO2－3－2e－＋H2O===SO2－4＋2H＋，则pH减小。
题组二电解原理及其应用
5.如图所示，用铂电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L－1盐酸、硫酸铜的混合溶液。下列说法正确的是( )
A.电解开始时阴极有H2放出
B.电解开始时阳极上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu
C.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化
D.整个电解过程中，SO2－4不参与电极反应
答案 D
解析依据放电顺序阴极先放电的是Cu2＋，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl－，故阳极开始产生的是Cl2，故A、B错；阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，n(Cu2＋)＝0.1 mol，当电路中通过电子的量达到0.2 mol时，此时Cu2＋消耗完毕，阴极放电离子变为H＋，所以C错；阳极先是Cl－放电，当Cl－消耗完毕，此时H2O电离产生的OH－开始在阳极放电，SO