电化学基础原理及应用.docx

1、电化学基础原理及应用电化学基础原理及应用电化学是研究化学能与电能相互转化的装置、过程和效率的科学，它的应用十分广泛，在分析、合成等领域应用很广，由此形成的工业也很多，如电解、电镀、电冶金、电池制造等。因此本课题有利于学生了解电化学反应所遵循的规律，知道电化学知识在生产、生活和科学研究中的作用。同时，通过设计一些有趣的实验和科学探究活动，可以激发和培养学生探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。电化学是高考命题的热点之一。电化学中的电路、电量等与物理学联系紧密，既可以综合学科内知识，又可以与生产、生活、新科技、新技术等相联系，是不容忽视的知识点。预计在今后的高考中，对该部分内容的考查仍

2、会保持目前东风热度。在题型上应以传统题型为主，其中原电池的工作原理、电解产物的判断与相关计算、电极反应式及电池反应方程式的书写、离子的转移方向、溶液pH的变化仍会是高考的热点。本课题共包括原电池、化学电源、电解池、金属的电化学腐蚀与防护四部分内容。 计划课时安排：原电池 2课时化学电源 2课时电解池 2课时金属的电化学腐蚀与防护 2课时电化学原理综合应用 2课时 专题一 原电池【课标要求】体验化学能与电能相互转化的探究过程,认识原电池，掌握原电池的工作原理。【学习重点】1.初步认识原电池概念、原理、组成及应用； 2. 了解原电池的工作原理，探究组成原电池的条件，会写电极反应式和电池反应方程式【

3、学习难点】通过对原电池实验的研究，从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质，以及这种转化的综合利用价值。再现历史：1799年意大利物理学家伏打 如右图所示，组成的原电池：实验步骤现象1、锌片插入稀硫酸2、铜片插入稀硫酸3、锌片和铜片连接在一起插入稀硫酸问题：. 锌片和铜片分别插入稀硫酸中有什么现象发生？. 锌片和铜片连接在一起插入稀硫酸，现象又怎样？. 锌片的质量有无变化？溶液中C(H+)如何变化？. 锌片和铜片上变化的反应式怎样书写？. 电子流向如何？思考与交流 当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极是_极，其电极反应为_ _，该反应是_反应；Cu电极是_极，其电极反应为_ _，该反应是

4、_反应。【小结】1定义：原电池是将 转变为 的装置。2本质：原电池反应的本质是_反应。3原电池工作原理 ： 填写页表中的空白正极反应： 电子 （ 反应）负极反应： 电子 （ 反应）总反应： 正极反应 + 负极反应【学习新知】一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究【思考与交流】上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？原因： 改进措施： 【思考与交流】改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？附：盐桥制法：1）将热的琼胶溶液倒入U形管中(注

5、意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2）将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花堵住管口即可。产生持续、稳定的电流的原因 盐桥的作用 思考与交流上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？ 。指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式及该电池的总反应方程式。负极（ 片）： 正极（ 片）： 电池反应（总化学方程式）： 电池符号： （负极） （盐桥 ） （正极）注意：电极反应式要注明正负极和电极材料；满足所有守恒。【归纳总结】1、对比两种电池有何不同？导线和盐桥的作用：原电池中的几个判断：2、电流方向与电子流向的判断：3、电解质溶

6、液中离子运动方向的判断：【反馈练习】1. 锌铜原电池产生电流时，阳离子（ ）A 移向Zn 极，阴离子移向Cu 极 B 移向Cu 极，阴离子移向Zn 极C 和阴离子都移向Zn极 D 和阴离子都移向Cu 极2. 下列关于原电池的叙述正确的是 （ ）A 构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属 B 原电池是将化学能转变为电能的装置C 原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原 D 原电池放电时，电流的方向是从负极到正极二、由两个半电池组成原电池的工作原理（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。在这类电池中，用 较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用 作为正

7、极，正极从外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。 （2）探究组成原电池的条件 【归纳总结】组成原电池的条件（四要素） 。 。 。本质条件： 。思考与交流（3）原电池的正负极的判断方法 微观判断：根据电子流动方向或电流的方向电流由极流向极，电子由极流向极宏观判断：根据电极材料：一般活泼的金属为极，活泼性弱的金属或能导电的非金属为极根据原电池电极发生的反应：原电池的负极上发生反应，正极上发生反应。根据某些现象：电极溶解的一极为极，电极增重或产生气体的一极为 极。根据原电池的电解质溶液内离子移动的方向来判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向极，

8、阴离子移向极【反馈练习】1、一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu, 该反应的的原电池正确组合是（ ）(以下电解质溶液浓度相同)ABCD正极ZnCuCuFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl2、下列哪几个装置能形成原电池？3：某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是 ( )A.Mg B.Fe C.Al D.Cu4：由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH ( )A.不变 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小*【拓展练习】5：如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平

9、衡；小心的向烧杯中央滴入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C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜三、原电池的应用（1）电解质溶液和电极材料的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。活泼性不同 的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极金属和化合物。如铅蓄电池，铅作负极，PbO2作正极惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt【反馈练习】请根据氧化还原反应 :

10、Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+设计成原电池。你有哪些可行方案?负极： 正极： 总反应式： 电解质溶液： 若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。【反馈练习】（2）原电池的主要应用 比较金属的活动性大小1：把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，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为 ( )Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a 判断金属的腐蚀快慢 原电池原理引起

11、的腐蚀 化学腐蚀 有防腐蚀措施的腐蚀；(填、或=) 原电池中的负极金属比正极金属腐蚀的 ；(填快或慢，下同) 同种金属，在强电解质溶液中比在弱电解质溶液中腐蚀的 。设计原电池从理论上来说，任何氧化还原反应均可设计成原电池。【归纳总结】原电池的主要应用：1.利用原电池原理设计新型化学电池；2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；3.进行金属活动性强弱比较；4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。5.解释某些化学现象【反馈练习】原电池原理应用：(1)比较金属活动性强弱。1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中

12、，乙溶解，甲上有H2气放出；B.在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多；C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；(2)比较反应速率2 ：下列制氢气的反应速率最快的是A纯锌和1mol/L 硫酸； B纯锌和18 mol/L 硫酸；C粗锌和 1mol/L 盐酸； D粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。(3)比较金属腐蚀的快慢3：下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是 4：下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是 (4)判断溶液pH值变化以氢氧燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）为例：负极：2H2 + 4OH 4e =

13、 4H2O正极：O2 +2H2O + 4e = 4OH总反应：2H2 + O2 = 2H2O负极上消耗OH，使附近溶液pH减小，正极上产生OH，使附近溶液pH增大，整个溶液中OH物质的量保持不变，但由于反应生成H2O，使整个溶液pH减小。思考与交流若以稀硫酸为电解质溶液呢？【思维提示】判断原电池工作过程中溶液pH变化时，不仅要看正、负两极生成OH-（H+）或消耗的OH-（H+）物质的量的多少，还要看原电池反应中是否生成或消耗H2O。5：在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为 m

14、ol,溶液的pH值变_？（溶液体积变化忽略不计）(5)原电池原理的综合应用6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。1)“热敷袋”是利用 放出热量。2)炭粉的主要作用是 。3)加入氯化钠的主要作用是 。4)木屑的作用是 *【拓展练习】（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象。 两极反应式为：正极 ；负极 。 该装置将 能转化为 能。（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为 ，总反应方程为 。【特别提醒】原电池中电子流出的电极一定为负极，但相对活

15、泼的金属电极不一定是负极。较易与电解质溶液反应的金属材料作原电池的负极。【能力提升】1.如下图所示的装置中，能够形成原电池，产生电流的是 ( )2. 根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：Cu(s)2AgNO3(aq)=Cu(NO3)2(aq)+2Ag(s)装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图。注明原电池的正极和负极注明外电路中电子的流向写出两个电极上的电极反应3、下在铜一锌一硫酸构成的原电池中，当导线中有1mol电子通时，理论上的两极变化是（ ）锌片溶解32.5g 锌片增重32.5g 铜片上析出1 gH2 铜片上析出1mol H2A. B. C. D. *4、（2007山东理综

16、高考题）铁及铁的化合物应用广泛。如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式 。（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应 负极反应 （3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2+、Fe3+ 和Fe2+ 的浓度均为0.10 molL-1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3+ 和Fe2+ 的实验步骤。 （4）某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种（水可任选），设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。有关反应的化学方程式 劣质不锈钢腐蚀的实验现象