高二化學(xué)教案：《化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化學(xué)案》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　本文題目：高二化學(xué)教案：化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化學(xué)案

　　第二單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化

　　第1課時(shí)　原電池的工作原理

　　[目標(biāo)要求]　1.理解原電池的工作原理，能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。2.了解半反應(yīng)、鹽橋、內(nèi)電路、外電路等概念。3.會(huì)判斷原電池的正、負(fù)極，能夠利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)簡單的原電池。

　　一、原電池

　　1.原電池定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。

　　2.實(shí)質(zhì)：將氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動(dòng)。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。

　　3.簡單原電池的構(gòu)成條件：

　�、倩顫娦圆煌�的兩個(gè)電極，②電解質(zhì)溶液，③形成閉合回路，④能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。

　　二、原電池的工作原理

　　工作原理：利用氧化還原反應(yīng)在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，以適當(dāng)方式連接起來，獲得電流。

　　以銅鋅原電池為例：

　　1.在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被氧化，鋅原子失電子，形成Zn2+進(jìn)入溶液，從鋅片上釋放的電子，經(jīng)過導(dǎo)線流向銅片;

　　CuSO4溶液中，Cu2+從銅片上得電子，還原成為金屬銅并沉積在銅片上。

　　鋅為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn-2e-===Zn2+;

　　銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu2++2e-===Cu。

　　總反應(yīng)式為Zn+Cu2+===Zn2++Cu，反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。

　　2.閉合回路的構(gòu)成：

　　外電路：電子從負(fù)極到正極，電流從正極到負(fù)極，

　　內(nèi)電路：溶液中的陰離子移向ZnSO4溶液，陽離子移向CuSO4溶液。

　　3.鹽橋

　　鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。當(dāng)其存在時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，Zn棒中的Zn原子失去電子成為Zn2+進(jìn)入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+過多，帶正電荷。Cu2+獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2+過少，SO2-4過多，溶液帶負(fù)電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性時(shí)，將阻止放電作用的繼續(xù)進(jìn)行。鹽橋的存在就避免了這種情況的發(fā)生，其中Cl-向ZnSO4溶液遷移，K+向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行。

　　知識(shí)點(diǎn)一　原電池

　　1.下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是(　　)

　　答案　B

　　解析　A、D項(xiàng)中電極與電解質(zhì)溶液之間不發(fā)生反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池;B項(xiàng)符合原電池的構(gòu)成條件，兩電極發(fā)生的反應(yīng)分別是Zn-2e-===Zn2+，2H++2e-===H2↑;C項(xiàng)中酒精不是電解質(zhì)，故不能構(gòu)成原電池。

　　2.在圖中的8個(gè)裝置中，屬于原電池的是(　　)

　　A.①②③⑤⑧ B.③④⑥⑦ C.④⑤⑥⑦ D.③⑤⑦

　　答案　D

　　知識(shí)點(diǎn)二　原電池的原理

　　3.用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U型管)構(gòu)成一個(gè)原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是(　　)

　�、僭谕怆娐分�，電流由銅電極流向銀電極

　　②正極反應(yīng)為Ag++e-===Ag

　�、蹖�(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池仍能繼續(xù)工作

　�、軐�銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同

　　A.①② B.②③ C.②④ D.③④

　　答案　C

　　解析　該原電池中Cu作負(fù)極，Ag作正極，負(fù)極反應(yīng)式為Cu-2e-===Cu2+，正極反應(yīng)式為Ag++e-===Ag，因此②對;在外電路中，電子由Cu電極流向Ag電極，而電流方向與電子流向相反，所以①錯(cuò);沒有鹽橋，原電池不能繼續(xù)工作，所以③錯(cuò);無論是否為原電池，反應(yīng)實(shí)質(zhì)相同，均為氧化還原反應(yīng)，所以④對。

　　4.下圖是Zn和Cu形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組做完實(shí)驗(yàn)后，在讀書卡片上記錄如下：在卡片上，描述合理的是(　　)

　　NO.28　　Date：2009.11.8

　　實(shí)驗(yàn)后的記錄：

　　①Zn為正極，Cu為負(fù)極。

　�、贖+向負(fù)極移動(dòng)。

　�、垭娮恿鲃�(dòng)方向Zn―→Cu。

　　Cu極上有H2產(chǎn)生。

　　⑤若有1 mol電子流過導(dǎo)線，則產(chǎn)生H2為0.5 mol。

　�、拚龢O的電子反應(yīng)式為：Zn―→Zn++2e-。

　　A.①②③ B.③④⑤ C.④⑤⑥ D.②③④

　　答案　B

　　解析　本題考查了鋅、銅和稀H2SO4構(gòu)成的原電池的基本工作原理。Zn比Cu活潑，Zn為負(fù)極，電極反應(yīng)為：Zn-2e-===Zn2+，Cu為正極，電極反應(yīng)為2H++2e-===H2↑，每轉(zhuǎn)移1 mol電子，產(chǎn)生H2 0.5 mol，電子由Zn流出，經(jīng)導(dǎo)線流向銅片，溶液中H+向正極移動(dòng)，SO2-4向負(fù)極移動(dòng)，故選B。

　　5.把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。A、B相連時(shí)，A為負(fù)極;C、D相連時(shí)，D上有氣泡逸出;A、C相連時(shí)，A極減輕;B、D相連時(shí)，B為正極。則四種金屬的活動(dòng)性順序由大到小排列為(　　)

　　A.A>B>C>D B.A>C>B>D C.A>C>D>B D.B>D>C>A

　　答案　C

　　解析　金屬組成原電池，相對活潑的金屬失去電子作負(fù)極，相對不活潑的金屬作正極。負(fù)極被氧化，質(zhì)量減輕，正極發(fā)生還原反應(yīng)，有物質(zhì)析出，由題意得活動(dòng)性A>B、A>C、C>D、D>B，故正確答案為C。

　　知識(shí)點(diǎn)三　原電池的應(yīng)用

　　6.已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁;電解質(zhì)溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列問題：

　　(1)電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用。請說明原因

　　________________________________________________________________________。

　　(2)若電極材料選銅和石墨，電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液，外加導(dǎo)線，能否構(gòu)成原電池?________。若能，請寫出電極反應(yīng)式，負(fù)極：___________，正極：_____________。(若不能，后兩空不填)

　　(3)設(shè)計(jì)一種以鐵和稀硫酸反應(yīng)為原理的原電池，要求畫出裝置圖(需標(biāo)明電極材料及電池的正、負(fù)極)。

　　答案　(1)二者連接在一起時(shí)，接頭處在潮濕的空氣中形成原電池而被腐蝕

　　(2)能　Cu-2e-===Cu2+　2Fe3++2e-===2Fe2+

　　(3)

　　解析　(1)當(dāng)Cu、Al導(dǎo)線連接時(shí)，接觸到潮濕的空氣就易形成原電池而被腐蝕。

　　(2)因?yàn)镕eCl3能與Cu發(fā)生反應(yīng)：2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2，因此根據(jù)給出的條件可以設(shè)計(jì)成原電池，其負(fù)極為Cu，反應(yīng)為Cu-2e-===Cu2+，正極為石墨，電極反應(yīng)式為2Fe3++2e-===2Fe2+。

　　(3)因?yàn)榭偡磻?yīng)式為Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑，所以負(fù)極為Fe，正極可為Cu、Ag或石墨，電解質(zhì)為稀硫酸，即可畫出裝置圖。

　　7.利用反應(yīng)Fe3++Zn===Fe2++Zn2+設(shè)計(jì)一個(gè)帶鹽橋的原電池，并在下面方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并指出正極為________，電極反應(yīng)式為_______________________________。

　　負(fù)極為________，電極反應(yīng)式為____________________________________________。

　　此裝置中鹽橋的作用為___________________________________________________。

　　答案　Pt　2Fe3++2e-===2Fe2+

　　Zn　Zn-2e-===Zn2+

　　使兩個(gè)半電池連成一個(gè)通路;使兩溶液保持電中性

　　解析　根據(jù)反應(yīng)Zn+2Fe3+===Zn2++2Fe2+知該反應(yīng)中的氧化反應(yīng)為Zn-2e-===Zn2+，故應(yīng)采用Zn片作負(fù)極，還原反應(yīng)為2Fe3++2e-===2Fe2+，故應(yīng)選擇比Zn不活潑的金屬或非金屬石墨等作正極，根據(jù)應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子的電解質(zhì)溶液作電解液，故負(fù)極區(qū)應(yīng)選含Zn2+的鹽溶液如ZnSO4溶液，正極區(qū)選含F(xiàn)e3+的溶液作電解液如FeCl3、Fe2(SO4)3溶液等。

　　練基礎(chǔ)落實(shí)

　　1.在理論上不能用于設(shè)計(jì)原電池的化學(xué)反應(yīng)是(　　)

　　A.H2SO4(aq)+BaCl2(aq)===2HCl(aq)+BaSO4(s)　ΔH<0

　　B.2CH3OH(l)+3O2(g)―→2CO2(g)+4H2O(l)　ΔH<0

　　C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH<0

　　D.3Cu(s)+8HNO3(aq)===3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+4H2O(l)　ΔH<0

　　答案　A

　　2.有關(guān)原電池的下列說法中正確的是(　　)

　　A.在外電路中電子由正極流向負(fù)極

　　B.在原電池中，只有金屬鋅作為負(fù)極

　　C.原電池工作時(shí)，陽離子向正極方向移動(dòng)

　　D.原電池工作時(shí)，陽離子向負(fù)極方向移動(dòng)

　　答案　C

　　解析　在原電池中，電子從負(fù)極流向正極;原電池中活潑的金屬作負(fù)極，而不一定是Zn;隨著反應(yīng)的進(jìn)行，陽離子在正極被還原，所以電解質(zhì)溶液中的陽離子向正極移動(dòng)，而陰離子向負(fù)極移動(dòng)。答案為C。

　　3.鋅銀電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的電池反應(yīng)是Zn+Ag2O+H2O===2Ag+Zn(OH)2，則負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是(　　)

　　A.Ag B.Zn(OH)2 　　C.Ag2O 　　　D.Zn

　　答案　D

　　解析　判斷原電池的正、負(fù)極，要根據(jù)總反應(yīng)式確定失電子物質(zhì)和得電子物質(zhì)，然后根據(jù)在原電池中失去電子的物質(zhì)作負(fù)極作出判斷。由題給總方程式得Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2，故Zn為負(fù)極。

　　4.根據(jù)反應(yīng)：2Ag++Cu===Cu2++2Ag，設(shè)計(jì)如圖所示原電池，下列說法錯(cuò)誤的是(　　)

　　A.X可以是銀或石墨

　　B.Y是硫酸銅溶液

　　C.電子從銅電極經(jīng)外電路流向X電極

　　D.X極上的電極反應(yīng)式為Ag++e-===Ag

　　答案　B

　　解析　根據(jù)題意，銅應(yīng)為負(fù)極，X為正極，則X應(yīng)為活潑性比銅弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘�，A項(xiàng)正確;電解質(zhì)溶液應(yīng)含Ag+，B項(xiàng)錯(cuò);在原電池中，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，Ag+在正極X上得電子，Ag++e-===Ag，故C、D項(xiàng)正確。

　　5.控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3++2I- 2Fe2++I2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(　　)

　　A.反應(yīng)開始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

　　B.反應(yīng)開始時(shí)，甲中石墨電極上的Fe3+被還原

　　C.電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

　　D.電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極

　　答案　D

　　解析　由反應(yīng)2Fe3++2I- 2Fe2++I2可知，反應(yīng)開始時(shí)，甲中Fe3+發(fā)生還原反應(yīng)，乙中I-發(fā)生氧化反應(yīng);當(dāng)電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，則反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，此時(shí)在甲中溶入FeCl2固體，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，乙中I2發(fā)生還原反應(yīng)，則乙中石墨電極為正極;故選D。

　　6.科學(xué)家正在研究高鐵可充電電池，據(jù)研究人員推測，這種電池具有容量大、放電電流大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，將有廣泛的應(yīng)用前景。高鐵電池放電時(shí)，鋅、K2FeO4分別在兩極上發(fā)生反應(yīng)，以KOH溶液為電解液，電池總反應(yīng)為3Zn+2K2FeO4+8H2O===3Zn(OH)2↓+2Fe(OH)3↓+4KOH，下列說法中錯(cuò)誤的是(　　)

　　A.電池工作時(shí)，鋅失去電子

　　B.電池正極的電極反應(yīng)式為 2FeO2-4+8H2O+6e-===2Fe(OH)3↓+10OH-

　　C.電池工作時(shí)，電子由正極通過外電路流向負(fù)極

　　D.外電路中每通過1.204×1023個(gè)電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g

　　答案　C

　　練方法技巧

　　7.以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質(zhì)溶液組成原電池，當(dāng)導(dǎo)線中通過2 mol電子時(shí)，下列說法正確的是(　　)

　　A.鋅片溶解了1 mol，銅片上析出1 mol H2

　　B.兩極上溶解和析出的物質(zhì)質(zhì)量相等

　　C.鋅片溶解31 g，銅片上析出1 g H2

　　D.鋅片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol

　　答案　A

　　解析　在涉及原電池的有關(guān)計(jì)算中，關(guān)鍵是要把握住一點(diǎn)，即兩極得、失電子數(shù)相等。利用這一特點(diǎn)，我們從電極反應(yīng)看：負(fù)極：Zn-2e-===Zn2+;正極：2H++2e-===H2↑。當(dāng)溶解1 mol鋅時(shí)失去2 mol電子，銅片上析出1 mol氫氣也得到 2 mol電子，得失電子守恒，這樣即可推出A正確。

　　8.下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述不正確的是(　　)

　　A.把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡

　　B.用鋅片作負(fù)極，銅片作正極，在CuSO4溶液中，銅片質(zhì)量增加

　　C.把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵

　　D.把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快

　　答案　C

　　解析　銅片和鐵片緊靠并浸入稀H2SO4中，銅片上的H+獲得由鐵片傳遞過來的電子2H++2e-===H2↑，所以可觀察到銅片表面出現(xiàn)氣泡;鋅片作負(fù)極，銅片作正極，發(fā)生反應(yīng)：Zn+Cu2+===Zn2++Cu，生成的Cu在銅片上析出使其質(zhì)量增加;銅片插入FeCl3溶液，發(fā)生的反應(yīng)是Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+，并沒有單質(zhì)鐵的析出;向盛有鋅粒和鹽酸的試管中，滴入幾滴CuCl2溶液，發(fā)生反應(yīng)：Zn+Cu2+===Zn2++Cu，置換出的Cu與剩余的Zn接觸，置于鹽酸中，構(gòu)成了原電池，加速2H++2e-===H2↑的反應(yīng)，可觀察到氣泡放出速率加快。

　　9.銀器皿日久表面會(huì)逐漸變成黑色，這是由于生成硫化銀，有人設(shè)計(jì)用原電池進(jìn)行“拋光”，其處理方法是：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時(shí)間后，黑色會(huì)褪去而銀恢復(fù)光澤，且不會(huì)損失，試回答：

　　(1)食鹽的作用是

　　________________________________________________________________________。

　　(2)在此原電池反應(yīng)中，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為

　　________________________________________________________________________，

　　正極發(fā)生的電極反應(yīng)為

　　________________________________________________________________________。

　　(3)反應(yīng)過程中產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，溶液中發(fā)生的反應(yīng)為

　　________________________________________________________________________，

　　原電池總反應(yīng)方程式為

　　________________________________________________________________________。

　　(4)實(shí)際操作中，配制食鹽水時(shí)，通常還加入一定量的小蘇打，其主要作用是

　　________________________________________________________________________，

　　這一反應(yīng)的化學(xué)方程式是

　　________________________________________________________________________。

　　答案　(1)作電解質(zhì)起導(dǎo)電作用

　　(2)2Al-6e-===2Al3+

　　3Ag2S+6e-===6Ag+3S2-

　　(3)2Al3++3S2-+6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑

　　2Al+3Ag2S+6H2O===2Al(OH)3+3H2S↑+6Ag

　　(4)除去生成的H2S，防止污染空氣

　　H2S+NaHCO3===NaHS+H2O+CO2↑

　　解析　(1)形成原電池需要電解質(zhì)導(dǎo)電，因此NaCl是作電解質(zhì)起導(dǎo)電作用。

　　(2)根據(jù)題給信息“黑色褪去而銀不會(huì)損失”，必然發(fā)生Ag2S―→Ag變化。

　　鋁比銀活潑，為負(fù)極，失電子變成Al3+，反應(yīng)為：Al-3e-===Al3+。Ag2S變?yōu)锳g和S2-，得電子，是原電池的正極，反應(yīng)為：Ag2S+2e-===2Ag+S2-。

　　(3)溶液中

　　2Al3++3S2-+6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑

　　因此，總反應(yīng)為：

　　2Al+3Ag2S+6H2O===6Ag+2Al(OH)3+3H2S↑

　　(4)硫化氫有毒，需除去，因此，NaHCO3的作用是除去生成的H2S，防止污染空氣，反應(yīng)為：H2S+NaHCO3===NaHS+H2O+CO2↑。

　　練綜合拓展

　　10.依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag+(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如下圖所示。

　　請回答下列問題：

　　(1)電極X的材料是________;電解質(zhì)溶液Y是________;

　　(2)銀電極為電池的__________極，發(fā)生的電極反應(yīng)為______________________;

　　X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為________________________________________________;

　　(3)外電路中的電子是從__________電極流向__________電極。

　　答案　(1)銅　AgNO3溶液

　　(2)正　Ag++e-===Ag　Cu-2e-===Cu2+

　　(3)Cu　Ag

　　解析　根據(jù)所給氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式，結(jié)合原電池反應(yīng)原理以及所給原電池裝置，Cu應(yīng)作負(fù)極，AgNO3溶液為電解質(zhì)溶液，從而推知：

　　(1)X的材料為銅，Y是AgNO3溶液。

　　(2)銀為原電池的正極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為Ag++e-===Ag。X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為Cu-2e-===Cu2+。

　　(3)外電路中的電子從銅(負(fù))電極流向銀(正)電極。

　　11.某探究活動(dòng)小組想利用原電池反應(yīng)檢測金屬的活動(dòng)性順序，有甲、乙兩位同學(xué)均使用鎂片與鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入6 mol?L-1的稀H2SO4中，乙同學(xué)將電極放入6 mol?L-1的NaOH溶液中，如圖所示。

　　(1)寫出甲池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：

　　負(fù)極_________________________________________________________________，

　　正極__________________________________________________________________。

　　(2)寫出乙池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：

　　負(fù)極___________________________________________________________________，

　　正極___________________________________________________________________。

　　總反應(yīng)離子方程式為____________________________________________________。

　　(3)如果甲與乙兩位同學(xué)均認(rèn)為“構(gòu)成原電池的電極材料若是金屬，則構(gòu)成負(fù)極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，則甲會(huì)判斷出________活動(dòng)性更強(qiáng)，而乙會(huì)判斷出________活動(dòng)性更強(qiáng)(填寫元素符號(hào))。

　　(4)由此實(shí)驗(yàn)，可得到如下哪些結(jié)論?________。

　　A.利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動(dòng)性順序應(yīng)注意選擇合適的介質(zhì)

　　B.鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強(qiáng)

　　C.該實(shí)驗(yàn)說明金屬活動(dòng)性順序表已過時(shí)，已沒有實(shí)用價(jià)值

　　D.該實(shí)驗(yàn)說明化學(xué)研究對象復(fù)雜、反應(yīng)條件多變，應(yīng)具體問題具體分析

　　(5)上述實(shí)驗(yàn)也反過來證明了“利用金屬活動(dòng)性順序表直接判斷原電池中正、負(fù)極”的做法________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，則請你提出另一個(gè)判斷原電池正、負(fù)極可行的實(shí)驗(yàn)方案______________________________________________________________。

　　答案　(1)Mg-2e-===Mg2+　2H++2e-===H2↑

　　(2)2Al+8OH--6e-===2AlO-2+4H2O

　　6H2O+6e-===6OH-+3H2↑

　　2Al+2OH-+2H2O===2AlO-2+3H2↑

　　(3)Mg　Al　(4)AD

　　(5)不可靠　將兩種金屬電極連上電流表而構(gòu)成原電池，利用電流表檢測電流的方向，從而判斷電子的流動(dòng)方向，再來確定原電池的正、負(fù)極

　　解析　(1)甲池中電池總反應(yīng)方程式為Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑，Mg作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Mg-2e-===Mg2+，Al作正極，電極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑。

　　(2)乙池中電池總反應(yīng)方程式為2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑，負(fù)極上為Al被氧化生成Al3+后與OH-反應(yīng)生成AlO-2，電極反應(yīng)式為2Al-6e-+8OH-===2AlO-2+4H2O;正極產(chǎn)物為H2，電極反應(yīng)式為6H2O+6e-===6OH-+3H2↑。

　　(3)甲池中Mg為負(fù)極，Al為正極;乙池中Al為負(fù)極，Mg為正極，若根據(jù)負(fù)極材料金屬比正極活潑，則甲判斷Mg活動(dòng)性強(qiáng)，乙判斷Al活動(dòng)性強(qiáng)。

　　(4)選AD。Mg的金屬活動(dòng)性一定比Al強(qiáng)，金屬活動(dòng)性順序表是正確的，應(yīng)用廣泛。

　　(5)判斷正、負(fù)極可根據(jù)回路中電流方向或電子流向等進(jìn)行判斷，直接利用金屬活動(dòng)性順序表判斷原電池的正、負(fù)極是不可靠的。

　　第2課時(shí)　化學(xué)電源

　　[目標(biāo)要求]　1.了解依據(jù)原電池原理開發(fā)的技術(shù)產(chǎn)品——化學(xué)電池。2.了解一次電池、二次電池、燃料電池的基本構(gòu)造、工作原理、性能和適用范圍。3.正確書寫原電池的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。

　　一、化學(xué)電池

　　1.電池的分類

　　化學(xué)電池?化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?一次電池：如普通鋅錳干電池、　堿性鋅錳電池、銀鋅鈕扣電池二次電池：如鉛蓄電池等燃料電池：如氫氧燃料電池

　　2.一次電池與二次電池的不同點(diǎn)

　　(1)一次電池的活性物質(zhì)(發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì))消耗到一定程度就不能使用了，如普通的鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池。

　　(2)二次電池又稱充電電池或蓄電池。放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。這類電池可以多次重復(fù)使用，如鉛蓄電池等。

　　二、一次電池

　　1.鋅銀電池

　　鋅銀電池負(fù)極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH溶液，其電極反應(yīng)如下：

　　負(fù)極：Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2;

　　正極：Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-;

　　電池總反應(yīng)式：Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。

　　2.堿性鋅錳電池

　　堿性鋅錳電池的負(fù)極是Zn，正極是MnO2，電解質(zhì)是KOH溶液，其電極反應(yīng)為：

　　負(fù)極：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2;

　　正極：2MnO2+2e-+2H2O===2MnOOH+2OH-;

　　電池總反應(yīng)式：Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2。

　　三、燃料電池

　　1.概念

　　燃料電池是利用燃料和氧化劑之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池。燃料電池的氧化劑和還原劑不是全部儲(chǔ)藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)不斷從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池，因此，燃料電池能連續(xù)不斷地提供電能。

　　2.氫氧燃料電池

　　(1)結(jié)構(gòu)(如圖所示)

　　氫氧燃料電池示意圖

　　(2)工作原理

　　電解質(zhì)溶液為KOH溶液時(shí)：

　　負(fù)極?石墨?：2H2+4OH--4e-===4H2O正極?石墨?：O2+2H2O+4e-===4OH-

　　電池總反應(yīng)式：2H2+O2===2H2O

　　四、鉛蓄電池

　　鉛蓄電池是最常見的二次電池，鉛蓄電池由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負(fù)極板上覆蓋有Pb，電解質(zhì)是H2SO4溶液，如圖所示。

　　鉛蓄電池的構(gòu)造

　　工作原理：負(fù)極：Pb(s)+SO2-4(aq)-2e-===PbSO4(s)(氧化反應(yīng));正極：PbO2(s)+SO2-4(aq)+4H+(aq)+2e-===PbSO4(s)+2H2O(l)(還原反應(yīng));總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)。鉛蓄電池充電的反應(yīng)是上述反應(yīng)的逆過程：陰極：PbSO4(s)+2e-===Pb(s)+SO2-4(aq)(還原反應(yīng));陽極：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-===PbO2(s)+4H+(aq)+SO2-4(aq)(氧化反應(yīng));總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)===Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)。

　　可以把上述反應(yīng)寫成一個(gè)可逆反應(yīng)方程式：

　　Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。

　　知識(shí)點(diǎn)一　化學(xué)電池

　　1.堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為Zn+MnO2+H2O===ZnO+Mn(OH)2

　　下列說法中，錯(cuò)誤的是(　　)

　　A.電池工作時(shí)，鋅失去電子

　　B.電池正極的電極反應(yīng)式為

　　MnO2+2H2O+2e-===Mn(OH)2+2OH-

　　C.電池工作時(shí)，電子由正極通過外電路流向負(fù)極

　　D.外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g

　　答案　C

　　解析　本題要求利用原電池的原理，分析堿性鋅錳電池：鋅為負(fù)極，在反應(yīng)中失去電子，故A正確;電池工作時(shí)，電流由正極通過外電路流向負(fù)極，而電子定向移動(dòng)方向與電流方向相反，故C錯(cuò)誤;由電子守恒知D項(xiàng)正確;由該電池反應(yīng)的總反應(yīng)式和原電池的原理寫出正極反應(yīng)式知B正確。

　　2.最近，科學(xué)家研制出一種紙質(zhì)電池，這種“軟電池”采用薄層紙片作為載體和傳導(dǎo)體，在一邊附著鋅，在另一邊附著二氧化錳。電池總反應(yīng)為Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH。下列說法不正確的是(　　)

　　A.該電池Zn為負(fù)極，MnO2為正極

　　B.該電池的正極反應(yīng)為

　　MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH-

　　C.導(dǎo)電時(shí)外電路電子由Zn流向MnO2，內(nèi)電路電子由MnO2流向Zn

　　D.電池工作時(shí)水分子和OH-都能通過薄層紙片

　　答案　C

　　解析　原電池反應(yīng)中Zn失電子、MnO2得電子，因此該電池負(fù)極為Zn，正極為MnO2。由電池總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式：Zn-2e-+2OH-===ZnO+H2O即得正極反應(yīng)式：MnO2+e-+H2O===MnOOH+OH-。電子只能由Zn經(jīng)外電路流向MnO2，而不能通過內(nèi)電路。

　　知識(shí)點(diǎn)二　二次電池

　　3.生產(chǎn)鉛蓄電池時(shí)，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應(yīng)是 2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4 下列對鉛蓄電池的說法錯(cuò)誤的是(　　)

　　A.需要定期補(bǔ)充硫酸

　　B.工作時(shí)鉛是負(fù)極，PbO2是正極

　　C.工作時(shí)負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Pb-2e-+SO2-4===PbSO4

　　D.工作時(shí)電解質(zhì)的密度減小

　　答案　A

　　解析　鉛蓄電池放電時(shí)相當(dāng)于原電池，Pb是負(fù)極，PbO2是正極，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是Pb失去電子生成Pb2+，Pb2+與溶液中的SO2-4生成PbSO4沉淀，放電時(shí)消耗的硫酸與充電時(shí)生成的硫酸相等，在電池制備時(shí)，PbSO4的量是一定的，制成膏狀，干燥后再安裝，說明H2SO4不用補(bǔ)充;放電時(shí)，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。

　　4.某新型可充電電池，能長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。該電池的總反應(yīng)式為3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，以下說法不正確的是(　　)

　　A.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2

　　B.放電時(shí)正極反應(yīng)式為FeO2-4+4H2O+3e-===Fe(OH)3+5OH-

　　C.放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化

　　D.充電時(shí)陽極附近的溶液的堿性減弱

　　答案　C

　　解析　選項(xiàng)A，放電時(shí)，在堿性條件下，Zn失去電子為電池的負(fù)極：Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2;選項(xiàng)B，根據(jù)放電時(shí)總電池反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式(電子數(shù)需相等)可得放電時(shí)正極反應(yīng)式為FeO2-4+4H2O+3e-===Fe(OH)3+5OH-;選項(xiàng)C，放電時(shí)，K2FeO4被還原;選項(xiàng)D，充電是放電的逆向反應(yīng)，所以充電時(shí)，陽極消耗OH-，導(dǎo)致陽極附近的溶液的堿性減弱。

　　知識(shí)點(diǎn)三　燃料電池

　　5.固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯—氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2-)在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。

　　下列判斷正確的是(　　)

　　A.有O2參加反應(yīng)的a極為電池的負(fù)極

　　B.b極的電極反應(yīng)式為H2-2e-+O2-===H2O

　　C.a極對應(yīng)的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH-

　　D.該電池的總反應(yīng)式為2H2+O2=====高溫2H2O

　　答案　D

　　解析　因?yàn)殡娮訌腷電極流向a電極，所以b電極為負(fù)極，H2在該極發(fā)生氧化反應(yīng);a電極為正極，O2在該極發(fā)生還原反應(yīng)。由此推斷該原電池的負(fù)極反應(yīng)式為H2-2e-===2H+，正極電極反應(yīng)式為12O2+2e-===O2-，則電池總反應(yīng)式為2H2+O2=====高溫2H2O。

　　6.一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關(guān)此電池推斷正確的是(　　)

　　A.通入乙烷的電極為正極

　　B.參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比為7∶2

　　C.放電一段時(shí)間后，KOH的物質(zhì)的量濃度減少

　　D.負(fù)極反應(yīng)式為C2H6+6H2O-14e-===2CO2-3+18H+

　　答案　C

　　解析　乙烷燃燒的化學(xué)方程式為2C2H6+7O2―→4CO2+6H2O，在該反應(yīng)中氧氣得電子，乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負(fù)極，故A答案錯(cuò)誤;反應(yīng)中參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比應(yīng)為2∶7，故B答案錯(cuò)誤;考慮到該電池是以KOH為電解質(zhì)溶液的，生成的CO2會(huì)和KOH反應(yīng)轉(zhuǎn)化成K2CO3，反應(yīng)中消耗KOH，KOH的物質(zhì)的量濃度減少，故C答案正確;由于該電池是以KOH溶液為電解液的，D答案中負(fù)極生成的H+顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯(cuò)誤�？紤]到電解質(zhì)溶液的影響，此時(shí)該電池的總反應(yīng)式應(yīng)為2C2H6+8KOH+7O2―→4K2CO3+10H2O，正極反應(yīng)式為14H2O+7O2+28e-===28OH-(正極氧氣得電子，理論上形成O2-，但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以O(shè)H-形式存在)，負(fù)極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得到：2C2H6+36OH--28e-===4CO2-3+24H2O。

　　練基礎(chǔ)落實(shí)

　　1.電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)明是化學(xué)對人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。下列有關(guān)電池的敘述正確的是(　　)

　　A.鋅錳干電池工作一段時(shí)間后碳棒變細(xì)

　　B.氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br />
　　C.氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在負(fù)極被氧化

　　D.太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅

　　答案　C

　　解析　因?yàn)殇\錳干電池中鋅棒為負(fù)極，鋅棒變細(xì)，碳棒不變，故A錯(cuò);原電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，所以B錯(cuò);氫氧燃料電池負(fù)極反應(yīng)為H2-2e-===2H+，所以C正確;太陽能電池采用硅材料制作，故D錯(cuò)。

　　2.下列有關(guān)電池的說法不正確的是(　　)

　　A.手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池

　　B.銅鋅原電池工作時(shí)，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極

　　C.甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

　　D.鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極

　　答案　B

　　解析　鋰離子電池可以充電后再次使用，屬于二次電池，A項(xiàng)正確;銅鋅原電池中銅為正極，故外電路中電流為銅流向鋅，而電子是由鋅流向銅，B項(xiàng)錯(cuò)誤;電池的實(shí)質(zhì)是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，C項(xiàng)正確;Zn失去電子生成Zn2+，故作為負(fù)極，D項(xiàng)正確。

　　3.氫氧燃料電池用于航天飛機(jī)，電極反應(yīng)產(chǎn)生的水經(jīng)冷凝后可作為航天員的飲用水，其電極反應(yīng)式如下：

　　負(fù)極：2H2+4OH--4e-===4H2O

　　正極：O2+2H2O+4e-===4OH-

　　當(dāng)?shù)玫?.8 L飲用水時(shí)，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為(　　)

　　A.1.8 mol B.3.6 mol C.100 mol D.200 mol

　　答案　D

　　解析　n(H2O)=1.8×103 g18 g?mol-1=100 mol

　　即每生成1 mol H2O則轉(zhuǎn)移2 mol e-，當(dāng)生成100 mol H2O時(shí)，轉(zhuǎn)移200 mol e-。

　　4.蓄電池在放電時(shí)起原電池的作用，在充電時(shí)起電解池的作用。下面是愛迪生蓄電池分別在充電和放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)：

　　Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2

　　下列有關(guān)愛迪生蓄電池的推斷錯(cuò)誤的是(　　)

　　A.放電時(shí)，F(xiàn)e是負(fù)極，NiO2是正極

　　B.蓄電池的電極可以浸入某種酸性電解質(zhì)溶液中

　　C.放電時(shí)，負(fù)極上的電極反應(yīng)為Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2

　　D.放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陰離子向負(fù)極方向移動(dòng)

　　答案　B

　　5.如圖是甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H+)和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)式為2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O。下列說法正確的是(　　)

　　A.左電極為電池的正極，a處通入的物質(zhì)是甲醇

　　B.右電極為電池的負(fù)極，b處通入的物質(zhì)是空氣

　　C.負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH+H2O-6e-===CO2↑+6H+

　　D.正極反應(yīng)式O2+2H2O+4e-===4OH-

　　答案　C

　　解析　據(jù)圖知，在左電極有電子流出，應(yīng)為電池的負(fù)極，被氧化的物質(zhì)是甲醇，在酸性電解液中產(chǎn)生CO2，故A錯(cuò)誤，C正確;右電極有電子流入，應(yīng)為電池的正極，B錯(cuò)誤;由于氫離子通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入正極區(qū)，所以正極反應(yīng)式得到OH-是錯(cuò)誤的。

　　6.LiFePO4電池具有穩(wěn)定性高、安全、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可用于電動(dòng)汽車。電池反應(yīng)為FePO4+Li LiFePO4，電池的正極材料是LiFePO4，負(fù)極材料是石墨，含Li+導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。下列有關(guān)LiFePO4電池說法正確的是(　　)

　　A.可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性

　　B.放電時(shí)電池內(nèi)部Li+向負(fù)極移動(dòng)

　　C.充電過程中，電池正極材料的質(zhì)量增加

　　D.放電時(shí)電池正極反應(yīng)為：FePO4+Li++e-===LiFePO4

　　答案　D

　　解析　由于Li能和稀H2SO4、H2O反應(yīng)，因此電解質(zhì)不能用硫酸;放電過程為原電池原理，在原電池中，陰離子向著負(fù)極移動(dòng)，陽離子向著正極移動(dòng);充電過程是電解的過程，電解池的陽極失電子，即LiFePO4-e-===Li++FePO4，因此陽極材料(LiFePO4)質(zhì)量會(huì)減少;將電解池陽極反應(yīng)倒過來就是原電池的正極反應(yīng)。綜合上述分析可知D正確。

　　練方法技巧

　　7.在下圖裝置中，通電后可觀察到Cu極溶解，則下列說法中不正確的是 ( )?

　　A.直流電源中，A是正極?

　　B.兩池內(nèi)CuSO4溶液濃度均不改變?

　　C.兩鐵極上最初析出物相同?

　　D.P池內(nèi)溶液的質(zhì)量逐漸減小

　　答案 B

　　解析 由于Li能和稀H2SO4、H2O反應(yīng)，因此電解質(zhì)不能用硫酸;放電過程為原電池原理，在原電池中，陰離子向著負(fù)極移動(dòng)，陽離子向著正極移動(dòng);充電過程是電解的過程，電解池的陽極失電子，即LiFePO4-e-=== Li++FePO4，因此陽極材料(LiFePO4)質(zhì)量會(huì)減少;將電解池陽極反應(yīng)倒過來就是原電池的正極反應(yīng)。綜合上述分析可知D正確。

　　8.乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200℃左右時(shí)供電，電池總反應(yīng)式為C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O，電池示意圖，下列說法中正確的是(　　)

　　A.電池工作時(shí)，質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移

　　B.電池工作時(shí)，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極

　　C.a極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 C2H5OH+3H2O+12e-===2CO2+12H+

　　D.b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 2H2O+O2+4e-===4OH-

　　答案　B

　　解析　通入乙醇的一極(a極)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng);通入氧氣的一極(b極)為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時(shí)，陽離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移，A項(xiàng)不正確;電流方向與電子流向相反，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極，B項(xiàng)正確;a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化，所以C項(xiàng)不正確;因?yàn)殡姵刂惺褂玫氖腔撬犷愘|(zhì)子溶劑，所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH-，D項(xiàng)不正確。

　　練綜合拓展

　　9.科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國已計(jì)劃將甲醇燃料電池用于軍事。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解質(zhì)中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣�；卮鹣铝袉栴}：

　　(1)這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：

　　________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(2)此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)：

　　________________________________________________________________________，

　　負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)：

　　________________________________________________________________________。

　　(3)電解液中H+向________極移動(dòng)，向外電路釋放電子的電極是________。

　　(4)使用該燃料電池的另一個(gè)好處是

　　________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　答案　(1)2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O

　　(2)3O2+12H++12e-===6H2O

　　2CH3OH+2H2O-12e-===2CO2+12H+

　　(3)正　負(fù)極　(4)對環(huán)境無污染

　　解析　(1)燃料電池的電池反應(yīng)為燃料的氧化反應(yīng)，在酸性條件下生成的CO2不與H2SO4反應(yīng)，故電池總反應(yīng)式為2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O。

　　(2)電池的正極O2得電子，由于是酸性環(huán)境，所以會(huì)生成H2O，用電池總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即可得出負(fù)極的電極反應(yīng)式。

　　(3)H+移向正極，在正極生成水。

　　(4)產(chǎn)物是CO2和H2O，不會(huì)對環(huán)境造成污染。

　　10.氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍了一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定。請回答：

　　(1)

　　氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是______________，在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)開_______(用a、b表示)。

　　(2)負(fù)極反應(yīng)式為_________________________________________________________。

　　(3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)開______________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(4)該電池工作時(shí)，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷地提供電能。因此，大量安全儲(chǔ)氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料，吸氫和放氫原理如下：

　�、�.2Li+H2=====△2LiH

　�、�.LiH+H2O===LiOH+H2↑

　　①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是__________，反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是________。

　�、谝阎狶iH固體密度為0.82 g?cm-3，用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為________。

　�、塾散谏�成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為________mol。

　　答案　(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋�a到b　(2)2H2+4OH--4e-===4H2O或H2+2OH--2e-===2H2O　(3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率

　　(4)①Li　H2O　②1/1 148或8.71×10-4�、�32

　　解析　(1)電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置;在電池中，電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負(fù)極，故電子由a流動(dòng)到b。

　　(2)H2在負(fù)極失電子，因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液是KOH溶液，故負(fù)極反應(yīng)式為2H2+4OH--4e-===4H2O。

　　(3)電極表面鍍鉑粉可以增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，從而增大反應(yīng)速率。

　　(4)LiH中Li為+1價(jià)，H為-1價(jià)，故反應(yīng)Ⅰ中還原劑是Li，反應(yīng)Ⅱ中氧化劑是H2O。由反應(yīng)Ⅰ可知吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下224 L H2時(shí)生成160 g LiH，則生成的LiH的體積是160 g0.82 g?cm-3，則生成的LiH的體積與被吸收的H2的體積之比為1600.82×224×103=11 148。由②生成的20 mol LiH與H2O反應(yīng)，由反應(yīng)Ⅱ可知生成20 mol H2，H2～2e-，能量轉(zhuǎn)化率為80%，則通過的電子的物質(zhì)的量為20 mol×2×80%=32 mol。

　　11.由于Fe(OH)2極易被氧化，所以實(shí)驗(yàn)室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀，應(yīng)用右圖電解實(shí)驗(yàn)可以制得白色的純凈的Fe(OH)2沉淀，兩電極材料分別為石墨和鐵。

　　?

　　(1)a電極材料應(yīng)為 ，電極反應(yīng)式為 。?

　　(2)電解液d可以是 (填編號(hào))。?

　　A.純水 B.NaCl溶液? C.NaOH溶液 D.CuCl2?

　　(3)c為苯，其作用是 ，在加入苯之前對d應(yīng)作何簡單處理 。

　　(4)為了在較短時(shí)間內(nèi)看到白色沉淀，可采取的措施是(填編號(hào)) 。?

　　A.改用稀硫酸作電解液? B.適當(dāng)增大電源電壓?

　　C.適當(dāng)減小兩電極間的距離? D.適當(dāng)降低電解液的溫度?

　　(5)若d中用Na2SO4溶液，當(dāng)電解一段時(shí)間看到白色Fe(OH)2沉淀后，再反接電源電

　　解，除了電極上看到氣泡外，混合物中另一明顯現(xiàn)象為 。

　　答案 (1)鐵 Fe-2e- === Fe2+? (2)BC?

　　(3)液封，防止Fe(OH)2 被氧化 加熱煮沸?

　　(4)BC?

　　(5)白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色?

　　解析 (1)a極應(yīng)該用鐵，電極反應(yīng)：Fe-2e-=== Fe2+?;在反應(yīng)中提供Fe2+。?

　　(2)要生成Fe(OH)2,必須使溶液顯堿性，可以通過電解使溶液顯堿性，所以可以選用NaCl溶液，也可直接選用NaOH作電解液。?

　　(3)在液體表面加一層苯的目的是起液封的作用，防止生成的Fe(OH)2被氧化;而在加入苯之前，應(yīng)該對溶液d進(jìn)行加熱煮沸，趕出其中溶解的空氣。??

　　(4)為了加快反應(yīng)速率，可以增大電源電壓和適當(dāng)減小兩極間的距離，即B、C項(xiàng)措施。

　　(5)若用Na2SO4溶液，則會(huì)產(chǎn)生氧氣，將生成的Fe(OH)2氧化，會(huì)看到白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色。

　　第3課時(shí)　電解池的工作原理

　　[目標(biāo)要求]　1.理解電解原理，初步掌握一般電解反應(yīng)產(chǎn)物的判斷方法。2.掌握電解電極反應(yīng)方程式的書寫。3.了解電解反應(yīng)的一般規(guī)律。

　　一、電解

　　1.概念

　　使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。

　　2.特點(diǎn)

　　(1)電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段，是不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的。

　　(2)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，就是電解質(zhì)溶液的電解過程。

　　二、電解池

　　1.定義

　　把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的裝置。

　　2.形成條件

　　(1)直流電源;

　　(2)兩個(gè)電極：與電源正極相連的一極是陽極;與電源負(fù)極相連的一極是陰極;

　　(3)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì);

　　(4)形成閉合回路。

　　3.裝置及電極反應(yīng)

　　以電解CuCl2溶液為例

　　(1)裝置

　　(2)電極反應(yīng)

　　陰極 Cu2++2e-===Cu發(fā)生還原反應(yīng)

　　陽極 2Cl--2e-===Cl2發(fā)生氧化反應(yīng)

　　總反應(yīng) CuCl2=====電解Cu+Cl2↑

　　4.電子流向和離子流向

　　(1)電子流向

　　電源負(fù)極―→電解池陰極

　　電解池陽極―→電源正極

　　(2)離子流向

　　陽離子―→電解池陰極

　　陰離子―→電解池陽極

　　5.電解熔融NaCl時(shí)的電極反應(yīng)式為

　　陽極：2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反應(yīng));

　　陰極：2Na++2e-===2Na(還原反應(yīng))。

　　知識(shí)點(diǎn)一　電解池

　　1.下列有關(guān)電解池的說法正確的是(　　)

　　A.在電解池中與外接電源負(fù)極相連的電極是陽極

　　B.無論電解何種物質(zhì)，陽極上失電子數(shù)都與陰極上得電子數(shù)相等

　　C.電解氯化銅溶液時(shí)，在陰極上有氣體生成

　　D.電解NaCl、CuCl2兩種溶液，參加反應(yīng)的物質(zhì)是相同的

　　答案　B

　　解析　與負(fù)極相連的是陰極。電解氯化銅時(shí)，陽極上有氯氣生成，陰極上有銅析出;電解NaCl溶液時(shí)，水參加了反應(yīng)，而電解CuCl2溶液時(shí)，水沒有參加反應(yīng)。

　　2.學(xué)生欲完成反應(yīng)Cu+H2SO4===CuSO4+H2↑而設(shè)計(jì)了下列四個(gè)實(shí)驗(yàn)，你認(rèn)為可行的是(　　)

　　答案　C

　　知識(shí)點(diǎn)二　電解原理

　　3.

　　上圖是電解CuCl2溶液的裝置，兩個(gè)電極是石墨電極，則下列有關(guān)判斷正確的是(　　)

　　A.a為負(fù)極、b為正極 B.a為陽極、b為陰極

　　C.電解過程中，Cl-濃度不變 D.電解過程中，d電極質(zhì)量增加

　　答案　D

　　解析　電流的方向是從正極到負(fù)極，根據(jù)圖中電流方向，可知a為電源的正極，b為電源的負(fù)極，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤;在電解池中c、d才稱為陽、陰極，所以B項(xiàng)錯(cuò)誤;在電解過程中，陽極：2Cl--2e-===Cl2↑，陰極：Cu2++2e-===Cu，所以溶液中的Cl-濃度減小，C項(xiàng)錯(cuò)誤;c與電源正極相接是陽極，d與電源的負(fù)極相接是陰極，所以c電極上析出氯氣，d電極上析出金屬銅，質(zhì)量增加，所以D項(xiàng)正確。

　　4.Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化學(xué)理念設(shè)計(jì)的制取Cu2O的電解池示意圖如圖所示，電解總反應(yīng)為2Cu+H2O Cu2O+H2↑。下列說法正確的是(　　)

　　A.石墨電極上產(chǎn)生氫氣

　　B.銅電極發(fā)生還原反應(yīng)

　　C.銅電極接直流電源的負(fù)極

　　D.當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，有0.1 mol Cu2O生成

　　答案　A

　　解析　由電解總反應(yīng)可知，Cu參加了反應(yīng)，所以Cu作電解池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，B選項(xiàng)錯(cuò)誤;石墨作陰極，陰極上是溶液中的H+放電，電極反應(yīng)為 2H++2e-===H2↑，A選項(xiàng)正確;陰極與電源的正極相連，C選項(xiàng)錯(cuò)誤;陽極反應(yīng)為2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O，當(dāng)有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，有0.05 mol Cu2O生成，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

　　5.如圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是(　　)

　　A.逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的

　　B.一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體

　　C.a電極附近呈紅色，b電極附近呈藍(lán)色

　　D.a電極附近呈藍(lán)色，b電極附近呈紅色

　　答案　D

　　解析　Na2SO4===2Na++SO2-4，H2O??H++OH-，SO2-4和OH-移向b電極，Na+和H+移向a電極，在b電極上：4OH--4e-===2H2O+O2↑，在a電極上：2H++2e-===H2↑，所以產(chǎn)生的氣體體積a電極的大于b電極的;兩種氣體均為無色無味的氣體;由于a電極上H+放電，所以a電極附近的c(OH-)>c(H+)，滴加石蕊溶液，a電極附近呈藍(lán)色，同理b電極附近呈紅色。

　　知識(shí)點(diǎn)三　電解規(guī)律應(yīng)用

　　6.用惰性電極電解下列溶液一段時(shí)間后再加入一定量的某種純凈物(方括號(hào)內(nèi)的物質(zhì))，能使溶液恢復(fù)到原來的成分和濃度的是(　　)

　　A.AgNO3[AgNO3] B.NaOH[H2O]

　　C.KCl[KCl] D.CuSO4[Cu(OH)2]

　　答案　B

　　解析　A項(xiàng)：4AgNO3+2H2O=====電解4Ag+O2↑+4HNO3

　　脫離反應(yīng)體系的物質(zhì)是4Ag+O2，相當(dāng)于2Ag2O，所以應(yīng)當(dāng)加入適量Ag2O才能復(fù)原。(加入AgNO3，會(huì)使NO-3的量增加);B項(xiàng)：2H2O=====電解2H2↑+O2↑　脫離反應(yīng)體系的是2H2+O2，相當(dāng)于2H2O，加入適量水可以復(fù)原。C項(xiàng)：2KCl+2H2O=====電解2KOH+H2↑+Cl2↑　脫離反應(yīng)體系的是H2+Cl2，相當(dāng)于2HCl，應(yīng)通入適量HCl氣體才能復(fù)原。(加入鹽酸時(shí)，同時(shí)也增加了水)　D項(xiàng)：2CuSO4+2H2O=====電解2H2SO4+2Cu+O2↑　脫離反應(yīng)體系的是2Cu+O2，相當(dāng)于2CuO，加入適量CuO可以復(fù)原。

　　7.用鉑作電極電解某種溶液，通電一段時(shí)間后，溶液的pH變小，并且在陽極得到0.56 L氣體，陰極得到1.12 L氣體(兩種氣體均在相同條件下測定)。由此可知溶液可能是(　　)

　　A.稀鹽酸 B.KNO3溶液 C.CuSO4溶液 D.稀硫酸

　　答案　D

　　解析　陽極與陰極產(chǎn)生的氣體體積比為0.56 L1.12 L=12，相當(dāng)于電解水，pH變小說明電解了含氧酸。

　　練基礎(chǔ)落實(shí)

　　1.如圖中x、y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)，a極板質(zhì)量增加，b極板處有無色無味氣體放出，符合這一情況的是(　　)

　　a極板 b極板 x電極 z溶液

　　A 鋅 石墨 負(fù)極 CuSO4

　　B 石墨 石墨 負(fù)極 NaOH

　　C 銀 鐵 正極 AgNO3

　　D 銅 石墨 負(fù)極 CuCl2

　　答案　A

　　2.在水中加等物質(zhì)的量的Ag+、Pb2+、Na+、SO2-4、NO-3、Cl-，該溶液放在用惰性電極作電極的電解槽中，通電片刻，則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物質(zhì)量比為(　　)

　　A.35.5∶108 B.16∶207 C.8∶1 D.108∶35.5

　　答案　C

　　解析　溶液中的六種離子，有四種發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，Ag++Cl-===AgCl↓、Pb2++SO2-4===PbSO4↓，最后溶液就成了NaNO3溶液;而電解NaNO3溶液，實(shí)質(zhì)上就是電解水，電解方程式為2H2O=====電解2H2↑+O2↑。氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量之比為m(O2)∶m(H2)=(1 mol×32 g?mol-1)∶(2 mol×2 g?mol-1)=8∶1，即C項(xiàng)正確。

　　3.在100 mL H2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作電極電解，兩極上均收集到2.24 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則原混合液中，Cu2+的物質(zhì)的量濃度為(　　)

　　A.1 mol?L-1 B.2 mol?L-1 C.3 mol?L-1 D.4 mol?L-1

　　答案　A

　　解析　兩極均收集到氣體時(shí)，陰極是Cu2+放電后，H+又放電生成氫氣;陽極是OH-放電生成氧氣。n(H2)=n(O2)=2.24 L/22.4 L?mol-1=0.1 mol，由電子守恒得n(Cu2+)×2+n(H2)×2=n(O2)×4，即：c(Cu2+)×0.1 L×2+0.1 mol×2=0.1 mol×4，解得：c(Cu2+)=1 mol?L-1，本題考查在陽離子陰極的放電順序，Cu2+>H+。

　　4.用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時(shí)間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH。則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為(　　)

　　A.0.1 mol B.0.2 mol C.0.3 mol D.0.4 mol

　　答案　D

　　解析　由電解CuSO4溶液的反應(yīng)的化學(xué)方程式2CuSO4+2H2O=====電解2Cu+O2↑+2H2SO4知，電解過程中只析出Cu和放出O2，故電解后加入CuO就可以復(fù)原。但本題提示加入0.1 mol Cu(OH)2可以復(fù)原，說明電解過程中不僅有CuSO4被電解，還有H2O被電解。0.1 mol Cu(OH)2相當(dāng)于0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，由電子守恒0.1 mol CuO～0.1 mol Cu～0.2 mol e-，0.1 mol H2O～0.1 mol H2～0.2 mol e-，共計(jì)0.4 mol e-。

　　練方法技巧

　　5.在25 ℃時(shí)，將銅電極插入一定量的飽和硫酸鈉溶液中進(jìn)行電解，通電一段時(shí)間后，陰極逸出a mol氣體，同時(shí)有b g Na2SO4?10H2O晶體析出。若溫度不變，剩余溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是(　　)

　　A.bb+18a×100% B.bb+36a×100%

　　C.71b161?b+36a?×100% D.71b161?b+18a?×100%

　　答案　C

　　解析　用銅作電極時(shí)，陽極上銅失去電子被氧化，電極反應(yīng)為Cu-2e-===Cu2+;陰極上生成H2，電極反應(yīng)為2H++2e-===H2↑，陰極區(qū)產(chǎn)生的OH-與陽極區(qū)產(chǎn)生的Cu2+結(jié)合生成Cu(OH)2沉淀�？偡磻�(yīng)為Cu+2H2O=====通電Cu(OH)2+H2↑，即陰極每生成a mol H2，就有2a mol水被電解，發(fā)生電解的水與析出的Na2SO4?10H2O晶體可以組成該溫度下的飽和溶液。該飽和溶液的質(zhì)量為b g+2a mol×18 g?mol-1=(b+36a) g，溶質(zhì)的質(zhì)量為142322×b g。故w(Na2SO4)=142b322b+36a×100%=71b161?b+36a?×100%。

　　6.鉛蓄電池的工作原理為Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。研讀下圖，下列判斷不正確的是(　　)

　　A.K閉合時(shí)，d電極反應(yīng)式：PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO2-4

　　B.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時(shí)，Ⅰ中消耗的H2SO4為0.2 mol

　　C.K閉合時(shí)，Ⅱ中SO2-4向c電極遷移

　　D.K閉合一段時(shí)間后，Ⅱ可單獨(dú)作為原電池，d電極為正極

　　答案　C

　　解析　當(dāng)K閉合時(shí)，裝置Ⅰ中的電極為Pb和PbO2，應(yīng)為原電池，b極(Pb)作負(fù)極，a極(PbO2)作正極;Ⅱ中的電極均為PbSO4，應(yīng)為電解池，c極為陰極，d極為陽極。A項(xiàng)：K閉合時(shí)，d極發(fā)生氧化反應(yīng)：PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO2-4，正確;B項(xiàng)：電路中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子時(shí)，Ⅰ中消耗0.2 mol H2SO4和0.1 mol Pb，正確;C項(xiàng)：Ⅱ中SO2-4向陽極(d極)遷移，錯(cuò)誤;D項(xiàng)：K閉合一段時(shí)間后，c極表面生成Pb，d極表面生成PbO2，裝置Ⅱ可單獨(dú)作為原電池，d電極為正極，正確。

　　7.在25 ℃時(shí)，用石墨電極電解2.0 L 0.5 mol?L-1 CuSO4溶液。5 min后，在一個(gè)石墨電極上有6.4 g Cu生成。試回答下列問題：

　　(1)發(fā)生氧化反應(yīng)的是________極，電極反應(yīng)式為

　　________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(2)若電解后溶液的體積不變，則電解后溶液的pH為________。

　　(3)若將溶液恢復(fù)到與電解前一樣，則需加入________ mol的________。

　　(4)若用等質(zhì)量的兩塊銅片代替石墨作電極，電解后兩銅片的質(zhì)量相差________g，電解液的pH________。(填“變小”、“變大”或“不變”)

　　答案　(1)陽　4OH--4e-===2H2O+O2↑

　　(2)1　(2)0.1　CuO　(4)12.8　不變

　　解析　(1)n(CuSO4)=2.0 L×0.5 mol?L-1=1.0 mol，而在陰極析出的Cu為6.4 g64 g?mol-1=0.1 mol，故CuSO4未完全電解，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為4OH--4e-===2H2O+O2↑。

　　(2)總反應(yīng)為

　　2CuSO4+2H2O=====通電2Cu　+　O2↑　+　2H2SO4

　　2　 　 　 2　　　　2　 　　　1　　　　　2

　　0.1 mol　0.1 mol　 0.1 mol　0.05 mol　　0.1 mol

　　所以電解后c(H+)=0.1 mol×22.0 L=0.1 mol?L-1，

　　故pH=-lg 0.1=1。

　　(3)電解后生成的0.1 mol Cu和0.05 mol O2脫離該體系，即相當(dāng)于0.1 mol CuO，因此若將溶液復(fù)原，則應(yīng)加入0.1 mol CuO。

　　(4)此時(shí)成為電鍍池，陽極：Cu-2e-===Cu2+，陰極：Cu2++2e-===Cu，因此若陰極上析出6.4 g銅，則陽極溶解6.4 g銅，電解后兩銅片質(zhì)量差為6.4 g+6.4 g=12.8 g，而電解液的pH不變。

　　練綜合拓展

　　8.在50 mL 0.2 mol?L-1 CuSO4溶液中插入兩個(gè)電極，通電電解(不考慮水分蒸發(fā))。則：

　　(1)若兩極均為銅片，試說明電解過程中CuSO4溶液的濃度________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

　　(2)若陽極為純鋅，陰極為銅片，陽極反應(yīng)式是

　　________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(3)若陽極為純鋅，陰極為銅片，如不考慮H+在陰極上放電，當(dāng)電路中有0.04 mol e-通過時(shí)，陰極增重________g，陰極上的電極反應(yīng)式是

　　________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　答案　(1)不變　(2)Zn-2e-===Zn2+

　　(3)1.28　Cu2++2e-===Cu

　　解析　(1)兩極均為銅片，電解液為CuSO4溶液，這是一個(gè)電鍍裝置，電解過程中電解質(zhì)溶液的濃度不變。

　　(2)陽極為純鋅，為活潑金屬，通電電解時(shí)，鋅發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn-2e-===Zn2+。

　　(3)若陽極為純鋅，陰極為銅片，不考慮H+在陰極上放電，則陰極反應(yīng)為Cu2+得電子的還原反應(yīng)：Cu2++2e-===Cu。當(dāng)電路中有0.04 mol電子通過時(shí)，有0.04 mol/2×64 g?mol-1=1.28 g銅析出。

　　第4課時(shí)　電解原理的應(yīng)用

　　[目標(biāo)要求]　1.了解氯堿工業(yè)、電鍍、精煉銅的原理。2.掌握電解原理及其應(yīng)用。

　　電解原理的應(yīng)用

　　1.氯堿工業(yè)：電解飽和食鹽水，制取燒堿、氯氣和氫氣。

　　電極的反應(yīng)式(并注明反應(yīng)類型)

　　陽極：2Cl--2e-===Cl2↑　(氧化反應(yīng));

　　陰極：2H++2e-===H2↑　(還原反應(yīng))。

　　總反應(yīng)式：2NaCl+2H2O=====電解2NaOH+Cl2↑+H2↑。

　　其中陰極反應(yīng)中的H+是由水電離產(chǎn)生的。

　　2.電鍍

　　(1)電鍍是應(yīng)用電解的原理在金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。

　　(2)電鍍陽極：鍍層金屬，電極本身發(fā)生氧化反應(yīng)陰極：待鍍金屬制品電鍍?nèi)芤海汉�有鍍層金屬離子的溶液

　　在電鍍過程中，電鍍液的濃度不變。

　　3.電解精煉(如電解精煉銅，雜質(zhì)為鐵、鋅、金、銀)

　　(1)粗銅作陽極，電極反應(yīng)Cu-2e-===Cu2+;

　　精銅作陰極，電極反應(yīng)Cu2++2e-===Cu;

　　電解質(zhì)溶液CuSO4溶液。

　　(2) 活潑性較強(qiáng)的鐵、鋅以離子形式進(jìn)入溶液，活潑性較差的金、銀形成陽極泥。

　　4.電冶金制取金屬

　　Na、Ca、Mg、Al等活潑金屬，很難用還原劑從它們的化合物中還原得到單質(zhì)，因此必須通過電解熔融的化合物的方法得到。如電解熔融的氯化鈉可以得到金屬鈉：

　　陰極：2Na++2e-===2Na，陽極：2Cl--2e-===Cl2↑，

　　總反應(yīng)式：2NaCl(熔融)=====電解2Na+Cl2↑。

　　知識(shí)點(diǎn)一　氯堿工業(yè)

　　1.某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時(shí)，為使Cl2被完全吸收制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，以下對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是(　　)

　　A.a為正極，b為負(fù)極;NaClO和NaCl

　　B.a為負(fù)極，b為正極;NaClO和NaCl

　　C.a為陽極，b為陰極;HClO和NaCl

　　D.a為陰極，b為陽極;HClO和NaCl

　　答案　B

　　解析　電解飽和食鹽水的方程式為2NaCl+2H2O電解,2NaOH+H2↑+Cl2↑，NaOH在陰極區(qū)生成，Cl2在陽極區(qū)生成。按照該學(xué)生制作的豎直的家用環(huán)保型消毒裝置，若將陽極置于上方，則氯氣一生成即逸出，不能完全與NaOH反應(yīng)。顯然，應(yīng)將陽極置于下方，陰極置于上方，下方陽極生成的氯氣通過溶液時(shí)即可很好地被陰極生成的NaOH吸收。反應(yīng)為Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。還應(yīng)注意的是圖中電極a、b是電源的電極而非電解池的電極。與電解裝置上方陰極相連的a為電源的負(fù)極，則b為正極。

　　2.如圖Ⅰ所示是用石墨和鐵作電極電解飽和食鹽水的裝置，請?zhí)羁眨?br />
　　(1)X的電極名稱是__________極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為______________，Y極的電極材料是____________，檢驗(yàn)X極產(chǎn)物的方法是________________________________。

　　(2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)誤將兩種電極材料接反，導(dǎo)致X極上未收集到預(yù)期產(chǎn)物，一段時(shí)間后又將兩極的連接方式糾正過來，發(fā)現(xiàn)X極附近出現(xiàn)了白色沉淀，此沉淀是________(填化學(xué)式)，其形成原因是___________________________________________________________

　　________________________________________________________________________，

　　該沉淀在空氣中放置，現(xiàn)象是______________________。

　　(3)

　　工業(yè)上電解飽和食鹽水的方法之一是將兩個(gè)電極室用離子交換膜隔開(如圖Ⅱ所示)，其目的是________________，陽極室(A處)加入____________，陰極室(B處)加入__________，離子交換膜只許__________離子通過。

　　答案　(1)陽　2Cl--2e-===Cl2↑　Fe　用濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在X極附近，若試紙變藍(lán)，說明生成了Cl2

　　(2)Fe(OH)2　鐵作陽極時(shí)被氧化為Fe2+，糾正錯(cuò)誤后，這一端又變?yōu)殛帢O，2H++2e-===H2↑，生成的OH-與Fe2+結(jié)合成Fe(OH)2　先變灰綠色，后變紅褐色

　　(3)防止H2與Cl2混合發(fā)生爆炸，防止Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，使NaOH不純　飽和食鹽水　純水(或NaOH稀溶液)　Na+

　　解析　與電源正極相接的為電解池的陽極，與電源負(fù)極相接的為電解池的陰極，若接反則金屬Fe失去電子而產(chǎn)生Fe(OH)2沉淀。

　　知識(shí)點(diǎn)二　電鍍池與精煉銅

　　3.在鐵制品上鍍上一層鋅層，以下電鍍方案中合理的是(　　)

　　A.鋅作陽極，鐵制品作陰極，溶液中含F(xiàn)e2+

　　B.鋅作陰極，鐵制品作陽極，溶液中含Zn2+

　　C.鋅作陰極，鐵制品作陽極，溶液中含F(xiàn)e3+

　　D.鋅作陽極，鐵制品作陰極，溶液中含Zn2+

　　答案　D

　　解析　要在鐵制品上鍍鋅，應(yīng)該用鋅作陽極，鐵制品作陰極，含有Zn2+的溶液作電鍍液，所以D項(xiàng)正確。

　　4.金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是(已知：氧化性Fe2+

　　A.陽極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式：Ni2++2e-===Ni

　　B.電解過程中，陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等

　　C.電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2+和Zn2+

　　D.電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Pt

　　答案　D

　　解析　此題考查的是電解的基本原理。在電解池中，陽極失去電子，化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，而陰極得到電子，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)。題目中已經(jīng)告訴氧化性：Fe2+Fe>Ni>Cu>Pt(惰性金屬不放電)，陰極的放電順序?yàn)椋篫n2+陰極質(zhì)量的增加。C：溶液中除了Fe2+和Zn2+還有Ni2+、H+等。

　　5.火法煉銅得到的粗銅中含多種雜質(zhì)(如鋅、金和銀等)，其性能遠(yuǎn)不能達(dá)到電氣工業(yè)的要求，工業(yè)上常使用電解精煉法將粗銅提純。在電解精煉時(shí)(　　)

　　A.粗銅接電源負(fù)極

　　B.純銅作陽極

　　C.雜質(zhì)都將以單質(zhì)形式沉積到池底

　　D.純銅片增重2.56 g，電路中通過電子為0.08 mol

　　答案　D

　　解析　電解精煉銅時(shí)，用粗銅作陽極，用精銅作陰極，所以A、B不正確;鋅比銅活潑，失電子變成鋅離子進(jìn)入溶液中，金、銀不活潑，以單質(zhì)形式沉淀到池底，C不正確;n(e-)=2.56 g64 g?mol-1×2=0.08 mol，D正確。

　　知識(shí)點(diǎn)三　電化學(xué)計(jì)算

　　6.有三個(gè)燒杯，分別盛有氯化銅、氯化鉀和硝酸銀三種溶液，均以Pt作電極，將它們串聯(lián)在一起電解一定時(shí)間，測得電極增重總和2.8 g，這時(shí)產(chǎn)生的有色氣體與無色氣體的物質(zhì)的量之比為(　　)

　　A.4∶1 B.1∶1 C.4∶3 D.3∶4

　　答案　C

　　解析　串聯(lián)電路中，相同時(shí)間內(nèi)各電極得或失的電子的物質(zhì)的量相同，各電極上放出氣體的物質(zhì)的量之比為定值。不必注意電極增重是多少，只要判斷出生成何種氣體及生成該氣體一定物質(zhì)的量所得失電子的物質(zhì)的量，就可以通過得失電子守恒，判斷氣體體積之比，第一個(gè)燒杯中放出Cl2，第二個(gè)燒杯中放出Cl2和H2，第三個(gè)燒杯中放出O2。在有1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，生成的氣體的物質(zhì)的量分別是0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol和0.25 mol。所以共放出有色氣體(Cl2)0.5 mol+0.5 mol=1 mol，無色氣體(O2和H2)0.5 mol+0.25 mol=0.75 mol。

　　7.將含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液1 L，用惰性電極電解一段時(shí)間后，在一電極上析出19.2 g Cu;此時(shí)，在另一電極上放出氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為(不考慮產(chǎn)生的氣體在水中的溶解)(　　)

　　A.3.36 L B.5.6 L C.6.72 L D.13.44 L

　　答案　B

　　解析　根據(jù)電解原理，陰、陽兩極發(fā)生的電極反應(yīng)為陰極：Cu2++2e-===Cu，陽極：2Cl--2e-===Cl2↑。

　　由題意知，在陰極上析出Cu：19.2 g64 g?mol-1=0.3 mol，則轉(zhuǎn)移電子0.6 mol，根據(jù)電子得失守恒分析，陽極上除Cl-放電外，OH-也會(huì)放電產(chǎn)生O2，即4OH--4e-===2H2O+O2↑，經(jīng)計(jì)算可知得到Cl2 0.2 mol，得到O2 0.05 mol，故陽極放出氣體的體積為 (0.2 mol+0.05 mol)×22.4 L?mol-1=5.6 L。

　　練基礎(chǔ)落實(shí)

　　1.關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是(　　)

　　A.電解時(shí)在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉

　　B.若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

　　C.若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無色

　　D.電解一段時(shí)間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?br />
　　答案　B

　　解析　電解食鹽水時(shí)發(fā)生的反應(yīng)：陽極：2Cl--2e-===Cl2↑

　　陰極：2H2O+2e-===H2↑+2OH-

　　總反應(yīng)：2NaCl+2H2O=====通電2NaOH+H2↑+Cl2↑

　　對照分析選項(xiàng)，A錯(cuò)誤;陽極附近的溶液中會(huì)溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后發(fā)生反應(yīng)：Cl2+2I-===I2+2Cl-，溶液呈棕色，B正確;陰極附近產(chǎn)生大量的OH-，滴加酚酞后變紅色，C錯(cuò)誤;電解后生成NaOH，溶液呈堿性，D錯(cuò)誤。

　　2.下列關(guān)于電解法精煉粗銅的敘述中不正確的是(　　)

　　A.粗銅板作陽極

　　B.電解時(shí)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，而陰極發(fā)生的反應(yīng)為 Cu2++2e-===Cu

　　C.粗銅中所含Ni、Fe、Au、Ag等金屬雜質(zhì)，電解后以單質(zhì)形式沉積槽底，形成陽極泥

　　D.電解銅的純度可達(dá)99.95%～99.98%

　　答案　C

　　3.用惰性電極電解M(NO3)x的水溶液，當(dāng)陰極上增重a g時(shí)，在陽極上同時(shí)產(chǎn)生b L氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，從而可知M的相對原子質(zhì)量為(　　)

　　A.22.4 axb B.11.2 axb C.5.6 axb D.2.5 axb

　　答案　C

　　解析　根據(jù)得失電子守恒列出物質(zhì)間的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)M的相對原子質(zhì)量為Mr。

　　Mx+　～xe-　～　x4O2

　　Mr g　　　　　22.4?x4 L

　　a g　　　　　　　b L

　　解得Mr=22.4ax4b=5.6axb。

　　4.依據(jù)下圖判斷，下列敘述正確的是(　　)

　　A.Ⅰ是原電池，Ⅱ是電鍍裝置

　　B.Ⅰ、Ⅱ裝置中鋅極上均發(fā)生氧化反應(yīng)

　　C.Ⅱ、Ⅲ裝置中，銅極均發(fā)生氧化反應(yīng)而溶解

　　D.Ⅱ、Ⅲ裝置中Cu2+濃度基本不變

　　答案　A

　　解析　仔細(xì)觀察三個(gè)裝置，Ⅰ為原電池，電極反應(yīng)式為

　　負(fù)極(Zn)：Zn-2e-===Zn2+，正極(Cu)：Cu2++2e-===Cu，

　�、�?yàn)殡婂兂�，電極反應(yīng)式為

　　陽極(Cu)：Cu-2e-===Cu2+，陰極(Zn)：Cu2++2e-===Cu，

　�、鬄殡娊獬�，電極反應(yīng)式為

　　陽極(Zn)：Zn-2e-===Zn2+，陰極Cu：Cu2++2e-===Cu。

　　練方法技巧

　　5.電解CuSO4溶液時(shí)，若要達(dá)到以下三點(diǎn)要求：①陽極質(zhì)量減少;②陽極質(zhì)量增加;③電解液中c(Cu2+)不變，則可選用的電極是(　　)

　　A.含Zn、Ag的銅合金作陽極，純銅作陰極

　　B.純銅作陽極，含Zn、Ag的銅合金作陰極

　　C.用純鐵作陽極，用純銅作陰極

　　D.用石墨作陽極，用惰性電極(Pt)作陰極

　　答案　B

　　解析　根據(jù)①，須選擇非惰性電極(除石墨、金、鉑外的電極)作陽極;根據(jù)③，須選擇純銅為陽極，含有Cu2+的鹽(如硫酸銅溶液)作電解液。至于陰極材料則選擇的余地較大，如B選項(xiàng)中用含Zn、Ag的銅合金作陰極，當(dāng)然也可用純銅、石墨、鉑等作陰極。

　　6.請按要求回答下列問題。

　　(1)根據(jù)圖1回答①②：

　�、俅蜷_K2，合并K1。

　　A電極可觀察到的現(xiàn)象是________;B極的電極反應(yīng)式為________。

　�、诖蜷_K1，合并K2。

　　A電極可觀察到的現(xiàn)象是________;B電極的電極反應(yīng)式為________;

　　(2)根據(jù)圖2回答③④：

　�、蹖⑤^純凈的CuSO4溶液放入如圖所示的裝置中進(jìn)行電解，石墨電極上的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________，

　　電解反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________;

　　④實(shí)驗(yàn)完成后，銅電極增重a g，石墨電極產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積為________L。

　　答案　(1)①鋅不斷溶解　Cu2++2e-===Cu

　�、贏鍍上一層紅色的銅　Cu-2e-===Cu2+

　　(2)③4OH--4e-===2H2O+O2↑

　　2Cu2++2H2O=====通電2Cu+O2↑+4H+

　　④22.4a128

　　解析　(1)①此時(shí)為原電池，鋅為負(fù)極，不斷溶解，B極為正極，反應(yīng)為Cu2++2e-===Cu。

　�、诖藭r(shí)為電解池，A極為陰極，反應(yīng)為Cu2++2e-===Cu，故A極上鍍上一層紅色的銅，B極為陽極，反應(yīng)為Cu-2e-===Cu2+。

　　(2)此時(shí)為惰性電極電解CuSO4，石墨極上的反應(yīng)為4OH--4e-===2H2O+O2↑，總反應(yīng)的離子方程式為2Cu2++2H2O=====通電2Cu+O2↑+4H+，

　　V(O2)=a64×12×22.4 L=22.4a128 L。

　　7.如圖所示，若電解5 min時(shí)，測得銅電極的質(zhì)量增加2.16 g。試回答：

　　(1)電源中X極是________(填“正”或“負(fù)”)極。

　　(2)通電5 min時(shí)，B中共收集到224 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，溶液體積為200 mL(電解前后溶液的體積變化忽略不計(jì))，則通電前c(CuSO4)=________。

　　(3)若A中KCl溶液的體積也是200 mL，電解后溶液中仍有Cl-，則電解后溶液的pH=________。

　　答案　(1)負(fù)　(2)0.025 mol?L-1　(3)13

　　解析�、僖�注意電解的階段性。如含Cl-的溶液中Cl-電解完后繼續(xù)通電會(huì)使OH-放電，Cu2+在陰極上被電解完全后H+又會(huì)放電等。②電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式、電解產(chǎn)物物質(zhì)的量與得失電子數(shù)之間的關(guān)系式是電化學(xué)計(jì)算的主要依據(jù)。

　　(1)銅極增重，說明銀在銅極析出，則銅極為陰極，X為負(fù)極。

　　(2)C中銅極增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，線路中通過0.02 mol電子。由4e-～O2，可知B中產(chǎn)生的O2只有0.005 mol，即112 mL。但B中共收集到224 mL氣體，說明還有112 mL是H2，即Cu2+全部在陰極放電后，H+接著放電產(chǎn)生了112 mL H2，則通過0.01 mol電子時(shí)，Cu2+已被電解完。由2e-～Cu，可知n(Cu2+)=0.005 mol，則：

　　c(CuSO4)=0.005 mol÷0.2 L=0.025 mol?L-1。

　　(3)由4e-～4OH-知，A中生成0.02 mol OH-，則：c(OH-)=0.1 mol?L-1，pH=13。

　　練綜合拓展

　　8.電解原理在化學(xué)工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。如圖所示表示一個(gè)電

　　解池，裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。請回答以下問題：

　　(1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，同時(shí)在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則電解池中X極上的電極反應(yīng)式為________。在X極附近觀察到的現(xiàn)象是________。Y極上的電極反應(yīng)式為________，檢驗(yàn)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是________。

　　(2)如果用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則X電極的材料是________，電極反應(yīng)式為________。Y電極的材料是________，電極反應(yīng)式為________(說明：雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出)。

　　答案　(1)2H++2e-===H2↑　有氣泡冒出，溶液變紅　2Cl--2e-===Cl2↑　把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在Y電極附近，試紙變藍(lán)

　　(2)純銅　Cu2++2e-===Cu　粗銅　Cu-2e-===Cu2+

　　解析　(1)與電源負(fù)極相連的為陰極，因此，X極為陰極，2H++2e-===H2↑，反應(yīng)過程中消耗了水電離出來的H+，溶液呈堿性，加入酚酞試液變成紅色;Y極為陽極，2Cl--2e-===Cl2↑，產(chǎn)生的Cl2能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍(lán)。(2)電解精煉粗銅時(shí)，用含雜質(zhì)的Cu作為陽極，純Cu為陰極。反應(yīng)過程中陽極上的Cu失去電子，成為離子進(jìn)入溶液，在陰極Cu2+得電子。

　　9.如圖，X和Y均為石墨電極。

　　(1)若電解液為滴有酚酞的飽和食鹽水，電解反應(yīng)的離子方程式為_______________;

　　電解過程中______極(填“陰”或“陽”)附近會(huì)出現(xiàn)紅色。

　　(2)若電解液為500 mL含A溶質(zhì)的某藍(lán)色溶液，電解一段時(shí)間后，觀察到X電極表面有紅色的固態(tài)物質(zhì)生成，Y電極有無色氣體生成;溶液中原有溶質(zhì)完全電解后，停止電解，取出X電極，洗滌、干燥、稱量，電極增重1.6 g。

　　①電解后溶液的pH為________________;要使電解后溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，需加入一定量的________________________(填加入物質(zhì)的化學(xué)式)。(假設(shè)電解前后溶液的體積不變)

　�、赮電極產(chǎn)生氣體的體積為______________L。

　　③請你推測原溶液中所含的酸根離子可能是__________________;并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的推測，寫出實(shí)驗(yàn)的操作步驟、現(xiàn)象和結(jié)論：

　　________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　答案　(1)2Cl-+2H2O=====通電2OH-+Cl2↑+H2↑　陰

　　(2)①1　CuO或CuCO3(僅答1種即可)　②0.28

　�、哿蛩岣�離子　取少量待測液于試管中，滴加鹽酸無明顯現(xiàn)象，繼續(xù)加入氯化鋇溶液，若有白色沉淀產(chǎn)生，則證明是硫酸根離子(或：硝酸根離子　取少量待測液于試管中，加熱濃縮后滴加濃硫酸和銅粉，若有紅棕色氣體產(chǎn)生，則證明是硝酸根離子)

　　解析　(1)電解飽和食鹽水的離子方程式：2Cl-+2H2O=====通電2OH-+Cl2↑+H2↑，在陰極區(qū)生成NaOH，使酚酞溶液變紅。

　　(2)藍(lán)色溶液中可能含有Cu2+，并且在電解過程中析出紅色固體，進(jìn)一步驗(yàn)證析出的是銅;Y電極上析出無色氣體，應(yīng)該是O2，電解離子方程式：2Cu2++2H2O=====通電2Cu+O2↑+4H+。

　�、俑鶕�(jù)電解離子方程式得：n(H+)=2n(Cu2+)=2×1.6 g64 g?mol-1=0.05 mol，故溶液中c(H+)=0.05 mol0.5 L=0.1 mol?L-1，溶液的pH=1。要使溶液恢復(fù)到以前，可以加入CuO或CuCO3。

　�、诟鶕�(jù)電解離子方程式得：n(O2)=12×n(Cu)=0.012 5mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積V(O2)=22.4 L?mol-1×0.012 5 mol=0.28 L。

　　③溶液中存在的必須是含氧酸根離子，可以是SO2-4或NO-3;然后利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。