[考纲要求] 1.理解原电池和电解池的工作原理,能写出常见的简单电极反应和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源,认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3.认识金属腐蚀的危害,理解金属发生电化学腐蚀的原因,能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
考点一 一座“盐桥”连接“两池”形成回路
1.电化学装置中都有两个电极,分别发生氧化反应与还原反应。若两个电极插在同一电解质溶液的容器内,则由于阴阳离子的移动速率不同而导致两极之间出现浓度差,以及因电极本身直接与离子反应而导致两极之间电势差变小,影响了电流的稳定。为解决这个问题,人们使用了盐桥。盐桥主要出现在原电池中,有时也可在电解池中出现,其主要作用就是构建闭合的内电路,但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。
2.盐桥是新课改教材中出现的新名词,因而围绕盐桥的电化学知识已成为新课改地区命题的一个热点,所以有必要分析研究盐桥问题的考查思路。通常从以下四个方面命题。
(1)考查盐桥的作用。
(2)考查含盐桥的电化学总反应式的书写。
(3)考查盐桥内溶液离子的移动方向。
(4)考查含盐桥的电化学装置的设计。
(5)考查盐桥的作用与平衡移动。
题组一 明确原理,设计装置
1.[2013•广东理综,33(2)(3)](2)能量之间可相互转化:电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。限选材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。
①完成原电池甲的装置示意图(见上图),并作相应标注,要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
②以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极__________。
③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________,其原因是________________________________________________________________________。
(3)根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在(2)的材料中应选__________作阳极。
答案 (2)① (或其他合理答案)
②电极逐渐溶解,表面有红色固体析出
③甲 在甲装置中,负极不和Cu2+接触,避免了Cu2+直接与负极发生反应而使化学能转化为热能
(3)锌片
解析 (2)①根据题给条件和原电池的构成条件可得:
a.若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池,Zn作负极,Cu作正极,Zn插入到ZnSO4(aq)中,Cu插入到CuSO4(aq)中。
b.若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池,Fe作负极,Cu作正极,Fe插入到FeSO4(aq)中,Cu插入到CuSO4(aq)中。
c.注意,画图时要注意电极名称,电极材料,电解质溶液名称(或化学式),并形成闭合回路。
②由于金属活动性Zn>Fe>Cu,锌片或铁片作负极,由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触,工作一段时间后,负极逐渐溶解,表面有红色固体析出。
③带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触,二者不会直接发生置换反应,化学能不会转化为热能,几乎全部转化为电能;而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触,两者会发生置换反应,部分化学能转化为热能,化学能不可能全部转化为电能。
(3)由牺牲阳极的阴极保护法可得,铁片作正极(阴极)时被保护,作负极(阳极)时被腐蚀,所以应选择比铁片更活泼的