高二 化学能与电能的相互转化.docx

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高二化学能与电能的相互转化

高三化学能与电能的相互转化

学习目标：

1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式．（铜锌原电池原理、饱和氯化钠溶液、氯化铜溶液、水的电解）

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理．

3.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施.

考试热点

1.原电池的工作原理，电极反应及电池反应方程式的分析与判断的考查．

2.电解池的工作原理、电极反应、电池反应方程式的书写、电极产物的判断及结合两极电子守恒进行简单计算的考查．

3.以化学电源为背景考查原电池原理．

4.结合实际生产、生活考查金属的电化学腐蚀及其危害与防护.

新授过程

一调整状态

二检查作业回顾上节内容

三新授（谈话互动启发）

知识·规律·方法

1．原电池

（1）概念：

将转化为的装置．

（2）本质：

自发的氧化还原反应．

（3）装置：

以锌铜原电池为例填表

电极

电极材料

电极反应

反应类型

得失电子的粒子

电子流动方向

负极

正极

（4）构成条件：

①有的电极；②有电解质溶液；③形成闭合回路．

思考1在原电池中，离子如何移动？

2原电池的形成会加快化学反应速率，为什么？

例1.判断下列几个学生设计的装置，能形成原电池的是，指出正负极，写出电极反应式

例2（05上海）．关于如右图所示装置的叙述，正确的是（　　）

A．铜是阳极，铜片上有气泡产生

B．铜片质量逐渐减少C．电流从锌片经导线流向铜D．氢离子在铜片表面被还原

例3．飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为：

2H2＋O2===2H2O，电解质溶液为KOH溶液，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，则下列叙述中正确的是（　　）

A．此电池能发出蓝色火焰

B．H2为正极，O2为负极

C．工作时，电解质溶液的pH不断减小

D．电极反应的负极：

2H2＋4OH－－4e－===4H2O；

正极：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

例４（１１上海）As2S3和HNO3有如下反应：

As2S3+10H++10NO3—=2H3AsO4+3S+10NO2↑+2H2O

若生成2molH3AsO4，则反应中转移电子的物质的量为。

若将该反应设计成一原电池，则NO2应该在（填“正极”或“负极”）附近逸出。

2.原电池正、负极的判断方法

（1）根据组成原电池的两极材料判断

一般是活动性较强的金属为负极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

（2）根据电流方向或电子流动方向判断

电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。

（3）根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动方向判断

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

（4）根据原电池两极发生的变化来判断

原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。

总结：

原电池两极的判断方法：

活泼金属→发生氧化反应→向外线路提供电子→原电池的负极；不活泼金属（或石墨）→发生还原反应→接受外线路提供的电子→原电池的正极。

3原电池原理的应用

（1.）加快氧化还原反应速率

（2）.比较金属的活动性强弱

（3）.设计原电池

例５利用Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag的氧化还原反应可设计原电池，画出装置图，指出正负极，标出电子的流向。

若氯化铁溶液与铜反应？

规律

考点2金属的腐蚀与防护

1．金属的腐蚀

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属与干燥气体或非电解质直接接触

不纯金属或

合金跟电解质溶液接触

特点

无电流产生

有电流产生

本质

金属失电子变成金属阳离子而被氧化（M—ne-==Mn+）

金属被氧化的过程

较活泼的金属被氧化的过程

相互关系

两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重

2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

金属在较强的酸性溶液中

金属在中性或酸性

很弱的溶液中

电极

反应

负极（Fe）：

Fe－2e－＝Fe2＋

正极（C）：

2H＋＋2e－＝H2↑

负极（Fe）：

2Fe－4e－＝2Fe2＋

正极（C）：

2H2O＋O2＋4e－＝4OH－

发生情况

相对较少腐蚀速率一般较快

非常普遍腐蚀速率一般较慢

联系

两种腐蚀常相继发生，吸氧腐蚀为主

思考１依据金属腐蚀的本质；设计金属防护的方法

２已知　铁钉　烧杯　试管和电解质溶液；设计实验探究铁钉的腐蚀是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀？

3.金属的防护

（1）加防护层，如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。

（2）电化学防护

①牺牲负极的正极保护——原电池原理

正极：

被保护的金属设备。

负极：

比被保护的金属活泼的金属。

②外加电流的阴极保护——电解原理

阴极：

被保护的金属设备。

阳极：

惰性电极

（3）添加缓蚀剂。

例1.右图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是

A.该金属腐蚀过程为吸氢腐蚀

B.正极为C，发生的反应为氧化反应

C.在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀

D.正极反应为：

O2+2H2O+4e→4OH—

例2（09上海）．右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。

下列有关描述错误的是

A．生铁块中的碳是原电池的正极

B．红墨水柱两边的液面变为左低右高

C．两试管中相同的电极反应式是：

D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀

例3（06上海）．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．产生气泡的速度甲比乙慢

考点3电解原理

（2）

（3）电子和离子移动方向

①电子：

从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。

②离子：

阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极

思考1.为什么说电解质溶液导电过程就是电解过程？

2电离和电解有何不同？

3电解规律

（1）放电顺序

（2）用惰性解电极电解电解质的溶液

（3）活性电极作阳极

（4）用惰性解电极电解熔融的离子化合物

例1（11上海）．用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是

A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片

C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D．用带火星的木条检验阳极产物

例2（07上海）．某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。

滤纸

先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一

块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出

现红色字迹。

据此，下列叙述正确的是

A．铅笔端作阳极，发生还原反应

B．铂片端作阴极，发生氧化反应

C．铅笔端有少量的氯气产生

D．a点是负极，b点是正极

3、电解原理的应用

电解饱和食盐水

（1）电极反应：

阳极2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

（2）总反应方程式：

电解

2NaCl+2H2O====2NaOH+Cl2↑+H2↑

（3）应用：

氯碱工业制烧碱、氯气、氢气。

电镀铜或电解精炼铜

（1）两极材料：

待镀金属或精铜做阴极，镀层金属或粗铜做阳极。

（2）电极反应：

阳极：

Cu—2e-==Cu2+阴极：

Cu2++2e-==Cu

电解冶炼钠（电解熔融NaCl）

电解

⑴电极反应：

阳极：

2Cl-—2e-==Cl2↑阴极：

2Na++2e-==2Na

⑵总反应方程式：

2NaCl====2Na+Cl2↑

⑶应用：

冶炼Na、Mg、Al等活泼金属。

例1．（2011·南京调研）图两个装置中，液体体积均为200mL，开始工作前电解质溶液的浓度均为0.5mol/L，工作一段时间后，测得有0.02mol电子通过，若忽略溶液体积的变化，下列叙述正确的是（　　）

A．产生气体体积①＝②

B．①中阴极质量增加，②中正极质量减小

C．电极反应式：

①中阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

②中负极：

2H＋＋2e－===H2↑

D．溶液的pH变化：

①减小，②增大

例2．某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如下图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是

A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl

B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl

C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl

D．a为阴极，b为阳极；HCl

例3．某同学按右图所示的装置进行电解实验。

下列说法正确的是

A．电解过程中，铜电极上有H2产生

B．电解初期，主反应方程式为：

Cu＋H2SO4

CuSO4＋H2↑

C．电解一定时间后，石墨电极上无铜析出

D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大

例4．下列描述中，不符合生产实际的是（　

A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极

D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极

例5（11闸北）关于如右图所示装置的叙述中正确的是

A．若仅闭合K2，铁极的电极反应式：

Fe–2e→Fe2+

B．若仅闭合K2，炭极上发生还原反应

C．若仅闭合K1，电子由炭极沿导线流向铁极

D．若仅闭合K1，炭极的电极反应式：

2H2O+O2+4e→4OH-

四课堂总结：

关联整合三句一图思维导图

五默想记忆表达

六巩固练习

1由铜、锌片和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH

A．不变B．先变小后变大C．逐渐变大D．逐渐变小

2若在铜片上镀银时，下列叙述正确的是

  ①将铜片接在电池的正极上，②将银片接在电源的正极上，③在铜片上发生的反应是：

Ag++e-=Ag，④在银片上发生的反应是：

4OH--4e-=O2+2H2O，⑤需用CuSO4溶液，⑥需用AgNO3溶液作电解液（）

A．①③⑥         B．②③⑥ C．①④⑤         D．②③④⑥

3：

把a、b、c、d四块金属片浸人稀酸中，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顺序为

A．a>b>c>dB_a>c>d>bC．c>a>b>dD.b>d>c>a

4．某原电池总反应离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，能实现该反应的有

A．正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl2溶液

B．正极为铜，负极为铁，电解质溶液为Fe（NO3）3溶液

C．正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe2（SO4）3溶液

D．正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO4溶液

5（１１海南）.一种充电电池放电时的电极反应为

H2+2OH—2e-=2H2O；NiO（OH）+H2O+e-=Ni（OH）2+OH-

当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是

A.H2O的还原B.NiO（OH）的还原

C.H2的氧化D.NiO（OH）2的氧化

6（11虹口）.下图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。

观察：

开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。

以下有关解释合理的是

A.生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应

B.雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀

C.墨水回升时，碳极反应式为：

O2+2H2O+4e→4OH—

D.具支试管中溶液pH逐渐减小

7．实验室中制取氢气，最好的方法是（）。

A．纯锌与稀硫酸反应B．纯锌与浓硫酸反应

C．纯锌与稀盐酸反应D．粗锌（含铜、银）与稀硫酸反应

8（11奉贤）、研究发现铜具有独特的杀菌功能，能较好地抑制病菌的生长。

工业上铜冶炼大致可分为：

①富集：

将硫化物矿石进行浮选；

②焙烧，主要反应为：

2CuFeS2+4O2→Cu2S+3SO2+2FeO（炉渣）；

③制粗铜，在1200℃主要的反应为：

2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2；2Cu2O+Cu2S→6Cu+SO2↑；

④电解精炼，在阴极得到精铜。

下列说法不正确的是

A．上述生产过程中的尾气可以通入氨水中，生产氮肥

B．电解精炼时，粗铜应与外电源的正极相连

C．反应2Cu2O+Cu2S→6Cu+SO2↑中的Cu2Ｏ是氧化剂

D．每生产6molCu，理论上需消耗11molO2

9、下列事实不能用原电池的知识来解释的是

　　A轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的锌块

　　B镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用

　　C铝片不用特殊方法密闭保存

　　D锌跟稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后，反应速率加快

10、如图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡.小心地从烧杯中央滴入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.保持平衡状态变化.铁圈向下倾斜   D.银圈向下倾斜

11据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运会期间为运动员提供服务．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

12．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系，其中正确的是（　　）

13.用铁片与稀硫酸反应制氢气时，下列措施不能使反应速率加快的是（）

A.加热B.不用稀硫酸，改用98%的浓硫酸

C.滴加少量CuSO4溶液D.不用铁片，改用铁粉

14（11杨浦）．如图，在置于空气的容器里盛有NaCl溶液，再放入缠绕铜丝的铁钉，下列叙述错误的是

A．铜丝上发生的反应为：

O2+4e+2H2O→4OH－

B．铁钉上发生的反应为：

Fe-3e→Fe3+

C．NaCl的存在能加快铁钉的腐蚀速率

D．一段时间后铁钉上出现红棕色物质

15．（14分）电解原理在化学工业中有广泛的应用。

右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通

过导线与直流电源相连。

请回答以下问题：

（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则：

①电解池中X极上的电极反应式为_____________________________________________，

在X极附近观察到的现象是________________________________________________。

电解液中向X极方向移动的离子是　　　　　　。

②Y电极上的电极反应式为___________________________________________________，

检验该电极反应产物的方法是_________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则：

①X电极的材料是________，电极反应式为__________________________。

②Y电极的材料是________，电极反应式为_____________________________________。

③溶液中的c（Cu2＋）与电解前相比________（填“变大”、“变小”或“不变”）。

（3）如利用该装置实现铁上镀锌，电极X上发生的反应为________________________，电解池盛放的电镀液可以是________或________（只要求填两种电解质溶液）。

16．

（1）①2H＋＋2e－―→H2↑　有气体放出，溶液变红　Na＋、H＋

②2Cl－―→Cl2↑＋2e－　把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色，说明生成了Cl2

（2）①纯铜　Cu2＋＋2e－―→Cu

②粗铜　Cu―→Cu2＋＋2e－　③变小

（3）Zn2＋＋2e－―→Zn　ZnCl2　ZnSO4（答案不惟一，合理即可）

体验高考

1．（2011浙江高考10）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如图所示。

导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。

下列说法正确的是

A．液滴中的Cl―由a区向b区迁移

B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：

O2＋2H2O＋4e－

4OH－

C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH―形成Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈

D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：

Cu－2e－

Cu2＋

2．（2011福建高考11）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是

A．水既是氧化剂又是溶剂

B．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH－向正极移动

D．总反应为：

2Li＋2H2O===2LiOH＋H2

3．（2011广东高考12）某小组为研究电化学原理，设计如图2装置。

下列叙述不正确的是

A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：

Cu2＋+2e－=Cu

C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色

D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动

4．（2009·理综北京卷，6）下列叙述不正确的是（）

A．铁表面镀锌，铁作阳极

B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀

C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：

O2＋2H2O＋4e－=4OH－

D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：

2Cl－－2e－=Cl2↑

5．（2004上海高考）下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是

6（08上海）.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圆呈浅红色。

则下列说法错误的是

A．b电极是阴极B．a电极与电源的正极相连接

C．电解过程中，水是氧化剂D．b电极附近溶液的pH变小

七作业1关联整合默想记忆

2完成巩固练习