專題2 第4講 電化學原理及其應用
一、
1．(2014?河北刑臺一模)工業(yè)上利用氫氣在氯氣中燃燒，所得產物再溶于水的方法制得鹽酸，流程復雜且造成能量浪費。有人設想利用原電池原理直接制鹽酸，下列說法正確的是(　　)
A．假設這種想法可行，則可能在制取鹽酸的同時，獲取電能
B．負極材料用鋅，正極材料用石墨，用氫氧化鈉作溶液
C．通入氫氣的電極為原電池的正極
D．溶液中的陰離子向通氯氣的電極移動
答案：A
點撥：該原電池應用惰性電極，氫氣通入負極區(qū)，氯氣通入正極區(qū)，稀鹽酸作電解質溶液，B、C項錯誤；在原電池中，陽離子向正極區(qū)移動，陰離子向負極區(qū)移動，D項錯誤。
2．(2014?石家莊一模)鎂及其化合物一般無毒(或低毒)、無污染，鎂電池放電時電壓高且平穩(wěn)，因而越來越成為人們研制綠色電池所關注的焦點。某種鎂二次電池的反應為xMg＋Mo3S4????放電充電MgxMo3S4，下列敘述不正確的是(　　)
A．放電時正極的電極反應為：Mo3S4＋2xe－===Mo3S42x－
B．充電時陰極的電極反應為：xMg2＋＋2xe－===xMg
C．放電時Mg2＋向正極移動
D．放電時Mo3S4發(fā)生氧化反應
答案：D
點撥：放電時，Mg在負極發(fā)生氧化反應：xMg－2xe－===xMg2＋，Mo3S4在正極發(fā)生還原反應：Mo3S4＋2xe－===Mo3S2x－4，放電過程中，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。充電時，陰極的電極反應式為：xMg2＋＋2xe－===xMg，陽極的電極反應式為：Mo3S42x－===Mo3S4＋2xe－。故選項D錯誤。
3．(2014?湖北黃岡質量檢測)用鉛蓄電池電解AgNO3、Na2SO3的溶液，a、b、c、d電極材料均為石墨，已知鉛蓄電池的總反應為：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)????放電充電2PbSO4(s)＋2H2O(l)，通電時a電極質量增加，下列說法正確的是(　　)
A．電路中通過1 mol電子時，Y電極質量增加48 g
B．放電時鉛蓄電池負極的電極反應式為：
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO42－(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
C．c、d電極產生氣體的物質的量之比為1∶2
D．X極為負極
答案：A
點撥：a極質量增加，即析出了Ag，a為陰極，則Y為負極，X為正極，D項錯；B項，所寫電極反應式為正極的電極反應式；C項，c為陰極放出H2，d為陽極放出O2，物質的量之比為2∶1。
4．(2014?河北衡水統(tǒng)考)如圖所示，X為鐵、Y為石墨電極，a是電解質溶液，實驗開始前，在U形管的兩邊同時滴入幾滴酚酞試液，下列敘述錯誤的是(　　)
A．合上K1、斷開K2，若a是稀硫酸，則Y上有氣泡冒出
B．合上K1、斷開K2，若a是飽和食鹽水，則Y電極附近溶液慢慢變?yōu)榧t色
C．合上K2、斷開K1，若a是硫酸銅溶液，則Y電極上有紅色物質析出
D．合上K2、斷開K1，若a是氫氧化鐵膠體，則X電極附近紅褐色加深
答案：C
點撥：A項鐵作負極、石墨作正極，石墨電極上產生氫氣；B項Y電極作正極，電極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，使酚酞變紅；C項Y電極作陽極，產生氧氣；D項氫氧化鐵膠粒帶正電移向陰極即X電極。
5．(2010?全國Ⅰ)下圖是一種染料敏化太陽能電池的示意圖，電池的一個電極由有機光敏染料(S)涂覆在TiO2納米晶體表面制成，另一電極由導電玻璃鍍鉑構成，電池中發(fā)生的反應為：
TiO2/S??→hυTiO2/S*(激發(fā)態(tài))
TiO2/S*?→TiO2/S＋＋e－
I3－＋2e－?→3I－
2TiO2/S＋＋3I－?→2TiO2/S＋I3－
下列關于該電池敘述錯誤的是(　　)
A．電池工作時，I－離子在鍍鉑導電玻璃電極上放電
B．電池工作時，是將太陽能轉化為電能
C．電池的電解質溶液中I－和I3－濃度不會減少
D．電池中鍍鉑導電玻璃為正極
答案：A
點撥：太陽能電池是將太陽能轉化為電能的裝置，電極材料和電解質溶液只起到導電的作用。
6．(2014?課標，11)鐵鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應為：
Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2
下列有關該電池的說法不正確的是(　　)
A．電池的電解液為堿性溶液，正極為Ni2O3、負極為Fe
B．電池放電時，負極反應為Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低
D．電池充電時，陽極反應為2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
答案：C
點撥：A項，由電池反應可知，Ni2O3?→Ni(OH)2，Ni的化合價由＋3價→＋2價，化合價降低，發(fā)生還原反應，故Ni2O3為正極，Fe→Fe(OH)2，Fe的化合價由0價→＋2價，化合價升高，發(fā)生氧化反應，故Fe為負極，正確；B項，負極發(fā)生氧化反應，Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，正確；C項，陰極發(fā)生還原反應，Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，c(OH－)增大，溶液的pH增大，故錯誤；D項，陽極發(fā)生氧化反應，電極反應為2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，D正確。
7．(2010?課標全國)根據下圖，可判斷出下列離子方程式中錯誤的是(　　)
A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)
C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)
答案：A
點撥：根據原電池知識，金屬活動性負極>正極，可得三種金屬的活動性順序應為：Cd>Co>Ag，則選項中符合此關系的置換反應成立。
8．(2014?北京理綜，8)結合下圖判斷，下列敘述正確的是(　　)
A．Ⅰ和Ⅱ種正極均被保護
B. Ⅰ和Ⅱ中負極反應均是Fe－2e－===Fe2＋
C. Ⅰ和Ⅱ中正極反應均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D. Ⅰ和Ⅱ中分別加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有藍色沉淀
答案：A
點撥：A項，電子從負極流向正極，抑制正極失電子，所以正極均被保護。B項，Ⅰ中的負極反應為Zn－2e－===Zn2＋。C項，Ⅱ中的正極反應為2H＋＋2e－===H2↑。D項，由于Ⅰ中負極反應產生Zn2＋，不會與K3[Fe(CN)6]溶液作用產生藍色沉淀。
9．(2014?試題調研)下列有關電池的說法不正確的是(　　)
A．手機上用的鋰離子電池屬于二次電池
B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極
C．甲醇燃料電池可把化學能轉化為電能
D．鋅錳干電池中，鋅電極是負極
答案：B
點撥：如果不理解“二次電池”的含義，會錯選A項。
本題考查電池原理，涉及電池分類、電子流向、能量轉化形式、電極判斷等，二次電池也就是充電電池，A選項正確；銅鋅原電池中，銅為正極，鋅為負極，鋅失電子，電子通過外電路導線流向銅電極(正極)，B選項錯誤；燃料電池將化學能轉化為電能，對外放電，C選項正確；鋅錳干電池中鋅為負極，石墨為正極，D選項正確。
10．(2010?安徽)如圖是三種稀酸對Fe－Cr合金隨Cr含量變化的腐蝕性實驗結果，下列有關說法正確的是(　　)
A．稀硝酸對Fe－Cr合金的腐蝕性比稀硫酸和稀鹽酸的弱
B．稀硝酸和鐵反應的化學方程式是：Fe＋6HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O
C．Cr含量大于13%時，因為三種酸中硫酸的氫離子濃度最大，所以對Fe－Cr合金的腐蝕性最強
D．隨著Cr含量增加，稀硝酸對Fe－Cr合金的腐蝕性減弱
答案：D
點撥：A項，由圖示可知當Cr含量小于13%時，稀硝酸對合金的腐蝕性比稀硫酸和稀鹽酸強，當Cr含量大于13%時，稀硝酸對合金腐蝕性較弱。B項，稀硝酸與金屬反應時，其還原產物應是NO。C項，Cr含量大于13%時，硫酸對合金腐蝕性最強，由于溶液密度沒有給出，硫酸中氫離子濃度不一定最大。D項，由圖示可知，隨著Cr含量增加，稀硝酸對合金腐蝕性減弱。
11．(2010?北京)下列有關鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是(　　)
A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護
B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護內部不被腐蝕
C．鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕
D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應是Fe－3e－===Fe3＋
答案：B
點撥：A項，鋼管與電源正極連接，則鋼管為電解池的陽極，發(fā)生氧化反應被腐蝕；B項，鐵遇冷濃硝酸，表面形成致密的氧化膜，可保護內部不被腐蝕；C項，鋼管與銅管露天堆放在一起時易形成原電池，鋼管作負極易被腐蝕；D項，負極反應應為Fe－2e－===Fe2＋。
12．如下圖所示，各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是(　　)
A．4>2>1>3　　　　　　　B．2>1>3>4
C．4>2>3>1 D．3>2>4>1
答案：A
點撥：金屬的腐蝕，從本質上講也是組成化學電池發(fā)生的結果。在原電池中，活潑金屬為負極，該金屬被氧化，不活潑金屬便被保護起來，其被腐蝕的速度大大減小，所以裝置3中的鐵被腐蝕的速率比1中的慢；反之，當鐵與比它不活潑的金屬，如Sn、Cu等連接起來，則被腐蝕的速率增大，所以容器2中的鐵比容器1中的鐵被腐蝕得快。容器4是一個電解池，在這里Fe是陽極，不斷地以Fe2＋的形式進入容器中，從而加速了鐵的腐蝕，在上述四種容器中，容器4中鐵的腐蝕過程是最快的。綜上分析，鐵被腐蝕的快慢順序為：4>2>1>3。
二、非
13．按下圖所示裝置進行實驗，并回答下列問題：
(1)判斷裝置的名稱：A池為________，B池為________。
(2)鋅極為________極，電極反應式為__________________；銅極為________極，電極反應式為__________________；石墨棒C1為________極，電極反應式為__________________；石墨棒C2附近發(fā)生的實驗現象為_______________________ _________________________________________________。
(3)當C2極析出224 mL氣體(標準狀況下)，鋅的質量變化為(增加或減少)________g。CuSO4溶液的質量變化為(增加或減少)________g。
答案：(1)原電池　電解池
(2)負　Zn－2e－===Zn2＋　正　Cu2＋＋2e－===Cu
　陽　2Cl－－2e－===Cl2↑　有無色氣體產生，附近溶液出現紅色
(3)減少0.65　增強0.01
點撥：A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中構成原電池，B池中兩個電極均為石墨電極，在以A為電源的情況下構成電解池，即A原電池帶動B電解池。A池中Zn為負極，Cu為正極。B池中C1為陽極，C2為陰極析出H2，周圍OH－富集，酚酞變紅。n(H2)＝0.01 mol，所以電路上轉移電子的物質的量為0.01 mol×2＝0.02 mol，根據得失電子守恒，鋅極有0.01 mol Zn溶解，即Zn極質量減少0.01 mol×65 g?mol－1＝0.65 g，銅極上有0.01 mol Cu析出，即CuSO4溶液增加了0.01 mol×(65 g?mol－1－64 g?mol－1)＝0.01 g。
14．(2014?試題調研)下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g 10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。
(1)接通電源，經過一段時間后，測得丙中K2SO4濃度為10.47%，乙中c電極質量增加。據此回答問題：
①電源的N端為________極；
②電極b上發(fā)生的電極反應為____________________________________；
③列式計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積：___________________ _________________；
④電極c的質量變化是________g；
⑤電解前后各溶液的酸、堿性大小是否發(fā)生變化，簡述其原因：
甲溶液__________________________________；
乙溶液__________________________________；
丙溶液__________________________________；
(2)如果電解過程中銅全部析出，此時電解能否繼續(xù)進行，為什么？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
答案：(1)①正
②4OH－4e－===2H2O＋O2↑
③水減少的質量：100g×(1－10.00%10.47%)≈4.5g，生成O2的體積：4.5g18g?mol－1×12×22.4L?mol－1＝2.8L
④16
⑤堿性增大，因為電解后，水量減少，溶液中NaOH濃度增大
酸性增大，因為在陽極上OH－生成O2，溶液中H＋離子濃度增加
酸堿性大小沒有變化，因為K2SO4是強酸強堿鹽，濃度增加不影響溶液的酸堿性
(2)能繼續(xù)進行，因為乙裝置中已轉變?yōu)镠2SO4溶液，反應也就變?yōu)樗�的電解反�?br>點撥：本題考查綜合分析電解原理及計算能力。
(1)①依題意，甲裝置中裝氫氧化鈉溶液，實質相當于電解水；乙裝置電解硫酸銅溶液；陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu；陽極：4OH－4e－===2H2O＋O2↑。c電極質量增加，說明該電極為陰極，由d極為陽極，依次類推：e極為陰極，f極為陽極，N極為正極，M極為負極，a極為陰極，b極為陽極。②甲裝置中裝氫氧化鈉溶液，在b極OH－發(fā)生氧化反應：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，電解反應為：2H2O=====通電2H2↑＋O2。③兩裝置中裝K2SO4溶液，電解前后溶質質量不變，實質是電解水，設電解水的質量為x,100 g×10.00%＝(100 g－x)×10.47%，x≈4.5 g。n(H2O)＝4.5 g18 g?mol－1＝0.25 mol，n(O2)＝0.125 mol，V(O2)＝0.125 mol×22.4 L/mol＝2.8 L。④電解0.25 mol水轉移電子的物質的量為0.5 mol，c極反應：Cu2＋＋2e－===Cu，根據電子守恒知，析出金屬質量為m(Cu)＝0.25 mol×64g/mol＝16g。⑤甲、丙裝置實質是電解水，乙裝置電解反應式為2CuSO4＋2H2O=====電解2Cu＋2H2SO4＋O2↑，溶液酸性增強。(2)如果銅全部析出，甲裝置裝有氫氧化鈉溶液，乙裝置裝有硫酸溶液，丙裝置裝有硫酸鉀溶液，仍然能電解，三個裝置都相當于電解水。
如果不清楚甲、乙、丙裝置中電極串聯，會錯誤判斷電極，導致回答問題出錯。
15．(2014?試題調研)金屬鋁是應用廣泛的金屬之一，在工農業(yè)生產中有著廣泛的應用，對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。
(1)在進行電解前，要對鋁電極進行表面處理，是將鋁片浸入熱的16% NaOH溶液中半分鐘左右，目的是________，反應的離子方程式為__________________。堿洗時常有氣泡冒出，原因是______________(用離子方程式表示)。
(2)以鋁片為陽極，在H2SO4溶液中電解，取少量廢電解液，加入NaHCO3溶液后產生氣泡和白色沉淀，產生沉淀的原因是______________________。
(3)在金屬表面形成一薄層有抗腐蝕、抗磨損能力的金屬鍍膜。例如在鋁片上電鍍銅時，電解原理是采用Cu(NO3)2溶液為電解質，用________作陽極。而在實際的電鍍工藝中，要求金屬在鍍件上的析出速率得到控制，使析出的鍍層厚度均勻、光滑致密、與底層金屬的附著力強。所以電鍍銅時，實際使用的電鍍液是________(填序號)。
A．AlCl3 B．CuCl2
C．K6[Cu(P2O7)2] D．CuSO4
(4)在如圖所示裝置中，溶液的體積為100 mL，開始時電解質溶液的濃度為0.1 mol/L，工作一段時間后導線上通過0.001 mol電子。若不考慮鹽的水解和溶液體積的變化，則電解后溶液的pH為________。
答案：(1)除去表面的氧化膜
Al2O3＋2OH－===2AlO2－＋H2O
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2－＋3H2↑
(2)廢電解液中含有的Al3＋和HCO3－發(fā)生了雙水解反應　(3)Cu　c　(4)2
點撥：本題以鋁的抗腐蝕處理為載體，主要考查電化學原理、簡單計算等。(1)鋁的金屬性強，表面易被氧化成氧化鋁，加入NaOH溶液后，氧化鋁與NaOH溶液反應，同時鋁也可能與NaOH溶液反應，有氣泡產生。(2)溶液中存在的Al3＋與HCO3－發(fā)生雙水解反應，因此既有沉淀生成，又有氣體放出。(3)電鍍時用鍍層金屬為陽極，鍍件為陰極，含有鍍層金屬離子的溶液為電解質溶液，因此采用銅為陽極，銅的絡離子電離出的銅離子濃度小。(4)導線上通過0.001 mol電子時會產生0.001 mol H＋，濃度為0.01 mol/L，pH＝2。
16．(2014?試題調研)如圖1是氯堿工業(yè)中離子交換膜電解槽示意圖，其中離子交換膜為“陽離子交換膜”它有一特殊的性質??只允許陽離子通過，阻止陰離子和氣體通過。
(1)電解后得到的氫氧化鈉溶液從________口流出(填字母代號)，b口排出的是________氣體，電極1應連接電源的________極(填“正”或“負”)；理論上講，從f口加入純水即可，但在實際生產中，純水中要加入一定量的NaOH溶液，其原因是________________________和________________________。
(2)圖2是根據氯堿工業(yè)中離子交換膜技術原理設計的電解Na2SO4溶液生產NaOH和H2SO4溶液的裝置。請回答：a為________(填“陽”或“陰”)離子交換膜；從E口流進的物質的化學式(若為溶液，則寫出溶質的化學式)為：________。
答案：(1)d　Cl2　正　增加溶液的導電性　不影響NaOH的純度　(2)陰　H2O(加少量稀H2SO4)
點撥：(1)氫氧化鈉的產生是因為在陰極氫離子得電子生成了氫氣，留下的氫氧根離子結合Na＋形成了氫氧化鈉，所以氫氧化鈉應該在d口流出。b口這邊的電極是陽極，根據離子的放電順序應該是氯離子失去電子形成氯氣，電極1是陽極，所以連接電源的正極。如果只加純水，溶液的導電能力太弱，不利于電解反應。


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