广东高考化学原电池 电解池专题.docx
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广东高考化学原电池电解池专题
专题复习三:
原电池、电解池
◆教学内容:
原电池、电解池专题复习
◆教学目标:
1、了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式;了解常见电源的种类及其工作原理;
2、了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式;了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。
◆重难点:
了解原电池、电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式;金属发生电化学腐蚀的原因、危害及防止措施。
◆教学步骤及内容:
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
①电极:
两种不同的导体相连;
②电解质溶液:
能与电极反应。
①电源;②电极(惰性或非惰性);
③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;
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
①抗金属的电化腐蚀;
②实用电池。
①电解食盐水(氯碱工业);②电镀(镀铜);③电冶(冶炼Na、Mg、Al);④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
Cu+Cl2
CuCl2==Cu2++2Clˉ
阳极Cu-2e-=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
CuCl2
2Cl--2e-=Cl2↑
Cu2++2e-=Cu
CuCl2=Cu+Cl2↑
——
HCl
2Cl--2e-=Cl2↑
2H++2e-=H2↑
2HCl=H2↑+Cl2↑
酸性减弱
Na2SO4
4OH--4e-=2H2O+O2↑
2H++2e-=H2↑
2H2O=2H2↑+O2↑
不变
H2SO4
4OH--4e-=2H2O+O2↑
2H++2e-=H2↑
2H2O=2H2↑+O2↑
消耗水,酸性增强
NaOH
4OH--4e-=2H2O+O2↑
2H++2e-=H2↑
2H2O=2H2↑+O2↑
消耗水,碱性增强
NaCl
2Cl--2e-=Cl2↑
2H++2e-=H2↑
2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH
H+放电,碱性增强
CuSO4
4OH--4e-=2H2O+O2↑
Cu2++2e-=Cu
2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4
OHˉ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:
Fe-2e-==Fe2+
正极:
O2+4e-+2H2O==4OH-
总式:
2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)32Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O
(2)析氢腐蚀:
负极:
Fe-2e-==Fe2+
正极:
2H++2e-==H2↑
总式:
Fe+2H+=Fe2++H2↑
2.金属的防护
⑴改变金属的内部组织结构。
合金钢中含有合金元素,使组织结构发生变化,耐腐蚀。
如:
不锈钢。
⑵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
⑶电化学保护法
1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。
②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
⑴干电池(属于一次电池)锌锰干电池
①结构:
锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。
②电极反应负极:
Zn-2e-=Zn2+
⑵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
3A.放电反应负极:
Pb-2e-+SO42-=PbSO4
正极:
PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O
B.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。
⑶A.氢氧燃料电池
1结构:
石墨、石墨、KOH溶液。
2
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)。
B.B.铝、空气燃料电池
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20~50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
⑴
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+ ⑵阳极 A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时: 阴离子失电子: S2->I->Br->Cl->OH->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: A、分析电解质溶液中存在的离子; B、析离子的放电顺序; C、定电极、写出电极反应式; D、写出电解方程式。 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,再将其化合物投入电解后的溶液中即可。 如: ①NaCl溶液: 通HCl气体(不能加盐酸); 3AgNO3溶液: 加Ag2O固体(不能加AgOH); 4CuCl2溶液: 加CuCl2固体; 5KNO3溶液: 加H2O; 6CuSO4溶液: CuO或CuCO3(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) ⑴反应原理 阳极: 2Cl--2e-==Cl2↑ 阴极: 2H++2e-==H2↑ 总反应: 2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH B、电解冶炼铝: 总反应: 2Al2O3 4Al+3O2↑ 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。 ⑴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Zn-2eˉ=Zn2+ 阴极Zn2++2eˉ=Zn ⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。 ⑶电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。 ⑷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”。 【快乐挑战】电化学基础知识专项训练 一、原电池工作原理 1.为将反应2Al+6H+===2Al3++3H2↑的化学能转化为电能,下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)( ) 2.日常所用的干电池,其电极分别为碳棒(上面有帽)和锌(皮),以糊状NH4Cl和ZnCl2作为电解质溶液(其中加入MnO2吸收H2),电极反应可简化为Zn-2e-===Zn2+,2NH +2e-===2NH3↑+H2↑(NH3与Zn2+结合),根据上面叙述判断下列说法正确的是( ) A.Zn为正极,碳为负极 B.负极反应为2NH +2e-===2NH3↑+H2↑ C.工作时电子由碳极经外电路流向锌极 D.长时间连续使用时,内装的糊状物可能流出腐蚀电器 二、新型电池的结构与原理 3.据报道,锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染,其电池反应为2Zn+O2===2ZnO,原料为锌粒、电解液和空气,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.电解液可以是强酸 4.燃料电池的基本组成为电极、电解液、燃料和氧化剂。 此种电池的能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右),产物污染也少。 下列有关燃料电池的说法错误的是 A.上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质 B.氢氧燃料电池常用于航天飞行器,原因之一是该电池的产物为水,经过处理之后可供宇航员使用 C.乙醇燃料电池的电解液常用KOH溶液,该电池的负极反应为C2H5OH-12e-===2CO2↑+3H2O D.甲烷碱性燃料电池的正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH- 5.LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,可用于电动汽车。 电池反应为 FePO4+LiLiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导 电固体为电解质。 下列有关LiFePO4电池说法正确的是( ) A.可加入硫酸以提高电解液的导电性 B.放电时电池内部Li+向负极移动 C.充电过程中,电池正极材料的质量增加 D.放电时电池正极反应为FePO4+Li++e-===LiFePO4 三、电解原理及其应用 6.如图中,两电极上发生的电极反应为a极: Cu2++2e-===Cu b极: Fe-2e-===Fe2+,下列说法中不正确的是( ) A.该装置可能是电解池 B.a极上一定发生还原反应 C.a、b可能是同种电极材料 D.该过程中能量的转换一定是化学能转化为电能 7.下列图示中关于铜电极的连接错误的是( ) 8.如下图,a、b是石墨电极,通电一段时间后,b极附近溶液显红色。 下列说法正确的是( ) A.Pt为阴极,Cu为阳极 B.b极的电极反应式是2H++2e-===H2↑ C.电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大 D.Pt极上有6.4gCu析出时,b极产生2.24L(标准状况)气体 9.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a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圆为白色,外圈呈浅红色。 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 10.下列各组溶液电解一段时间后,再加入相关物质,溶液能恢复原状况的是( ) 电解质溶液 阳极 阴极 加入的物质 A NaCl溶液 碳 铁 盐酸 B NaOH溶液 碳 碳 水 C 硫酸铜溶液 铜 碳 硫酸铜 D 硫酸 铁 碳 H2O 四、金属的腐蚀与防护 11.有关金属腐蚀的论述,正确的是( ) A.金属的腐蚀一定伴有电流产生 B.Fe在干燥的氯气里比在潮湿的空气里更易被腐蚀 C.发生化学能转变为电能的腐蚀时较活泼的金属总是作正极而被腐蚀 D.发生电化学腐蚀时都有能量的转变,且被腐蚀的金属总是失电子 12.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↑ 13.下列各种方法中,能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是( ) ①金属表面涂抹油漆 ②改变金属内部结构 ③保持金属表面清洁干燥 ④金属表面进行电镀 ⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜 A.①②③④B.①③④⑤ C.①②④⑤D.全部 14.下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( ) A.纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 B.当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用 C.海轮外壳连接锌块以保护外壳不受腐蚀 D.可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀 五、电化学基础知识综合应用 15.图中的A为直流电源,B为渗透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸,C为电镀槽,接通电路后,发现B上的c点显红色。 请填空: (1)电源A中a点为________极。 (2)滤纸B上发生的总反应方程式为_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌,接通K点,使c、d两点短路,则电极e上发生的反应为________________________________________________________________________, 电极f上发生的反应为_______________________________________________________ _________________,槽中盛放的电镀液可以是________或__________(只要求填两种电解质溶液)。 16.铁是用途最广的金属材料之一,但生铁易生锈。 请讨论电化学实验中有关铁的性质。 (1)①某原电池装置如下图所示,右侧烧杯中的电极反应式为________________________ ______________________________________,左侧烧杯中的c(Cl-)________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 ②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑,且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。 请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。 (2)装置丙中,易生锈的是点(填“a”或“b”)。 装置丁中可观察到的实验现象是________________________________________________________________________。 17.下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。 接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4的质量分数为10.47%,乙中c电极质量增加。 据此回答问题: (1)电源的N端为________极; (2)电极b上发生的电极反应为______________________________________________; (3)列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积: ________________________ ________________________________________________________________________;(4)电极c的质量变化是________g。 限时训练 7.生活处处有化学。 下列说法正确的是 A.制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢是合金 B.做衣服的棉和麻均与淀粉互为同分异构体 C.煎炸食物的花生油和牛油都是可皂化的饱和酯类 D.磨豆浆的大豆富含蛋白质,豆浆煮沸后蛋白质变成了氨基酸 8.水溶液中能大量共存的一组离子是 A.Na+、Ca2+、Cl-、SO42-B.Fe2+、H+、SO32-、ClO- C.Mg2+、NH4+、Cl-、SO42-D.K+、Fe3+、NO3-、SCN- 9.下列叙述I和II均正确并有因果关系的是 选项 叙述I 叙述II A KNO3的溶解度大 用重结晶法除去KNO3中混有的NaCl B BaSO4难溶于酸 用盐酸和BaCl2溶液检验SO42- C NH3能使酚酞溶液变红 NH3可用于设计喷泉实验 D Ca(OH)2能制成澄清石灰水 可配制2.0mol∙L-1的Ca(OH)2溶液 10.设nA为阿伏加德罗常数的数值。 下列说法正确的是 A.1mol甲苯含有6nA个C-H键B.18gH2O含有10nA个质子 C.标准状况下,22.4L氨水含有nA个NH3分子D.56g铁片投入足量浓H2SO4中生成nA个SO2分子 11.某同学组装了图4所示的电化学装置,电极ⅠAl,其它均为Cu,则 A、电流方向: 电极Ⅳ→A→电极Ⅰ B、电极Ⅰ发生还原反应 C、电极Ⅱ逐渐溶解 D、电极Ⅲ的电极反应: Cu2++2e- = Cu 12.常温下,0.2mol/L的一元酸HA与等浓度的NaOH溶液等体积混合后,所得溶液中部分微粒组分及浓度如图5所示,下列说法正确的是 A、HA为强酸 B、该混合液pH=7 C、图中X表示HA,Y表示OH-,Z表示H+ D、该混合溶液中: c(A-)+ c(Y)=c(Na+) 22.下列实验操作、现象和结论均正确的是 选项 实验操作 现象 结论 A 向苏打和小苏打溶液中分别加入盐酸 均冒气泡 两者均能与盐酸反应 B 向AgNO3溶液中滴加过量氨水 溶液澄清 Ag+与NH3∙H2O能大量共存 C 将可调高度的铜丝伸入到稀HNO3中 溶液变蓝 Cu与稀HNO3发生置换反应 D 将KI和FeCl3溶液在试管中混合后,加入CCl4,振荡,静置 下层溶液显紫红色 氧化性: Fe3+>I2 23.甲~辛等元素在周期表中的相对位置如下表。 甲与戊的原子序数相差3,戊的一种单质是自然界硬度最大的物质,丁与辛属同周期元素,下列判断正确的是 A.金属性: 甲>乙>丁 B.原子半径: 辛>己>戊 C.丙与庚的原子核外电子数相差13 D.乙的单质在空气中燃烧生成只含离子键的化合物 参考答案: 1.B 2.D 3.B 4.C 5.D 6.D 7.C 8.B 9.D 10.B11.D 12.A 13.D 14.B 15. (1)正 (2)2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH (3)Zn-2e-===Zn2+ Zn2++2e-===Zn ZnSO4溶液 ZnCl2溶液 16. (1)①2H++2e-===H2↑ 增大 ②甲池中: 左——Fe,右——C 乙池中: 左——Fe,右——C (2)a 铁屑表面生成红棕色锈斑,试管内液面上升 17. (1)正 (2)4OH--4e-===2H2O+O2↑ (3)水减少的质量: 100g× =4.5g 生成O2的体积: × ×22.4L·mol-1=2.8L (4)16 限时训练 ACBBADADBC
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