人教版选修4电化学基础.docx
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人教版选修4电化学基础
第四章电化学基础
第一节 原电池
[目标要求] 1.理解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反应方程式。
2.了解半反应、盐桥、内电路、外电路等概念。
3.会判断原电池的正、负极，能够利用氧化还原反应设计简单的原电池。
一、原电池
1．原电池定义：
将化学能转变为电能的装置。
2．实质：
将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。
即将化学能转化成电能。
3．简单原电池的构成条件：
①活泼性不同的两个电极，②电解质溶液，③形成闭合回路，④能自发进行的氧化还原反应。
二、原电池的工作原理
工作原理：
利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。
以铜锌原电池为例：
1．在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失电子，形成Zn2＋进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片；
CuSO4溶液中，Cu2＋从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。
锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；
铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，反应是自发进行的。
2．闭合回路的构成：
外电路：
电子从负极到正极，电流从正极到负极，
内电路：
溶液中的阴离子移向ZnSO4溶液，阳离子移向CuSO4溶液。
3．盐桥
盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。
当其存在时，随着反应的进行，Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2＋进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋过多，带正电荷。
Cu2＋获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2＋过少，SO
过多，溶液带负电荷。
当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。
盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中Cl－向ZnSO4溶液迁移，K＋向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。
知识点一 原电池
1．下列装置中能构成原电池产生电流的是（ ）
2．下列各装置能形成原电池的是（ ）
知识点二 原电池的原理
3．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（ ）
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大
D．产生气泡的速率甲比乙慢
4．把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。
A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。
则四种金属的活动性顺序由大到小排列为（ ）
A．A>B>C>DB．A>C>B>DC．A>C>D>BD．B>D>C>A
知识点三 原电池的应用
5．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正确的是（ ）
A．通入乙烷的电极为正极
B．参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减少
D．负极反应式为C2H6＋6H2O－14e－===2CO
＋18H＋
6．已知电极材料：
铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：
CuCl2溶液、Fe2（SO4）3溶
液、硫酸。
按要求回答下列问题：
（1）电工操作上规定：
不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。
请说明原因
________________________________________________________________________。
（2）若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？
________。
若能，请写出电极反应式，负极：
____________________，正极：
________________________。
（若不能，后两空不填）
（3）设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图（需标明电极材料及电池的正、负极）。
练基础落实
1．下列关于实验现象的描述不正确的是（ ）
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出的速率加快
2．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－
2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。
下列判断不正确的是（ ）
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上的Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
3.以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是（ ）
A．锌片溶解了1mol，铜片上析出1molH2
B．两极上溶解和析出的物质的质量相等
C．锌片溶解了31g，铜片上析出了1gH2
D．锌片溶解了1mol，硫酸消耗了0.5mol
练方法技巧
4．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
关于该电池的叙述正确的是（ ）
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体
L
5．据报道，我国拥有的完全自主产权的氢氧燃料电池车已在北京奥运会期间为运动员提供了服务。
某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是（ ）
A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变
C．该燃料电池的总反应方程式为2H2＋O2===2H2O
D．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2（标准状况）时，有0.1mol电子转移
练综合拓展
6．某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol·L－1的稀H2SO4中，乙同学将电极放入6mol·L－1的NaOH溶液中，如图所示。
（1）写出甲池中发生的有关电极反应的反应式：
负极___________________________________________________________________，
正极___________________________________________________________________。
（2）写出乙池中发生的有关电极反应的反应式：
负极____________________________________________________________________，
正极___________________________________________________________________。
总反应离子方程式为______________________________________________________。
（3）如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________活动性更强，而乙会判断出________活动性更强（填写元素符号）。
（4）由此实验，可得到如下哪些结论？
________。
A．利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的介质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值
D．该实验说明化学研究对象复杂、反应条件多变，应具体问题具体分析
（5）上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序表直接判断原电池中正、负极”的做法________（填“可靠”或“不可靠”）。
如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案_____________________________________________________________。
（5）判断正、负极可根据回路中电流方向或电子流向等进行判断，直接利用金属活动性顺序表判断原电池的正、负极是不可靠的。
第二节 化学电源
[目标要求] 1.了解依据原电池原理开发的技术产品——化学电池。
2.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。
3.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。
一、化学电池
化学电池是利用原电池原理，将化学能转化为电能的装置。
二、常用电池
1．一次电池
碱性锌锰电池
锌银电池
电池结构
负极：
Zn
正极：
MnO2
电解质溶液：
KOH溶液
负极：
Zn
正极：
Ag2O
电解质溶液：
KOH溶液
电极反应
正极
2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－
Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
负极
Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2
Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
总反应式
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag
2.二次电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
电池结构
负极：
Pb
正极：
PbO2
电解质溶液：
H2SO4溶液
负极：
H2
正极：
O2
电解质：
酸性电解质
电极反应
正极
PbO2（s）＋SO
（aq）＋4H＋（aq）＋2e－===PbSO4（s）＋2H2O（l）
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
负极
Pb（s）＋SO
（aq）－2e－===PbSO4（s）
2H2－4e－===4H＋
总反应式
Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）
2H2＋O2===2H2O
知识点一 化学电池
1．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。
碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn（OH）2
下列说法中，错误的是（ ）
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为
MnO2＋2H2O＋2e－===Mn（OH）2＋2OH－
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g
2．某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。
该电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O
3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH，以下说法不正确的是（ ）
A．放电时负极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2
B．放电时正极反应式为FeO
＋4H2O＋3e－===Fe（OH）3＋5OH－
C．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化
D．充电时阳极附近的溶液的碱性减弱
3．生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO4＋2H2O
PbO2＋Pb＋2H2SO4
下列对铅蓄电池的说法错误的是（ ）
A．需要定期补充硫酸
B．工作时铅是负极，PbO2是正极
C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－＋SO
===PbSO4
D．工作时电解质的密度减小
知识点二 燃料电池
4．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O2－）在其间通过。
该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。
下列判断正确的是（ ）
A．有O2参加反应的a极为电池的负极
B．b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O
C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池的总反应式为2H2＋O2
2H2O
5．有位科学家说：
“甲烷是21世纪的新燃料。
”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。
有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。
以下判断错误的是（ ）
A．电池正极发生的反应：
O2＋4e－===2O2－
B．电池负极发生的反应：
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
C．固体电解质里的O2－的移动方向：
由正极流向负极
D．向外电路释放电子的电极：
正极（即电子由正极流向负极）
练基础落实
1．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是（ ）
A．Pb为正极被氧化B．溶液的pH不断减小
C．SO
只向PbO2处移动D．电解质溶液的pH不断增大
2．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应式为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag
根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是（ ）
A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大
B．在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应
3．有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。
电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole－ ②负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO
＋7H2O ③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ④电池放电后，溶液的pH不断升高
A．①②B．①③C．①④D．③④
练方法技巧
4．锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为Zn＋2MnO2＋2NH
===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O，此电池放电时，在正极（碳棒）上发生反应的物质是（ ）
A．ZnB．碳C．MnO2和NH
D．Zn2＋和NH3
5．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下：
负极：
2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
当得到1.8L饮用水时，电池内转移的电子数约为（ ）
A．1.8molB．3.6molC．100molD．200mol
6．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200℃左右时供电，电池总反应式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图，下列说法中正确的是（ ）
A．电池工作时，质子向电池的负极迁移
B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极
C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b极上发生的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－
练综合拓展
7．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。
一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。
回答下列问题：
（1）这种电池放电时发生的化学反应方程式：
________________________________________________________________________
（1）此电池的正极发生的电极反应：
________________________________________________________________________，
负极发生的电极反应：
_____________________________________________________。
（3）电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。
（4）使用该燃料电池的另一个好处是________________________________________
8．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。
请回答：
（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是________________，在导线中电子流动方向为________（用a、b表示）。
（2）负极反应式为_________________________________________________________。
（3）电极表面镀铂粉的原因为______________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。
因此，大量安全储氢是关键技术之一。
金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li＋H2
2LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是__________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。
②已知LiH固体密度为0.82g·cm－3，用锂吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为________。
③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。
第三节 电解池
第1课时 电解原理
[目标要求] 1.理解电解原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法。
2.掌握电解电极反应方程式的书写。
3.了解电解反应的一般规律。
一、电解
1．概念
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
2．特点
（1）电解是最强有力的氧化还原手段，是不可逆（填“可逆”或“不可逆”）的。
（2）电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。
二、电解池
1．定义
把电能转化成化学能的装置。
2．形成条件
（1）直流电源；
（2）两个电极：
与电源正极相连的一极是阳极；与电源负极相连的一极是阴极；
（3）电解质溶液或熔融电解质；
（4）形成闭合回路。
3．装置及电极反应
以电解CuCl2溶液为例
（1）装置
（2）电极反应
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu发生还原反应
阳极
2Cl－－2e－===Cl2发生氧化反应
总反应
CuCl2
Cu＋Cl2↑
4.电子流向和离子流向
（1）电子流向
电源负极―→电解池阴极
电解池阳极―→电源正极
（2）离子流向
阳离子―→电解池阴极
阴离子―→电解池阳极
知识点一 电解池
1.如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关判断正确的是（ ）
A．a为负极，b为正极
B．a为阳极，b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
2．下列有关电解池的说法正确的是（ ）
A．在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极
B．无论电解何种物质，阳极上失电子数都与阴极上得电子数相等
C．电解氯化铜溶液时，在阴极上有气体生成
D．电解NaCl、CuCl2两种溶液，参加反应的物质是相同的
知识点二 电解原理
3．如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出。
符合这一情况的是附表中的（ ）
a极板
b极板
X电极
Z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
。
4．在25℃时，将2个铜电极插入到一定的Na2SO4饱和溶液中，通直流电电解并不断搅拌，当阴极上收集到amol气体时，溶液中析出了bmol的结晶水合物Na2SO4·10H2O，若保持温度不变，则所剩溶液中溶质的质量分数是（ ）
A.
B.
C.
D.
知识点三 电解规律应用
5．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物（方括号内的物质），能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是（ ）
A．AgNO3[AgNO3]B．NaOH[H2O]C．KCl[KCl]D．CuSO4[Cu（OH）2]
6．用铂作电极电解某种溶液，通电一段时间后，溶液的pH变小，并且在阳极得到0.56L气体，阴极得到1.12L气体（两种气体均在相同条件下测定）。
由此可知溶液可能是（ ）
A．稀盐酸B．KNO3溶液C．CuSO4溶液D．稀硫酸
练基础落实
1．把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中（如图所示平面图），经过一段时间后，首先观察到溶液变红的区域是（ ）
A．Ⅰ和Ⅲ附近B．Ⅰ和Ⅳ附近C．Ⅱ和Ⅲ附近D．Ⅱ和Ⅳ附近
2．用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（ ）
A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
3．电解CuCl2与NaCl的混合溶液，阴极上和阳极上最先析出的物质为（ ）
A．H2和Cl2B．Cu和Cl2C．H2和O2D．Cu和O2
4．在水中加等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO
、NO
、Cl－，该溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为（ ）
A．35.5∶108B．16∶207C．8∶1D．108∶35.5
5．下列说法正确的是（ ）
①电解是把电能转变成化学能的过程 ②电解是化学能转变成电能的过程 ③电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应，通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生
A．①②③④B．②③⑤C．③④D．①③④⑤
练方法技巧
6．在100mLH2SO4和CuSO4的混合溶液中，用石墨作电极进行电解，两极均收集到2.24L气体（标准状况），则原混合溶液中Cu2＋的物质的量浓度为（ ）
A．1mol·L－1B．2mol·L－1C．3mol·L－1D．4mol·L－1
7．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu（OH）2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。
则电解过程中转移的电子的物质的量为（ ）
A．0.1molB．0.2molC．0.3molD．0.4mol
8．铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
研读下图，下列
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