高考化学二轮复习A版寒假作业 衔接作业三 电化学基础.docx
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高考化学二轮复习A版寒假作业衔接作业三电化学基础
衔接作业(三) 电化学基础
[忆一忆·主干知识]
1.原电池的工作原理
(1)构成原电池的前提条件:
自发的氧化还原反应。
(2)原电池中电流方向与电解质溶液中阳离子移动方向相同;电子移动方向与电解质溶液中阴离子移动方向相同。
电子
由负极通过导线移向正极
电流
由正极到负极
电解质溶液(熔融电解质)
阴离子移向负极,阳离子移向正极
(3)工作原理(以锌铜原电池为例)
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn-2e-===Zn2+
Cu2++2e-===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液,K+移向正极,Cl-移向负极
盐桥的作用
①平衡电荷
②避免断路时发生化学腐蚀(隔离作用)
2.电解原理及其应用
(1)确定阴、阳极和离子移向
①阴、阳极:
与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极,两极的反应为“阳氧阴还”。
②离子移向:
阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
(2)正确判断产物
①阳极产物的判断首先看电极,如果是活性电极作阳极,则电极材料失电子,电极溶解(注意:
铁作阳极溶解生成Fe2+,而不是Fe3+);如果是惰性电极,则需看溶液中阴离子的失电子能力,阴离子放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH-(水)。
②阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)
(3)恢复原态措施
电解后有关电解质溶液复原的问题应该用质量守恒法分析。
一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物,但也有特殊情况,如用惰性电极电解CuSO4溶液,Cu2+完全放电之前,可加入CuO或CuCO3复原,而Cu2+完全放电之后,应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。
(4)电解计算的方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
通常有下列三种方法:
如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
3.金属的腐蚀与防护
(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜呈酸性
水膜呈弱酸性或中性
正极反应
2H++2e-===H2↑
O2+2H2O+4e-===4OH-
负极反应
Fe-2e-===Fe2+
其他反应
Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈
(2)腐蚀快慢的比较
①一般来说可用下列原则判断:
电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀;
②对同一金属来说,腐蚀的快慢:
强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中;
③活泼性不同的两种金属,活泼性差别越大,腐蚀越快;
④对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀的速率越快。
(3)两种保护方法
①加防护层
如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料;采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。
②电化学防护
牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理:
正极为被保护的金属,负极为比被保护的金属活泼的金属;
外加电流的阴极保护法——电解原理:
阴极为被保护的金属,阳极为惰性电极。
[做一做·保温训练]
1.用a、b、c、d四种金属按表中所示的装置进行实验,下列叙述中正确的是( )
实验装置
甲
乙
丙
现象
a不断溶解
c的质量增加
a上有气泡产生
A.装置甲中的b金属是原电池的负极
B.装置乙中的c金属是原电池的阴极
C.装置丙中的d金属是原电池的正极
D.四种金属的活泼性顺序:
d>a>b>c
解析:
选D 甲中a溶解说明a是负极,活泼性a>b,A错误;原电池用正极或负极命名电极,B错误;由乙中现象知活泼性b>c;丙中d是负极,活泼性d>a,C错误。
2.下列关于原电池的叙述中正确的是( )
A.正极和负极必须是金属
B.原电池是把化学能转化成电能的装置
C.原电池工作时,正极和负极上发生的都是氧化还原反应
D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时,锌片上有6.5g锌溶解,正极上就有0.1g氢气生成
解析:
选B 一般普通原电池中负极必须是金属,正极可以是金属或非金属导体,A错误;原电池是把化学能转化成电能的装置,B正确;原电池工作时,正极上发生还原反应,负极上发生氧化反应,C错误;锌、铜和盐酸构成的原电池工作时,锌片上有6.5g锌溶解,正极上有0.2g氢气生成,D错误。
3.下列变化与电化学原理无关的是( )
A.向Zn与硫酸的反应体系中加入少量CuSO4后,产生气泡的速率加快
B.镀锡铁桶镀层破损后,破损处很快会出现破洞
C.Cu从盐酸中能置换出氢气
D.铁制品经钝化处理后不易生锈
解析:
选D A项中锌先置换出铜,然后组成锌铜原电池,加快反应速率;B项中镀锡铁桶镀层破损后构成铁锡原电池,铁作负极,加速腐蚀;铜只有在电解池中作阳极时才能从盐酸中置换出氢气;故A、B、C三项均与电化学原理有关。
铁经钝化处理后,表面会形成致密的氧化物保护膜,故不易生锈,与电化学原理无关。
4.某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中,下列有关分析完全正确的是( )
选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子
解析:
选B 电子由电源的负极流出,故a是阴极、d是正极,溶液中阳离子移向阴极。
5.用下列装置能达到预期目的的是( )
A.甲图装置可用于电解精炼铝
B.乙图装置可得到持续、稳定的电流
C.丙图装置利用了牺牲阳极的阴极保护法保护钢闸门不被腐蚀
D.丁图装置利用了外加电流的阴极保护法保护钢闸门不被腐蚀
解析:
选D Al3+的氧化性比H+的氧化性弱,以粗铝为阳极,纯铝为阴极,电解AlCl3溶液时,H+在阴极上发生还原反应生成H2,得不到单质Al,A错误;Zn与Cu通过导线连接插入稀硫酸中形成原电池,但这种原电池不能提供稳定电流,故乙装置不能得到持续、稳定的电流,B错误;利用牺牲阳极的阴极保护法保护钢闸门时,应将钢闸门与比Fe更活泼的金属连接,若与惰性电极相连,会加快钢闸门的腐蚀速率,C错误;利用外加电流的阴极保护法保护钢闸门不被腐蚀,钢闸门与电源的负极相连,D正确。
6.某潜航器使用新型镁-过氧化氢燃料电池系统,其工作原理如图所示。
以下说法中错误的是( )
A.当电路中有2mol电子转移时,镁电极的质量减轻24g
B.电池工作时,正极上有H2生成
C.工作过程中溶液的pH会增大
D.电池正极的反应式为H2O2+2e-+2H+===2H2O
解析:
选B 该电池中Mg作负极,溶解1molMg转移2mole-,A正确;在电池正极上,强氧化剂H2O2得到电子转化为H2O,由此可知C、D正确,B错误。
7.下列关于化学腐蚀与电化学腐蚀的说法中错误的是( )
A.均是被腐蚀的金属失去电子的过程
B.均是需要有氧气参加的反应
C.化学腐蚀与电化学腐蚀往往是同时发生的
D.在无水环境中的腐蚀一般不属于电化学腐蚀
解析:
选B 一些金属可直接被氯气、硫酸等腐蚀,B错误;电化学腐蚀通常需要有电解质溶液存在,D正确。
8.用含有少量银和锌的粗铜作阳极,纯铜作阴极,硫酸铜溶液作电解液,通电一段时间后,阳极质量减轻了6.4g,下列说法正确的是( )
A.电解质溶液质量增加6.4g
B.阴极质量增加6.4g
C.阴极质量增加的质量小于6.4g
D.溶液中Cu2+浓度保持不变
解析:
选C 阳极金属放电,使电解质溶液质量增加,同时Cu2+在阴极放电,使电解质溶液质量减小,A错误;在阳极上有锌与铜两种单质放电,而在阴极只有Cu2+放电,且锌的摩尔质量大于铜的摩尔质量,B错误、C正确;电解质溶液中c(Cu2+)减小,D错误。
9.如图是电化学催化还原二氧化碳制备一氧化碳的装置示意图,质子交换膜将电解池分隔为阴极室和阳极室。
下列说法中正确的是( )
A.a是阴极
B.B极室的反应是CO2+2e-+2H+===CO+H2O
C.一段时间后,A极室中溶液的pH增大
D.电子由B极室流向A极室
解析:
选B 根据题意可知该装置是电解池,根据质子的流向知b是阴极,B极室是阴极室,发生的反应是CO2+2e-+2H+===CO+H2O,A极室发生的反应是2H2O-4e-===4H++O2↑,总反应式是2CO2===2CO+O2,A错误,B正确;A极室中溶液的pH不变,C错误;电子不能在电解质溶液中流动,D错误。
10.电池在现代社会中具有极其广泛的应用。
(1)银锌蓄电池是人造卫星所使用的高能电池之一,其放电时的反应是Zn+Ag2O===ZnO+2Ag。
则该电池的负极材料是________,放电时正极的电极反应式为______________,放电时负极区的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)某氢氧燃料电池用固体金属化合物陶瓷作电解质(可电离出金属离子与O2-),两极上发生的反应为A极:
2H2+2O2--4e-===2H2O;B极:
____________。
电子流动的方向是________________;假设该燃料电池工作时,每生成1molH2O(l)时产生的最大电能为240kJ,则该电池的能量转化效率为________(H2的燃烧热为285kJ·mol-1,最大电能与所能释放出的全部能量之比为能量转化效率)。
解析:
(1)由总反应式知锌是负极,电极反应为Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O,故负极区的pH减小。
(2)该燃料电池中,因A极上发生的是失去电子的反应,故B极上是氧气得到电子变成O2-的反应,工作过程中A极失去电子而B极得到电子。
能量转化效率为
×100%≈84.2%。
答案:
(1)锌 Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH- 减小
(2)O2+4e-===2O2- 由A极流向B极 84.2%
11.用电解法可制备Cu2O。
原理如图所示。
(1)电极反应式分别为:
阳极____________,阴极____________。
电解过程中石墨电极附近溶液的pH______(填“增大”“不变”“减小”或“无法确定”)。
(2)假设将电解质溶液换成硫酸,仍能制得Cu2O,则阳极上的电极反应式为____________,电解一段时间后,整个电解质溶液的pH____________(填“增大”“不变”“减小”或“无法确定”)。
(3)在上述两种情况下,若制得等量的Cu2O,则电路中通过的电子数之比为____________。
解析:
(1)观察装置图知,铜电极失去电子变成Cu2O:
2Cu-2e-―→Cu2O,再依据电荷守恒、质量守恒及介质为强碱性溶液可配平得2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O;阴极上是H2O电离出的H+放电生成氢气,导致石墨电极附近溶液的pH增大。
(2)酸性条件下,阳极铜的电极反应式为2Cu-2e-+H2O===Cu2O+2H+,阴极反应式为2H++2e-===H2↑,由此可得电池总反应式为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑。
因水不断地被消耗,导致酸的浓度增大,pH减小。
(3)依得失电子守恒原理知,在两种情况下制得等量的Cu2O,电路中通过的电子数相等。
答案:
(1)2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O
2H2O+2e-===H2↑+2OH- 增大
(2)2Cu-2e-+H2O===Cu2O+2H+ 减小
(3)1∶1
12.对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(1)以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是________________。
在此过程中,两个电极上质量的变化值:
阴极________阳极(填“>”“<”或“=”)。
(3)利用如图所示的装置,可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于____(填“M”或“N”)处。
若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为________________。
解析:
(1)阳极铝被氧化成Al2O3,反应过程中有水参加,故电极反应式为2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+。
(2)电镀时,为保证阴极上只有铜析出,就要确保电镀过程中溶液中有足够多的Cu2+,因此阳极就需要不断地溶解铜,以补充电镀液中的Cu2+。
(3)铁被保护,可以作原电池的正极或电解池的阴极。
故若X为碳棒,开关K应置于N处,Fe作阴极受到保护;若X为锌,开关K置于M处,铁作正极,称为牺牲阳极的阴极保护法。
答案:
(1)2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+
(2)能向电镀液中不断补充Cu2+,使电镀液中的Cu2+浓度保持恒定 =
(3)N 牺牲阳极的阴极保护法
13.如图所示的装置,接通电源5min后,电极5的质量增加了2.16g。
请回答下列问题(烧杯中溶液体积均为100mL):
(1)A是电源________极,丙池是________池,电极1的电极反应式是_____________,电极6的电极反应式是__________________________。
(2)当装置乙中共收集了224mL气体(标准状况)时,电极3质量增加0.64g,则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为____________(设电解前后溶液体积无变化)。
(3)5min时,甲中溶液的pH是____________(设电解后溶液体积不变,温度为25℃,且NaCl是足量的)。
(4)丙装置中不再析出Ag即说明电解结束,这种说法正确吗?
________(填“正确”或“不正确”),原因是_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)由电极5的质量增加2.16g知电极5作阴极,溶液中Ag+放电,电极反应式为Ag++e-===Ag,转移电子0.02mol,同时可知电极1、3也是阴极,电极2、4、6是阳极。
电源的负极与阴极相连,故A是负极;甲、乙、丙池均为电解池,电极1上是溶液中由水电离出的H+放电,电极6的电极反应是铜电极溶解生成Cu2+。
(2)装置乙中的总反应式为2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4,由2CuSO4~2Cu~O2~4e-知,当电极3增加0.64g时,阳极上共得到0.005molO2,在标准状况下的体积为112mL,小于224mL,由此可知此种情况下溶液中Cu2+已经全部消耗掉,又电解了一部分水,故通电前c(CuSO4)=0.1mol·L-1。
(3)甲装置中NaCl足量,只发生反应2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,根据关系式NaOH~e-可知,生成的n(NaOH)=0.02mol,c(NaOH)=0.2mol·L-1,即溶液的pH=13.3。
(4)丙装置中电解时阳极上的铜不断溶解,转化为Cu2+,当Ag+放电完后Cu2+会继续放电,电解仍未结束。
答案:
(1)负 电解 2H++2e-===H2↑ Cu-2e-===Cu2+
(2)0.1mol·L-1 (3)13.3 (4)不正确 Ag+放电完后,阳极生成的Cu2+会继续放电
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