乾县二中高二五科竞赛辅导之电化学基础

乾县二中高二五科竞赛辅导之电化学基础

乾县二中李强

（基础知识积累篇）

基础知识扫描：

一、原电池正负极的确定及电极反应式的写法

1．确定正负极应遵循：

（1）一般是较活泼的金属充当负极，较不活泼的金属或非金属或金属氧化物作正极。

（2）根据电子流向或电流方向确定：电子流出的一极或电流流入的一极为负极；

（3）根据内电路中自由离子的移动方向确定：在内电路中阴离子移向的电极为负极，阳离子移向的电极为正极。

（4）根据原电池反应式确定: 失电子发生氧化反应（还原剂中元素化合价升高）的一极为负极。此外还可以借助氧化反应过程发生的一些特殊现象（如电极溶解、减重，电极周边溶液或指示剂的变化等）来判断。（负氧正还）

2．书写电极反应式应注意：（负氧正还）

第一、负极失去电子发生氧化反应；正极上，①电解质溶液中的阳离子（或氧化性强的离子）得到电子；②溶解在溶液中的O2得电子，发生还原反应，例如钢铁的吸氧腐蚀。

第二、两个电极得失电子总数守恒。

第三、注意电极产物是否与电解质溶液反应，若反应，一般要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并写。

第四、书写燃料电池电极反应式必须遵循的原则：

（1）电池的负极一定是可燃性气体（如H2、CO、CH4）在失电子时，发生氧化反应，电池的正极一定是助燃性气体（如O2），在得电子时，发生还原反应。

（2）电极材料一般不发生化学反应，只起传导电子的作用。

（3）电极反应式作为一种特殊的电子反应方程式，也必须遵循原子守恒、电荷守恒的规律。

（4）写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，其中的离子要和电极反应式中出现的离子相对应。

例如：宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，电解质溶液是KOH，其中H2为负极，O2为正极，电极反应式为：正极O2+2H2O+4e—=4OH—负极2H2+4OH——4e—=4H2O

二、电解池阴、阳极的判断（阳氧阴还）

根据电极与电源两极相连的顺序判断

阴极：与直流电源的负极相连接的电解池中的电极。其反应时, 溶液中氧化能力强的阳离子首先在阴极上得到电子, 发生还原反应。

阳极：与直流电源的正极直接连接的电极。

①若是惰性电极（Pt、Au、C、Ti），在该极上，溶液中还原性强的阴离子首先失去电子被氧化；

②若是活性电极，电极材料参与反应，自身失去电子被氧化而溶入溶液中。

三、电解时电极产物的判断（阳氧阴还）

1．阳极产物判断首先看电极，如果是活性电极（金属活动顺序表Ag以前），则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极（Pt、Au、石墨），则要再看溶液中的离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序判断。阴离子放电顺序：S2—>I—>Br—>Cl—>OH—>含氧酸根>F—

2．阴极产物的判断直接根据阳离子得电子能力进行判断，阳离子放电顺序：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>（Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+这些离子在水溶液中不放电）3．镀锌。电镀条件，由于阳极不断溶解，电镀液中阳离子保持较高的浓度，故在此条件下Zn2+先于H+放

电。

四、原电池、电解池、电镀池之比较

五、用惰性电极电解电解质溶液时的总结

六、金属的腐蚀和防护

金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。其本质是金属原子失去电子

被氧化的过程。

⑴化学腐蚀与电化腐蚀

⑵析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）

⑶金属防护的几种重要方法

①改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。

②在金属表面覆盖保护保护层，使金属和周围物质隔离开来。

③电化学保护法：利用电化学反应使金属钝化而受到保护，或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。

（4）金属腐蚀速率大小

电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极＞电解池阴极

七、原电池、电解池、电镀池和精炼池的判断方法

（1）根据题目中出现的图像判断自发/非自发

（2）根据题目中所描述的电极判断：

正极/负极——原电池阴极/阳极——电解池

（3）根据题目中的化学反应判断：

放电过程——原电池反应充电过程——电解池反应

（4）根据应用：

原电池的应用——金属的腐蚀电解池的应用——电镀、精炼、电冶金

【说明】：多池组合时, 一般是含有活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下工作的电解池；若最活泼的电极相同时，则两极间活泼性差别较大的是原电池，其余为电解池。

八、电解后pH变化判断

结合实际放电离子，通过判断H+、OH-、H2O实际变化量来判断溶液pH变化

九、常见化学电源电极反应式的书写汇总

1、银-锌电池：(电解质溶液：KOH溶液)

2、Ni-Cd电池：(电解质溶液：KOH溶液)

总反应：Cd +2 NiO(OH) + 2H2O=Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2

正极：2 NiO(OH) + 2H2O+2e-→2Ni(OH)2+2OH-负极：Cd +2OH-→Cd(OH)2 + 2e-

3、铅蓄电池：(电解质溶液：硫酸)

总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4=2PbSO4 + 2H2O

正极：PbO2 + 4H++SO42-+2e-→PbSO4 + 2H2O负极：Pb + SO42-→PbSO4 +2e-

4、锌锰干电池

(1)酸性(电解质:NH Cl等)［注：总反应式存在争议］

(2碱性(电解质KOH)

总反应：Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)

正极：2MnO2+H2O+2e-==2MnO(OH)+2OH-负极：Zn+2OH--==Zn(OH)2+2e-

5、氢-氧燃料电池：

6．锂电池：(正极材料为LiMnO2)

总反应：Li + MnO2=LiMnO2

正极：Li++e-+MnO2→LiMnO2负极：Li→Li++e-

7、甲烷电池：(电解质溶液：KOH溶液)

总反应：CH4 +2 KOH + 2O2=K2CO3 + 3H2O

正极：2O2+8e-+ 4H2O=8OH-负极：CH4 +10OH-→CO32- +8e-+7H2O

8、乙烷电池：(电解质溶液：KOH溶液)

总反应：2C2H6 + 8KOH +7O2=4K2CO3 + 10H2O

正极：7O2+28e-+ 14H2O→28OH-负极：2C2H6 +36OH-→4CO32-+28e-+24H2O

9、甲醇燃料电池（40%KOH溶液）

总反应式：2CH3OH+3O2+4KOH→2K2CO3+6H2O

正极：3O2+12e-+ 6H2O→12OH-负极：2CH3OH+16OH-→2CO32-+12e-+12H2O

10、Fe-Ni电池(爱迪生电池)：(电解质溶液：KOH溶液)

总反应：Fe + NiO2 + 2H2O=Fe(OH)2 + Ni(OH)2

正极：NiO2 + 2H2O+2e-→Ni(OH)2+2OH-负极：Fe+2OH-→Fe(OH)2+2e-

11、铝-空气海水电池：(电解质溶液：海水)

总反应：4Al + 6H2O + 3O2=4Al(OH)3

正极：3O2+12e-+ 6H2O→12OH-负极：4Al→4Al3++12e-[注：海水基本呈中性]

12、熔融盐电池：(电解质：熔融Li2CO3、Na2CO3)

总反应：2CO + O2=2CO2正极：O2+2CO2→4e-+2CO32- 负极：2CO+CO32-→2CO2+4e-

高二五科竞赛辅导之电化学基础

乾县二中李强

典型例题巩固篇

典型例题热身（看解析仔细揣摩，只讲看不懂的例题）

1．确定金属活动性顺序例1．（1993年上海高考化学题）有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为（）

A．D＞C＞A＞B B．D＞A＞B＞C C．D＞B＞A＞C D．B＞A＞D＞C

解析：根据原电池原理，较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，B不易被腐蚀，说明B为正极，金属活动性A＞B。另可比较出金属活动性D＞A，B＞C。故答案为B项。

2．比较反应速率例2．（2000年北京春季高考化学题）100mL浓度为2 mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（）

A．加入适量的6mol·L-1的盐酸B．加入数滴氯化铜溶液

C．加入适量蒸馏水D．加入适量的氯化钠溶液

解析：向溶液中再加入盐酸，H+的物质的量增加，生成H2的总量也增加，A错。加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上，形成了原电池反应，反应速率加快，又锌是过量的，生成H2的总量决定于盐酸的量，故B正确。向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H+浓度的下降，反应速率变慢，故C、D 都不正确。本题答案为B项。

3．书写电极反应式、总反应式例3．（2000年全国高考理综题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

阳极反应式：2CO+2CO32--4e-== 4CO2

阴极反应式：_________________，电池总反应式：_______________。

解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O2==2CO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O2+2CO2+4e-== 2CO32-。

4．分析电极反应例4．（1999年全国高考化学题）氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：

(1/2)H2+NiO(OH）Ni(OH)2根据此反应式判断下列叙述中正确的是（）

A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大B．电池放电时，镍元素被氧化

C．电池充电时，氢元素被还原D．电池放电时，H2是负极

解析：电池的充、放电互为相反的过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。根据氢镍电池放电时的总反应式可知，电解质溶液只能是强碱性溶液，不能是强酸性溶液，因为在强酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)2都会溶解。这样可写出负极反应式：H2+2OH--2e- == 2H2O，H2为负极，附近的pH应下降。放电时镍元素由+3价变为+2价，被还原，充电时氢元素由+1价变为0价，被还原。故答案为C、D项。

例5．（2000年全国高考理综题）钢铁发生电化学腐蚀时,负极发生的反应（）

A．2H++2e-==H2B．2H2O+O2+4e-== 4OH-

C．Fe-2e-==Fe2+D．4OH-+4e-==2H2O+O2

解析：钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O2或CO2等气体的水膜。当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-==Fe2+，正极反应为：2H2O+O2+4e-== 4OH-；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为：Fe-2e-==Fe2+，正极反应为：2H++2e-==H2。钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。故答案为C项。

5．判断原电池的电极例6．（2001年广东高考化学题）镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛

应用，它的充放电反应按下式进行：由此可知，该电池放电时的负极材料是（）

A．Cd(OH)2B．Ni(OH)2C．Cd D．NiO(OH)

解析：此电池放电时为原电池反应，所列反应由右向左进行，Cd元素由0价变为+2价，失去电子，被氧化，故Cd是电池的负极反应材料。本题答案为C项。

例7．（2001年上海高考化学题）铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（）

A．阴极B．正极C．阳极D．负极

解析：铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成了原电池，由于金属活动性Zn＞Cu，故Zn为负极。答案为D项。

6．原电池原理的综合应用

例8．（2004年天津高考理综题）右图为氢氧燃料电池

原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是( )

A．a电极是负极

B．B．b电极的电极反应为：4OH--4e-== 2H2O+O2↑

C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

解析：分析氢氧燃料电池原理示意图，可知a极为负极，其电极反应为：2H2-4e-==4H+，b极为正极，其电极反应为：O2+2H2O+4e-==4OH-，电池总反应式为：2H2+O2==2H2O。H2为还原剂，O2为氧化剂，H2、O2不需全部储藏在电池内。故答案为B项。

例9．（2004年江苏高考化学题）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：

Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l) ==Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是（）

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- == Mn2O3(s)+2OH-(aq)

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

解析：该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应式可写出负极反应式：Zn(s)+2OH-(aq)-2e- == Zn(OH)2(s)，用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- == Mn2O3(s)+2OH-(aq)。Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1molZn失去2mol电子，外电路中每通过O.2mol电子，Zn 的质量理论上减小6.5g。故答案为C项。

高考真题演练（不得不讲！）

乾县二中 李 强

1、（2015 天津）．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 42－

)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

2、（2015 四川）用右图所示装置除去含CN －、Cl －废水中的CN －

时，控制溶液PH 为9~10，

阳极产生的ClO －将CN －

氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确．．．

的是 A ．用石墨作阳极，铁作阴极

B ．阳极的电极反应式为：Cl － + 2OH －－2e －= ClO －

+ H 2O

C ．阴极的电极反应式为：2H 2O + 2e － = H 2↑ + 2OH －

D ．除去CN －的反应：2CN －+ 5ClO － + 2H + = N 2↑ + 2CO 2↑ + 5Cl －

+ H 2O

D ．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1 3．（2015新课标1高考）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，

其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是（ ） A ．正极反应中有CO 2生成

B ．微生物促进了反应中电子的转移

C ．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D ．电池总反应为C 6H 12O 6+6O 2=6CO 2+6H 2O 4、(2016 全国卷)三室式电渗析法处理含Na 2SO 4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab 、cd 均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na +和

24SO 可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是 A ．通电后中间隔室的SO

4

2-_x001F_

离子向正极迁移，正极区溶液pH 增大

B ．该法在处理含Na 2SO 4废水时可以得到NaOH 和H 2SO 4产品

C ．负极反应为2H 2O －4e –＝O 2+4H +，负极区溶液pH 降低

D ．当电路中通过1mol 电子的电量时，会有0.5mol 的O 2生成

5、（2015新课标）（14分）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，

其周围是有碳粉，二氧化锰，氯化锌和氯化铵等组成的填充物，该电池在放电过程产生MnOOH ，回收处理该废电池可以得到多种化工原料，有关数据下图所示： 溶解度/(g/100g 水)

回答下列问题：

（1）该电池的正极反应式为，

电池反应的离子方程式为：

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论消耗Zng。（已知F=96500C/mol）

（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵，两者可以通过____分离回收，滤渣的主要成分是二氧化锰、______和，欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是，其原理是。

（4）用废电池的锌皮制作七水合硫酸锌，需去除少量杂质铁，其方法是：加入新硫酸和双氧水，溶解，铁变为加碱调节PH为，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）。继续加碱调节PH为，锌开始沉淀（假定Zn2＋浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加双氧水的后果是，原因是。

6、(2014.全国卷27)．（15分）次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。回答下列问题：

（1）H3PO2是一元中强酸，写出其电离方程式_______________________。

（2）H3PO2和NaH2PO2均可将溶液中的Ag+还原为Ag，从而可用于化学镀银。

①H3PO2中，P元素的化合价为__________。

②利用H3PO2进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4:1，则氧

化产物为___________（填化学式）。

③NaH2PO2为___________（填―正盐‖或―酸式盐‖），其溶液显_______（填―弱酸性‖、―中性‖或―弱碱性‖）。

（3）H3PO2的工业制法是：将白磷（P4）与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2，后者再与H2SO4反应，写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式_____

______________________________________。

（4）H3PO2也可用电渗析法制备。―四室电渗析法‖工作原理如图所示（阳膜和阴膜分

别只允许阳离子、阴离子通过）：

①写出阳极的电极反应____________________________________。

②分析产品室可得到H3PO2的原因___________________________________。

③早期采用―三室电渗析法‖制备H3PO2：

将―四室电渗析法‖中阳极室的稀硫酸用

H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室

之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有杂质，该杂质产生的原因是。