通用版版高中化学 第四章 电化学基础 微型专题四 电化学基础学案 新人教版选修Word文件下载.docx
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C项,内电路靠阴、阳离子的定向移动形成电流;
D项,电池刚开始工作时NaOH过量,故Al反应后在溶液中是以AlO形式存在的,而无沉淀。
【易错辨析】 判断原电池的正、负极,不能单纯看金属的活泼性,还要考虑电解质溶液的性质,同样的电极在不同的电解质溶液中显现出不同的性质。
如本题的镁、铝电极,在酸性溶液中,镁是负极,而在氢氧化钠溶液中,铝是负极,镁是正极;
又如铁、铜电极在盐酸中,铁是负极,铜是正极,而在浓硝酸中,铁是正极,铜是负极。
考点 原电池的工作原理
题点 原电池正极和负极判断
2.正确书写或判断电极反应式
例2 燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置。
下面关于甲烷燃料电池(KOH溶液为电解质溶液)的说法正确的是( )
A.负极的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-
B.负极的电极反应式为CH4+8OH--8e-===CO2+6H2O
C.随着放电的进行,溶液的pH值不变
D.放电时溶液中的OH-向负极移动
答案 D
解析 由于正、负极不分,易错选A;
不考虑介质的碱性条件,误认为甲烷在负极反应生成CO2,易错选B。
燃料在负极上失电子发生氧化反应,甲烷燃烧能生成二氧化碳和水,二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾,所以负极的电极反应式为CH4+10OH--8e-===CO+7H2O,A、B项错误;
该电池的总反应为CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O,故随着放电的进行,溶液的碱性减弱,C项错误;
放电时,OH-向负极移动,D项正确。
【易错警示】 在书写原电池电极反应式或判断其正误时,一要看清正、负极,二要注意电解质溶液的性质对电极产物的影响。
题点 电极反应式的书写及正误判断
3.原电池原理多角度的考查
例3 热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。
该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是( )
A.正极反应式:
Ca+2Cl--2e-===CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温下,在正、负极间接上电流表,指针不偏转
解析 正极发生还原反应,故为PbSO4+2e-===Pb+SO,A项错误;
放电过程为原电池,故阳离子向正极移动,B项错误;
每转移0.1mol电子,生成0.05molPb为10.35g,C项错误;
常温下,电解质不能熔化,不能形成原电池,故指针不偏转,D项正确。
【解题指导】 本题从多角度考查原电池的原理:
(1)判断电极反应类型,负极发生氧化反应,正极发生还原反应;
(2)判断离子迁移方向,电解质溶液中阴离子移向负极,阳离子移向正极;
(3)判断电子流向,电子从负极流出经外电路流向正极;
(4)电极反应式的正误判断,要特别注意电极产物是否与电解质溶液反应。
考点 原电池的相关综合
题点 原电池原理的多角度考查
【相关链接】
1.图解原电池正、负极的判断方法
特别提示 判断一个原电池中的正、负极,最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极,得电子(发生还原反应)的一极是正极。
如果给出一个化学方程式判断正、负极,可以直接根据化合价的升降来判断,化合价升高、发生氧化反应的一极为负极,化合价降低、发生还原反应的一极为正极。
2.根据装置书写原电池的电极反应式
(1)先分析题目给定的图示装置,确定原电池正、负极上的反应物,并标出相同数目电子的得失。
(2)负极反应式的书写
常见电池
负极反应特点
负极反应式
书写方法
锌锰干电池(Zn|NH4Cl|C)
①负极(Zn)本身失去电子生成阳离子(Zn2+)
②生成的阳离子不与电解质溶液成分反应
直接写出负极反应式:
Zn-2e-===Zn2+
铅蓄电池
(Pb|H2SO4|PbO2)
①负极(Pb)本身失去电子生成阳离子(Pb2+)
②生成的阳离子(Pb2+)与电解质溶液成分(SO)反应
将①和②进行叠加:
Pb-2e-+SO===PbSO4
甲烷燃料
电池(Pt|KOH|Pt)
①负极本身不反应,燃料失去电子被氧化
②燃料反应产物与电解质溶液成分有些能反应
CH4-8e-+10OH-===CO+7H2O
(3)正极反应式的书写
①首先判断在正极发生反应的物质:
当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时,在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒;
当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时,在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。
②然后再根据具体情况写出正极反应式,在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题,若参与反应也要书写叠加式。
③燃料电池的正极反应式
电解质是碱性或中性溶液:
O2+2H2O+4e-===4OH-,
电解质是酸性溶液:
O2+4H++4e-===2H2O。
(4)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。
3.根据总反应式书写原电池的电极反应式
如果题目给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),再选择一个简单变化情况写电极反应式,另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式,用总反应式减去已写出的电极反应式即得结果。
以2H2+O2===2H2O为例,当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下:
(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况,确定2molH2失掉4mol电子,初步确定负极反应式为2H2-4e-===4H+。
(2)根据电解质溶液为碱性,与H+不能大量共存,反应生成水,推出OH-应写入负极反应式中,故负极反应式为2H2+4OH--4e-===4H2O。
(3)用总反应式2H2+O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式:
2H2O+O2+4e-===4OH-。
二、电解原理及其应用
1.电解问题的分析与判断
例4 近年来,加“碘”食盐中添加较多的是碘酸钾(KIO3),碘酸钾在工业上可用电解法制取。
以石墨和不锈钢为电极材料,以KI溶液为电解液,在一定条件下进行电解,反应的化学方程式为KI+3H2OKIO3+3H2↑。
下列有关说法不正确的是( )
A.转移3mol电子,理论上可制得107gKIO3
B.电解时,石墨作阳极,不锈钢作阴极
C.阳极的电极反应式为I-+3H2O-6e-===IO+6H+
D.电解过程中,电解液的pH减小
解析 根据电解的总反应方程式可知,转移6mol电子,生成1mol碘酸钾,则转移3mol电子,理论上可得到0.5mol(即107g)KIO3,A项正确;
根据电解的总反应方程式可知,阳极应为惰性电极,所以电解时石墨作阳极,不锈钢作阴极,B项正确;
电解时,阳极发生氧化反应,电极反应式为I-+3H2O-6e-===IO+6H+,C项正确;
根据电解的总反应方程式可知,电解过程中电解液的pH基本不变,D项错误。
考点 酸、碱、盐溶液的电解规律
题点 电解问题的分析与判断
规律方法 解答电解问题的五步分析法
第一步:
看。
先看清楚电极材料,对于惰性电极如石墨、铂等,不参与阳极的氧化反应;
对于铜、银等活泼电极,阳极参与电极反应。
第二步:
离。
写出溶液中所有的电离方程式,包括水的电离方程式。
第三步:
分。
将离子分成阳离子组、阴离子组,阳离子向阴极迁移,阴离子向阳极迁移。
第四步:
写。
按发生还原反应、氧化反应的顺序写出电极反应式。
阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
第五步:
析。
根据电极反应式分析电极、电解质溶液的变化,并进行有关问题的解答。
2.阳极材料对电解结果的影响
例5 以等质量的铂棒和铜棒作电极,电解硫酸铜溶液,通电一段时间后,其中一极增加质量为ag,此时两极的质量差为( )
①ag ②2ag ③g ④无法判断
A.①B.①②
C.①②③D.④
解析 题中只是给出“以等质量的铂棒和铜棒作电极”,应有两种可能:
①如果Cu作阴极,Pt作阳极,本实验为电解硫酸铜溶液,Cu棒增重,而Pt棒的质量不变,因此二者的质量差为ag。
②如果Cu作阳极,Cu是活泼电极,Cu棒本身参与反应,即Cu-2e-===Cu2+,因此Cu极减重;
Pt作阴极,此时溶液中的Cu2+被还原而使阴极增重,即Cu2++2e-===Cu,综合两极情况后,可得出阴极增加质量的数值应等于阳极铜棒失重的数值,因此两极质量相差2ag。
【易错警示】
(1)解决电解池的有关问题,首先要注意两电极材料是否是活泼性电极。
(2)如果阳极是活泼性电极则电极本身失电子而溶解,溶液中的阴离子不放电。
(3)如果阳极是惰性电极,则阳极不参加反应而溶液中的阴离子放电。
考点 电解的相关综合
题点 阳极材料对电解结果的影响
3.电解池中电极反应式的书写
例6 如图所示,a、b为石墨电极,通电一段时间后,b极附近显红色。
下列说法不正确的是( )
A.b电极反应式为2H++2e-===H2↑
B.a电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑
C.铜电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O
D.铁电极反应式为Cu2++2e-===Cu
答案 C
解析 由题意可知,b电极为阴极,a电极为阳极,则铁为阴极,铜为阳极,铜电极反应式为Cu-2e-===Cu2+。
规律方法 “三看”法快速书写电极反应式
(1)一看电极材料,若是(金、铂除外)作阳极,金属一定被氧化(注意:
一般情况下,铁失去电子被氧化为Fe2+)。
(2)二看电解质是否参与电极反应。
对于碱性电解质,常用OH-和H2O来配平电荷与原子数;
对于酸性电解质,常用H+和H2O来配平电荷与原子数。
(3)三看电解物质状态,若是熔融金属氧化物或盐,一般就是金属冶炼。
考点 电解及其装置(电解池)
题点 电解池电极反应式的书写与正误判断
1.电解池中电极反应式的书写规律
电解池中电极反应式的书写关键是掌握离子的放电顺序。
(1)阴极与电源负极相连,得电子发生还原反应。
其规律有两个:
一是电极本身不参加反应;
二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子,如Ag+>
Fe3+>
Cu2+>
H+>
Pb2+>
Sn2+>
Fe2+>
Zn2+,要注意金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属离子在溶液中不放电。
(2)阳极与电源正极相连,失去电子发生氧化反应。
一是若阳极为非惰性电极(除铂、金之外的金属作电极),电极本身失去电子被氧化,电解质溶液中的阴离子不参与电极反应;
二是若阳极为惰性电极(