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常见电化学装置图分析

(一)原电池原理及装置分析

1.

2.

3.

例1(2024·扬州高三阶段练)高电压水系锌?有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法错误的是()

A.充电时，中性电解质NaCl的浓度减小

B.放电时，负极反应式为Zn-2e-+4OH-Zn(OH)4

C.充电时，1molFQH2转化为FQ转移2mol电子

D.放电时，正极区溶液的pH减小

例2神舟系列载人飞船的电源系统有太阳能电池帆板和镉镍蓄电池。其中镉镍电池的工作原理示意图如下(L为小灯泡，K1、K2为开关)，电池总反应为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。

下列说法正确的是()

A.镍镉电池可24小时全天处于充电状态

B.镍镉电池放电时，电池外部电势：电极A电极B

C.镍镉电池充电时，电极A附近碱性逐渐减弱

D.镍镉电池充电时，阳极反应式：Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O

(二)电解原理及装置分析

1.电解池模型

2.对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)

电解类型

电解质实例

溶液复原物质

电解水

NaOH、H2SO4

或Na2SO4

水

电解电解质

HCl或CuCl2

原电解质

放氢生碱

NaCl

HCl气体

放氧生酸

CuSO4或AgNO3

CuO或Ag2O

注意电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2+完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2+完全放电之后，溶液中H+继续放电，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。

3.电解原理的基本应用

(1)电解饱和食盐水(氯碱工业)

阳极反应式：?(氧化反应)。

阴极反应式：。?

总反应方程式：。?

(2)电解精炼铜

电极材料：阳极为粗铜，阴极为纯铜。

电解质溶液：含Cu2+的盐溶液。

阳极反应：Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+、Ni-2e-Ni2+、Cu-2e-Cu2+。

阴极反应：Cu2++2e-Cu。

阳极泥的形成：在电解过程中，活动性位于铜之后的银、金等杂质，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。

(3)电镀：图为金属表面镀银的工作示意图。

镀件作阴极，镀层金属银作阳极。电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。

电极反应：阳极Ag-e-Ag+；阴极：Ag++e-Ag。

特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。

(三)金属的电化学腐蚀与防护

1.牺牲阳极法

被保护的金属作原电池的正极(阴极)，活泼金属作原电池的负极(阳极)，阳极要定期予以更换。

2.外加电流法

将被保护的金属与电源负极相连，作电解池的阴极，另一附加电极与电源正极相连，作电解池的阳极。

(四)电化学中的离子交换膜

(1)交换膜类型及特点

交换膜

类型

阳膜

阴膜

双极膜

特定的

交换膜

允许通过的离子及移动方向

阳离子移向原电池的正极(电解池的阴极)

阴离子移向原电池的负极(电解池的阳极)

中间层中的H2O解离出H+和OH-，H+移向原电池的正极(电解池的阴极)，OH-移向原电池的负极(电解池的阳极)

只允许特定的离子或分子通过，如质子交换膜只允许H+通过，氯离子交换膜只允许Cl-通过

通性

无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得电子的一极，阴离子均移向失电子的一极

(2)离子交换膜的作用

如：三室式电渗析法处理Na2SO4废水

①阴极产生氢气；阳离子Na+通过阳离子交换膜进入阴极区。

②阳极产生氧气，阴离子SO4

③离子交换膜的作用：平衡电荷，使产品NaOH和H2SO4分开，不反应。

例双极膜是一种离子交换复合膜，在直流电场作用下能将中间层的水分子解离成H+和OH-，并分别向两极迁移。用双极膜电解制备金属钴，工作原理如图所示。下列说法错误的是()

A.电极a接电源的正极

B.电解过程中溶液中的SO4

C.当电路中转移2mol电子时，阳极产生22.4LH2(标准状况)

D.电解池工作时，阴离子交换膜与双极膜之间的溶液的pH减小

1.(2024·江苏，8)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是()

A.电池工作时，MnO2发生氧化反应

B.电池工作时，OH-通过隔膜向正极移动

C.环境温度过低，不利于电池放电

D.反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为2×6.02×1023

2.(2020·江苏，11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是()

A.阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+

B.