电化学基础原理及应用.docx

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电化学基础原理及应用

电化学基础原理及应用

电化学是研究化学能与电能相互转化的装置、过程和效率的科学，它的应用十分广泛，在分析、合成等领域应用很广，由此形成的工业也很多，如电解、电镀、电冶金、电池制造等。

因此本课题有利于学生了解电化学反应所遵循的规律，知道电化学知识在生产、生活和科学研究中的作用。

同时，通过设计一些有趣的实验和科学探究活动，可以激发和培养学生探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。

电化学是高考命题的热点之一。

电化学中的电路、电量等与物理学联系紧密，既可以综合学科内知识，又可以与生产、生活、新科技、新技术等相联系，是不容忽视的知识点。

预计在今后的高考中，对该部分内容的考查仍会保持目前东风热度。

在题型上应以传统题型为主，其中原电池的工作原理、电解产物的判断与相关计算、电极反应式及电池反应方程式的书写、离子的转移方向、溶液pH的变化仍会是高考的热点。

本课题共包括原电池、化学电源、电解池、金属的电化学腐蚀与防护四部分内容。

计划课时安排：

原电池2课时

化学电源2课时

电解池2课时

金属的电化学腐蚀与防护2课时

电化学原理综合应用2课时

专题一原电池

【课标要求】

体验化学能与电能相互转化的探究过程,认识原电池，掌握原电池的工作原理。

【学习重点】

1.初步认识原电池概念、原理、组成及应用；

2.了解原电池的工作原理，探究组成原电池的条件，会写电极反应式和电池反应方程式

【学习难点】

通过对原电池实验的研究，从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质，以及这种转化的综合利用价值。

再现历史：

1799年意大利物理学家——伏打

如右图所示，组成的原电池：

实验步骤

现象

1、锌片插入稀硫酸

2、铜片插入稀硫酸

3、锌片和铜片连接在一起插入稀硫酸

问题：

①.锌片和铜片分别插入稀硫酸中有什么现象发生？

②.锌片和铜片连接在一起插入稀硫酸，现象又怎样？

③.锌片的质量有无变化？

溶液中C（H+）如何变化？

④.锌片和铜片上变化的反应式怎样书写？

⑤.电子流向如何？

〖思考与交流〗当电解质溶液为CuSO4溶液时：

Zn电极是____极，其电极反应为_____________，该反应是________反应；Cu电极是____极，其电极反应为_____________，该反应是_________反应。

【小结】1．定义：

原电池是将转变为的装置。

2．本质：

原电池反应的本质是___________反应。

3．原电池工作原理：

填写页表中的空白

正极反应：

电子（反应）

负极反应：

电子（反应）

总反应：

正极反应+负极反应

【学习新知】

一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究

【思考与交流】上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。

这是什么原因造成的呢？

有没有什么改进措施？

原因：

改进措施：

【思考与交流】改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？

盐桥在此的作用是什么？

〖附：

盐桥制法：

1）将热的琼胶溶液倒入U形管中（注意不要产生裂隙），将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。

2）将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花堵住管口即可。

〗

产生持续、稳定的电流的原因

盐桥的作用

〖思考与交流〗

上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？

。

指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式及该电池的总反应方程式。

负极（片）：

正极（片）：

电池反应（总化学方程式）：

电池符号：

（负极）（盐桥）（正极）

注意：

电极反应式要①注明正负极和电极材料；②满足所有守恒。

【归纳总结】

1、对比两种电池有何不同？

导线和盐桥的作用：

原电池中的几个判断：

2、电流方向与电子流向的判断：

3、电解质溶液中离子运动方向的判断：

【反馈练习】

1.锌铜原电池产生电流时，阳离子（）

A移向Zn极，阴离子移向Cu极B移向Cu极，阴离子移向Zn极

C和阴离子都移向Zn极D和阴离子都移向Cu极

2.下列关于原电池的叙述正确的是（）

A构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属

B原电池是将化学能转变为电能的装置

C原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原

D原电池放电时，电流的方向是从负极到正极

二、由两个半电池组成原电池的工作原理

（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。

①在这类电池中，用较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用作为正极，正极从外电路得到电子。

②在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。

（2）探究组成原电池的条件

【归纳总结】组成原电池的条件（四要素）

①。

②。

③。

④本质条件：

。

〖思考与交流〗

（3）原电池的正负极的判断方法

微观判断：

①根据电子流动方向或电流的方向

电流由　　极流向　　极，电子由　　极流向　　　极

宏观判断：

②根据电极材料：

一般活泼的金属为　　极，活泼性弱的金属或能导电的非金属为　　　极

③根据原电池电极发生的反应：

原电池的负极上发生　　　反应，正极上发生　　　反应。

④根据某些现象：

电极溶解的一极为　　极，电极增重或产生气体的一极为　极。

⑤根据原电池的电解质溶液内离子移动的方向来判断。

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向　　　极，阴离子移向　　　极

【反馈练习】

1、一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu,该反应的的原电池正确组合是（）（以下电解质溶液浓度相同）

A

B

C

D

正极

Zn

Cu

Cu

Fe

负极

Cu

Zn

Zn

Zn

电解质溶液

CuCl2

H2SO4

CuSO4

HCl

2、下列哪几个装置能形成原电池？

3：

某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是（）

A.MgB.FeC.AlD.Cu

4：

由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH（）

A.不变B先变大后变小C逐渐变大D.逐渐变小

*【拓展练习】

5：

如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（）

A.铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡状态

C.铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜

D.银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜

三、原电池的应用

（1）电解质溶液和电极材料的选择

电解质溶液一般要能够与负极发生反应。

但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。

①活泼性不同的两种金属。

如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极

②金属和非金属。

如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极

③金属和化合物。

如铅蓄电池，铅作负极，PbO2作正极

④惰性电极。

如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt

【反馈练习】

请根据氧化还原反应:

Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+

设计成原电池。

你有哪些可行方案?

负极：

正极：

总反应式：

电解质溶液：

若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？

试画出原电池的装置简图。

【反馈练习】

（2）原电池的主要应用

⑴比较金属的活动性大小

1：

把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。

若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为（）

A．a>b>c>dB．a>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>a

⑵判断金属的腐蚀快慢

①原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐蚀措施的腐蚀；（填>、<或=）

②原电池中的负极金属比正极金属腐蚀的；（填快或慢，下同）

③同种金属，在强电解质溶液中比在弱电解质溶液中腐蚀的。

⑶设计原电池

从理论上来说，任何氧化还原反应均可设计成原电池。

【归纳总结】原电池的主要应用：

1.利用原电池原理设计新型化学电池；

2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；

3.进行金属活动性强弱比较；

4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。

如在铁器表面镀锌。

5.解释某些化学现象

【反馈练习】

原电池原理应用：

（1）比较金属活动性强弱。

1：

下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是

A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；

B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；

C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；

D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；

（2）比较反应速率

2：

下列制氢气的反应速率最快的是

A纯锌和1mol/L硫酸；B纯锌和18mol/L硫酸；

C粗锌和1mol/L盐酸；D粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。

（3）比较金属腐蚀的快慢

3：

下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是

4：

下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是

（4）判断溶液pH值变化

以氢氧燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）为例：

负极：

2H2+4OH—4e=4H2O

正极：

O2+2H2O+4e=4OH

总反应：

2H2+O2=2H2O

负极上消耗OH，使附近溶液pH减小，正极上产生OH，使附近溶液pH增大，整个溶液中OH物质的量保持不变，但由于反应生成H2O，使整个溶液pH减小。

〖思考与交流〗若以稀硫酸为电解质溶液呢？

【思维提示】判断原电池工作过程中溶液pH变化时，不仅要看正、负两极生成OH-（H+）或消耗的OH-（H+）物质的量的多少，还要看原电池反应中是否生成或消耗H2O。

5：

在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为————mol,溶液的pH值变_________？

（溶液体积变化忽略不计）

（5）原电池原理的综合应用

6：

市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。

“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。

使用完后，会发现有大量铁锈存在。

1）“热敷袋”是利用放出热量。

2）炭粉的主要作用是。

3）加入氯化钠的主要作用是。

4）木屑的作用是

*【拓展练习】

（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象。

两极反应式为：

正极；

负极。

该装置将能转化为能。

（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，

则负极为，

总反应方程为。

【特别提醒】原电池中电子流出的电极一定为负极，但相对活泼的金属电极不一定是负极。

较易与电解质溶液反应的金属材料作原电池的负极。

【能力提升】

1.如下图所示的装置中，能够形成原电池，产生电流的是（）

2.根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：

Cu（s）＋2AgNO3（aq）=Cu（NO3）2（aq）+2Ag（s）

装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图。

注明原电池的正极和负极

注明外电路中电子的流向

写出两个电极上的电极反应

3、下在铜一锌一硫酸构成的原电池中，当导线中有1mol电子通时，理论上的两极变化是（）

①锌片溶解32.5g②锌片增重32.5g③铜片上析出1gH2④铜片上析出1molH2

A.①③B.①④C.②③D.②④

*4、（2007山东理综高考题）铁及铁的化合物应用广泛。

如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式         。

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应

负极反应    

（3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2+、Fe3+和Fe2+的浓度均为0.10mol•L-1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+的实验步骤。

（4）某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。

请从上表提供的药品中选择两种（水可任选），设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。

有关反应的化学方程式 

劣质不锈钢腐蚀的实验现象