第四章 化学反应与电能（知识清单）高二化学同步备课系列（人教版2019选择性必修1）

第第页第04章第04章化学反应与电能【一、【一、原电池】考点过关考点过关一、原电池1.原电池的构成条件(1)定义:能把转化为的装置。

(2)构成条件:2.原电池原理(以锌铜原电池、硫酸铜溶液作电解质溶液为例)电极名称负极正极电极材料

电极反应式

电极质量变化

反应类型反应

反应

电子流向由极沿导线流向极

电流方向从极沿导线流向极

离子移向阳离子移向极,阴离子移向极

二、原电池的应用1.加快氧化还原反应的速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快,例如,在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液,CuSO4与锌发生置换反应生成Cu,从而形成Cu-Zn微小,加快产生H2的速率。

2.比较金属活动性强弱例如,有两种金属a和b,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极,b是正极,且金属活动性:ab。

3.设计原电池理论上,任何一个自发的反应,都可以设计成原电池。

(a)外电路负极——化合价的物质

正极——活泼性弱的物质,一般选碳棒(b)内电路:电解质溶液。【答案】一、1.(1)化学能电能(2)活泼性不同电解质2.锌片铜片Zn-2e-Zn2+Cu2++2e-Cu减小增大氧化还原负正正负正负二、1.原电池2.>3.氧化还原升高思考与交流：将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接起来,然后将锌片和铜片用导线连接,并在中间串联一个电流表,观察现象。1.若将CuSO4溶液换成稀硫酸能形成电流吗?【答案】能。2.可以将锌铜原电池中的Cu电极换成石墨吗?为什么?【答案】可以;因为Cu在该原电池中起到传递电子的作用,其本身并未参与电极反应,所以可以把Cu电极换成能导电的石墨。3.原电池输出电能的能力,主要取决于什么?【答案】组成原电池的反应物的氧化还原能力。4.什么是盐桥?取出盐桥,电流表的指针有何变化?盐桥有什么作用?【答案】盐桥是装有含KCl饱和溶液的琼胶,胶体不移动,离子可在其中自由移动。取出盐桥,电流表指针回到零点。盐桥的作用:①构成闭合回路,形成原电池;②避免电极与电解质溶液直接反应,有利于最大限度地将化学能转化为电能;③盐桥中的阴、阳离子定向迁移,使电解质溶液保持电中性,反应持续进行,能长时间稳定放电。5.在原电池中,盐桥中的阴、阳离子是如何移动的?为什么?【答案】以锌铜原电池为例,负极Zn失电子生成Zn2+进入左池,因此左池中离子所带的正电荷增多,我们知道电解质溶液是保持电中性的,因此盐桥中的阴离子向左移动即向负极移动,同样的道理,盐桥中的阳离子向右移动即向正极移动。三．原电池电极反应式、电池总反应式的书写核心归纳设计原电池的一般步骤理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。1.拆反应将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极。2.确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质,则可用该金属直接作负极;若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,则可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。一般情况下,发生还原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料。3.确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。4.构成闭合回路典型例题例1.若将反应Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑设计成原电池(如图),下列说法不正确的是()。A.该装置实现了化学能转化为电能B.b极表面发生了还原反应C.c溶液可以是ZnSO4溶液D.盐桥中的Cl-移向右边烧杯【答案】D【解析】A项,该装置形成原电池,化学能转化为电能,正确;B项,根据电子移动方向,确定a为负极,b为正极,b极发生还原反应,正确;C项,锌作原电池的负极,所以c溶液可以是硫酸锌,正确;D项,盐桥中氯离子向负极移动,即向左边烧杯移动,错误。例2.图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是()。甲乙A.甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq)B.可以发生反应:2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)C.盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性D.乙中有1mol电子通过外电路时,正极有108gAg析出【答案】B【解析】由甲可知Cd的活动性强于Co,由乙可知Co的活动性强于Ag,则Cd的活动性强于Ag,故Ag不能置换出Cd,B项错误。四、化学电源1.化学电源的分类是各种化学电源的雏形,常分为以下三类:

(1)一次电池:也叫作,放电后不可再充电。

(2)二次电池:又称或蓄电池,放电后可以再充电而反复使用的电池。

(3)燃料电池:连续地将和的化学能直接转化为电能的化学电源。

2.判断电池优劣的主要标准(1)比能量:单位质量或单位体积所能输出的多少,单位是(W·h)·kg-1或(W·h)·L-1。

(2)比功率:单位质量或单位体积所能输出的大小,单位是W·kg-1或W·L-1。

(3)电池可储存时间的长短。3.化学电池的回收利用废旧电池中含有大量的、酸和碱等有害物质,随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废旧电池要进行回收利用。

4.化学电源的发展方向小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如镍氢电池、锂离子电池等。五、一次电池:锌锰干电池普通锌锰干电池碱性锌锰干电池示意图构造负极:锌正极:石墨棒电解质:氯化铵和氯化锌负极:锌粉正极:二氧化锰电解质:氢氧化钾工作原理极:Zn-2e-+2NH4+Zn(NH3)2正极:

总反应:Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)负极:

正极:2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2六、二次电池1.铅酸蓄电池铅酸蓄电池是常见的二次电池,其放电反应和充电反应表示如下:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O(1)负极是,正极是,电解质溶液是溶液。

(2)放电反应原理①负极反应是。

②正极反应是。

③放电过程中,负极质量的变化是,H2SO4溶液的浓度。

(3)充电反应原理①负极(还原反应)反应是PbSO4+2e-Pb+SO42−②正极(氧化反应)反应是PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++SO42−③充电时,铅酸蓄电池正极与直流电源极相连,负极与直流电源极相连。即“负极接负极,正极接正极”。

2.锂离子电池电极电极反应负极嵌锂石墨(LixCy):LixCy-xe-xLi++Cy正极钴酸锂(LiCoO2):Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2总反应LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy反应过程:放电时,Li+从石墨中脱嵌移向正极,嵌入钴酸锂晶体中,充电时,Li+从钴酸锂晶体中脱嵌,由正极回到负极,嵌入石墨中。这样在放电、充电时,锂离子往返于电池的正极、负极之间,完成与的相互转化。

七、燃料电池1.燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件。燃料电池工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出,于是电池就连续不断地提供电能。2.氢氧燃料电池(1)基本构造(2)工作原理酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应

正极反应

总反应2H2+O22H2O3.能量转换所有的燃烧均为放热反应,若能量以的形式向外释放,则形成燃料电池,所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式,只不过条件不同而已。

理论上来说,所有的燃烧反应均可设计成,所以燃料电池的燃料除氢气外,还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体,且能量转化率超过80%,由燃料电池组合成的发电站被誉为“绿色发电站”。

【答案】四、1.原电池(1)干电池(2)可充电电池(3)燃料氧化剂2.(1)电能(2)功率3.重金属五、2MnO2+2H++2e-2MnO(OH)Zn+2OH--2e-Zn(OH)2六、1.(1)PbPbO2H2SO4(2)①Pb+SO42−-2e-PbSO4②PbO2+4H++SO42−+2e-PbSO4+2H七、2.(2)2H2-4e-4H+2H2-4e-+4OH-4H2OO2+4e-+4H+2H2OO2+4e-+2H2O4OH-3.电燃料电池思考与交流：1.一次电池和二次电池有什么区别?【答案】一次电池不可以充电;二次电池可以充电,可重复使用。2.对比普通锌锰电池和碱性锌锰电池,分析碱性锌锰电池的优点。【答案】碱性锌锰电池的优点:单位质量输出的电能多且储存时间长,能提供较大电流并连续放电。3.碱性锌锰电池是一种常用的一次电池,总反应式为Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2。写出该电池的电极反应式。【答案】负极反应:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2;正极反应:2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-。4.以氢氧燃料电池为例,写出正、负极反应物与当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式。【答案】负极反应物是氢气,正极反应物是氧气。负极:2H2-4e-+4OH-4H2O;正极:O2+4e-+2H2O4OH-。5.当氢氧燃料电池的电解质溶液为稀硫酸时,写出电极反应式。【答案】负极:2H2-4e-4H+;正极:O2+4H++4e-2H2O。6.电解质溶液的酸碱性对书写电极反应式有何影响?【答案】碱性溶液中电极反应式不出现H+,酸性溶液中电极反应式不出现OH-。7.酸性和碱性氢氧燃料电池中,反应进行一段时间后电解质溶液的pH分别如何变化?【答案】酸性燃料电池中溶液的pH变大,碱性燃料电池中溶液的pH变小。核心归纳燃料电池电极反应式的书写1.正极反应式的书写正极通入的气体一般是氧气,发生还原反应:O2+4e-2O2-。根据电解质的不同,分以下四种情况:(1)在酸性溶液中生成水:O2+4H++4e-2H2O。(2)在碱性溶液中生成OH-:O2+2H2O+4e-4OH-。(3)在固体电解质(高温下能传导O2-)中生成O2-:O2+4e-2O2-。(4)在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)中生成CO32−:O2+2CO2+4e-2CO2.负极反应式的书写负极通入的是燃料,发生氧化反应,负极生成的离子一般与正极产物结合,有以下几种情况:(1)若负极通入的气体是氢气,则①酸性溶液中:H2-2e-2H+。②碱性溶液中:H2+2OH--2e-2H2O。③熔融氧化物中:H2+O2--2e-H2O。(2)若负极通入的气体为含碳的化合物,如CO、CH4、CH3OH等,碳元素均转化为正四价碳的化合物,在酸性溶液中生成CO2,在碱性溶液中生成CO32−,在熔融碳酸盐中生成CO2,在熔融活泼金属氧化物中生成CO2;含有的氢元素最终生成水。根据碳元素化合价的改变写出失去的电子数,再根据电荷守恒和原子守恒即可写出电极反应式。如CH3OH燃料电池负极反应式在酸性溶液中为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+,在碱性溶液中为CH3OH+8OH--6e-CO32−+6H典型例题例1.碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列说法正确的是()。A.Zn为正极,MnO2为负极B.该电池为二次电池C.负极的电极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2D.工作时电子由MnO2经外电路流向Zn【答案】C【解析】A项,碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2,Zn元素的化合价升高,失去电子,被氧化,则Zn为负极,Mn元素的化合价降低,得到电子,被还原,MnO2为正极,错误;B项,碱性锌锰电池为一次电池,错误;C项,Zn为负极,Zn失去电子转化为Zn(OH)2,负极的电极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,正确;D项,Zn为负极,MnO2为正极,原电池中电子从负极经导线流向正极,则工作时电子由Zn经外电路流向MnO2,错误。例2.直接H2O2-H2O2燃料电池是一种新型化学电源,其工作原理如图所示。电池放电时,下列说法不正确的是()。A.电极Ⅰ为负极B.电极Ⅱ的反应为H2O2+2H+-2e-2H2OC.电池总反应为2H2O2O2↑+2H2OD.该电池的设计利用了H2O2在酸碱性不同条件下氧化性、还原性的差异【答案】B【解析】由K+向电极Ⅱ所在区域迁移可知,电极Ⅱ为正极,发生还原反应,电极Ⅰ为负极,发生氧化反应;正极的电极反应为H2O2+2H++2e-2H2O,负极的电极反应为H2O2+2OH--2e-O2↑+2H2O。A项,电极Ⅰ为负极,正确;B项,电极Ⅱ为正极,发生还原反应:H2O2+2H++2e-2H2O,错误;C项,电池总反应为2H2O2O2↑+2H2O,正确;D项,该电池的设计利用了H2O2在酸碱性不同条件下氧化性、还原性的差异,正确。【二、【二、电解池】】考点过关考点过关一、电解原理实验探究:电解CuCl2溶液实验装置实验现象实验结论原因分析(a、b均为石墨)电流表指针发生偏转说明电解质溶液导电,形成闭合回路电解质溶液导电的过程就是被电解的过程与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质析出

阴极:(还原反应)

与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝产生了

阳极:(氧化反应)

电极名称(1)阴极:与直流电源负极相连的电极;(2)阳极:与直流电源正极相连的电极1.通电前(1)电解质的电离氯化铜的电离:(2)溶液中存在的离子有,通电前离子在溶液中作运动。

2.通电时(两电极材料均为石墨)(1)在电场的作用下,溶液中的离子作运动,即Cl-、OH-移向极,Cu2+、H+移向极。

(2)离子的放电阴极反应:总反应:。

二、电解和电解池1.电解:使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起的过程。

2.电解池(1)将转化为的装置(也称电解槽)。

(2)两个电极阴极:与电源极相连的电极,在该电极上发生反应。

阳极:与电源极相连的电极,在该电极上发生反应。

3.电解池的构成条件(1);(2);(3)电解质溶液或熔融电解质;(4)形成闭合回路。

4.电解原理5.阴、阳两极上放电顺序(1)阴极:与电极材料无关,氧化性强的先放电。放电顺序:(2)阳极:若是活性电极作阳极,则活性电极首先失电子,发生氧化反应。若是惰性电极作阳极,放电顺序:【答案】一、金属铜Cu2++2e-Cu氯气2Cl--2e-Cl2↑1.(1)CuCl2Cu2++2Cl-H2OH++OH-(2)Cu2+、Cl-、H+、OH-自由2.(1)定向阳阴(2)Cu2++2e-Cu还原2Cl--2e-Cl2↑氧化CuCl2Cu+Cl2↑二、1.氧化还原反应2.(1)电能化学能(2)负还原正氧化3.(1)直流电源(2)两个电极三.电解池阴、阳极的判断四.电极产物的判断及有关反应式的书写1.首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。2.再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(勿忘记水溶液中的H+和OH-)。3.排出阴、阳两极的放电顺序4.分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒、电荷守恒和电子守恒。5.写出电解总反应,在两极转移电子数目相同的前提下,两极反应相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。核心归纳1.惰性电极电解电解质溶液的四种类型类型电极反应特点电解质溶液电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-阳极:2H2O-4e-O2↑+4H+强碱(如NaOH)水增大增大加水含氧酸(如H2SO4)水增大减小加水活泼金属的最高价含氧酸盐(如Na2SO4)水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电部分无氧酸(如HCl)电解质减小增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)电解质减小-加CuCl2放H2生碱型阴极:H2O放H2生成碱阳极:电解质阴离子放电活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)电解质和水生成新电解质增大通入HCl气体放O2生酸型阴极:电解质阳离子放电阳极:H2O放O2生成酸不活泼金属的最高价含氧酸盐(如CuSO4)电解质和水生成新电解质减小加CuO2.用惰性电极电解电解质溶液前后溶液pH的变化规律有氢无氧增碱性,有氧无氢增酸性,有氢有氧增原性,无氢无氧减原性典型例题例1.用惰性电极进行电解,下列说法正确的是()。A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变B.电解稀NaOH溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小C.电解NaNO3溶液,在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为1∶2D.电解CuCl2溶液,在阴极上和阳极上生成产物的物质的量之比为1∶1【答案】D【解析】电解稀硫酸,实质上是电解水,溶剂的质量减小,溶质的质量不变,所以溶液的浓度增大,H+的浓度增大,溶液的pH变小,A项错误;电解稀NaOH溶液,实质上是电解水,溶剂的质量减小,溶质的质量不变,所以溶液的浓度增大,OH-的浓度增大,溶液的pH变大,B项错误;电解NaNO3溶液,实质上是电解水,阴极上H+得电子生成氢气,阳极上OH-失电子生成氧气,根据得失电子守恒,在阴极上和阳极上生成气体产物的物质的量之比为2∶1,C项错误;电解CuCl2溶液时,阴极上Cu2+得电子生成铜,阳极上Cl-失电子生成氯气,根据得失电子守恒,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1,D项正确。例2.在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置如图,下列说法正确的是()。A.石墨电极为阴极,发生氧化反应B.电极A的电极反应:8H++TiO2+SiO2+8e-TiSi+4H2OC.该体系中,石墨优先于Cl-参与反应D.电解时,阳离子向石墨电极移动【答案】C【解析】由图可知,在外加电源下石墨电极上C转化为CO,失电子发生氧化反应,为阳极,与电源正极相连,则电极A作阴极,TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi),电极反应为TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-。A项,在外加电源下石墨电极上C转化为CO,失电子发生氧化反应,为阳极,错误;B项,电极A的电极反应为TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-,错误;C项,根据图中信息可知,该体系中,石墨优先于Cl-参与反应,正确;D项,电解池中石墨电极为阳极,阳离子向阴极移动,错误。五、电解饱和食盐水1.电解饱和食盐水的原理通电前:溶液中的离子是。

通电后:①移向阳极的离子是Cl-、OH-,Cl-比OH-容易失去电子,被氧化成氯气。阳极:(氧化反应)。

②移向阴极的离子是Na+、H+,H+比Na+容易得到电子,被还原成氢气。其中H+是由电离产生的。

阴极:(还原反应)。

③总反应:化学方程式为;

离子方程式为。

2.氯碱工业生产流程烧碱、氯气都是重要的化工原料,习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫作工业。工业生产中,电解饱和食盐水的反应在中进行。

①阳离子交换膜电解槽②阳离子交换膜的作用:只允许Na+等阳离子通过,不允许Cl-、OH-等阴离子及气体分子通过,可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸,也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量和纯度。3.氯碱工业产品及其应用(1)氯碱工业产品主要有、、、盐酸、含氯漂白剂。

(2)以电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中应用广泛。六、电镀与电解精炼1.电镀是一种利用原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加表面硬度和美观。

2.电镀铜3.电解精炼铜七、电冶金1.金属冶炼的本质:使矿石中的金属离子获得电子变成的过程。如Mn++ne-M。

2.电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等),但不能电解其盐溶液,应电解其态盐或氧化物。

如电解熔融的氯化钠可制取金属钠:阳极:2Cl--2e-Cl2↑;阴极:Na++e-Na;总反应:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。【答案】五、1.Na+、Cl-、H+、OH-①2Cl--2e-Cl2↑②水2H2O+2e-H2↑+2OH-③2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-2.氯碱离子交换膜电解槽3.NaOHCl2H2六、电解Cu待镀金属制品Cu2+Cu-2e-Cu2+Cu2++2e-Cu粗铜纯铜Zn-2e-Zn2+Fe-2e-Fe2+Cu-2e-Cu2+Cu2++2e-Cu七、1.金属单质2.熔融核心归纳1.电解饱和食盐水电解饱和食盐水原理示意图符号表征阳极反应2Cl--2e-Cl2↑阴极反应2H2O+2e-H2↑+2OH-总反应离子方程式2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-总反应化学方程式2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH2.电镀与铜的电解精炼的比较电镀电解精炼铜概念电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜主要目的使金属增强抗腐蚀能力、增大表面硬度等将粗铜提炼为纯铜示意图电镀电解精炼铜阳极镀层金属粗铜阴极待镀金属纯铜电解质含镀层金属阳离子CuSO4溶液阳极Cu-2e-Cu2+Zn-2e-Zn2+,比铜活泼的金属杂质以阳离子形式残留在溶液中;Cu-2e-Cu2+,不如铜活泼的金属杂质形成阳极泥阴极Cu2++2e-CuCu2++2e-Cu电解质溶液的浓度变化CuSO4溶液的浓度不变CuSO4溶液的浓度减小3.电冶炼钠、镁、铝的原理,填写表中空格。总反应的化学方程式阳极、阴极反应冶炼钠2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑阳极:

阴极:

冶炼镁MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑阳极:

阴极:

冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑(冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂)阳极:

阴极:

【答案】2Cl--2e-Cl2↑2Na++2e-2Na2Cl--2e-Cl2↑Mg2++2e-Mg6O2--12e-3O2↑4Al3++12e-4Al4.电化学计算常用的三种方法(1)根据总反应式计算先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中通过的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。通过4mole-为基准可构建电极产物之间的如下关系式:典型例题例1.以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生,该过程()。A.阴极发生的反应为Mg-2e-Mg2+B.阴极上Al被氧化C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.阳极和阴极的质量变化相等【答案】C【解析】根据电解原理可知,电解池中阳极发生失电子的氧化反应,阴极发生得电子的还原反应,该题中以熔融盐为电解液,含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,通过控制一定的条件,可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应,分别生成Mg2+和Al3+,Cu和Si不参与反应,阴极区Al3+得电子生成Al单质,从而实现Al的再生。A项,阴极应该发生得电子的还原反应,Mg在阳极失电子生成Mg2+,错误;B项,Al在阳极上被氧化生成Al3+,错误;C项,阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应,在电解槽底部可形成阳极泥,正确;D项,因为阳极除了铝参与电子转移,镁也参与了电子转移,且还会形成阳极泥,而阴极只有铝离子得电子生成铝单质,根据电子守恒及元素质量守恒可知,阳极与阴极的质量变化不相等,错误。例2.一种电解精炼废钢的工艺原理如图所示,通过O2-在两极间的定向移动可实现废钢脱碳从而得到超低碳钢,同时还可以回收硅作为副产品。下列说法错误的是()。A.电解时,M为电源的负极B.不能选用稀硫酸作为电解质溶液C.电解时,阳极发生的电极反应为C+O2--2e-CO↑D.若有1molO2-移向废钢电极,则炉渣电极所得硅的质量为28g【答案】D【解析】根据题意可知,该装置可回收硅,因而产生硅单质的炉渣一极为得电子的阴极,连接的M极为负极,而连接废钢的N极为正极。A项,根据分析可知,M为电源负极,正确;B项,废钢中含有大量Fe,稀H2SO4会与之反应,不能选用稀硫酸作为电解质溶液,正确;C项,电解时,阳极上C失电子产生CO,发生的电极反应为C+O2--2e-CO↑,正确;D项,若有1molO2-移向废钢电极,由串联电路中电流相等可知,转移电子为2mol,阴极的电极反应为12SiOxn−+(x-n2)e-12Si+12xO2-,x−n22mol=12nSi,n【三、【三、金属的腐蚀与防护】】考点过关考点过关一、金属的腐蚀1.概念:金属或合金与周围的气体或液体发生反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为,金属发生。

2.根据与金属接触的气体或液体不同,金属腐蚀可分为两类:(1)化学腐蚀:金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而增大。

(2)电化学腐蚀:当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生反应,比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。

3.钢铁的电化学腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述条件水膜酸性较

水膜酸性很或呈性

负极Fe-2e-Fe2+正极

总反应

后续反应最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O),反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O联系通常两种腐蚀同时存在,但后者更普遍二、金属的防护1.改变金属材料的组成在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的合金。如普通钢加入镍、铬制成不锈钢,钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性能且具有良好的生物相容性。2.在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层,将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如:在钢铁制品表面喷油漆,涂矿物性油脂,覆盖搪瓷等;电镀锌、锡、铬、镍等,利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。3.电化学保护法金属在发生电化学腐蚀时,总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀,作为正极(阴极)的金属不被腐蚀,如果能使被保护的金属成为阴极,该金属就不易被腐蚀。(1)牺牲阳极法原理:原理。

要求:被保护的金属作极,活泼性更强的金属作极。

应用:锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。(2)外加电流法原理:电解池原理。要求:被保护的金属作为极,与电源的极相连。

应用:钢铁闸门、高压线铁架、地下管道连接直流电源的负极。【答案】一、1.氧化还原阳离