原电池和电解池.docx

1、原电池和电解池化学能与电能原电池教学案第一课时【资料卡片】热电厂生产的过程利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料发电称为火力发电。燃料在锅炉中燃烧产生蒸汽，用蒸汽冲动汽轮机，再由汽轮机带动发电机发电。中国煤炭的44用来发电。中国煤炭特点是高硫、高灰分且难洗选煤的比重较大，从1980年到1996年，烟尘排放量基本持平，SO2排放量呈上升的趋势，氮氧化物排放总量得到一定的控制。火电厂冲灰水、灰渣排放量现已彻底解决。【归纳小结】1、火力发电的优点：我国煤炭资源丰富,廉价方便.电能清洁安全,又快捷方便.2、火力发电的缺点：排出大量的温室效应气体； 有废气可能导致酸雨；废料废水； 储量有限

2、； 能量转换效率低。3、火力发电过程中的能量转化： 化学能热能机械能电能 可以设计一个装置使一个自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别发生。一、化学能直接转化为电能的原理与装置：【实验探究】探究 Cu-Zn原电池原理实验：实 验现 象Cu、Zn分别插入稀硫酸中 Cu、Zn同时插入稀硫酸中，但不接触 将Cu、Zn用导线连接起来在Cu、Zn导线之间接电流表将Cu、Zn导线互换再接电流表【实验结论】将Cu、Zn用导线连接起来同时插入稀硫酸中，Cu极上会产生气泡，电路中有电流通过。【归纳小结】原电池的定义：将化学能转化为电能的装置。 Cu-Zn原电池电极反应式的书写（以铜、锌和稀硫酸组成的原电

3、池为例）： 负极(锌片)：Zn2e=Zn2（发生 反应） 正极(铜片)：2H2e=H2（发生 反应） 总的离子反应： 原电池原理：较活泼的金属 ，发生 反应， 从较活泼的金属通过外电路流向 。【实验探究】探究原电池构成条件实验一： 可以 可以 可以 不可以【归纳小结】形成条件一：活泼性不同的两个电极。实验二：可以 不可以【归纳小结】形成条件二：电极需插进电解质溶液中。实验三：可以不可以 【归纳小结】形成条件三：必须形成闭合回路。【学生实验】实验序号电极材料溶液现象1Zn-Zn稀硫酸2Cu-C3Zn-C4Fe-Zn5 Cu-Zn乙醇6CuZn1个西红柿72个西红柿【归纳总结】1、原电池构成的条件

4、有一个自发进行的氧化还原反应；_ ；_ ；_ 。2、判断原电池正、负极的方法:由组成原电池的两极材料判断：一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。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。根据原电池两极发生的变化来判断：根据原电池里电解质溶液中离子的定向流动方向判断：原电池里电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；根据现象判断：溶解的一极为负极，增重或有气泡产生的一极为正极。二、发展中的化学电源1干电池负极（锌筒）：Zn 2e= Zn2+；正极（石墨）：正极：2NH4+2e=2NH3+H2电池的总反应式为：Zn +2N

5、H4+= Zn2+ 2NH3+H2副反应：副反应：H2+2MnO2=Mn2O3+H2O 4NH3+Zn2+=Zn(NH3)42+2铅蓄电池负极：Pb-2e-+SO42=PbSO4正极：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O蓄电池充电和放电的总化学方程式为：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 3碱性蓄电池银锌电池： 负极：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-银锌电池充电和放电的总化学方程式为：Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2镉镍电池：负极：Cd2OH-2e=Cd（OH）2正极：2NiO（OH）+2e

6、+2H2O=2Ni（OH）2+2OH镉镍电池充电和放电的总化学方程式为：2NiO（OH）Cd2H2O2Ni（OH）2Cd（OH）24燃料电池（碱性）电极反应：负极：2H2+4OH2e=4H2O正极：O2+2H2O+2e=4OH电池的总反应为：2H2 + O2 = 2H2O又如：甲烷燃料电池;电解质溶液为氢氧化钾溶液：正极：2O2 + 8e-+ 4H2O =8OH-负极： CH4 + 10OH- -8e- =CO2- 3 + 7H2O总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO2- 3 + 3H2O三、金属腐蚀与防护：1.金属腐蚀：金属(或合金)跟周围接触到的气体(或液体)反应而腐蚀损耗的

7、过程。本质：金属原子失电子而被氧化M ne- =Mn+(2) 分类：化学腐蚀：金属与其他物质 直接氧化反应 金属被氧化(不是电解质溶液) (无电流产生)电化腐蚀：不纯金属或合金 发生原电池反应 活泼金属被氧化 电解质溶液 （有电流产生）在钢铁表面形成无数微小原电池钢铁腐蚀：铁：负极 水膜(电解质溶液) 碳：正极分类析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性负极反应Fe 2e- = Fe2+2Fe 4e- = 2Fe2+正极反应2H+ + 2e- = H22H2O + O2 + 4e- = 4OH-总反应Fe + 2H+ = Fe2+ + H22Fe + 2H2O + O2 =

8、 2Fe(OH)24Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3Fe2O3xH2O次要主要2.金属腐蚀的防护 金属腐蚀的原因：金属本身的组成和结构是锈蚀的根据；外界条件(如：温度、湿度、与金属接触的物质)是促使金属锈蚀的客观因素。 防护：改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力。如：不锈钢。 在金属表面覆盖一层保护层，以断绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀的效果。（油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜） 电化学保护法：牺牲阳极阴极保护法、外加电流阴极保护法。【一课一练】1碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛使用，锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解

9、液，电池总反应为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是 （ ）A电池工作时，锌失去电子 B反应时化学能转化为电能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，锌的质量理论上减小6.5g2、氢氧燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它是以铂作电极，KOH溶液作电解液，总反应为：2H2 + O2 = 2H2O，正极反应为：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-下列叙述不正确的是 A、 H2通入负极区 B、O2通入正极区 C、负极反应为2H2 + 4OH- 4e- = 4H2O D、正极发生氧化反应3锂

10、电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为Li + MnO2LiMnO2,下列说法正确的是 （ ）A. Li是正极，电极反应为Li e- Li+B. Li是负极，电极反应为Li e- Li+C. Li是负极，电极反应为MnO2 + e- MnO2D. Li是负极，电极反应为Li 2e- Li2+4（06年广东高考题）某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为：Li+ +LiMn2O4= Li2Mn2O4。下列说法正确的是 （ ）A 放电时，LiMn2O4发生氧化反

11、应B 放电时，正极的反应式为：Li+ LiMn2O4+e- = Li2Mn2O4C 充电时，LiMn2O4发生氧化反应 D、充电时，阳极的反应为：Li+e-= Li5废电池的污染引起人们的广泛重视，废电池中对环境形成污染的主要物质是 ( ) A锌 B汞 C石墨 D二氧化锰6一个原电池的总反应离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2+Cu，该反应的原电池组成正确的是 ( ) A B C D 正极 Zn Ag Cu Cu 负极 Cu Cu Zn Zn 电解质溶液 CuCl2 H2S04 CuSO4 FeCl27已知空气-锌电池的电极反应为： 锌片：Zn+20H-2e-=ZnO+H20 石墨：02+2H2

12、0+4e-=40H-根据此判断，锌片是 ( )。A负极，并被氧化 B负极，并被还原 C正极，并被氧化 D正极，并被还原8据报道，锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为：2Zn+02=2ZnO，原料为锌粒、电解质和空气，则下列叙述正确的是 （ ） A锌为正极，空气进入负极反应 B负极反应为Zn-2e-=Zn2+C正极发生氧化反应 D电解液肯定不是强酸9、右图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池说法不正确 （ ）A.a极是负极 B.正极的电极反应是：O2+2H2O+4e-=4OH- C.电子由b通过灯泡流向a D.氢氧燃料电池是环保电池D.将铁和锡连

13、接后放入到海水中10、化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。（1）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应式可以表示为：已知Ni (OH)2和Cd (OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法正确的是 （ ） 以上反应是可逆反应； 以上反应不是可逆反应； 充电时化学能转变为电能； 放电时化学能能转变为电A. B. C. D.（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为： 。（1）B；（2）Ni (OH)2和Cd (OH)2能溶于酸性溶液11、电工操作中规定，不能把铜线和铝线拧在一起

14、连接线路，这是因为_。答案：在潮湿的空气中，铜与铝接触形成原电池，铝做负极，很快被腐蚀。12、请用用铜、银与硝酸银设计一个原电池，将装置图画在答卷对应的位置；回答下列问题：（1）此电池的负极是，正极的电极反应是。（2）该电池工作一段时间，将两个电极小心取出洗涤并晾干，经称量发现比原来增重了3.04 g，。请计算导线中共通过了mol电子。答案： 装置图略 （1）Cu 、Ag e Ag （2）0.04mol 13、航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池反应总式都表示为：2H2+O2=2H2O。酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极

15、反应可表示为：2H2-4e=4H+，则其正极反应表示为： ； 碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应表示为： O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应式可表示为： 。答案：O2+4e-+4 H+= 2H2O ； 2H2-4e+4OH-= 4H2O14、现有如下两个反应：（A）NaOH + HCl = NaCl + H2O、（B）2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2 （1）根据两反应本质，判断能否设计成原电池 （2）如果不能，说明其原因 （3）如果可以，则写出正、负极材料及其电极反应式，电解质溶液名称 。答案：（1）（A）不能，（B）可以（各1分） （2）（A）的反应

16、非氧化还原反应，没有电子转移 （3）负极：铜，Cu 2e- = Cu2+ 正极：碳棒，2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ 电解质溶液：氯化铁溶液15. （06年重庆高考题）铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：Pb+PbO2+4H+2SO2-42PbSO4+2H2O请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）:（1） 放电时：正极的电极反应式是_;电解液中H2SO4的浓度将变_;当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加_g。（2） 在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按题27图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成_、B电极上生成_,此时铅蓄电池的正负

17、极的极性将_。答案：（1）PbO2 +2e-+4H+ +SO42- =PbSO4+2H2O 小 48 （2）Pb PbO2 对换四、电解及其应用1.电解的原理: 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。电解质在溶解或熔化状态下电离出自由离子，通电时，自由移动的离子定向移动，阳离子移向阴极，在阴极获得电子发生还原反应；阴离子移向阳极，在阳极失去电子发生氧化反应。电解质导电过程就是电解过程。法拉第(Faraday)定律: 通电于电解质溶液之后,在电极上(即两界面上)发生化学变化的物质的物质的量与通入的电量成正比;若将几个电解池串联,通入一定的电量后,在各个电解电容器池的

18、电极上发生反应的物质其物质的量等同,析出物质质量与其摩尔质量成正比.用式子表示如下:Q=nzF, m=M其中F称为法拉第常数,它表示1mol质子的电荷(即1mol电子所带电量的绝对值)F=NAe=6.0221023mol-11.602210-19C =96484.6Cmol-196500 Cmol-12.电解反应离子放电顺序(不考虑浓度等其他因素) 放电：阳离子得电子而阴离子失电的过程。 上述顺序基本上与金属活动顺序一致，即越活泼的金属，其阳离子越难结合电子，但Fe3+氧化性较强，排在Cu2+之前。阴离子放电顺序(注明：若阳极材料是金属（除Pt、Au外），电极首先发生氧化反应而进入溶液。)3.

19、电解池的应用（1）铜的电解精炼阳极（粗铜棒）：Cu2eCu2 阴极（精铜棒）：Cu22eCu 电解质溶液：含铜离子的可溶性电解质分析：因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成阳离子进入溶液中，Zn2e = Zn2+ 、Fe2e = Fe2+ 、Ni2e =Ni2+，Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。（2）电镀阳极（镀层金属）：Cu2eCu2 阴极（镀件）：Cu22e

20、Cu 电镀液：含镀层金属的电解质分析：因为由得失电子数目守恒可知，阳极放电形成的Cu2离子和阴极Cu2离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均不会改变。（1）电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。（2）电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH一般不放电。【小结】原电池、电解池、电镀池的比较：（3）电解饱和食盐水氯碱工业氯碱工业所得的NaOH、Cl 2 、H2 都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、

21、纺织等，与人们的生活息息相关。阳极：石墨或金属钛2Cl2eCl2阴极：铁网2H2eH2电解质溶液：饱和食盐水总方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2分析：在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH和Cl向阳极移动，由于Cl比OH容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。（1）饱和食盐水的精制：原因：除去NaCl中的MCl2、Na2SO4等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。 试剂加入

22、的顺序：先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3，过滤，加盐酸调节pH为7。（2）隔膜的作用：防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。4、电解法冶炼活泼金属：（1）电解熔融的氯化钠制金属钠：2NaCl（熔融）2NaCl2（2）电解熔融的氯化镁制金属镁：MgCl2（熔融）MgCl2（3）电解熔融的氧化铝制金属铝：2Al2O3（熔融）4Al3O2分析：在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。注意：电解熔

23、融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因。例1、下图中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极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（ ）a极板b极板x电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2A。例2、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 3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH下列叙述不正确的是A、放电时负极反应为：Zn2e +2OH= Zn（OH）2

24、B、充电时阳极反应为：Fe（OH）33e + 5 OH = FeO+ 4H2OC、放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4被氧化D、放电时正极附近溶液的碱性增强C。例3、下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产物的装置是（ ） D。例4、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，设计了如图的装置，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NaClB、a为负极，b为正极；NaClO和NaClC、a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD、a为阴极，b为

25、阳极；HClO和NaClB 例5、通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1价）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）n（硝酸亚汞）=21，则下列表述正确的是（ ）A、在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（Ag）n（Hg）=21B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等C、硝酸亚汞的分子式为HgNO3 D、硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3）2D。例6、下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，只在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。回答：（1）直流电源中，M为 极。（2）Pt电极上生成的物质是

26、 ，其质量为 g。（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为：2 。（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同） ，AgNO3溶液的pH ，H2SO4溶液的浓度 ，H2SO4溶液的pH 。（5）若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为多少 g。答案：（1）正（2）Ag、2.16（3）21/21；（4）不变、不变、增大、减小；（5）45.18。【模拟试题】1、下列叙述中错误的是A、电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应；B、原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极；C、电镀时，电镀池里

27、的阳极材料发生氧化反应；D、电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气。2、国外最新研制的溴锌蓄电池的基本结构是用碳棒作两极，电解质是溴化锌溶液。现有四个电极反应：Zn2eZn2 Zn22eZn Br22e2Br 2Br2eBr2。那么充电时的阳极反应和放电时的负极反应分别是（ ）A、 B、 C、 D、3、用惰性电极电解下列各溶液，经一段时间后，溶液的浓度增大，而溶液pH值保持不变的是（ ） A、CuCl2溶液 B、NaCl溶液 C、H2SO4溶液 D、Na2SO4溶液4. 用惰性电极电解1L足量KCl的溶液，若通过n mol电子的电量，则溶液的pH与n的关系是（设电解前后溶液的体积不变）

28、A、pH=n B、pH=lgn C、pH=14lgn D、pH=lgn+145、在盛有饱和Na2CO3溶液的烧杯中插入惰性电极进行电解，若温度始终不变，则通电一段时间后，下列说法中不正确的是（ ） A、溶液的pH值不变 B、溶液中Na2CO3的物质的量不变C、Na2CO3溶液的浓度不变，水解程度不变 D、溶液中水分子数与的比值将变小6、CuI是一种不溶于水的白色固体，它可以由反应：2Cu2+4I=2CuI+I2而得到。现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。电解开始不久，阴极区溶液呈红色，而阳极区溶液呈蓝色。对阳极区溶液呈蓝色的正确解释是（ ）A、2I2e=I2 碘遇淀粉变蓝 B、Cu2e=Cu2 Cu2 显蓝色 C、2Cu+4I4e=2CuI+I2 碘遇淀粉变蓝D、4OH 4e=2H