【金版学案】2014-2015学年高中化学 人教版选修4 第四章 电化学基础 章末知识整合

化学·选修4(人教版)

专题一　原电池和电解池的知识比较
?特别提示：原电池、电解池、电镀池判定规律
（1）若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判断。主要思路是“三看”：
先看电极：两极为导体且活泼性不同；
再看溶液：两极插入电解质溶液中；
后看回路：形成闭合回路或两极接触。
（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其余情况为电解池。
　(双选)在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是(　　)
A．原电池正极和电解池阳极所发生的反应
B．原电池正极和电解池阴极所发生的反应
C．原电池负极和电解池阳极所发生的反应
D．原电池负极和电解池阴极所发生的反应
解析：原电池的负极和电解池的阳极发生的是氧化反应。原电池的正极和电解池的阴极发生的是还原反应。
答案：BC
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1．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl↓＋H2↑能进行，设计了下列四个实验，如下图所示，你认为可行的方案是(　　)
解析：要使反应2HCl＋2Ag===2AgCl↓＋H2↑能进行，只能通过电解装置来实现。B是原电池装置(Fe作原电池的负极，Ag作原电池的正极)，其总反应为Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑；D不是原电池，也不是电解池；A是电解装置，但Ag连接在电源的负极上，不会溶解，其实质是电解盐酸：2HClH2↑＋Cl2↑；C是电解装置，与电源正极连接的Ag失去电子：Ag－e－===Ag＋，产生的Ag＋立即与溶液中的Cl－结合生成AgCl↓：Ag＋＋Cl－===AgCl↓，溶液中的H＋从与负极连接的Ag上获得电子产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，其总反应为：2HCl＋2Ag2AgCl↓＋H2↑。
答案：C
专题二　有关电化学的计算
1．原电池和电解池的计算常涉及的问题
(1)两极产物的定量计算；
(2)溶液pH的计算[pH＝－lgc(H＋)]；
(3)相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定；
(4)根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量。
2．常用的三种方法
(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等；
(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算；
(3)根据关系式计算：借得失电子守恒定律关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。如串联电路中各电极得失电子数相等，即电路中通过的电量(电子总数)相等。通常存在下列物质的量关系：H2～Cl2～O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。
3．步骤
(1)根据现象或其他条件(如果是电解池，可以根据与电源正负极的连接情况)，准确判定电极上发生氧化还原反应的类型和电极名称；
(2)准确写出电极反应式；
(3)根据题目所给条件和所要求解的问题，使用上述合适的方法建立等量关系求解。
用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子数为(　　)
A．0.1 mol　　　B．0.2 mol
C．0.3 mol D．0.4 mol
解析：电解硫酸铜溶液的反应方程式为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，从上述方程式可以看出，电解前后只有铜和氧的改变，电解后加入CuO就可以使溶液恢复原来的状态。但本题提示加入Cu(OH)2后溶液恢复为原来的状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解(因为硫酸铜被电解完全)。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是0.1 mol的CuO和0.1 mol H2O，因此电解过程中有0.1 mol的硫酸铜和0.1 mol的水被电解，共有0.4 mol电子发生转移。
答案：D
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2．用两支惰性电极插入500 mL的AgNO3溶液中，通电电解。当电解质溶液的pH由6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，则电极上析出银的质量是(　　)
A．27mg　　　B．54mg
C．108mg D．216mg
解析： 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O①
阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag②
总的电解反应式：4Ag＋＋2H2O4Ag↓＋O2↑＋4H＋
不难推导出：用惰性电极电解AgNO3溶液时，发生的反应为：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3
因为有HNO3生成，所以pH要变小。生成HNO3的物质的量为(10－3－10－6)×0.5≈0.5×10－3mol，所以析出银的质量为0.5×10－3 mol×108 g/mol＝54mg。
答案：B
专题3关于“电解问题的解题步骤”问题
1．明确电极反应规律
(1)阴极：得电子，还原反应。
①(一般)电极本身不参加反应；②一定是电解质溶液中阳离子“争”失电子。
(2)阳极：失电子，氧化反应。
①若为金属(非惰性，Au、Pt除外)电极，电极失电子；②若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子。
2．准确判断离子放电顺序
离子的放电顺序主要取决于离子本身，还与离子的浓度、溶液的酸碱性有关。
阳离子放电顺序

上述顺序表明在金属活动性顺序中，越活泼的金属，其阳离子越难结合电子，但Fe3＋氧化性较强，排在Cu2＋之前。
阴离子放电顺序
若是活泼金属阳极，因金属失电子能力强，阳极反应则是电极材料本身失电子被氧化，而不是阴离子放电。
3．联系分析电解问题的基本思路模式
(1)通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H＋和OH－)。
(2)通电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电。
(3)写电极反应式，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、 pH的变化等。
4．判断电解后溶液pH变化的方法
根据原溶液的酸、碱性和电极产物即可对电解后溶液pH的变化作出正确的判断，其方法如下：
(1)若电极产物只有H2而无O2，则pH变大。
(2)若电极产物只有O2而无H2，则pH变小。
若电极产物既有O2又有H2，原溶液呈酸性则pH变小，原溶液呈碱性则pH变大，原溶液呈中性则pH不变。
用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，符合题意的一组是(　　)
组号
X
Y
Z
W
A
C
Fe
NaCl
H2O
B
Pt
Cu
CuSO4
CuSO4溶液
C
C
C
H2SO4
H2O
D
Ag
Fe
AgNO3
AgNO3晶体
解析：电解NaCl溶液时，2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，显然加H2O不能恢复到电解前的状态，应通入适量HCl气体。电解CuSO4溶液时，SO物质的量没变，加CuSO4溶液也不能复原。电解H2SO4实质是电解水，再加入适量水，可使H2SO4溶液复原。Ag作阳极、Fe作阴极电解AgNO3溶液，实质是Fe镀银，AgNO3溶液浓度不变，不需加AgNO3晶体。
答案：C
名师点睛：电解质溶液进行电解时，大致分三种情况：电解质本身被电解；溶剂水被电解；电解质和水同时被电解。因此要使电解后的溶液恢复原状，必须根据电解的化学反应原理来确定。同学们可记为：“出去什么就加什么”。
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3．用惰性电极电解CuSO4溶液，当Cu2＋浓度下降至一半时停止通电，要想使CuSO4溶液恢复原浓度，应加入的物质是(　　)
A．CuSO4　　　　B．CuO
C．Cu(OH)2 D．CuSO4·5H2O
解析：
答案：B
专题4元素金属性强弱判断的依据
元素的金属性是指元素的原子失电子能力，判断元素金属性强弱，主要可从以下几方面来判断。
1．依金属活动顺序表判断
金属活动顺序表中，一般位置越后的金属，金属性越弱，原子的还原性越弱。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属单质的活动性减弱，元素的金属性也减弱。
例外：金属活动性：Sn＞Pb，但元素的金属性：Pb＞Sn。
2．依元素周期表判断
(1)同一周期，从左到右：原子的还原性逐渐减弱，氧化性逐渐增强；其对应的离子的氧化性逐渐增强，还原性逐渐减弱。
(2)同一主族，从上到下：原子的还原性逐渐增强，氧化性逐渐减弱；其对应的离子的氧化性逐渐减弱，还原性逐渐增强。
3．根据金属原子失电子吸收的能量判断
元素的原子或离子得到或失去电子时必然伴随着能量的变化，就金属原子失电子而言，在一定条件下，失电子越容易，吸收的能量越少，失电子越难，吸收的能量越多，故根据金属原子在相同条件下失电子时吸收能量的多少可判断金属元素的金属性强弱。
4．根据元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱判断
如碱性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH，则有还原性大小关系为：Li＜Na＜K＜Rb。
再如：NaOH为强碱，Mg(OH)2为中强碱，Al(OH)3为两性氢氧化物，则金属性强弱顺序为：Na＞Mg＞Al。
5．根据金属单质与水或酸反应置换出氢的难易判断
与水反应越易、越剧烈的金属单质，其原子越易失电子，该金属活泼性越强，如Na与冷水剧烈反应，Mg与热水反应，与冷水不反应，Al与热水反应很慢，则金属性：Na＞Mg＞Al。Fe与稀盐酸反应放出氢气，Cu与稀盐酸不反应，则金属性：Fe＞Cu。
6．依电化学中电极来判断
(1)就原电池而言：负极金属是电子流出的极，正极金属是电子流入的极，其还原性：负极＞正极。
(2)就电解而言：电解过程中离子放电情况为：阴极：Ag＋＞Hg2＋＞Cu2＋(氧化性)，则元素金属性与之相反。
7．根据物质间的置换反应来判断
氧化还原反应总是向着氧化剂的氧化性和还原剂的还原性减弱的方向进行，即氧化性：氧化剂＞氧化产物；还原性：还原剂＞还原产物。如比较铁和铜的金属性强弱时，可将铁片放入硫酸铜溶液中，若铁片表面上生成单质铜(Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu)，则金属性：Fe＞Cu。
　(双选题)有X、Y、Z、W四种金属，当它们两两组成原电池的电极时，X均为正极；把这四种金属混合物放入足量的稀H2SO4中，只有Y、Z溶解；在滤液中加入过量的稀NaOH溶液时，得到含Z的沉淀，则这四种金属的活动性由弱到强的顺序可能是(　　)
A．X＜W＜Y＜Z B．X＜W＜Z＜Y
C．W＜Z＜Y＜X D．W＜Y＜Z＜X
解析：由形成原电池时，X均作正极，可推知X的活动性最差；由金属与稀H2SO4反应的情况可知Y、Z的活动性均强于W、X；在滤液中加入过量稀NaOH溶液，只得含Z的氢氧化物沉淀，无法判定Y、Z的活动性顺序。如Y是Na，Z是Fe符合条件；Y是Mg，Z是Al也符合条件。
答案：AB
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4. X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2＋和Z2＋共存的溶液时，Y先析出；又知M2＋的氧化性强于Y2＋。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为(　　)
A．X>Z>Y>M　　　B．X>Y>Z>M
C．M>Z>X>Y D．X>Z>M>Y
解析：金属X和Z用导线连接放入稀H2SO4中，形成原电池，X溶解说明金属活动性X>Z；电解Y2＋和Z2＋共存的溶液时，Y先析出，则金属活动性Z>Y；离子的氧化性越强，其单质的金属活动性越弱，则金属活动性Y>M，所以正确答案为A。
答案：A