本資料為WORD文檔，請點(diǎn)擊下載地址下載 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。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。
3．簡單原電池的構(gòu)成條件：
①活潑性不同的兩個(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( )
①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極
②正極反應(yīng)為Ag＋＋e－===Ag
③實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池仍能繼續(xù)工作
④將銅片浸入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；沒有鹽橋，原電池不能繼續(xù)工作，所以③錯；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。
②H＋向負(fù)極移動。
③電子流動方向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。
⑥正極的電子反應(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，SO2－4向負(fù)極移動，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，由題意得活動性A>B、A>C、C>D、D>B，故正確答案為C。
知識點(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
D．原電池工作時(shí)，陽離子向負(fù)極方向移動
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，而陰離子向負(fù)極移動。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；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＋＋I(xiàn)2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＋＋I(xiàn)2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，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，黑色會褪去而銀恢復(fù)光澤，且不會損失，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．某探究活動小組想利用原電池反應(yīng)檢測金屬的活動性順序，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”，則甲會判斷出________活動性更強(qiáng)，而乙會判斷出________活動性更強(qiáng)(填寫元素符號)。
(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活動性強(qiáng)，乙判斷Al活動性強(qiáng)。
(4)選AD。Mg的金屬活動性一定比Al強(qiáng)，金屬活動性順序表是正確的，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，而電子定向移動方向與電流方向相反，故C錯誤；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(chǎn)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答案錯誤；考慮到該電池是以KOH為電解質(zhì)溶液的，生成的CO2會和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；原電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，所以B錯；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。
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
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錯誤，C正確；右電極有電子流入，應(yīng)為電池的正極，B錯誤；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
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，陽離子向著正極移動；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，陽離子向著正極移動；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(chǎn)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，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，大量安全儲氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。
金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：
Ⅰ.2Li＋H2=====△2LiH
Ⅱ.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________。
②已知LiH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________。
③由②生成的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?、?2
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）。
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） 。
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，則會產(chǎn)生氧氣，將生成的Fe(OH)2氧化，會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(chǎn)為負(fù)極、b為正極 B．a(chǎn)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)錯誤；在電解池中c、d才稱為陽、陰極，所以B項(xiàng)錯誤；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(chǎn)電極附近呈紅色，b電極附近呈藍(lán)色
D．a(chǎn)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，H2OH＋＋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?。2↑?。?H2SO4
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)芤海汉绣儗咏饘匐x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(chǎn)為正極，b為負(fù)極；NaClO和NaCl
B．a(chǎn)為負(fù)極，b為正極；NaClO和NaCl
C．a(chǎn)為陽極，b為陰極；HClO和NaCl
D．a(chǎn)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錯誤；陽極附近的溶液中會溶有少量的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錯誤；電解后生成NaOH，溶液呈堿性，D錯誤。
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，
Ⅱ?yàn)殡婂兂?，電極反應(yīng)式為
陽極(Cu)：Cu－2e－===Cu2＋，陰極(Zn)：Cu2＋＋2e－===Cu，
Ⅲ為電解池，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：
①打開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________。
②打開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：
③將較純凈的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
②A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。
②此時(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⒁怆娊獾碾A段性。如含Cl－的溶液中Cl－電解完后繼續(xù)通電會使OH－放電，Cu2＋在陰極上被電解完全后H＋又會放電等。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)
②Y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)?、?.28
③硫酸根離子 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＋。
①根據(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。
②根據(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)。
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