原电池电解池讲义习题 The latest revision on November 22, 2020
一、原电池：将转变为的装置。
1、实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能
2、组成原电池的条件：
a 、有两种活泼性不同的金属作电极（或金属与能导电的非金属或化合物）
注：燃料电池中两极可同选石墨或铂
b 、有电解质溶液
c 、构成闭合的回路，可用盐桥连接，如右图，
d 、能自发发生氧化还原反应
3、电极名称及其判断：
（1）根据电极材料：两种金属（或金属与非金属）组成电极，若它们都与（或都不与）电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极。
（2）根据电极反应：失电子——氧化反应——负极
得电子——还原反应——正极
（3）根据电子或电流流动方向（外电路）：
电子从负极流出流入正极，电流从正极流出流入负极
（4）根据离子的定向移动（内电路）：溶液中阳离子向正极移动溶液中阴离子向负极移动
4、电极反应方程式的书写
注：（1）需标出正负极及电极材料；
（2）遵循三大守恒（电子得失守恒、质量守恒、电荷守恒）
如：Fe-Cu (稀硫酸)构成的原电池
负极（Fe）：Fe – 2e = Fe2+
正极（Cu）：2H+ +2e = H
2
↑
总反应：Fe + 2H+ = Fe2+ + H
2
↑
5、常见化学电源：包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。
1、酸性锌锰干电池
①构造：正极：石墨碳棒；负极：锌皮；电解质溶液：糊状氯化铵。
②电极反应：负极（锌皮）：Zn = Zn2++2e-（Zn - 2e-= Zn2+）
正极（石墨）：MnO
2+ NH
4
+ + e-→MnO(OH) + NH
3
电池反应：Zn＋2NH
4Cl＋2MnO
2
＝ZnCl
2
＋2MnO(OH) + 2NH
3
2、碱性锌锰干电池，与酸性锌锰干电池的区别在于：以氢氧化钾代替氯化铵做电解质。
其电极反应如下：负极（锌皮）：Zn-2e-+2OH-→Zn(OH)
2
正极（石墨）：2MnO
2 + H
2
O +2e-→Mn
2
O
3
+ 2OH-
电池反应：Zn + 2MnO
2 + H
2
O = Zn(OH)
2
+ Mn
2
O
3
3、铅蓄电池：
①构造：负极：铅；正极：二氧化铅；电解质溶液：硫酸溶液。
②电极反应：负极（铅）：Pb -2e- + SO
42-→ PbSO
4
正极（二氧化铅）：PbO
2 + 2e- + 4H+ + SO
4
2-→ PbSO
4
+ 2H
2
O
电池反应：PbO
2 + Pb + 2H
2
SO
4
= 2PbSO
4
+ 2H
2
O
③优点：铅蓄电池是二次电池，可多次充电，反复利用。
PbO
2 + Pb + 2H
2
SO
4
放电
充电 2PbSO4 + 2H2O
4、氢氧燃料电池：除H
2
外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。（优
点：能量利用率高）
⑴、碱性条件下燃料电池
①构造：负极：氢气；正极：氧气；电解质溶液：氢氧化钾溶液。
②电极反应：负极（H
2）：2H
2
- 4e-+ 4OH- → 4H
2
O
正极(O
2)：O
2
+ 4e- + 2H
2
O → 4OH-
电池反应：2H
2 + O
2
= 2H
2
O
⑵、酸性条件下燃料电池
①构造：负极：氢气；正极：氧气；电解质溶液：盐酸溶液。
②电极反应：负极（H
2）：2H
2
-4e-- → 4H+
正极(O
2)：O
2
+ 4e- + 4H+→2H
2
O
电池反应：2H
2 + O
2
= 2H
2
O
练习：新型燃料电池，甲烷、氧气及KOH电解质溶液，用P
t
作两个电极，写出两个电极的电极反应式和总反应式。
四、金属的腐蚀与防护
1、金属腐蚀的本质：金属原子失去电子被氧化
2、金属腐蚀的类型及比较
相互关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍危害更严重。
3
（1）析氢腐蚀 (酸性较强的溶液)
负极（Fe）：Fe – 2e- = Fe2+
正极（C）：2H+ + 2e- = H
2
↑
总方程式：Fe +2H+ = Fe2+ +H
2
↑
（2）吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液)
负极（Fe）：Fe – 2e- = Fe2+
正极（C）： 2H
2O + O
2
+ 4e- = 4OH-
总方程式：2H
2O + O
2
+2 Fe = 2Fe(OH)
2
Fe(OH)
2继续与空气中的氧气作用：2H
2
O + O
2
+4Fe(OH)
2
=4Fe(OH)
3
铁锈的主要成分是Fe
2O
3
，不能阻止钢铁继续腐蚀。
4、金属腐蚀快慢的判断：
①电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐蚀措施的腐蚀
②同一种金属的腐蚀：强电解质＞弱电解质＞非电解质
5、金属的防护
①覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）
②改变金属的内部结构（钢→不锈钢，在钢中加入镍和铬）
③电化学保护：牺牲阳极的阴极防护法（原电池原理）
外加电源的阴极防护法（电解原理）
五、电解池（有外加电源）：将能转化为能的装置。
1、电极判断：阴极和外加电源负极相连；阳极和外加电源正极相连
2、电极反应：阳极——发生氧化反应——失去电子
阴极——发生还原反应——得到电子
3、电子流向：由阳极流向正极再由负极流向阴极；溶液中阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移。
4、电极放电能力：
阳极：金属阳极＞S2+＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-（H2O）＞NO-
3＞SO-2
4
＞F-
。
阴极：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+（H2O）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。
注：当溶液中离子浓度较大时可能改变其放电顺序。例如电解浓度较大的ZnCl
2溶液，阴极上的电极反应为：
Zn2+ + 2e-═ Zn
5、电解原理的应用
（1）电解食盐水（氯碱工业）
①装置：立体隔膜电解槽（只允许Na+通过）作用：防止H
2 Cl
2
反应爆炸，防止
Cl
2
与NaOH反应
②电极反应
阴极：2H+ + 2e- → H
2↑（或2H
2
O+ 2e- → H
2
↑+2OH-）
阳极：2Cl- → Cl
2↑+ 2e-（或2Cl- - 2e-→ Cl
2
↑）
电解反应：
通电
2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH
（2）电解法精炼铜
①粗铜的成分：铜（锌、铁、镍、银、金、铂等）
②电极的连接：粗铜做阳极，和外加电源的正极相连；纯铜做阴极，和外加电源的负极相连。
③电解液：硫酸铜或硝酸铜溶液
④电极反应：阳极：Cu → Cu2++2e-，Zn→ Zn2++2e-，Ni→ Ni2++2e-
阴极：Cu2+ + 2e-→ Cu
⑤Ag、Au、Pt不发生反应，沉积到阳极底部，叫做阳极泥。
（3）电镀：利用电解原理，在金属表面上镀上一层其它金属或合金的过程叫电镀。
①电极的连接：镀层金属或惰性电极做阳极，和外加电源的正极相连；镀件金属
做阴极，和外加电源的负极相连。如铁上镀铜，铜（或石墨）做阳极，铁做
阴极。
②电镀液的选择：选择含有镀层金属离子的溶液做电镀液，如铁上镀铜，选择硫酸铜溶液做电镀液。
③电极反应：阳极：Cu=Cu2+ +2e-，阴极：Cu2+ +2e- =Cu
④电镀的特点：若镀层金属做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度不变；若用惰
性电极做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度减小。
6.电解规律（以惰性电极电解酸碱盐的规律）
惰性电极的材料通常是石墨（C）或铂（Pt），因其性质非常稳定，很难失去电子，因此本身不参与电极反应。如何准确地写出用惰性电极电解电解质溶液时的反应方程式并判断溶液的变化呢可以按离子的放电顺序将所有的阴、阳离子分为四个部分：
这样很容易得出以下规律：
电解质电解
类型
电极反应特点实例
电解
物质
电解
质溶
液浓
度
pH变
化
电解
质溶
液复
原
I、IV 离子组成电解
水型
阴极：
阳极：
NaOH 水增大增大水
H
2
SO
4
水增大减小水
Na
2
SO
4
水增大不变水
II、III离子组成电解
电解
质型
电解质电离出的
阴、阳离子分别在
两极放电
HCl
电解
质
减小增大HCl
CuCl
2
电解
质
减小—CuCl
2
I、III离子组成放H
2
生碱
型
阴极：H
2
O放H
2
生
碱
阳极：电解质阴离
子放电
NaCl
电解
质和
水
生成
新电
解质
增大HCl
II、IV离子组成放O
2
生酸
型
阴极：电解质阳离
子放电
阳极：H
2
O放O
2
生
酸
CuSO
4
电解
质和
水
生成
新电
解质
减小CuO
实际上I、IV中的离子（除、）在水溶液中一般不考虑放电，因为水电离出的、的放电能力比它们强。溶液的复原就按溶液“少啥补啥”，如用惰性电极电解溶液时两极分别产生、，则Ag与O的物质的量之比为2：1，所以加入可使溶液复原。
1. 电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在～之间，通过
电解生成Fe(OH)
3沉淀。Fe(OH)
3
有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作
用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。
某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图18所示：
(1)实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此时，应向污水中加入适量的 。
a ．H 2SO 4
b ．BaSO 4
c ．N 2SO 4
d ．NaOH
e ．CH 3CH 2OH (2)电解池阳极的电极反应分别是① ；
②22442OH e H O O ---=+↑。
(3)电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是 。
(4)熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH 4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。 已知负极的电极反应是243224852CH CO e CO H O --+-=+。 ①正极的电极反应是 。
②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分A 物质参加循环。则A 物质的化学式是 。 (5)实验过程中，若在阴极产生了 L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗CH 4(标准状况) L 。
2. 用右图装置（X 、Y 是直流电源的两极）分别进行下列各组实验，则下表中所列各
项对应关系均正确的一组是（ ） 选项 电源X 极 实验前U 形管中液体 通电后现象及结论 A 正极 Na 2SO 4溶液 U 形管两端滴入酚酞
后，a 管中呈红色
B 正极 AgNO 3溶液 B 管中电极反应式是
4OH —4e -=2H 2O+O 2↑
C 负极 KCl 和CuCl 2混合溶液 相同条件下，a 、b
两管中产生的气体总
体积可能相等
D 负极 Fe(OH)3胶体和导电液 B 管中液体颜色加深
3.（2011北京高考）氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示： （1）溶液A 的溶质是 ；
（2）电解饱和食盐水的离子方程式是 ；
（3）电解时用盐酸控制阳极区溶液的PH 在2～3，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用 ；
（4）电解所用的盐水需精制。去除有影响的Ca 2＋、Mg 2＋、NH 4＋、SO 42－[c(SO 42－)＞c(Ca 2＋)]。
精致流程如下（淡盐水和溶液A 来电解池）：
①盐泥a 除泥沙外，还含有的物质是 。 ②过程Ⅰ中将NH 4+转化为N 2的离子方程式是 。
③BaSO 4的溶解度比BaCO 3的小，过程Ⅱ中除去的离子有 。
④经过程Ⅲ处理，要求盐水中c 中剩余Na 2SO 3的含量小于5mg /L,若盐水b 中NaClO 的含量是 mg /L ，则处理10m 3 盐水b ，至多添加10% Na 2SO 3溶液 kg （溶液体积变化忽略不计）。
4.（2010东城二模） 如图，a 、b 是石墨电极，通电一段时间后，b 极附近溶液显红色。下列说法正确的是 A ．X 极是电源负极，Y 极是电源正极 B ．a 极的电极反应是2CI --2e -
=Cl 2↑ C ．电解过程中CuSO 4溶液的pH 逐渐增大
D ．Pt 极上有析出时，b 极产生（标准状况）气体
5. （2011东城一模28（2））工业可用电解法来处理含Cr 2O 72?
废水。实验室利用如图
-23模拟处理含Cr 2O 72?的废水，阳极反应式是Fe-2e -=Fe 2+，阴
极反应式是2 H + +2e -=H 2↑。Fe 2+与酸性溶液中的Cr 2O 72?反应的
离子方程式是 ，得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从水的电离平衡角度解释其原因是 。用电解法处理
该溶液中Cr 2O 72?
时，至少得到沉淀的质量是 g 。
6. （2011北京卷，第8题，6分）结合下图判断，下列叙述正确的是（ ）
A ．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B. Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe －2e －＝Fe 2＋
C. Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O 2＋2H 2O ＋4e －＝4OH －
D. Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K 3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀
7. （2011新课标全国）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni 2O 3+3H 2O= Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确．．．
的是（ ）
A. 电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni 2O 3、负极为Fe
B. 电池放电时，负极反应为Fe+2OH --2e -=Fe （OH ）2
C. 电池充电过程中，阴极附近溶液的pH 降低
D. 电池充电时，阳极反应为2Ni （OH ）2+2OH --2e -=Ni 2O 3+3H 2O
+ Fe
Fe
含Cr 2O 72—
废水、稀H 2SO 4
图-23
8.（2010安徽卷,第27题，14分）锂离子电池的广泛应用使回收利用锂货源成为重
要课题：某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn
2O
4
、碳粉等涂覆在铝箔
上）进行资源回收研究，设计实验流程如下：
（1）第②步反应得到的沉淀X的化学式为。
（2）第③步反应的离子方程式是。
（3）第④步反应后，过滤Li
2CO
3
所需的玻璃仪器有。
若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：
、。
（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiNB
2O
4
的质量为 g第③步反应中加入-1的H
2
SO
4
溶
液。定正极材料中的锂经反应③和④完全为Li
2CO
3
,剩至少有 Na
2
CO
3
参加了反
应。
9. （09天津卷，第10题，14分）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装
置。
下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，
性质稳定，请回答：
（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是，在导线中
电子流动方向为（用a、b 表示）。
（2）负极反应式为。
（3）电极表面镀铂粉的原因
为。
（4）该电池工作时，H
2和O
2
连续由外部供给，电池可连续不断提供
电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li+H
2
2LIH
Ⅱ.LiH+H
2O==LiOH+H
2
↑
①反应Ⅰ中的还原剂是，反应Ⅱ中的氧化剂是。
②已知LiH固体密度为cm3。用锂吸收224L（标准状况）H
2
，生成的LiH体积与被吸
收的H
2
体积比为。
③由②生成的LiH与H
2O作用，放出的H
2
用作电池燃料，若能量转化率为80％，则导
线中通过电子的物质的量为m ol。