化学电源电解培优学案12.docx

1、化学电源电解培优学案12第四章 电化学基础第一节 原电池一、原电池【引申拓展】1、 原电池中电子流动方向和外电路电流方向；2、 原电池中，电极材料可能与电解质溶液反应，也可能与电解质溶液不反应。3、 不要形成“活泼金属做负极”的思维定式，如下图中甲池中Mg作负极：Al作正极；而乙池中由于Mg不与强碱反应而Al和NaOH溶液的反应能自发进行，所以Al作负极。 盐桥盐桥的作用：使两个半电池中的溶液连成一个通路，盐桥中通过的是阴、阳离子。盐桥的优点：使原电池中氧化剂和还原剂几乎完全隔离，并在不同区域之间实现了电子的定向移动，使原电池能持续、稳定地产生电流。【高考链接】1、（2013.全国新课标高考）

2、银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再讲变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，下列说法正确的是：A处理过程中银器一直保持恒重B银器为正极，Ag2S被还原生成单质银C该过程中总反应为：2Al + 3Ag2S= 6Ag + Al2S3D黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色的AgCl2、100ml 2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，既能加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是A加入适量的6mol/L的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液 C加入适量蒸馏水 D加入适量的氯化钠溶液3、控制合适的条件，将反应2Fe

3、3+ + 2I 2Fe2+ + I2设计成如图所示的原电池，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Fe3+ 被还原C灵敏电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D灵敏电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极二、化学电源1、一次电池（2）银锌电池（3）锂电池【高考链接】2、二次电池（1）铅蓄电池放电：负极（铅）：Pb2e PbSO4正极（氧化铅）：PbO24H+2e PbSO42H2O充电：阴极：PbSO42H2O2e PbO24H+阳极：PbSO42e Pb两式可以写成一个可逆反应：PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H

4、2O （2）银锌蓄电池构成：该电池以Ag2O、锌汞合金作电极材料，KOH作电解质，其电极反应为：负极：Zn 2OH2e= Zn（OH）2正极：Ag2O H2O 2e= 2Ag 2OH充电过程表示为：阴极：Zn（OH）22e= Zn 2OH阳极：2Ag 2OH2e= Ag2O H2O总反应为：ZnAg2O H2O Zn（OH）22Ag （3）镉镍电池负极材料：Cd 正极材料：NiOOH电解质：KOH制得0.05mol Cl2时，在理论上电池内部消耗的H2SO4的物质的量是 （4）燃料电池【规律方法】1、电极反应式的书写规律：一般而言，燃料作还原剂，O2作氧化剂，氧化剂在正极得到电子，还原剂在负极

5、失去电子。书写电极反应是应充分注意电解质溶液的影响中性溶液反应物中无H+和OH酸性溶液反应物、生成物中均无OH碱性溶液反应物、生成物中均无H+水溶液中不可能出现O2电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物）在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在， O2-离子可结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O22CO2 +4e-=2CO32-。电解质为固体电解质（如固体氧化锆氧化钇）该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O24e-=2O2-。2、燃料电池电极反应式的书写正极反应：燃料电池的正极是氧化剂，发生还原反应：通常是：O2 + 4 e

6、 + 2H2O=4OH(碱性)；O2 + 4 e +4H+=2H2O(酸性)负极反应：通常有两种方法（思路）方法一：守恒分析法 首先确定还原剂、氧化产物及失去的电子数，然后依据介质（H+或OH）来使电荷和原子个数守恒。如以甲烷燃料电池（NaOH作电解质溶液）为例：CH4是还原剂，CO2是还原产物，C元素化合价升高8价，失去8个电子，但CO2在碱性溶液中是以CO32形式存在的。平衡电荷：左边失去8个电子，产物中CO32带2个负电荷，故应在右边加上10个负电荷，即CH48e + 10OH CO32将H、O原子数配平得：CH48e + 10OH= CO32 + 7H2O若为酸性电解质，则书写步骤为：

7、CH4是还原剂，CO2是还原产物，C元素化合价升高8价，失去8个电子，平衡电荷：左边失去8个电子，不可能加OH，应在右边加H+即：CH48e CO2 +8 H+左边加H2O并配平得：CH48e +2H2O CO2 +8 H+方法二：反应式相减法用电池总反应减去正极的电极反应式可得出负极的电极反应式。如以碱性电解质为例的甲烷燃料电池：总反应为：CH4 + 2O2 +2 OH= CO32 +3 H2O【随堂巩固】1、写出下列燃料电池的电极反应式。（1）以甲醇为燃料，KOH为电解质溶液；（2）氢氧燃料电池以H2SO4作电解质溶液：（3）氢氧燃料电池以KOH作电解质溶液：(4) 氢氧燃料电池以Na2S

8、O4作电解质溶液：【补充知识】肼（N2H4）燃料电池（KOH）正极反应：O2 + 4 e + 2H2O=4OH负极反应：N2H4 +4OH- 4 e= N2 + 4H2O例题：一种用甲醇、氧气和强碱溶液制成的手机电池，可连续使用一个月，其电池反应为：2CH3OH +3O2 +4OH 2CO32- +6H2O，则下列有关说法正确的是A放电时，CH3OH 参与反应的电极为正极B放电时，负极的电极反应为：CH3OH +8 OH-6 e= CO32-+6H2O C标准状况下，通入5.6LO2并完全反应后，有0.5mol电子转移D放电一段时间后，通入氧气的电极附近的pH降低三、电解池1、电极产物的判断（

9、1）阳极产物的判断：总的原则是：还原性强先放电。如果是惰性电极（如Pt、石墨等），应根据溶液中阴离子的失电子顺序加以判断，常见的阴离子放电顺序为：S2-I-Br-Cl-OH-（H2O）NO3-SO42-(含氧酸根离子)F-【注意】在溶液中含氧酸根不放电，常指的是最高价含氧酸根不放电，但非最高价含氧酸根的放电能力比OH- 要强，如(SO32-/MnO4-OH-)如果是活性电极，则电极本身失去电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失去电子。即：活性阳极（金属）无氧酸根离子OH-含氧酸根离子F-（2）阴极产物的判断：原则是氧化性强的先放电与电极材料无关，直接根据溶液中阳离子的放电（得电子）顺序进行判断，

10、阳离子的放电顺序为：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（浓度大由酸电离)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+ H+（浓度较小时，由水电离提供）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+即在水溶液中，活泼金属的阳离子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+等）不可能放电析出金属。【注意】电解池的阴极不管是惰性电极还是活性电极，都是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电，电解本身不可能溶解，也就是说，再活泼的金属都不可能在阴极放电。电极（惰性电极）产物的判断可简单记忆为：阳极：无氧酸根OH含氧酸根阴极：不活泼金属阳离子H+活泼金属阳离子2、电解质溶液的电解规律（惰性电极）类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度

11、pH电解质溶液复原分解电解质型电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大HClCuCl2-CuCl2放H2生成碱型阴极：水放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大HCl放氧生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：水放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小氧化铜电解水型阴极：4H+ + 4e- = 2H2 阳极：4OH- - 4e- = O2+ 2H2ONaOH水增大增大水H2SO4减小Na2SO4不变3、电解原理的应用（1）电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气-氯碱工业：（2）电镀阳极：镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液M ne = M n+阴极：待镀金

12、属（镀件）：溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，附着在金属表面M n+ + ne = M电解质溶液：含有镀层金属离子的溶液做电镀液镀铜反应原理 阳极(纯铜)：Cu-2e-=Cu2+，阴极(镀件)：Cu2+2e-=Cu， 电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液 【易错点津】电镀时，放电能力不仅与本身性质有关，还与离子浓度、pH等有关，当c(Zn2+)较大时，Zn2+放电能力大于H+。所以在电镀的条件下，H+的位置放在Zn2+后，可以认为是水电离产生的c(H+)很小的缘故。金属阳离子浓度很大时：Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+ H+（3）铜的精炼 阳极：粗铜；阴极： 纯铜电解质溶液： 硫酸铜

13、（4）电冶金使矿石中的 金属阳离子 获得电子，从它们的化合物中还原出来用于冶炼活泼金属，如电解熔融的NaCl制取钠、电解熔融的氧化铝制取铝。四、金属的电化学腐蚀与防护1、电化学腐蚀（1）析氢腐蚀（酸性氛围中）：正极析出氢气。如钢铁的析氢腐蚀。原因是表面溶解有酸性气体等形成酸性水膜。（2）吸氧腐蚀：表面形成了溶解有氧气的水膜。2、金属的电化学防护（1）改变金属内部结构（2）表面覆盖保护层（3）电化学保护法牺牲阳极的阴极保护法：原电池外加电流的阴极保护法：电解池【规律方法】金属腐蚀快慢的比较（1）电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀（2）对同一种金属来说，在不同介质中腐蚀

14、的快慢顺序为：强电解质弱电解质非电解质。（3）在活动性不同的两种金属构成的原电池中，活动性差别越大，腐蚀越快。（4）对同一中电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。（5）由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，另外，只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。【单元巩固】一、选择题1、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压，高铁电池的总反应为：3Zn2K2FeO4 8H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。下列叙述不正确的是()A放电时锌作负极B充电时

15、氢氧化铁被氧化C放电时溶液的碱性增强D充电时转移3 mol e，有2 mol FeO42被还原2、被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn2MnO2H2O=ZnO2MnO(OH)下列说法正确的是()A该电池的正极为锌B该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.2041023D电池正极反应式为MnO2eH2O=MnO(OH)OH3、(2011广东理综)某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是()Aa和b不连接时，铁片

16、上会有金属铜析出Ba和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu22e=CuC无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色Da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、乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，电池总反应为：C2H5OH3O2=2CO23H2O，下列说法错误的是()A电池工作时，质子向电池的正极迁移B电池工作时，电流由b极沿导线流向a极Ca为负极，电极反应式是C2H5OH3H2O 12e=2CO212HDb为正极，电极反应式是4HO24e=2H2O5、钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2。以下说法正确

17、的是()A负极发生的反应为：Fe2e=Fe2B正极发生的反应为：2H2OO22e=4OHC原电池是将电能转变为化学能的装置D钢柱在水下部分比在水面处更容易腐蚀6、现将氯化铝溶液蒸干灼烧并熔融后用铂电极进行电解，下列有关电极产物的判断正确的是()A阴极产物是氢气 B阳极产物是氧气C阴极产物是铝和氧气 D阳极产物只有氯气7、串联电路中的四个电解池分别装有0.1 molL1的下列溶液，用铂电极电解，连接直流电源一段时间后，溶液的pH变小的是()A盐酸 BNaCl CAgNO3 DKNO38、右图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液(呈酸性)，各加入生铁块，放置一段时间。下

18、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：Fe2e=Fe2Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀9、10、某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为Zn，其它电极均为Cu。下列说法正确的是 A极发生氧化反应B相同时间内，电极与电极的质量变化相同C电极的电极反应为：4 OH 4e=O2 + 2H2OD电流方向：电极 电流计 电极二、非选择题11、右图中是电解氯化钠溶液(含酚酞)的装置。有毒气体收集的装置省略没有画出，两电极均是惰性电极。(1)a电极的名称_。(2)电解过程中观察到的现象_。(3)确定N出口的气体最简单的

19、方法是_。(4)电解的总反应离子方程式为_。(5)若将b电极换成铁作电极，写出在电解过程中U形管底部出现的现象_。12、钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。全钒液流储能电池是利用不同价态离子对发生的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示。(1)当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为_。(2)充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由_色变为_色。(3)放电过程中氢离子的作用是_和_；充电时若转移的电子数为3.011023，左槽溶液中n(H)的变化量为_。13、熔融碳酸盐燃料电池(MCFS)，发明于1889年。现有一个碳酸盐燃料电池，以一定比例Li2CO3和

20、Na2CO3低熔混合物为电解质，操作温度为650，在此温度下以镍为催化剂，以煤气(CO、H2的体积比为11)直接作燃料，其工作原理如图所示。请回答下列问题：(1)B极为_极，发生_(填“氧化”或“还原”)反应。(2)电池总反应为_。(3)以此电源电解足量的CuSO4溶液，阳极产生气体0.56 L(已换算为标准状况)，则阴极产物的质量为_ g。电解后溶液体积为1 L，溶液的pH约为_。(4)电池中的电解质碳酸钠形成的水溶液体系不能用带玻璃塞的试剂瓶保存，其原因是_(用离子方程式表示)。答案1、【解析】由电池反应知，Zn从0价变为2价，失去电子，Zn作原电池的负极，A项正确；充电时，Fe(OH)3

21、中的3价的铁被氧化为K2FeO4中的6价的铁，B项正确；放电时，生成OH，对应的溶液碱性增强，C项正确；放电时，此反应转移6 mol e，对应有2 mol FeO42被还原，D项错误。答案：D2、【解析】：该电池的负极反应式为Zn2e2OH=ZnOH2O，故A错误；用电池总反应式减去负极反应式可得正极反应式：2MnO22e2H2O=2MnO(OH)2OH，故B错误，D正确；电子不能流经电解液，只能在外电路中流动，C错误。答案：D3、【解析】：本题考查电化学，意在考查考生对原电池、电解池的电板反应、现象和电极反应式的书写等的掌握情况。a、b不连接，未形成原电池，Cu2与Fe在接触面上直接反应，A

22、项正确；a、b用导线连接，铜片作正极，Cu2在该电极上得电子，B项正确；a、b连接与否，溶液中的Cu2均得电子发生还原反应生成Cu，Fe均失电子发生氧化反应生成Fe2，故溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色，C项正确；a与电源正极相连时，Cu片作阳极，Cu2向Fe电极移动，D项错误。答案：D4、【解析】：本题以燃料电池为依托考查电化学原理。负极上发生的是氧化反应，乙醇应失电子，所以C错误。答案：C5、【解析】：从电池反应式可知，Fe失电子转变成Fe2，Fe为负极，A项对；正极反应式为2H2OO24e=4OH，B项错；原电池是将化学能转化为电能的装置，C项错；水面的O2浓度较水下浓度高，水面处的金属更易被

23、腐蚀，D项错。答案A6、【解析】：将AlCl3溶液蒸干得Al(OH)3，灼烧时Al(OH)3分解生成Al2O3，电解熔融Al2O3时，阳极反应为6O212e=3O2，阴极反应为4Al312e=4Al，总反应式为2Al2O3(熔融) 4Al3O2。答案：B7、【解析】：对于电解盐酸溶液，相当于电解HCl，盐酸溶液浓度降低，H浓度降低，pH增大。电解NaCl溶液时H在阴极上放电，阴极附近OH浓度增大；阳极上Cl放电，阳极区域H、OH浓度基本不变，因而电解后整个溶液pH会变大。电解AgNO3溶液时，阴极Ag放电；阳极是OH放电，阳极区域H浓度变大，溶液pH会显著变小(相当于生成稀HNO3)。电解KN

24、O3的实质是电解水，pH不变。答案：C8、【解析】：a、b中生铁发生电化学腐蚀，碳作正极，铁作负极；a中NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，O2被消耗，试管内气体压强降低，b试管中盛装NH4Cl溶液，酸性较强，发生析氢腐蚀，产生H2，试管内气体压强增大，故红墨水柱两边的液面应左高右低。答案：B9、B10、答案D二、非选择题11、【解析】：根据电子的流向，可以判断a极的名称，a极连接的是直流电源电子流出的一极，为负极，因此，a极是电解池的阴极；那么b极为阳极，产物为Cl2，检验Cl2的方法是用湿润的淀粉碘化钾试纸；当将b极改为铁电极时，铁失去电子变成阳离子进入溶液，与阴极产生的OH结合生成Fe(O

25、H)2沉淀，然后沉淀转化为Fe(OH)3。答案：(1)阴极(2)两极均有气泡产生；a极区溶液变成红色；b极液面上气体变为黄绿色；b极区溶液变为浅黄绿色(3)用湿润的淀粉碘化钾试纸检验，若变蓝，则是Cl2(4)2Cl2H2OCl2H22OH(5)底部有白色沉淀产生，很快变为灰绿色，最终变为红褐色12、【解析】：本题考查以钒为材料的化学原理题，涉及化学反应速率和电化学知识。(1)解题关键是根据溶液中颜色变化，确定元素化合价变化，进而推断该装置是原电池还是电解池。由图示知，电源或负载的正、负极已确定。原电池的正极发生还原反应，左槽中，黄变蓝即为VO2生成VO2，V的化合价从5降低为4，得一个电子，O

26、原子减少。从图中知，其中H发生了移动，参与反应，由此写出电极反应式VO22He=VO2H2O。(2)作为原电池，左槽得电子(正极)，而右槽失电子(负极)。充电作为电解池处理，由右槽中V3得电子(阴极)，对应化合价降低，即为V3生成V2，颜色由绿变为紫。(3)由电极反应式知，H参与了反应。溶液中离子的定向移动可形成电流。nN/NA3.011023/6. 0210230.5 (mol)，充电时，转移电子为0.5 mol时，左室发生氧化反应：VO2H2Oe=VO22H，右室发生还原反应：V3e=V2，由于SO42不能迁移，这样右室的负电荷多了0.5 mol，由电荷守恒知，需要左室迁移0.5 mol H进入右室。左槽中H物质的量变化量为0.5 mol。答案：(1)VO22He=VO2H2O(2)绿紫(3)参与正极反应通过交换膜定向移动，使电流通过溶液0.5 mol13、【解析】：(2)由图可知产物为CO2、H2O，且CO、H2的体积比为11，即可写出方程式；(3)阳极4OH4e=O22H2O，产生0.025 mol的O2，则消耗0.1 mol OH、失0.1 mol电子，生成H为0.1 mol，所以阴极得0.1 mol电子，依Cu22e=Cu可知生成0.05 mol Cu；(4)碳酸钠水解呈碱性，能腐蚀玻璃，使塞与瓶粘在一起。答案：(1)正还原(2)COH2O2=CO2H2O(3)3.2