化學專題6原電池與電解池

1、化學專題6 原電池與電解池高考考向學科內重點熱點分析原電池與電解池是高考每年都涉及的內容，本專題的考查要求為：（1）理解原電池原理。熟記金屬活動性順序。了解化學腐蝕與電化學腐蝕及一般防腐蝕方法。 （2）了解電解和電鍍的基本原理及應用。高考考查的方式除了以課本知識為基點的原電池和電解池原理的直接考查外，還給出以最新電池等新科技和新知識為信息的信息遷移題，以考查學生對課本知識的靈活運用和信息處理能力?？鐚W科重點熱點分析以原電池和電解池原理為主的電化學是主要與物理學科交叉的重要契合點之一。原電池和電解池均與物理中的電學相關，它們之間溝通的最主要途徑是電路中通過的電子電量，由此可發(fā)散至電路的連接、電功

2、率、電流強度、電壓、電阻等的計算。學科內綜合能力測試例釋例1 下列關于銅電極的敘述正確的是A銅鋅原電池中銅是正極B用電解法精煉銅時粗銅作陰極C在鍍件上電鍍銅時可用金屬銅作陽極D電解稀硫酸制H2、O2時銅作陽極解析本題通過對銅電極的判定，將原電池和電解池綜合在一起進行考查，意在從中了解考生對電能與化學能轉變原理的理解。題目有一定的知識跨度，在考查知識的同時，也考查了考生思維的嚴密性和整體性。在銅鋅原電池中，與銅相比，鋅易失去電子，因而鋅極是負極，則銅極是正極，選項A正確；精煉銅時，需將其中的銅變成銅離子，再在陰極還原成銅。因而在電解池中粗銅應作為陽極，選項B錯誤；在工件上鍍銅時，需要將溶液中的銅

3、離子還原成銅而沉積在工件上。用作向溶液中供給銅離子的通則必須作為陽極，選項C正確；電解硫酸時，金屬銅如果作為陽極，它將以銅離子的形式被溶解而進入電解液，當電解液內有H+、Cu2+兩種離子共存時，后者將在陰極放電。這樣陰極的生成物將是銅而不是氫氣，達不到制氫氣和氧氣的目的。選項D不對。答案A、C例2將質量分數為0.052的NaOH溶液1L（密度為1.06g·cm-3）用鉑電極電解，當溶液中NaOH的質量分數改變了0.010時停止電解，則這時溶液中應符合的關系是NaOH的質量分數陰極析出的物質的質量/g陽極析出的物質的質量/gA0.06219152B0.06215219C0.0421.2

4、9.4D0.0429.41.2解析本題考查考生對電解原理的理解。在設計試題時有意提供了某些可應用于速解的信息，借以考查考生思維的敏捷性。常規(guī)解：由題設條件可知，1LNaOH溶液中含有的溶質質量為：1000mL×1.06g·cm-3×0.052=55.12g，電解稀硫酸事實上消耗了水，使溶液濃度增大，停止電解時溶質的質量分數為0.062，停止電解時溶液的質量為：。則被電解的水為：1060g-889g=171g。根據電解水的化學方程式不難算出：在陽極析出的氧氣為：，在陰極析出的氫氣為：，選項B正確；非常規(guī)解：根據電解NaOH溶液事實上是電解水這一結論，可看出隨著電解的

5、進行，溶液中溶質的質量分數增加，這樣，C、D兩項應予否定。電解水是陽極析出的是氧氣，陰極析出的是氫氣，它們的物質的量之比應為21，前者質量大于后者，只有選項B符合題意。答案B例3將質量相等的銅片和鉑片插入硫酸銅溶液中，銅片與電源正極相連，鉑片與電源負極相連，以電流強度1A通電10min，然后將電源反接，以電流強度為2A繼續(xù)通電10min。試回答：（1）銅電極和鉑電極質量為橫坐標，時間為縱坐標，分別作出銅電極、鉑電極的質量和時間的關系圖。（2）上述過程中發(fā)生的現(xiàn)象是：銅電極 ；鉑電極 。（3）最后時刻兩電極的電極反應式：銅電極 ；鉑電極 。解析作圖題是近年來出現(xiàn)的一種新題型,這類題提供一些化學變

6、化過程和必要的數據等條件,要求學生按照題中規(guī)定作出相關化學圖像。由于學生必須根據題中制定的情景或數據，將化學知識按內在聯(lián)系統(tǒng)攝成規(guī)律，并將其抽象為數學問題，利用數學工具解決化學問題，所以這類題對考生的深層次思維能力的考查還是很有成效的。本題將電解原理和化學圖像相結合，對學生的化學知識的考查更加深入。開始10min，陽極反應為：Cu-2e=Cu2+，陰極為：Cu2+2e=Cu。所以銅片質量減少，鉑片質量增加，銅片上所溶解的銅與鉑片上析出的銅的質量相等。后10min，電源反接，表面附有銅的鉑片成為陽極，銅片成為陰極。又由于電流強度為開始的2倍，附著在鉑片上的銅在5min時即完全溶解，后5min，陽

7、極的電極反應式為：4OH-4e=O2+H2O，此時陽極鉑片質量不發(fā)生變化。作為陰極的銅片在5min即恢復到開始時的質量，后5min質量繼續(xù)增加。答案（1）m(Cu)/g m(Pt)/g 10 15 20 t/min 10 15 20 t/min （2）由上述分析可知：銅片先變薄，后增厚；鉑片先有銅沉積，后銅溶解，銅溶解完，又有氣體產生。（3）銅電極：Cu2+2e=Cu；鉑電極：4OH-4e=O2+2H2O。跨學科知識板塊滲透統(tǒng)整表 物 理 化 學生 物（1）電路的聯(lián)接（2）電流強度、電量之間的換算（3）電能與化學能之間的轉化關系（4）電功、電功率、電源電動勢等的計算（1）原電池的基本原理、電極

8、反應、正負極的判斷、外電路中電子物質的量的計算（2）電解的基本原理、電極反應、陰陽極的判斷、電路中電子的物質的量的計算（3）各種實用電池（4）原電池或電解池中有關物質的生消量與消耗電量的計算生物電現(xiàn)象跨學科綜合能測試例釋例題 某學生試圖用電解法根據電極上析出物質的質量來驗證阿佛加德羅常數值，其實驗方案的要點為： 用直流電電解氯化銅溶液，所用儀器如圖：在電流強度為I安培，通電時間為ts鐘后，精確測得某電極上析出的銅的質量為mg。試回答：（1）連接這些儀器的正確順序為（用圖中標注儀器接線柱的英文字母表示。下同）E接 ，C接 ， 接F。實驗線路中的電流方向為 C 。（2）寫出B電極上發(fā)生反應的離子方

9、程式 ，G試管中淀粉KI溶液變化的現(xiàn)象為 ，相應的離子方程式是 。（3）為精確測定電極上析出銅的質量，所必需的實驗步驟的先后順序應是 。（選填下列操作步驟的編號）稱量電解前電極的質量刮下電解后電極上的銅并清洗用蒸餾水清洗電解后電極低溫烘干電極后稱量低溫烘干刮下的銅后稱量再次烘干后稱量至恒重（4）已知電子的電量為1.6×10-19C。試列出阿佛加德羅常數的計算表達式：NA 。解析本題將物理中電路連接與化學中儀器連接相結合，將電學知識與電解原理相結合，并設置一個利用電解方法來驗證阿佛加德羅常數的全新情境，具有一定的深度和靈活性。解題時應將理化相關知識有機融合，方能解決相關問題。（1）由于

10、U形管右側有一處理氣體的支管，所以可斷定B電極為有Cl2生成的一極，即為陽極。顯然F應與B連接，A為陰極，結合安培計接入線路的物理知識，A應接C，D接E。（2）電解CuCl2，陰、陽兩極的電極反應式為：陰極：Cu2+2e=Cu；陽極：2Cl-2e=Cl2生成的Cl2通入G試管，與KI反應，置換出I2，I2可使淀粉溶液呈現(xiàn)藍色。（3）為了精確測定電極上析出的銅的質量，顯然應采用測定電解前后A電極的增重的方法。具體操作為：在電解前先稱量A電極的質量，電解后先用蒸餾水清洗電極（洗去附著的離子），然后需將電極烘干（除去附著的水），為防止Cu被氧化，應在低溫下烘干后再進行稱量，為防止誤差，還應再低溫烘干

11、稱量，直至恒重。（4）電解時，當電流強度為IA，通電時間為ts鐘內，通過的總電量為：Q=ItC，通過的電子的物質的量為mol。由題意知陰極析出mgCu，轉移的電子的物質的量為 。由上述分析可建立等式：， 由此式即可得NA的表達式。答案（1）E接D、C接A、B接F；FBACDE（2）2Cl-2e=Cl2；變藍色；Cl2+2I=2Cl+I2（3）（4） 綜合能力測試一、選擇題（每題4分，共64分）1鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時,正極上發(fā)生的電極反應是A.2H+2e = H2B.Fe2+2e = FeC.2H2O+O2+4e = 4OH-D.Fe3+e = Fe2+2以下現(xiàn)象與電化腐蝕無關的是A 黃銅（銅鋅合

12、金）制作的銅鑼不易產生銅綠 B 生鐵比軟鐵芯（幾乎是純鐵）容易生銹 C 銹質器件附有銅質配件，在接觸處易生鐵銹 D 銀質獎牌久置后表面變暗 3A、B、C是三種金屬,根據下列、兩個實驗,確定它們的還原性強弱順序為將A與B浸在稀硫酸中用導線相連,A上有氣泡逸出,B逐漸溶解電解物質的量濃度相同的A、C鹽溶液時,陰極上先析出C(使用惰性電極)A.A>B>CB.B>C>AC.C>A>BD.B>A>C4下列關于實驗現(xiàn)象的描述不正確的是A把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡B用鋅片做陽極，鐵片做做陰極，電解氯化鋅溶液，鐵片表面出現(xiàn)一層鋅C把銅片

13、插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵D把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快5在外界提供相同電量的條件，Cu2+或Ag+分別按Cu2+2eCu或Ag+eAg在電極上放電，電極上析出銅的質量為1.92g，則析出銀的質量為A6100 mL濃度為2 mol/L的鹽酸跟過量的鋅片反應，為加快反應速率，又不影響生成的氫氣的總量，可采用的方法是A加入適量的6 mol/L的鹽酸 B加入數滴氯化銅溶液C加入適量蒸餾水 D加入適量的氯化鈉溶液7用兩支惰性電極插入500 mL AgNO3溶液中，通電電解。當電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時（設電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后

14、體積變化可以忽略），電極上析出銀的質量大約是A27 mg B54 mg C108 mg D216 mg8氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應式是根據此反應式判斷，下列敘述中正確的是A.電池放電時，電池負極周圍溶液的PH不斷增大B.電池放電時，鎳元素被氧化C.電池充電時，氫元素被還原D.電池放電時，是負極9用惰性電極電解M（NO3）x的水溶液，當陰極上增重ag時，在陽極上同時產生bL氧氣（標準狀況）：從而可知M的原子量為A.B.C.D.10實驗室用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水制取氯氣,已知鉛蓄電池放電時發(fā)生如下反應:今若制得Cl20.050mol，

15、這時電池內消耗的H2SO4的物質的量至少是A.0.025molB.0.050molC.0.10molD.0.20mol11將分別盛有熔融的氯化鉀、氯化鎂、氧化鋁的三個電解槽串聯(lián),在一定條件下通電一段時間后,析出鉀、鎂、鋁的物質的量之比為A.1:2:3B.3:2:1C.6:3:1D.6:3:212右圖中x、y分別是直流電源的兩極,通電后發(fā)現(xiàn)a極板質量增加,b極板處有無色無臭氣體放出,符合這一情況的是13將Al片和Cu片用導線相連，一組插入濃HNO3溶液中，一組插入稀NaOH溶液中，分別形成了原電池，則在這兩個原電池中，正極分別為A Al片、Cu片 B Cu片、Al片 C Al片、Al片 D Cu

16、片、Cu片14鹽溶液電解時，在相同時間作用下，析出金屬物質的量取決于A 電極的性質 B 電流強度 C 所加電壓 D 金屬離子的價數15A、B、C三個電解槽，A槽是CuCl2水溶液，純銅片做陰極，B、C都是AgNO3水溶液，純銀絲做陰極，先將A、B槽并聯(lián)，再與C槽串聯(lián)進行電解，當B槽中銀絲質量增加0.108g，C槽銀絲質量增加0.216g時，A槽中銅片質量增加為A 0.216g B 0.108g C 0.064g D 0.032g16鋰電池是新型高能電池，它以質輕、容量大而受到普遍重視，目前已經制成多種功能的鋰電池，某種鋰電池的總反應可表示為LiMnO2LiMnO2，若該電池提供0.5C電量，則

17、消耗正極材料的質量約為（其他損耗忽略不計）A 3.5g B 7g C 4.52×104g D 43.5g二、綜合題（共86分）17（17分）工業(yè)上為了除去含Cr2O72-離子的酸性廢水，采用以下處理方法：往工業(yè)廢水中加入適量的食鹽水12g/L；以鐵作為電極進行電解：鼓入空氣，經過一段時間后，使廢水中的含鉻（有毒）量降到可排放的標準。其原理是：將Cr2O72-離子還原為可溶性三價鉻離子；在電解除鉻過程中，溶液的pH不斷升高，使工業(yè)廢水由酸性變?yōu)閴A性，再把三價鉻離子變成不溶性氫氧化物除去。根據上述原理回答下列問題：(1)用鐵作為電極電解時，電極反應式為：陽極 ，陰極 ；加入食鹽的目的是

18、。(2)在水溶液中將Cr2O72-離子還原成Cr3+離子的還原劑為溶液中的 離子，此氧化還原反應的離子方程式是 。(3)在處理廢水的過程中，溶液的pH不斷升高，由酸性變?yōu)閴A性是通過 和 途徑來實現(xiàn)的。(4)將Cr3+轉變成不溶性氫氧化物的離子方程式為 ，同時還有 沉淀生成。18（30分）人們應用原電池原理制作了多種電池，以滿足不同的需要。在現(xiàn)代生活、生產和科學技術的發(fā)展中，電池發(fā)揮著越來越重要的作用，大至宇宙火箭、人造衛(wèi)星、空間電視轉播站、飛機、輪船，小至電腦、收音機、照相機、電話、助聽器、電子手表、心臟起搏器等，都離不開各式各樣的電池。以下每小題中的電池即為廣泛使用于日常生活、生產和科學技術

19、等方面的實用電池，請根據題中提供的信息，填寫空格。（1）電子表和電子計算器中所用的是鈕扣式的微型銀鋅電池，其電極分別為Ag2O和Zn，電解液為KOH溶液。工作時電池總反應為：Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2。 工作時電流從 極流向 極（兩空均選填“Ag2O”或“Zn”）。 電極反應式為：正極 ，負極 。 工作時電池正極區(qū)的pH （選填“增大”“減小”或“不變”）。（2）蓄電池在放電時起原電池作用，在充電時起電解池的作用。愛迪生蓄電池放電充電分別在充電和放電時發(fā)生的反應為：Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2。 放電時，正極為 。正極的電極反應式為 。充電時，陰極

20、的電極反應式為 。該蓄電池中的電解質溶液應為 （選填“酸性”或“堿性”）溶液。（3）1991年我國首創(chuàng)以鋁空氣海水電池為能源的新型海水標志燈已經研制成功。這種燈以海水為電解質溶液，靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而產生電流。只要把燈放入海水數分鐘就發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高2050倍。試寫出這種新型電池的電極反應式：正極 ，負極 。（4）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣，制得在650下工作的燃料電池。已知負極反應式為：2CO+2CO32-=4CO2+4e。則正極反應式為 ，總電池反

21、應式為 。（5）氫鎳電池是新型的二次電池，它的突出優(yōu)點是循環(huán)壽命長，1987年起在地球同步軌道條件下工作壽命超過10年。其正極為氧化鎳，負極為氫電極。電解質溶液為密度1.3g/cm3左右的氫氧化鉀水溶液。電池總反應為：H2+2NiOOH2Ni(OH)2。則放電時的電極反應式為：正極 ，負極 。19（6分）銀制器皿日久表面因生成硫化銀而變黑色。有人設計用原電池原理加以除去，其具體做法是：將一定濃度的食鹽水放入一鋁制容器中，再將表面變黑的銀器沉入其中，放置一段時間后，不僅能褪去黑色，而且還不損失銀。試回答：（1）該原電池的負極反應式是 ；（2）該原電池的總反應式是 。20（13分）取Pt和Zn為電

22、極材料埋入人體內作為心臟起搏器的能源，它跟人體的體液中含有一定濃度的溶解O2、H+和Zn2+進行作用。（1）其正極的反應式為 負極的反應式為 （2）該電池在0.8V、40uw條件下進行工作，則工作電流為 A。（3）將5g鋅埋入人體內，則可維持多少年才需要第二次手術進行更換（取二位有效數字）？（4）心臟起搏器是一種人造心臟激勵器。它向心臟發(fā)送小的電脈沖，以使心臟有規(guī)則地跳動。大多數起搏器是由鋰電池或銀鋅電池驅動。有一種心臟起搏器中使用的新型LiI2電池使用壽命可超過10年，其反應可簡化為：2Li+I2=2LiI。則工作時負極的電極反應為 ，根據你所學的堿金屬的有關知識判斷：該新型鋰電池中能否用L

23、iI水溶液作電解液？ （選填“能”或“不能”）原因是。21（10分）如右圖所示是某位同學設計的一個進行電解硫酸銅溶液實驗的電路。電源由10個電壓為1.5V的電池串聯(lián)組成電池組，測得其總內阻為0.5，電解質溶液為500mL，1.0mol/L的硫酸銅溶液，以鉑做電極。20min后a極增重 1.6g（設電解過程中溶液體積保持不變，且不考慮電解池的反電動勢）。（1）M是 極，b是 極；（2）電解池的平均電阻是 ；（3）若要使電解池中溶液恢復至電解前的狀態(tài)，可加入 A CuSO4固體 B 水 C CuO D Cu(OH)2 （4）電解后溶液的pH值為 。22（10分）如右圖所示，一金屬桿ab在兩水平平行的導軌間向右做勻速直線運動，其速度為v1m/s，導軌電阻不計。導軌間的寬度為l1m，其間有一豎直向下的勻強磁場，磁感強度B1T，現(xiàn)用導線與插入電解槽中兩惰性電極CD相連，回路的總電阻為1，電解液為CuSO4，問：（l）哪一個電極為負極，析出何種物質？（2）寫出電解CuSO4水溶液的離子方程式。（3）析出的物質質量為多少克？參考答案一、選擇題1.C 2.D 3.D 4.C 5.B 6.B 7.B 8.CD 9.C 10.C 11.D 12.A 13.A 14.BD 15.D 16.C二、綜合題17(1) 陽極：Fe-2e=Fe