1、专题 18 电化学电化学原理的分析和应用是高考的热点。和 2016 年大纲相比，主要变化有：“理解原电池和电解池的构成” ，要求由“了解”提高为“理解” ；“理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施”降低为“了解” 。因此预测关于新型电源的工作原理分析、电极反应式的书写仍会在高考中出现，必须高度关注。同样电解原理及其应用也是高考的高频考点，因其与氧化还原反应、离子反应，电解质溶液、元素化合物性质等知识联系密切而成为高 考的重点和热点。由于电解原理在工业上的应用更加广泛，预测 2018 年高考，仍会联系化学工艺过程对电解原理的应用进行考查，以原电池和电解池的工作原理为基点
2、，考察新情境下化学电源的工作原理和电解原理的应用，应给予高度关注。一、 电解原理1电解使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。2电解池(也叫电解槽)(1)概念：电解池是把电能转变为化学能的装置。(2)构成条件：有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融盐)。形成闭合回路。(3)电极名称及电极反应式(如图)：总反应方程式：Cu 2 2Cl CuCl 2= = = = =电 解 (4)电子和离子移动方向：电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。命题点 1 电 解方程式的书写1方法步骤(
3、1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(勿忘水溶液中的 H 和 OH )。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。阴极：阳离子放电顺序：Ag Fe3 Cu2 H (酸)Fe 2 Zn2 H (水)Al 3 Mg2 Na Ca2 K (水溶液中 Al3 、Mg 2 、Na 、Ca 2 、K 不放电)。阳极：活泼电极S 2 I Br Cl OH 含氧酸根离子(水溶液中含氧酸根离子不放电)。(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和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。2注意问题(
4、1)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。(2)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解” 。(3)注意题目信息中提示的离子的放电，如电解法制取 KMnO4等。例 1按要求书写有关的电极反应式及总方程式。(1)用惰性电极电解 AgNO3溶液：阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(2)用惰性电极电解 MgCl2溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(3)用铁作电极电解 NaCl 溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总化学方程式：_。(4)用铜作电极电解盐酸溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反
5、应离子方程式：_。【答案】(1)4OH 4e =O22H 2O 4Ag 4e =4Ag 4Ag 2H 2O 4AgO 24H = = = = =电 解 (2)2Cl 2e =Cl2 2H 2e =H2Mg2 2Cl 2H 2O Mg(OH)2Cl 2H 2= = = = =电 解 (3)Fe2e =Fe2 2H 2e =H2Fe2H 2O Fe(OH)2H 2= = = = =电 解 (4)Cu2e =Cu2 2H 2e =H2Cu2H Cu2 H 2= = = = =电 解 例 2.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_。 .用 Al 单质作阳极，石墨
6、作阴极，NaHCO 3溶液作电解液进行电解，生成难溶物 R，R 受热分解生成化合物 Q。写出阳极生成 R 的电极反应式：_。【答案】.2Al6e 3H 2O=Al2O36H .Al3HCO 3e =Al(OH)33CO 2 3命题点 2 电解质溶液的类型及规律例 3如图是电解饱和 NaCl 溶液的实验装置，其中 c、d 为石墨电极。则下列有关判断中正确的是( )Aa 为正极、b 为负极Bc 为阴极、d 为阳极C电解过程中，d 电极质量增加D电解过程中，氯离子浓度不变【答案】A 【解析】由电子流向可知，a 为正极，b 为负极，c 为阳极，d 为阴极，c 极：2Cl 2e =Cl2；d极：2H 2
7、e =H2，因此， B、C、D 项均错。例 4.以石墨为电极，电解 KI 溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )A阴极附近溶液呈红色 B阴极逸出气体C阳极附近溶液呈蓝色 D溶液的 pH 变小【答案】D【解析】以石墨为电极，电解 KI 溶液的方程式是 2KI2H 2O 通电,I 2H 22KOH。由于其中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近碘单质遇淀粉，溶液变为蓝色；在阴极由于产生氢气，溶液显碱性，遇酚酞，溶液变为红色。因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的 pH 变大。因此选项是 D。例 5用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的 pH 依次为升高、不变、
8、降低的是( )AAgNO 3 CuCl 2 Cu(NO 3)2BKCl Na 2SO4 CuSO 4CCaCl 2 KOH NaNO 3DHCl HNO 3 K 2SO4方法技巧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电解质溶液复原强碱(如NaOH)水 增大 增大 加水含氧酸(如H2SO4)水 增大 减小 加水电解水型阴极：4H 4e =2H2阳极：4OH 4e =2H2OO 2活泼金属的含氧酸盐(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无氧酸(如 HCl)电解质 减小 增大通入氯化氢气体电不活泼金属的无氧
9、酸盐(如CuCl2)电解质 减小 加氯化铜放 H2生碱型阴极：H 2O 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氯化氢气体放 O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H 2O 放O2生成酸不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)电解质和水生成新电解质减小加氧化铜例 6.电解装置如图所示，电解槽内装有 KI 及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I 26OH =IO 5I 3H 2O 3下列说法不正确的是( )A右侧发生的电极反应式：2H 2O2e =H22OH B电解结束后
10、，右侧溶液中含有 IO 3C电解槽内发生反应的总化学方程式：KI3H 2O KIO33H 2= = = = =通 电 D如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变【答案】D例 7如下图所示，x、y 分别是直流电源的两极，通电后发现 a 极极板质量增加，b 极极板 处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是( )a 极板 b 极板 x 电极 z 溶液A 锌 石墨 负极 CuSO4B 石墨 石墨 负极 NaOHC 银 铁 正极 AgNO3D 铜 石墨 负极 CuCl2【答案】A二 、 电解原理的应用1电解饱和食盐水(1)电极反应：阳极：2Cl 2e =Cl2(氧化反应)阴极：2
11、H 2e =H2(还原反应)(2)总反应方程式：2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2= = = = =电 解 离子方程式：2Cl 2H 2O 2OH H 2Cl 2= = = = =电 解 (3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。2电镀和电解精炼铜电镀(Fe 上镀 Cu) 电解精炼铜电极材料 镀层金属铜粗铜(含 Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)阳极电极反应Cu2e =Cu2Cu2e =Cu2Zn2e =Zn2Fe2e =Fe2Ni2e =Ni2电极材料 待镀金属 Fe 纯铜阴极电极反应 Cu2 2e =Cu电解质溶液 含 Cu2 的盐溶液电解精炼铜时，粗铜中的 Ag、Au 等不反
12、应，沉积在电解池底部形成阳极泥3电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属 Na、Ca、Mg、Al 等。总方程式 阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2NaCl 2= = = = =电 解 2Cl 2e =Cl22Na 2e =2Na冶炼镁MgCl2(熔融)MgCl 2= = = = =电 解 2Cl 2e =Cl2Mg2 2e =Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al3O 2= = = = =电 解 6O2 12e =3O24Al3 12e =4Al命题点 1 电解原理在工业中的应用例 8利用如图所示装置，当 X、Y 选用不同材料时，可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是( )A
13、氯碱工业中，X、Y 均为石墨，X 附近能得到氢氧化钠B铜的精炼中，X 是纯铜，Y 是粗铜，Z 是 CuSO4C电镀工业中，X 是待镀金属，Y 是镀层金属D外加电流的阴极保护法中，Y 是待保护金属【答案】D例 9电化学原理广泛用于工业生产中，如有一种电化学净水法的原理是：在电解过程中将低价金属离子(如 Co2 )氧化成高价态的离子(Co 3 )，然后以此高价态的金属离子作氧化剂把废水中的有机物氧化成 CO2而净化。实验室用如图装置模拟上述过程，下列说法正确的是( )A电极 a 可以是石墨，电极 b 可以是铜B电解后阴极附近 H 浓度不变CCo 3 氧化甲醇的离子方程式为：6Co 3 CH 3OH
14、H 2O=CO26Co 2 6H D当 1 mol 甲醇被完全氧化时，阳极应该失去 4 mol 电子【答案】C命题点 2 电解原理在计算中的应用根据电解原理进行的相关计算主要包括以下几个方面，根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的 pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。具体解题方法主要有以下三种：例 10将两个铂电极插入 500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重 0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为( )A410 3 mol/L B210 3 mol/LC110
15、 3 mol/L D110 7 mol/L【答案】A【解析】阴极反应：Cu 2 2e =Cu，增重 0.064 g 应是 Cu 的质量，设生成 H 的物质的量为 x，根据总反应方程式： 2Cu2 2H 2O 2CuO 24H = = = = =电 解 264 g 4 mol0.064 g xx0.002 molc(H ) 410 3 mol/L。0.002 mol0.5 L例 11.用惰性电极电解 400 mL 一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后进行如下操作。(1)如果向所得的溶液中加入 0.1 mol CuO 后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和 pH，电解
16、过程中转移的电子为_mol。(2)如果向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和 pH，电解过程中转移的电子为_mol。【答案】(1)0.2 (2)0.4三、 原电池原理1概念把化学能转化为电能的装置。2构成条件(1)有两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入电解质溶液中。(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。(4)能自发发生氧化还原反应。3工作原理如图是 CuZn 原电池，请填空：(1)反应原理：电极名称 负极 正极电极材料 锌片 铜片电极反应 Zn2e =Zn2 Cu2 2e =Cu反应类型 氧化反应 还原反应(2
17、)原电池中的三个方向：电子方向：从负极流出沿导线流入正极；电流方向：从正极沿导线流向负极；离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。(3)两种装置的比较：装置中还原剂 Zn 与氧化剂 Cu2 直接接触，易造成能量损耗；装置能避免能量损耗；装置中盐桥的作用是提供离子迁移通路，导电。命题点 1 与原电池原理有关的辨析理解原电池的工作原理要注意的四点(1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同形成了一个完整的闭合回路。(3)不论在原电池还是在电解池中，电子均不 能通过电解质溶液。(4)原
18、电池负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。例 12在如图所示的 8 个装置中，属于原电池的是( )A BC D解析：选 D 根据原电池的构成条件可知：中只有一个电极，中两电极材料相同，中酒精不是电解质，中两电极材料相同且无闭合回路，故不能构成原电池。例 13.如图，在盛有稀 H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极 X、Y，外 电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是( )A外电路的电流方向为：X外电路YB若两电极分别为铁和碳棒，则 X 为碳棒，Y 为铁CX 极上发生的是还原反应，Y 极上发生的是氧化反应D若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为 XY【答案】D命题点 2 原电池正
19、、负极的判断及电极反应式的书写1原电池正、负极的判断方法2. “三”步完胜电极反应式的书写例 14.如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( )A电极上发生还原反应，作原电池的负极B电极的电极反应式为 Cu2 2e =CuC该原电池的总反应为 2Fe3 Cu= =Cu2 2Fe 2D盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子【答案】C例 15.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH4e H 2O=CH3COOH4H 。下列有关说法正确的是( )A检测时，电解质溶液中的 H 向负极移动B若有 0.4 mol 电子转移，则在标准状况下消耗 4.48 L
20、 氧气C电池反应的化学方程式为 CH3CH2OHO 2=CH3COOHH 2OD正极上发 生的反应是 O24e 2H 2O=4OH【答案】C【解析】电解质溶液中阳离子应向正极移动，A 项错误；酸性溶液中，正极电极反应式为O24e 4H =2H2O，D 项错误；结合正极反应式，转移 0.4 mol 电子时，消耗 O2 0.1 mol，其在标准状况下的体积为 2.24 L，B 项错误；C 项符合题目要求，正确。 命题点 3 金属的防护例 22为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是( )A将青铜器放在银质托盘上B将青铜器与直流电源的正极相连C将青铜器保存在潮湿的空气中D在青铜器的表面覆盖一层防渗的
21、高分子膜【答案】D例 23.下列叙述错误的是( )A生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀【答案】C【解析】A、B 选项，都是原电池原理，铁做负极，使铁更易腐蚀；D 是牺牲阳极的阴极保护法。六、 原电池原理的四大应用命题点 1 比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属)作正极。如有两种金属 A 和 B，用导线将 A 和 B 连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到 A 溶解，而B 上有气体放出，则说明 A 作负极，B 作正极，则可以判断金属活动性
22、 AB。例 24.有 A、B、C、D、E 五块金属片，进行如下实验：A、B 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4中，A极为负极；C、D 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4中，电流由 D导线C；A、C 相连后，同时浸入稀H2SO4中，C 极产生大量气泡；B、D 相连后，同时浸入稀 H2SO4中，D 极发生氧化反应；用惰性电极电解含 B 离子和 E 离子的溶液，E 先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序 是( )AABCDE BACDBECCABDE DBDCAE【答案】B【解析】金属与稀 H2SO4组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H 在正极电极表面得到电
23、子生成 H2，电子流动方向由负极正极，电流方向则由正极负极。在题述原电池中，AB 原电池，A 为负极；CD 原电池，C 为负极；AC 原电池，A 为负极；BD 原电池，D为负极；E 先析出，E 不活泼。综上可知，金属活动性：ACDBE。命题点 2 加快化学反应速率由于形成了原电池，导致反应速率加快。如 Zn 与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量 CuSO4溶液，形成 CuZn 原电池，加快反应进行。例 25.将两份过量的锌粉 a、b 分别加入定量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的 CuSO4溶液，产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系正确的是( )【答案】B【解析】加入 Cu
24、SO4溶液，Zn 置换出 Cu，形成原电池，加快反应速率，由于 H2SO4定量，产生 H2的体积一样多。 例 31下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放 100 g 5.00%的 NaOH 溶液、足量的 CuSO4溶液和 100 g 10.00%的 K2SO4溶液，电极均为石墨电极。(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中 K2SO4浓度为 10.47%，乙中 c 电极质量增加。据此回答问题：电源的 N 端为_极；电极 b 上发生的电极反应为_；列式计算电极 b 上生成的气体在标准状况下的体积_；电极 c 的质量变化是_g；电解前后各溶液的酸、碱性强弱是否发生变化，简述其原因：甲溶液_
25、；乙溶液_；丙溶液_。(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？_ _【答案】(1)正 4OH 4e =2H2OO 2丙中水减少的质量：100 g 4.5 g，转移电子的物质的量： 20.5 mol，(110.00%10.47%) 4.5 g18 g/mol生成 O2的体积： 22.4 L/mol2.8 L 160.5 mol4碱性增强，因为电解后，水量减少，溶液中 NaOH 浓度增大 酸性增强，因为电解后生成 H2SO4，溶液中 H 浓度增大 酸碱性大小没有变化，因为 K2SO4是强酸强碱盐，浓度增大不影响溶液的酸碱性(2)能继续进行，因为 CuSO4溶液已转变为 H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应
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