高三化学教案20原电池和电解池 最新.docx

1、高三化学教案20原电池和电解池 最新第二十单元 原电池和电解池【考点战略】考点互联1原电池和电解池的比较：装置原电池电解池实例原理使氧化还原反应中电子作定向移动，从而形成电流。这种把化学能转变为电能的装置叫做原电池。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叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。形成条件电极：两种不同的导体相连；电解质溶液：能与电极反应。电源；电极（惰性或非惰性）；电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极

2、；阴极：连电源的负极；电极反应负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）正极：2H+2e-=H2（还原反应）阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应）阳极：2Cl-2e-=Cl2 （氧化反应）电子流向负极正极电源负极阴极；阳极电源正极电流方向正极负极电源正极阳极；阴极电源负极能量转化化学能电能电能化学能应用抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食盐水（氯碱工业）；电镀（镀铜）；电冶（冶炼Na、Mg、Al）；精炼（精铜）。2化学腐蚀和电化腐蚀的区别化学腐蚀电化腐蚀一般条件金属直接和强氧化剂接触不纯金属，表面潮湿反应过程氧化还原反应，不形成原电池。因原电池反应而腐蚀有无电流无电流产生有电流产生反应

3、速率电化腐蚀化学腐蚀结果使金属腐蚀使较活泼的金属腐蚀3吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别电化腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强正极反应O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H+ + 2e-=H2负极反应Fe 2e-=Fe2+Fe 2e-=Fe2+腐蚀作用是主要的腐蚀类型，具有广泛性发生在某些局部区域内4电解、电离和电镀的区别电解电离电镀条件受直流电作用受热或水分子作用受直流电作用实质阴阳离子定向移动，在两极发生氧化还原反应阴阳离子自由移动，无明显的化学变化用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金实例CuCl2 CuCl2CuCl2=Cu2+2Cl阳极 Cu 2e- =

4、Cu2+阴极 Cu2+2e- = Cu关系先电离后电解，电镀是电解的应用5电镀铜、精炼铜比较电镀铜精炼铜形成条件镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子粗铜金属作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解液电极反应阳极 Cu 2e- = Cu2+阴极 Cu2+2e- = Cu阳极：Zn - 2e- = Zn2+Cu - 2e- = Cu2+ 等阴极：Cu2+ + 2e- = Cu溶液变化电镀液的浓度不变溶液中溶质浓度减小6电解方程式的实例（用惰性电极电解）：电解质溶液阳极反应式阴极反应式总反应方程式（条件：电解）溶液酸碱性变化CuCl22Cl-2e-=Cl2Cu2+ +2e-= C

5、uCuCl2= Cu +Cl2HCl2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H22HCl=H2+Cl2酸性减弱Na2SO44OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2不变H2SO44OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2消耗水，酸性增强NaOH4OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2消耗水，碱性增强NaCl2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H22NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOHH+放电，碱性增强CuSO44OH-4e-=2H2O+O2Cu2+ +2e-= Cu2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2+

6、2H2SO4OH 放电,酸性增强考点解说1电化腐蚀：发生原电池反应，有电流产生（1）吸氧腐蚀负极：Fe2e-=Fe2+正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总式：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O（2）析氢腐蚀： CO2+H2OH2CO3H+HCO3-负极：Fe 2e-=Fe2+正极：2H+ + 2e-=H2总式：Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H2Fe(HCO3)2经双水解、空气氧化、风吹日晒得Fe2O3。2金属的防护改变金属的内部组织结构。合金钢中含有合金元素，使组

7、织结构发生变化，耐腐蚀。如：不锈钢。在金属表面覆盖保护层。常见方式有：涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等；使表面生成致密氧化膜；在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。电化学保护法外加电源的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极。牺牲阳极的阴极保护法：外加负极材料，构成原电池，被保护的金属作正极3。常见实用电池的种类和特点干电池（属于一次电池）结构：锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。电极反应 负极：Zn-2e-=Zn2+正极：2NH4+2e-=2NH3+H2 NH3和H2被Zn2、MnO2吸收： MnO2+H2=MnO+H2O,Zn24NH3=Zn(NH3)42

8、铅蓄电池（属于二次电池、可充电电池）1 结构：铅板、填满PbO2的铅板、稀H2SO4。2 A.放电反应 负极： Pb-2e-+ SO42- = PbSO4 正极： PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2OB.充电反应 阴极：PbSO4 +2e-= Pb+ SO42- 阳极：PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42- 总式：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 注意：放电和充电是完全相反的过程，放电作原电池，充电作电解池。电极名称看电子得失，电极反应式的书写要求与离子方程式一样，且加起来应与总反应式相同。

9、锂电池 1 结构：锂、石墨、固态碘作电解质。 2 电极反应 负极： 2Li-2e- = 2Li+正极： I2 +2e- = 2I- 总式：2Li + I2 = 2LiIA.氢氧燃料电池 1 结构：石墨、石墨、KOH溶液。2 电极反应 负极： H2- 2e-+ 2OH- = 2H2O 正极： O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-总式：2H2+O2=2H2O（反应过程中没有火焰，不是放出光和热，而是产生电流）注意：还原剂在负极上反应，氧化剂在正极上反应。书写电极反应式时必须考虑介质参加反应（先常规后深入）。若相互反应的物质是溶液，则需要盐桥（内装KCl的琼脂，形成闭合回路）。BB.铝、空气

10、燃料电池 以铝空气海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功。这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断产生电流。只要把灯放入海水中，数分钟后就会发出耀眼的闪光，其能量比干电池高2050倍。电极反应：铝是负极 4Al-12e-= 4Al3+；石墨是正极 3O2+6H2O+12e-=12OH-4电解反应中反应物的判断放电顺序 阴极A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。B.阳离子得电子顺序 金属活动顺序表的反表：K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ (H+) Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ Cu2+ Hg2+ Ag+ 阳极A.阳极材料是惰性电极(C、Pt

11、、Au、Ti等)时：阴离子失电子：S2- I- Br- Cl- OH- NO3- 等含氧酸根离子 F-B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。 5电解反应方程式的书写步骤：分析电解质溶液中存在的离子；分析离子的放电顺序；确定电极、写出电极反应式；写出电解方程式。如：电解NaCl溶液：2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，PH增大。电解CuSO4溶液：2CuSO4 + 2H2O2Cu + O2+ 2H2SO4溶质、溶剂均发生电解反应， PH减小。 电解CuCl2溶液：CuCl2 CuCl2 电解盐酸： 2HCl H2Cl2溶剂不变，实际上是电

12、解溶质，PH增大。电解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液：2H2O 2H2 + O2，溶质不变，实际上是电解水，PH分别减小、增大、不变。酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性,从而加快电解速率（不是起催化作用）。电解熔融NaOH: 4NaOH 4Na + O2 + H2O 用铜电极电解Na2SO4溶液: Cu +2H2O Cu(OH)2 + H2 （注意：不是电解水。）6电解液的PH变化:根据电解产物判断。口诀：“有氢生成碱，有氧生成酸；都有浓度大,都无浓度小”。（“浓度大”、“浓度小”是指溶质的浓度） 7使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物（气体或沉淀）恰好完全反应，再将其化合

13、物投入电解后的溶液中即可。如：NaCl溶液：通HCl气体（不能加盐酸）；AgNO3溶液：加Ag2O固体（不能加AgOH）；CuCl2溶液：加CuCl2固体；KNO3溶液： 加H2O；CuSO4溶液：CuO（不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3）等。8电解原理的应用A、电解饱和食盐水（氯碱工业） 反应原理阳极： 2Cl- - 2e-= Cl2 阴极： 2H+ + 2e-= H2总反应：2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH 设备 （阳离子交换膜电解槽）组成：阳极Ti、阴极Fe阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。制烧碱生产过程 （离子交换膜法） 食

14、盐水的精制：粗盐（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42- 等）加入NaOH溶液加入BaCl2溶液加入Na2CO3溶液过滤加入盐酸加入离子交换剂(NaR) 电解生产主要过程（见图20-1）：NaCl从阳极区加入，H2O从阴极区加入。阴极H+ 放电，破坏了水的电离平衡，使OH-浓度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。B、电解冶炼铝原料：（A）、冰晶石：Na3AlF6=3Na+AlF63-（B）、氧化铝： 铝土矿NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 原理 阳极 2O2 4e- =O2阴极 Al3+3e- =Al总反应：4Al3+6O24Al+3O2 设备：电解槽（阳极C、阴极Fe）

15、因为阳极材料不断地与生成的氧气反应：C+O2 CO+CO2，故需定时补充。C、电镀：用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子。电镀锌原理：阳极 Zn2e = Zn2+阴极 Zn2+2e=Zn电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。在电镀控制的条件下，水电离出来的H+和OH一般不起反应。电镀液中加氨水或 NaCN的原因：使Zn2+离子浓度很小，镀速慢，镀层才能致密、光亮。D、电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。E、电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，电解液含有Cu2+。铜前金属先反应但不析出，铜后金属不反应，形成 “阳极泥”。 【命题战

16、略】高考经典聚焦一、选择题（每小题有1-2个正确选项） 1在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（2002年全国）A原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应B原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应C原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应D 原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应2下列关于实验现象的描述不正确的是 （2000年全国）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用锌片做阳极，铁片做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌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，气泡放出速率加快3氢镍电池

17、是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是（1999年全国）H2+NiO(OH) Ni(OH)2根据此反应式判断，下列叙述中正确的是A电池放电时，电池负极周围溶液的PH不断增大 B电池放电时，镍元素被氧化C电池充电时，氢元素被还原 D电池放电时，H2是负极4用惰性电极电解M（NO3）x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气（标准状况），从而可知M的原子量为（1999年全国）A B C D5将质量分数为0.052(5.2%)的NaOH溶液1升（密度为1.06克/毫升）用铂电极电解，当溶液中的NaOH的质量分数改变了0.010(1.0%)时停止

18、电解，则此时溶液中应符合的关系是（1998年全国）NaOH的质量分数阳极析出物的质量（克）阴极析出物的质量（克）A0.062(6.2%)19152B0.062(6.2%)15219C0.042(4.2%)1.29.4D0.042(4.2%)9.41.26图20-2是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是（2003上海）Aa为负极、b为正极 Ba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 用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（2003江苏）A 电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液p H不变B 电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶

19、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1:2D 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1:18家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是(2003春全国理综)A4Fe(OH)22H2OO24Fe(OH)3 B2Fe2H2OO22Fe(OH)2C2H2OO24eOH DFe3eFe39(2002年上海)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20-3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Aa为正极

20、，b为负极；NaClO和NaClBa为负极，b为正极；NaClO和NaClCa为阳极，b为阴极；HClO和NaClDa为阴极，b为阳极；HClO和NaCl图20-310(2000年上海)随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是A利用电池外壳的金属材料B防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D回收其中石墨电极11(1999年上海)某学生试图用电解法根据电极上析出的物质的质量来验证阿伏加德罗常数值，其实验方案的要点为：用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如右图20-4。在电流强度为I安培，通电时间为t秒钟后，

21、精确测得某电极上析出的铜的质量为m克。试回答：图20-4（1）连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注仪器接线柱的英文字母表示。下同）E接 ，C接 ， 接F。实验线路中的电流方向为 C (2)写出B电极上发生反应的离子方程式 G试管中淀粉KI溶液变化的现象为 ；相应的离子方程式是 。（3）为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序应是 。（选填下列操作步骤的编号）称量电解前电极质量 刮下电解后电极上的铜并清洗 用蒸馏水清洗电解后电极 低温烘干电极后称量 低温烘干刮下的铜后称量 再次低温烘干后称量至恒重（4）已知电子的电量为1.610-19库仑。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：NA

22、高考命题预测纵观历年高考卷,电化学知识是一大命题热点，特别是近几年，甚至有的年份一张试卷上有几处涉及。由历届高考经典回顾可以看出， 有关原电池知识主要考点有： (1)原电池的判断；电极反应方程式的书写；原电池电极反应的类型、现象和速率；实用电池（干电池、可充电电池、燃料电池等）的原理。有关电解池知识的常见考点有： 电极反应式及电解反应方程式；两极放电顺序；电解的应用（电镀、测定阿伏加德罗常数、制备有机物等）；根据电解规律及电解反应方程式的计算；判断电解过程中溶液PH的变化；电解和环保知识的综合应用。题型有选择题、填空题和计算题。预测这些考点在高考中还会继续有所表现。在考查基础知识的同时还可能将

23、原电池、电解池原理与科技、环保等实际问题结合起来设计新情景题，考查学生解决实际问题的能力。一、选择题 (有1-2个正确选项)12钢铁在锈蚀过程中，下列五种变化 ：铁由+2价转化为+3价；氧气被还原；产生氢气；氢氧化铁失水形成Fe2O3H2O；杂质碳被氧化。可能发生的是A B. C. D. 13某干电池在使用过程中发生的主要反应可用下列化学方程式表示: Zn+2MnO2+2NH4Cl(aq) = 2MnO(OH)(固) + Zn(NH3)2Cl2(aq),其正极反应式是 A2MnO2+2NH4+2e = 2MnO(OH)+2NH3 BZn2e=Zn2+ CZn(NH3)22+2e = Zn+2N

24、H3 DMn+4 +e = Mn+314用石墨作电极电解CuCl2和NaCl的混合溶液,阴极和阳极上分别析出的物质是 AH2和Cl2 BCu和Cl2 CH2和O2 DCu和O215在100mL H2SO4与CuSO4的混合溶液中,用石墨作电极电解,两极上均收集到2.24L气体(标准状况),则原混合溶液中Cu2+的物质的量浓度是 A1mol L-1 B2mol L-1 C3mol L-1 D4mol L-116下列事实不用电化学理论解释的是 A有些铁制水闸水线以下部分嵌有锌块B铝制门窗不用涂刷油漆C实验室制氢气时用粗锌比用纯锌放出氢气快D镀层破损后,镀锌铁比镀锡铁耐腐蚀二、非选择题17现有500

25、mL饱和食盐水,其中含有少量NaOH,该溶液的pH为10,用石墨电极电解时,当阴极产生5.6L H2(标准状况)时停止电解,此时溶液的pH约为_18向8g二价金属的氧化物固体中加入稀硫酸,使其恰好完全溶解,已知所消耗的硫酸体积为100mL,在所得溶液中插入铂电极进行电解,通电一定时间后,在一个电极上收集到224mL(标准状况)氧气,在另一个电极上析出该金属1.28g.(1)根据计算确定金属氧化物的名称.(2)计算通电后硫酸溶液的物质的量浓度(溶液体积按100mL计算)【方法战略】第1题解题方法原电池中负极氧化反应，正极还原反应；电解池中阴极还原反应，阳极氧化反应。答案BC。第2题解题方法把铜片

26、插入三氯化铁溶液中，发生反应：Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+。答案C。第3题解题方法放电和充电是完全相反的过程，放电作原电池，充电作电解池。答案CD。第4题解题方法电解过程中阴极得电子数等于阳极失电子数。答案C。第5题解题方法电解稀NaOH溶液，实际上是电解水：2H2O 2H2 + O2，随着反应的进行，NaOH的质量分数必然增大，且H2与O2的物质的量之比必然为2 ：1。答案B。第题解题方法 据电流的方向判断a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。电解CuCl2溶液电极反应式为：阳极(c电极)2C1一2e=Cl2，阴极(d电极)Cu2+2eCu，故C正确。答案：C第题解题方法 电解稀H

27、2SO4，实质上是电解水，硫酸的物质的量不变，但溶液体积减少，浓度增大，故溶液pH减小。A不正确；电解稀NaOH溶液，阳极消耗OH，阴极消耗H+，实质也是电解水，NaOH溶液浓度增大，故溶液的pH增大，B不正确。 电解Na2SO4溶液时，在阳极发生反应：4OH-4e-2H2O+O2十，在阴极发 生反应：2H+2e=H2，由于两电极通过电量相等，故析出H2与O2的物质 的量之比为2：1，C不正确。电解CuCl2溶液时，阴极反应为Cu2+2e=Cu， 阳极反应为2C1一2e=C12，两极通过电量相等时，Cu和C12的物质的量之比为1：1，D正确。答案：D第题解题方法 洗过的铁锅在空气中放置，可发生

28、吸氧腐蚀。负极发生的反应为2Fe-4e=2Fe2+，正极发生的反应为2H2O+O2+4e=4OH，总反应式为2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2，而Fe(OH)2又被O2氧化为红褐色的Fe(OH)3。答案：D第题解题方法电解饱和氯化钠溶液时，由于出口在上方，阳极产生的氯气在向上的过程中，充分跟阴极（与a相连）附近生成NaOH溶液反应。答案B。第10题解题方法: 题眼是“首要原因”。如铅蓄电池、银锌电池等废电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源将产生严重污染。答案B。第11题解题方法: 电解过程中阴极得电子数等于阳极失电子数。根据公式：电量Q=It,电子的物质的量n= 。答案：(1)E接D、C接A、B接F FBACDE (2)2Cl2e=Cl2 变蓝色 Cl2+2I-=2Cl-+I2 (3) (4) NA = 第12题解题方法 从钢铁腐蚀的几种类型及其过程思考。钢铁腐蚀有化学腐蚀、吸氧的电化腐蚀析氢的电化腐蚀等几种，还涉及到电化反应后亚铁化合物被氧气进一步氧化的过程。答案：C。第13题解题方法 题目给出的反应方程式比较复杂，如果直接从方程式得出正确结论有困难，也可以根据已有知识用排除法和对比法解决