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4.docx

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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4

微型专题四　电化学基础

[学习目标定位]　1.会判断原电池的正、负极。

2.会正确书写原电池的电极反应式。

3.会正确区分判断原电池和电解池。

4.熟知电解的规律及其应用。

一、原电池原理及其应用

1.原电池的构成及正、负极判断

例1

　将镁条和铝条平行插入一定浓度的氢氧化钠溶液中，用导线连接形成原电池。

下列有关该装置的叙述正确的是（　　）

A.因镁比铝活泼，故镁是原电池的负极，铝为正极

B.铝条表面虽有氧化膜，但可不必处理

C.该电池的内、外电路中，电流均由电子定向移动形成

D.铝是电池的负极，工作时溶液中会立即有白色沉淀生成

答案　B

解析　判断原电池的正、负极时只考虑两极的活泼性，没有注意电极能否与电解质溶液反应，易错选A。

A项，因Al易与NaOH溶液反应，Al失电子，铝为负极；B项，Al2O3能与NaOH溶液反应，故不必处理；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。

考点

　原电池的工作原理

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

答案　D

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

将①和②进行叠加：

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＋3H2O

KIO3＋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

答案　D

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　③

g　④无法判断

A.①B.①②

C.①②③D.④

答案　B

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

【相关链接】

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