原电池、电解池、电镀池

 

三原电池、电解池和电镀池的比较

 

 

典型例题分析

例1、下图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，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	CuSO4
B	石墨	石墨	负极	NaOH
C	银	铁	正极	AgNO3
D	铜	石墨	负极	CuCl2

分析：通电后a极板增重，表明溶液中金属阳离子在a极板上放电，发生还原反应析出了金属单质，因此可确定a极板是电解池的阴极，与它相连接的直流电源的x极是负极。选项C中x极为正极，故C不正确。A中电解液为CuSO₄溶液，阴极a板上析出Cu而增重，阳极b 板上由于OH^－离子放电而放出无色无臭的O₂，故A正确。B中电解液为NaOH溶液，通电后阴极a上应放出H₂，a极板不会增重，故B不正确。D中电解液为CuCl₂溶液，阴极a板上因析出Cu而增重，但阳板b板上因Cl^－离子放电，放出黄绿色有刺激性气味的Cl₂，故D不正确。答案为A。

 

例2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH

下列叙述不正确的是

A、放电时负极反应为：Zn－2e^— +2OH^—= Zn（OH）₂

B、充电时阳极反应为：Fe（OH）₃－3e^— + 5 OH^— = FeO+ 4H₂O

C、放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K₂FeO₄被氧化

D、放电时正极附近溶液的碱性增强

分析：A是关于负极反应式的判断，判断的要点是：抓住总方程式中“放电”是原电池、“充电”是电解池的规律，再分析清楚价态的变化趋势，从而快速准确的判断，A是正确的。B是充电时的阳极方程式，首先判断应该从右向左，再判断阳极应该是失去电子，就应该是元素化合价升高的元素所在的化合物参加反应，然后注重电子、电荷以及元素三个守恒，B正确；C主要是分析原总方程式即可，应该是1mol K₂FeO₄被还原，而不是氧化。D选项中关于放电时正极附近的溶液状况，主要是分析正极参加反应的物质以及其电极反应式即可，本答案是正确的。答案选C。

例5、通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1价）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）︰n（硝酸亚汞）=2︰1，则下列表述正确的是（       ）

A、在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（Ag）︰n（Hg）=2︰1

B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等

C、硝酸亚汞的分子式为HgNO₃          

D、硝酸亚汞的分子式为Hg₂（NO₃）₂

分析：通以相等的电量即是通过相同的电子数，银和亚汞都是+1价，因此，得到的单质银和汞的物质的量也应相等；又因电解的n（硝酸银）︰n（硝酸亚汞）=2︰1，硝酸银的化学式为AgNO₃，故硝酸亚汞的化学式不可能为HgNO₃，只能为Hg₂（NO₃）₂。答案为D。

 

例6、下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，只在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。回答：

 

（1）直流电源中，M为极。

（2）Pt电极上生成的物质是，其质量为     g。

（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为  ：2∶   ∶   ∶   。

（4）AgNO₃溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同），AgNO₃溶液的pH，H₂SO₄溶液的浓度，H₂SO₄溶液的pH。

（5）若H₂SO₄溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H₂SO₄溶液为多少g。

分析：电解5.00%的稀H₂SO₄，实际上是电解其中的水。因此在该电解池的阴极产生H₂，阳极产生O₂，且V（H₂）：V（O₂）=2：1。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。在336mL气体中，V（H₂）=2/3×336ml=224ml，为0.01mol，V（O₂）=1/3×336ml=112ml，为0.005mol。说明电路上有0.02mol电子，因此在b极（Pt、阴极）产生：0.02×108=2.16g，即 0.02mol的Ag。则n（e） ∶n（Ag） ∶n（O₂） ∶n（H₂）= 0.02∶0.02∶0.005∶0.01=4：4：1：2。由Ag（阳）电极、Pt（阴）电极和AgNO₃溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag⁺离子的物质的量，等于Ag电极被还原给溶液补充的Ag⁺离子的物质的量，因此[AgNO₃]不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的H₂SO₄溶液，由于其中的水发生电解，因此[H₂SO₄]增大，由于[H⁺]增大，故溶液的pH减小。

设原5.00%的H₂SO₄溶液为xg，电解时消耗水0.01×18 = 0.18g，则：，解得：。

答案：（1）正（2）Ag、2.16（3）2∶1/2∶1；

（4）不变、不变、增大、减小；（5）45.18。

1．确定金属活动性顺序

例1．（1993年上海高考化学题）有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 （  ）

A．D＞C＞A＞B   B．D＞A＞B＞C

C．D＞B＞A＞C   D．B＞A＞D＞C

    解析：根据原电池原理，较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，B不易被腐蚀，说明B为正极，金属活动性A＞B。另可比较出金属活动性D＞A，B＞C。故答案为B项。

2．比较反应速率

例2．（2000年北京春季高考化学题）100mL浓度为2 mol·L^-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 （  ）

A．加入适量的6mol·L^-1的盐酸   

B．加入数滴氯化铜溶液

C．加入适量蒸馏水

D．加入适量的氯化钠溶液

解析：向溶液中再加入盐酸，H⁺的物质的量增加，生成H₂的总量也增加，A错。加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上，形成了原电池反应，反应速率加快，又锌是过量的，生成H₂的总量决定于盐酸的量，故B正确。向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H⁺浓度的下降，反应速率变慢，故C、D都不正确。本题答案为B项。  

3．书写电极反应式、总反应式

例3．（2000年全国高考理综题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐 混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO₂的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

阳极反应式：2CO+2CO₃^2--4e^-== 4CO₂

阴极反应式：_________________，

电池总反应式：_______________。

解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中CO为还原剂，空气中O₂为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O₂==2CO₂。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O₂+2CO₂+4e^-== 2CO₃^2- 。

4．分析电极反应

例4．（1999年全国高考化学题）氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：

(1/2)H₂+NiO(OH)Ni(OH)₂

根据此反应式判断下列叙述中正确的是（  ）

A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大  

B．电池放电时，镍元素被氧化

C．电池充电时，氢元素被还原　　　　　　　　　 

D．电池放电时，H₂是负极

解析：电池的充、放电互为相反的过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。根据氢镍电池放电时的总反应式可知，电解质溶液只能是强碱性溶液，不能是强酸性溶液，因为在强酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)₂都会溶解。这样可写出负极反应式：H₂+2OH^--2e^- == 2H₂O，H₂为负极，附近的pH应下降。放电时镍元素由+3价变为+2价，被还原，充电时氢元素由+1价变为0价，被还原。故答案为C、D项。

例5．（2000年全国高考理综题）钢铁

发生电化学腐蚀时,负极发生的反应（ ）

A．2H⁺+2e^-==H₂        B．2H₂O+O₂+4e^-== 4OH^- 

C．Fe-2e^-==Fe²⁺       D．4OH^-+4e^-==2H₂O+O₂

解析：钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O₂或CO₂等气体的水膜。当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e^-==Fe²⁺，正极反应为：2H₂O+O₂+4e^-== 4OH^-；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为：Fe-2e^-==Fe²⁺，正极反应为：2H⁺+2e^-==H₂。钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。故答案为C项。

5．判断原电池的电极

例6．（2001年广东高考化学题）镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：

由此可知，该电池放电时的负极材料是（  ）

A．Cd(OH)₂    B．Ni(OH)₂   

C．Cd         D．NiO(OH)

解析：此电池放电时为原电池反应，所列反应由右向左进行，Cd元素由0价变为+2价，失去电子，被氧化，故Cd是电池的负极反应材料。本题答案为C项。

例7．（2001年上海高考化学题）铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（  ）

A．阴极  B．正极  C．阳极  D．负极

解析：铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成了原电池，由于金属活动性Zn＞Cu，故Zn为负极。答案为D项。

6．原电池原理的综合应用

例8．（2004年天津高考理综题）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 (  )

A．a电极是负极

B．b电极的电极反应为：4OH^--4e^-== 2H₂O+O₂↑

C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

解析：分析氢氧燃料电池原理示意图，可知a极为负极，其电极反应为：2H₂-4e^-==4H⁺，b极为正极，其电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-==4OH^-，电池总反应式为：2H₂+O₂==2H₂O。H₂为还原剂，O₂为氧化剂，H₂、O₂不需全部储藏在电池内。故答案为B项。

例9．（2004年江苏高考化学题）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：        

Zn(s)+2MnO₂(s)+H₂O(l) ==

    Zn(OH)₂(s)+Mn₂O₃(s)

下列说法错误的是（  ）

    A．电池工作时，锌失去电子

   B．电池正极的电极反应式为：2MnO₂(s)+H₂O(1)+2e^- == Mn₂O₃(s)+2OH^-(aq)

    C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

    D．外电路中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

解析： 该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应式可写出负极反应式：Zn(s)+2OH^-(aq)-2e^- == Zn(OH)₂(s)，用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：2MnO₂(s)+H₂O(1)+2e^- == Mn₂O₃(s)+2OH^-(aq)。Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1molZn失去2mol电子，外电路中每通过O.2mol电子，Zn的质量理论上减小6.5g。故答案为C项。

1. 在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是  （    ）

A．原电池正极和电解池阳极所发生的反应  B．原电池正极和电解池阴极所发生的

C．原电池负极和电解池阳极所发生的反应  D．原电池负极和电解池阴极所发生的反应

2、关于原电池和电解池的叙述正确的是          （    ）

A．原电池失去电子的电极称为阴极  

B．电解池的阳极、原电池的负极都发生氧化反应

C．原电池的两极，一定要由活动性不同的两种金属组成

D．电解时电解池的阳极一定是阴离子放电

3．用石墨作电极，电解1 mol·L^－1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是    (   )

A．HCl           B．NaOH          C．Na₂SO₄           D．NaCl

4．在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是      (     )

A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子

D．锌用阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

5、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是根据此反应式判断，下列叙述中正确的是：(   )                                                                

A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH值不断增大

B．电池放电时，镍元素被氧化

C．电池充电时，氢元素被还原            

D．电池放电时，H₂是负极

6．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2Ag+Zn(OH)₂

Ag₂O+Zn+H₂O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是     (    )

 

A．Ag            B．Zn(OH)₂        C．Ag₂O        Ｄ．Zn

7．用惰性电极电解M(NO₃)_ｘ的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，从而可知M的相对原子质量是                   (     )

A.B.C. D.

8．100 mL浓度为2 mol·L^－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是                     (     )

A.加入适量的6 mol·L^－1的盐酸             

B.加入数滴氯化铜溶液

C.加入适量蒸馏水                        

D.加入适量的氯化钠溶液

9．下列关于实验现象的描述不正确的是                    (     )

A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡

B.用锌片做阳极，铁片做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌

C.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁

D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快

10．用两支惰性电极插入500 mLAgNO₃溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是                          (     )

A.27 mg         B.54 mg           C.108 mg        D.216 mg

11. 氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：根据此反应式判断，下列叙述中正确的是 （   ）                 

（A）电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大

（B）电池放电时，镍元素被氧化 　　

（C）电池充电时，氢元素被还原

12.右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，合这一情况是                          (    )

	a极板	b极板	x电极	Z溶液
A	锌	石墨	负极	CuSO4
B	石墨	石墨	负极	NaOH
C	银	铁	正极	AgNO3
D	铜	石墨	负极	CuCl2

13.电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：

（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则

①电解池中X极上的电极反应式为              。在X极附近观察到的实验现象是        。

②Y电极上的电极反应式为            。检验该电极反应产物的方法是                   。

（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO₄溶液，则

①X电极的材料是                ，电极反应式为                   。

②Y电极的材料是                ，电极反应式为                   。

（说明：杂质发生的电极反应不必写出）

参考答案：

1、BC、2、B、3、C、4、A、5、CD、6、D、7、C、8、B、

9、C、10、B、11、CD、12、A

13、（1）①2H⁺+2e^-=H₂↑  放出气体，溶液变红

     ②2Cl^—2e^-=Cl₂↑  把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色。

（2）①纯铜  Cu²⁺+2e^-=Cu    ②粗铜 Cu—2e^-=Cu²⁺