课件34张PPT。第四章电化学基础第一节 原电池阅读思考自主检测任务一、认真阅读教材第71页的内容,思考回答下列问题,自主学习电流的获得。
1.将锌片放入CuSO4溶液中,可看到铜被置换出来,为什么反应时会放出热量,但没有电流产生?
提示在此反应中,Zn原子把电子直接给了在溶液中与之接触的Cu2+,被氧化成Zn2+,进入溶液;而Cu2+在锌片上直接得到电子,被还原成Cu(相当于短路,所以反应时,有热量放出来),得不到电流。阅读思考自主检测2.为什么锌片与CuSO4溶液在下图所示装置中反应,就有电流产生?
锌铜原电池装置阅读思考自主检测任务二、认真阅读教材第71页到第72页的内容,思考回答下列问题,自主学习原电池原理。
1.实验4-1的实验目的是什么?实验过程中,需要哪些仪器和药品?
提示实验目的为探究原电池工作原理;需要的实验用品有烧杯(2个)、电流计、导线、盐桥、锌片、铜片、ZnSO4溶液、CuSO4溶液。
2.什么是盐桥?盐桥的作用是什么?
提示装有含琼脂的KCl溶液的玻璃弯管;其作用是连接两种溶液,形成通路。阅读思考自主检测1.关于Cu-Zn-稀硫酸原电池中,下列说法在理论上正确的是( )
A.Cu为正极,有气泡产生,发生氧化反应
B.Zn为正极,有气泡产生,发生还原反应
C.Cu为负极,无气泡产生,发生还原反应
D.Zn为负极,无气泡产生,发生氧化反应
答案:D
2.如图所示的装置能构成原电池产生电流的是( )
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测探究问题
实验目的:研究原电池的工作原理。
实验装置:
实验现象:有盐桥存在时,锌片不断溶解,电流计指针发生偏转,铜片不断增厚;取出盐桥后,电流中断,指针迅速回零。重点难点探究重要考向探究随堂检测1.有盐桥时,电流计指针发生偏转,说明有电流产生,该电流是如何产生的?产生电流的过程中,锌片、铜片上分别发生了什么变化?如何用电极反应式表示这一变化?从氧化还原反应的角度分析,各发生了氧化反应还是还原反应?提示当有盐桥存在时,在ZnSO4溶液中,锌片逐渐溶解,即Zn被氧化,Zn失去电子,形成Zn2+进入溶液,用电极反应式表示为Zn-2e- Zn2+;从锌片上释放出的电子,经过导线流向铜片;CuSO4溶液中的Cu2+从铜片上得到电子,被还原为Cu并沉积在铜片上,用电极反应式表示为Cu2++2e- Cu;随着反应的进行,左边烧杯的溶液中c(Zn2+)增大,右边烧杯的溶液中c(Cu2+)减小。同时,盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液,K+会移向CuSO4溶液,使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使原电池不断地产生电流。重点难点探究重要考向探究随堂检测2.取出盐桥后,电路为什么会中断?
提示取出盐桥后,由于Zn失去电子成为Zn2+进入溶液,使ZnSO4溶液因Zn2+增加而带正电;同时Cu2+获得电子成为金属铜沉积在铜片上,使CuSO4溶液因 相对增加而带负电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流中断,构不成原电池。重点难点探究重要考向探究随堂检测知识点拨
1.原电池
(1)定义:将化学能转化为电能的装置。
(2)实质:利用能自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能。
2.原电池工作原理(以铜锌原电池为例)重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测3.原电池形成的条件
(1)两个活动性不同的电极:活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作正极;
(2)电解质溶液;
(3)形成闭合回路。重点难点探究重要考向探究随堂检测4.两种原电池的比较
甲装置所示原电池俗称单液原电池,锌片、铜片用导线相连后,都插入到稀硫酸中,所以,锌片上失去的电子一部分通过导线流向铜片,形成电流,还有一部分,直接传递给溶液中碰撞到锌片上的氢离子,这一部分电子不形成电流,这种原电池供电效率不高,且电流在较短时间内就会衰减。重点难点探究重要考向探究随堂检测乙装置所示原电池俗称双液原电池,锌片、铜片用导线相连后,锌片插入ZnSO4溶液中,铜片插入稀硫酸中,这样就避免了锌片与稀硫酸的直接接触而发生反应造成的电能损失,锌失去的电子全部通过导线流向铜片,这种原电池供电效率高,且能提供较稳定的电流。
特别说明:盐桥的作用
盐桥中通常装含有琼脂的KCl饱和溶液。当盐桥存在时,使两个半电池中的溶液连成一个通路。随着反应的进行,盐桥中的Cl-向硫酸锌溶液方向移动,K+向稀硫酸方向移动,使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使电子不断从锌极流向铜极,能持续、稳定地产生电流。重点难点探究重要考向探究随堂检测考向一 原电池正负极判断及电极反应式的书写
【例题1】 依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s) Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题:
(1)电极X的材料是 ;电解质溶液Y是 。?
(2)银电极为电池的 极,发生的电极反应式为 ;X电极上发生的电极反应式为 。?
(3)外电路中的电子是从 极流向 极。?重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 判断原电池正、负极的方法: 重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验1锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c( )减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡重点难点探究重要考向探究随堂检测答案:C 重点难点探究重要考向探究随堂检测考向二 原电池的设计
【例题2】 某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe 3Fe2+,能实现该反应的原电池是( )
A.正极为Cu,负极为C,电解质为FeCl3溶液
B.正极为C,负极为Fe,电解质为Fe(NO3)3溶液
C.正极为Fe,负极为Zn,电解质为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为Ag,负极为Fe,电解质为CuSO4溶液解析:将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应(电极反应式),即为负极 ,然后根据原电池的构成条件确定正、负极材料和电解质溶液。因此,本题负极必是Fe,正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体,电解质溶液为含Fe3+的盐溶液,所以B项正确。
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 (1)设计原电池原理:
原电池是一种将化学能转化为电能的装置,因此只有放热的氧化还原反应才可以设计成原电池。在电池中,通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动,将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行,使其成为两个“半反应”。
(2)设计原电池思路:
①电极材料的选择。负极一般是活动性强的金属材料,正极一般选用活动性比负极弱的金属材料或石墨等惰性电极。
②电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。
③保证设计出的原电池装置中,还原剂在负极上发生反应,氧化剂在正极上发生反应。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验2利用反应Zn+2FeCl3 ZnCl2+2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方格内画出实验装置图,并注明电极材料,写出电极反应式。
正极材料为 ,电极反应式为 ;?
负极材料为 ,电极反应式为 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测答案: 重点难点探究重要考向探究随堂检测1.下列关于原电池的叙述中正确的是( )
A.原电池能将化学能转变为电能
B.原电池负极发生的电极反应是还原反应
C.原电池在工作时其正极不断产生电子,并经外电路流向负极
D.原电池的电极只能由两种不同的金属构成
解析:原电池就是能将化学能转变为电能的装置,A正确;原电池负极失电子,发生的电极反应是氧化反应,B错误;原电池在工作时其负极不断产生电子,并经外电路流向正极,C错误;原电池的电极一般由活动性不同的电极材料构成,实际上金属与金属或金属与非金属导体均可,D错误。
答案:A重点难点探究重要考向探究随堂检测2.下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡
B.把镁条和铝条紧靠在一起浸入氢氧化钠溶液中,镁条表面出现气泡
C.把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁
D.把锌粒放入盛有稀盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速率加快
解析:选项A形成原电池,铜片作正极,表面出现氢气泡;选项B也形成原电池,但在强碱性溶液中,铝可以反应,镁不能,铝失去电子作负极,镁作正极,表面出现氢气泡;C选项铜片把三价铁离子还原为亚铁离子,不能置换出金属铁;D选项锌能置换出铜,锌铜形成无数微小原电池,加快气泡放出速率。
答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测3.下列装置可以形成原电池的是( )
解析:选项B中两电极材料相同;选项C中乙醇为非电解质;选项D中没有构成闭合回路。只有选项A符合原电池的构成条件。
答案:A重点难点探究重要考向探究随堂检测4.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KCl饱和溶液的U形管)构成一个原电池(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是( )
①在外电路中,电子由铜电极流向银电极
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①② B.①②④
C.②③ D.①③④重点难点探究重要考向探究随堂检测答案:B 重点难点探究重要考向探究随堂检测5.由锌片、铜片和200 mL稀硫酸组成的原电池如右图所示。
(1)原电池的负极反应式为? ,?
正极反应式为? 。?
(2)电流的方向是 。?
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L
(标准状况)气体时,右侧烧杯中的H2SO4
恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,
共消耗 g锌,有 个电子通过了导线,原稀硫酸中c(H2SO4)= (设溶液体积不变)。?重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:产生0.075 mol H2,通过0.075 mol×2=0.15 mol电子,消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)=0.075 mol×65 g·mol-1=4.875 g,N(e-)=0.15 mol×6.02×1023 mol-1=9.03×1022,c(H2SO4)=(2)由Cu极流向Zn极
(3)4.875 9.03×1022 1.5 mol·L-1重点难点探究重要考向探究随堂检测6.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应:2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2。画出原电池的示意图并写出电极反应。
解析:构成原电池的基本条件,也是进行原电池设计的基本依据。
(1)根据电池反应写出电极反应式。
(2)找出两电极材料。
(3)找出电解质溶液。
(4)形成闭合回路。重点难点探究重要考向探究随堂检测答案:原电池设计如下图 课件43张PPT。第二节 化学电源阅读思考自主检测任务一、认真阅读教材第74页的内容,思考回答下列问题,自主学习化学电源的概述。
1.化学电池与其他能源相比有何优点?
提示与其他能源相比,电池有许多优点。例如,它的能量转换效率较高,供能稳定可靠,可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组,使用方便,易于维护,并可在各种环境下工作。
2.如何判断一种电池的优劣或是否适合某种需要?
提示判断一种电池的优劣或是否适合某种需要,主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少[比能量,单位是(W·h)/kg,(W·h)/L],或者输出功率的大小(比功率,单位是W/kg,W/L)以及电池的可储存时间的长短,除特殊情况外,质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池,更适合使用者的需要。阅读思考自主检测任务二、认真阅读教材第75~78页的内容,思考回答下列问题:
1.市售的一次电池常见的品种有哪些?
提示市售一次电池品种很多,除熟知的普通锌锰干电池外,还有碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。
2.画一个碱性锌锰干电池的构造图,并标出正、负极及电池各部分的名称。 提示
碱性锌锰电池的构造阅读思考自主检测3.铅蓄电池由哪几部分构成?铅蓄电池有哪些优缺点?
提示铅蓄电池是最常见的二次电池,它由两组栅状极板交替排列而成,正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb,电解质是H2SO4溶液。
优点:电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
缺点:比能量低、笨重、废弃电池污染环境。?
4.什么是燃料电池?燃料电池和一般化学电池相比有何特点?
提示燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。它与一般化学电池不同,一般化学电池的活性物质储存在电池内部,故而限制了电池的容量,而燃料电池的电极本身不包含活性物质,只是一个催化转化元件。它工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出,于是电池就连续不断地提供电能。阅读思考自主检测1.下列有关化学电源的说法中不正确的是( )
A.化学电池能将化学能转化为电能
B.燃料电池能将全部化学能转化为电能
C.锌银电池的电解质是KOH,负极材料是Zn
D.一次电池包括碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等
答案:B阅读思考自主检测2.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、电解质和空气,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.电解质可能是强酸
答案:B阅读思考自主检测 3.燃料电池是一种新型电池,它利用燃料在反应过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应如下:X极,
下列判断中,正确的是( )
A.X是负极
B.Y是正极
C.Y极发生还原反应
D.Y极发生氧化反应
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测探究问题
1.以甲烷燃料电池为例,说明如何根据总反应式(CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O)书写电池的电极反应式?
提示根据总反应式书写电极反应式一般遵循如下步骤:
①根据总反应式标变价元素的化合价,根据化合价的变化写出氧化反应或还原反应:CH4被氧化,氧化产物是K2CO3,碳元素升高8价,转移电子数为8,所以氧化反应为CH4-8e-—— (电极反应式写离子方程式)。重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测2.给可充电电池充电时,如何对接外接电源?以铅蓄电池为例,说明充电过程和放电过程的区别与联系是什么?
提示①可充电电池充放电时的接法:重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测知识点拨
一、化学电池
1.定义
化学电池是将化学能转变成电能的装置。
2.化学电池的分类重点难点探究重要考向探究随堂检测二、常见的化学电池
1.一次电池
(1)碱性锌锰电池:
①组成:
正极:MnO2;负极:Zn;电解质:KOH。
②工作原理:重点难点探究重要考向探究随堂检测(2)银锌电池:
①组成:
负极:Zn,正极:Ag2O,电解质:KOH。
②工作原理:重点难点探究重要考向探究随堂检测2.二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)组成:
正极:PbO2;负极:Pb;电解质:H2SO4。
(2)工作原理:
铅蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应分为放电和充电两个过程。
①放电过程的电极反应、总反应:重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测(3)离子移动的方向:
充电电池放电时,电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极,电子按负极→用电器→正极方向流动,形成电流,对用电器做功;充电时,电池中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极,电子按“外接电源的负极→充电电池的阴极∣溶液中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极∣充电电池的阳极→外接电源的正极”方向流动,形成电流,给充电电池充电。
3.燃料电池
(1)工作原理:
①连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。
②燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应,只是一个催化转化元件。
③工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出。重点难点探究重要考向探究随堂检测(2)氢氧燃料电池:
氢氧燃料电池的构造:重点难点探究重要考向探究随堂检测考向一 化学电源原理的应用
【例题1】 微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率增大,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。
答案:A
规律方法点拨 (1)写电极反应式时,一定要注意电解质是什么,其中阴、阳离子要和电极反应式中出现的离子相对应,在碱性电解质中,电极反应式中不能出现H+;在酸性电解质中,电极反应式中不能出现OH-。
(2)正、负两极的电极反应式在得失电子相等时相加,即得总反应式。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验1近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂-铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为
下列说法不正确的是( )重点难点探究重要考向探究随堂检测答案:B 重点难点探究重要考向探究随堂检测考向二 充电电池原理的应用
【例题2】 高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正确的是( )重点难点探究重要考向探究随堂检测答案:C 重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 充电电池电极反应式书写时应注意的问题:
书写充电电池的电极反应式时,首先从放电过程入手,首先分析反应的总方程式,放电时负极发生氧化反应:元素化合价升高,通常是电极本身或电极中充入的气体失电子,正极则发生还原反应,元素的化合价降低;
其次分析充电过程:充电时的阴极反应式与放电时的负极反应式书写方向正好相反,充电时的阳极反应式与放电时的正极反应式书写方向相反;
第三,书写时特别注意两极反应生成的离子能否在电解质溶液中共存,若不能共存,则该离子还应与电解质溶液中的某种离子发生反应。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验2一种碳纳米管能够吸附氢气,可做充电电池(如图所示)的碳电极,该电池的电解质溶液为6 mol·L-1 KOH溶液,下列说法中正确的是( )
A.充电时将碳电极与电源的正极相连
B.充电时阴极发生氧化反应重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:A项,碳纳米管能够吸附氢气,可做充电电池的负极,放电时氢气发生氧化反应,故充电时该电极与外接电源的负极相连,错误;B项,充电时阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,错误;C项,放电时镍电极为正极,得到电子,发生还原反应,其电极反应为:NiO(OH)+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,正确;D项,放电时碳电极反应为:H2-2e-+2OH- 2H2O,错误。
答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测考向三 燃料电池原理的应用
【例题3】 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( )重点难点探究重要考向探究随堂检测答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 书写燃料电池的电极反应式应注意的问题:
(1)电池的负极一定是可燃性气体,失电子,发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2),得电子,发生还原反应。
(2)电极材料一般不参加化学反应,只起传导电子的作用。
(3)电极反应式作为一种特殊的离子方程式,也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验3
氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
右图为电池示意图,该电池电极表面镀了一层细小的
铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ,
在导线中电子的流动方向为 (用a、b表示)。
电池中的交换膜为阴离子交换膜,则溶液中OH-的移
动方向为由 池移向 池(填“左”或“右”)。?
(2)负极反应式为 ,正极反应式为 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测1.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
解析:二次电池,即可充电电池,所以A项对。B中,在原电池中,活泼金属Zn是负极,负极失电子发生氧化反应,因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极),B项错。
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液,电池总反应式为
下列说法错误的是( )
A.电池工作时,锌失去电子
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g重点难点探究重要考向探究随堂检测答案:C 重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:原电池中负极发生氧化反应,正极发生还原反应,通氧气的一极为正极,选项A不正确;根据电极反应式和电子守恒可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2,选项B正确;C项,由电极反应式可知,放电一段时间后,KOH的物质的量浓度减小,选项C不正确;负极周围的OH-参与电极反应,不断减少,水电离产生的H+就不断增加, 向负极移动,选项D不正确。
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅、锑合金栅架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是
下列对铅蓄电池的说法错误的是( )
A.需要定期补充硫酸
B.工作时铅是负极,PbO2是正极
D.工作时电解质溶液的密度减小重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:铅蓄电池在工作时相当于原电池,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,所以Pb是负极,PbO2是正极。在工作时,负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的 反应生成PbSO4沉淀。放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸等量。在电池制备时,PbSO4的量是一定的,制成膏状的PbSO4干燥后安装,说明H2SO4不用补充。放电时,H2SO4被消耗,溶液中H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。
答案:A重点难点探究重要考向探究随堂检测5.熔融盐燃料电池具有很高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制得在650 ℃下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式:
正极反应式: ;?
总电池反应式: 。?解析:负极失去电子发生氧化反应;正极得到电子发生还原反应。依题意,总电池反应式应为CO的燃烧反应,即2CO+O2 2CO2,根据正极反应式+负极反应式=总电池反应式,可推知正极反应式。重点难点探究重要考向探究随堂检测6.航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源,燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置,它可直接将化学能转化为电能。我国发射的“神舟”九号载人飞船是采用先进的甲烷电池为电能来源的,该电池以KOH溶液为电解质溶液,其总反应的化学方程式为
(1)写出正极反应式: 。?
(2)消耗标准状况下的5.6 L O2时,有 mol电子发生转移。?
(3)开始放电时,正极附近溶液pH (填“增大”“减小”或“不变”)。?解析:以KOH溶液为电解质溶液,正极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,故消耗标准状况下的5.6 L O2(即0.25 mol)时,有0.25 mol×4=1 mol电子发生转移,因正极生成OH-,故溶液的pH增大。课件43张PPT。第三节 电解池第1课时 电解原理阅读思考自主检测任务、认真阅读教材第79页到第80页的内容,思考回答下列问题,自主学习电解原理:
1.什么是电解池?什么是放电?
提示电解池是由电能转变成化学能的装置;放电是指离子到达电极时,失去或获得电子,发生氧化反应或还原反应的过程。
2.实验4-2的实验目的是什么?实验过程中需要哪些实验用品?
提示实验4-2的实验目的是探究电解原理;实验用品有U形管、石墨电极(2根)、导线、电流计、直流电源、CuCl2溶液、淀粉碘化钾试纸。
3.什么是阴极?什么是阳极?分别与直流电源的哪一极相连?
提示发生还原反应的一极是阴极,发生氧化反应的一极是阳极;阴极与直流电源的负极相连,阳极与直流电源的正极相连。阅读思考自主检测4.在电解池中,断开电路和闭合电路时,离子的移动方向是什么?
提示断开电路时,离子趋向杂乱无章的运动;闭合电路,电解池工作时,阴离子趋向阳极,阳离子趋向阴极。
5.0.1 mol·L-1CuCl2溶液中有哪些离子?来源于哪
里?阴、阳离子浓度的大小顺序分别如何?阅读思考自主检测1.将两个石墨棒与直流电源的两极相连,并插入氯化铜溶液中,则下列说法中正确的是( )
A.在两个电极上都有无色气体产生
B.与电源正极连接的一极上有气体产生
C.在阳极的石墨棒上有紫红色的金属析出
D.随着反应的进行,溶液的浓度越来越大
答案:B阅读思考自主检测2.如图为电解Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测探究问题
实验目的:以电解氯化铜溶液为例研究电解的基本原理。
实验步骤:在U形管中注入CuCl2溶液,插入两根石墨棒作电极(如图),把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近,接通电源。
CuCl2溶液的电解
实验现象:阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜,在阳极石墨棒上有刺激性气味气体产生,且使湿润的淀粉碘化钾试纸变成蓝色。重点难点探究重要考向探究随堂检测1.分析上述电解池工作时,电子的流向、离子的运动方向,并在上图的基础上,绘制出电解池工作时,是如何构成闭合回路的?
提示接通外接电源后,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,阳离子向阴极移动,在阴极上得电子,发生还原反应,阴离子向阳极移动,在阳极上失去电子,发生氧化反应,电子由阳极流出,并沿导线流回电源的正极,如图所示。重点难点探究重要考向探究随堂检测2.根据上述实验现象分析,电解过程中在阴极、阳极上各发生什么反应?其电极反应式分别是什么?电解的总反应式是什么?
提示氯离子在阳极上失去电子发生氧化反应,铜离子在阴极上得电子发生还原反应,电极反应式分别为
3.如何确定在阴极和阳极上的放电微粒?
提示确定在阴极和阳极上的放电微粒时,需要依据放电顺序:阴极的放电顺序就是在阴极上得电子的氧化剂的氧化性由强到弱的顺序,阳极上的放电顺序就是在阳极上失电子的还原剂的还原性由强到弱的顺序。重点难点探究重要考向探究随堂检测知识点拨
一、电解时电极产物的判断
1.基本思路重点难点探究重要考向探究随堂检测2.离子放电顺序
(1)阴离子放电顺序。
(2)阳离子放电顺序。重点难点探究重要考向探究随堂检测3.根据实验现象判断阴、阳极和电极产物
实际题目中往往不给出电解池的电源,而是给出一些实验现象,据此先判断出是何种离子放电,从而确定出电源的正负极和电解池的阴阳极,并进行有关问题的分析。
(1)滴入酚酞显红色的一极(说明H+放电,电极附近溶液显碱性)是阴极,接电源的负极;
(2)滴入石蕊显红色的一极(说明OH-放电,电极附近溶液显酸性)是阳极,接电源的正极;
(3)电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极,接电源的负极。重点难点探究重要考向探究随堂检测二、酸、碱、盐溶液的电解规律
用惰性电极电解酸、碱、盐溶液,填写下表:重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测考向一 电解池的结构
【例题1】 下图所示的装置能够组成电解池的是( )
解析:电解池的构成:①直流电源,②两个电极,③电解质溶液(或熔融电解质),④形成闭合回路。由此分析,可知答案为D。
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测【例题2】 某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验,滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。据此,下列叙述正确的是( )
A.铅笔端做阳极,发生还原反应
B.铂片端做阴极,发生氧化反应
C.铅笔端有少量的氯气产生
D.a点是负极,b点是正极重点难点探究重要考向探究随堂检测答案:D
规律方法点拨 在电解池中,阴极发生还原反应,溶液中的阳离子放电;阳极发生氧化反应,阳极或溶液中的阴离子放电。如果溶液中有金属析出,则该极为阴极。电解池中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,电子从阳极出来,通过导线进入正极,电子从负极出来,通过导线到达阴极。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验1下列关于电解池的叙述中,不正确的是( )
A.与电源正极相连的是电解池的阴极
B.电解池是电能转化为化学能的装置
C.溶液中的阳离子移向阴极
D.在电解池的阳极发生氧化反应
解析:与电源正极相连的是电解池的阳极,与负极相连的是电解池的阴极。
答案:A重点难点探究重要考向探究随堂检测考向二 电解池工作时电极反应式的书写
【例题3】 (1)若以惰性电极电解CuSO4溶液,试分析电极产物并写出电极反应式及总反应式。
(2)若将等物质的量的CuSO4和MgCl2混合溶于水,对该溶液以惰性电极进行电解,试讨论两个电极可能的产物,并写出总反应式。重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 电解池电极反应式及电解总反应式书写技巧:
(1)先判断出阴、阳极,再看阳极材料。若活性电极作阴极,只起导体的作用;若活性电极作阳极(指金属活动性顺序中Ag及Ag以前的金属),则电极材料失电子,发生氧化反应,电极被溶解,溶液中阴离子不能失电子。阴极本身被保护,溶液中阳离子放电。
(2)再依据阴、阳离子的放电顺序书写电极反应式;最后写电解总反应式。(注意溶液中的H+和OH-)
提醒:注意判断阳极溶解生成的阳离子是否与介质中的阴离子发生反应。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验2如图中,甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L-1 AgNO3溶液,乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L-1 CuCl2溶液,A、B、C、D均为质量相同的石墨电极,如果电解一段时间后,发现A极比C极重1.9 g,则(1)电源E为 极,F为 极。?
(2)A极的电极反应式为 ,析出物质的物质的量为 mol。?
(3)B极的电极反应式为 ,析出气体的体积为 mL(标准状况)。?重点难点探究重要考向探究随堂检测(4)C极的电极反应式为 ,析出物质的物质的量为 mol。?
(5)D极的电极反应式为 ,析出气体的体积为 mL(标准状况)。?
(6)甲烧杯中滴入石蕊溶液, 极附近变红,如果继续电解,在甲烧杯中最终得到 溶液。?重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测考向三 用惰性电极电解电解质溶液规律的应用
【例题4】 从 、 、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是 (至少答一种,下同);?
(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时,电解质的化学式可能是 ;?
(3)两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式可能是 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:(1)该题找两极分别放出H2和O2的电解质,其阳离子是H+或比H+放电能力弱的Ba2+;阴离子是OH-或比OH-放电能力弱的 、 ,则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。
(2)阴极上的阳离子应是比H+放电能力强的Cu2+、Ag+,阳极上阴离子应是放电能力弱于OH-的 、 ,由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质,即符合题意。
(3)阴极放出的是H2,阳极是Cl-放电生成Cl2。
答案:(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2
(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3
(3)HCl、BaCl2重点难点探究重要考向探究随堂检测【例题5】 用石墨作电极电解1 mol·L-1 CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5 mol·L-1时,停止电解,向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状态( )
A.CuSO4 B.CuO
C.Cu(OH)2 D.CuSO4·5H2O由以上反应可知,电解使2 mol CuSO4和2 mol H2O变成了2 mol H2SO4,同时析出铜,放出O2,溶液中每生成2 mol Cu,则放出1 mol O2,故需补充CuO。
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 (1)解答电解题目的一般步骤:
首先,要看清阳极材料,若为活性电极,则电极本身失电子被氧化;若为惰性电极,则溶液中的阴离子失电子被氧化;且注意溶液中OH-的存在。
其次,要熟记各种阴、阳离子在溶液中的放电顺序,且注意溶液中H+的存在。
最后,正确写出相应的电极反应式及总反应方程式。
(2)电解后复原电解液的方法:
电解后要恢复原电解质溶液的浓度,须加适量的某物质,基本原则是“析出什么加什么”。如用惰性电极电解CuSO4溶液,阳极放出氧气,阴极析出铜,要恢复原溶液浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,当然也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与H2SO4反应生成水,使水量增加。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验3下图中能验证用惰性电极电解氯化钠溶液(含酚酞)的电解产物的装置是( )重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:电解饱和食盐水生成H2和Cl2,H2可用向下排空气法收集检验,Cl2可用碘化钾淀粉溶液检验,排除A、B。生成H2的一极为阴极,与电源负极相连,生成Cl2的一极为阳极,与电源正极相连,据此可知电子流向正确的为D项。
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验4用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得溶液中加入0.1 mol的Cu(OH)2后,恰好恢复到电解前溶液的浓度和pH,则电解过程中转移电子的物质的量为( )
A.0.1 mol B.0.2 mol
C.0.3 mol D.0.4 mol
解析:若只电解CuSO4,加入CuO即可恢复电解前的浓度,题中加入Cu(OH)2说明电解了0.1 mol CuSO4和0.1 mol H2O,故转移的电子数目为0.2 mol+0.2 mol=0.4 mol。
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测1.将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解,且电解时间足够长。有以下结论:①溶液中几乎没有Br-;②电解质溶液为无色;③最终溶液显碱性;④K+、Na+和 的浓度几乎没有变化。其中正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)( )
A.①②③ B.②③④
C.①②④ D.①③④重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:溶液中存在的阴离子有:Cl-、Br-、 、OH-,阳离子有:K+、Cu2+、Na+、H+。因用Pt电极电解足够长的时间,阴离子首先放电的是Br-,其次是Cl-,最后是OH-, 在溶液中不放电;阳离子先放电的是Cu2+,其次是H+。所以先电解CuBr2,阳极逸出Br2,阴极析出Cu,当CuBr2电解完毕时,相当于继续电解HCl(H+来自于水中),当Cl-被消耗尽时,则继续电解水。由于Cu2+转化为单质铜,电解液变为无色;Cl-放电时,水电离出的H+放电,使溶液中的c(OH-)增大;由于水被消耗,c(K+)、c(Na+)和c( )会增大。
答案:A重点难点探究重要考向探究随堂检测2.用石墨棒作电极,在Na+、Cu2+、Cl-、 中选出适当离子组成电解质,电解其溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:
(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,电解质是 。?
(2)当阴极析出金属,阳极放出O2时,电解质是 。?
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,电解质是 。?
(4)通过电子的物质的量与阴极析出金属的物质的量、阳极放出气体的物质的量之比为4∶2∶1时,电解质的化学式是 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,则电解时放电离子分别为H+、OH-,实际被电解的物质为H2O,电解质为活泼金属含氧酸盐Na2SO4。
(2)当阴极析出金属、阳极放出O2时,电解时放电离子为金属离子、OH-,实际被电解的物质为H2O和电解质,应为CuSO4。
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,放电离子为H+、Cl-,则电解质应为NaCl。重点难点探究重要考向探究随堂检测答案:(1)Na2SO4
(2)CuSO4
(3)NaCl
(4)CuSO4重点难点探究重要考向探究随堂检测3.甲、乙两池电极材料都是铁棒与石墨棒,请回答下列问题:
(1)若两池中均为CuSO4溶液,反应一段时间后:
①有红色物质析出的是甲池中的 棒,乙池中的 棒。?
②乙池中阳极的电极反应式是? 。?
(2)若两池中均为饱和NaCl溶液:
①写出乙池中总反应的离子方程式? 。?
②甲池中石墨棒电极上电极反应式是? ,?
乙池中石墨棒电极上电极反应属于 (填“氧化反应”或“还原反应”)。?重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测课件41张PPT。第2课时 电解原理的应用任务一、认真阅读教材第80页到第81页的内容,思考回答下列问题,自主学习电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气。
1.什么是氯碱工业?
提示习惯上,把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
2.食盐水溶液中含有哪些离子?阴离子失电子的难易顺序和阳离子得电子的难易顺序如何?写出电极反应式和总反应式。
提示在食盐溶液中,存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子。通电时,在阳极,Cl-比OH-容易失去电子,氧化生成氯气;在阴极,H+比Na+容易得到电子,还原生成氢气。阅读思考自主检测阅读思考自主检测任务二、认真阅读教材第81页的内容,思考回答下列问题,自主学习电镀。
1.什么是电镀?电镀的目的是什么?镀层金属一般具有什么特点?
提示电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度。镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易发生变化的金属(如铬、镍、银)和合金(如黄铜)。阅读思考自主检测2.电镀时,如何设计阴极、阳极和电解液?
提示电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,把镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
3.如何用电镀的方法电解精炼粗铜?
提示电解时,用纯铜板作阴极,粗铜板作阳极,用CuSO4溶液作电解液。当通以直流电时,作为阳极的粗铜逐渐溶解,纯铜在阴极上析出,粗铜中的多数杂质沉积在电解槽的底部。阅读思考自主检测任务三、认真阅读教材第81页到第82页的内容,思考回答下列问题,自主学习电冶金。
1.什么是金属冶炼?
提示金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来:Mn++ne- M。
2.常常用电解法冶炼哪些金属?
提示常常用电解法冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
3.利用电解法制备金属钠时,电解液是什么?阴极、阳极的电极反应式及总反应式分别是什么?阅读思考自主检测1.欲在金属表面镀银,应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中,选用的阳极金属和电镀液均正确的是( )
A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液
C.Fe和AgNO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液
答案:B
2.在冶金工业中,常用电解法得到钠、镁、铝等金属,其原因是( )
A.都是轻金属
B.都是活泼金属
C.成本低廉
D.这些金属的化合物熔点较低
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测探究问题
实验目的:模拟电解原理的应用。
实验装置:如右图所示:
1.若用如图所示装置,模拟氯碱工业,则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么?电极反应式和总反应式分别是什么?用这种装置进行氯碱工业生产有什么缺点?如何改进?重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测2.若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么?电极反应式分别是什么?电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化?
提示若用如图所示装置,模拟铁制品上镀铜,则电极a是Cu,电极b是铁制品,电解质溶液是CuSO4溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。重点难点探究重要考向探究随堂检测3.若用如图所示装置,模拟电解精炼粗铜(含Zn、Fe、Ag等杂质),则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么?电极反应式分别是什么?电镀过程中电解质溶液中Cu2+的浓度如何变化?重点难点探究重要考向探究随堂检测知识点拨
一、电解饱和食盐水——氯碱工业
1.原理
(1)电极反应式:重点难点探究重要考向探究随堂检测2.氯碱工业的电解槽
由阳极(金属钛网)、阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。如图表示一个单元槽的示意图。重点难点探究重要考向探究随堂检测二、电镀与电解精炼的比较 重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测考向一 氯碱工业原理的应用
【例题1】
如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列有关说法不正确的是( )
A.装置中的离子交换膜只允许阳离子通过,不允许阴离子通过
B.装置中出口①处的物质是氢气,出口②处的物质是氯气
C.除去杂质后的NaOH溶液从出口B处导出
D.转移0.8 mol电子时产生H2 8.96 L(标准状况下)重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:阳离子交换膜只允许阳离子通过,A正确;①处是阳极,发生 ,B错误;②处H+放电后生成OH-,Na+通过离子交换膜从左室进入右室,所以除去杂质后的NaOH溶液从B口导出,C正确;生成1 mol H2转移2 mol电子,转移0.8 mol电子时生成0.4 mol H2,标准状况下为8.96 L,D正确。
答案:B
规律方法点拨 电解饱和食盐水时,电解产物之间能够发生化学反应,如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO,H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中,为避免这几种产物混合,需要使反应在特殊的电解槽中进行。工业上在阴极区和阳极区之间设置一个离子交换膜,阻止OH-向阳极区移动,使氯气与氢氧化钠不能发生反应,从而制得烧碱、氯气和氢气。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验1关于电解NaCl水溶液,下列叙述正确的是( )
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液, 溶液呈现紫色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液, 溶液呈现无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈现中性
解析:电解NaCl溶液,阴极生成H2和NaOH,阳极生成Cl2。
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测考向二 电镀原理的应用
【例题2】 某同学欲在铜钥匙上镀锌,有关说法正确的是( )
A.用铜钥匙做阳极,碳棒做阴极,CuSO4溶液做电解质溶液
B.Zn与铜钥匙用导线相连插入ZnSO4溶液中
C.Zn做阳极,铜钥匙做阴极,ZnSO4溶液做电镀液电解
D.在电镀过程中溶液中的Zn2+浓度减小,Cu2+浓度增大
解析:锌为镀层金属,需做阳极,铜为镀件,需做阴极,含有镀层金属离子的溶液做电解液。
答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 (1)电镀的特点:
①阳极材料是活性电极(金属活动性顺序Ag以前,即除Au、Pt),阳极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。
②一多、一少:“一多”指阴极上有镀层金属沉积,“一少”指阳极上有镀层金属溶解。
(2)电镀过程中电镀液浓度的变化情况:
①若电镀池的阳极为镀层金属,则阳极溶解产生的离子的物质的量等于溶液中的离子在阴极得电子析出的物质的量,此时,电镀液的浓度保持不变,电镀过程中,需要经常更换阳极材料。
②若电镀池的阳极为惰性电极,则阳极不溶解,但溶液中的离子在阴极得电子析出,此时,电镀液的浓度不断减小,电镀过程中,需要经常更换电镀液。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验2在铁制品上镀一层一定厚度的锌层,以下方案设计正确的是( )
A.锌做阳极,镀件做阴极,溶液中含有锌离子
B.铂做阴极,镀件做阳极,溶液中含有锌离子
C.铁做阳极,镀件做阴极,溶液中含有亚铁离子
D.锌做阴极,镀件做阳极,溶液中含有亚铁离子
解析:电镀原理是镀层金属做阳极、镀件做阴极,含有镀层金属阳离子的电解质溶液做电镀液。
答案:A重点难点探究重要考向探究随堂检测考向三 电解精炼原理的应用
【例题3】 以硫酸铜溶液做电解液,对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述正确的是( )
①粗铜与直流电源负极相连 ②阴极发生的反应为Cu2++2e- Cu ③电路中每通过3.01×1023个电子,得到的精铜质量为16 g ④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥
A.①③ B.②④ C.③④ D.②③
解析:粗铜做阳极,与电源正极相连;杂质Ag以单质的形式形成阳极泥。
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 (1)电解精炼过程:
电解精炼粗铜时,用含杂质的铜做阳极,精铜做阴极。反应过程中阳极上首先是比Cu活泼的金属失去电子成为离子,进入溶液,在阴极只有Cu2+得电子成为单质,然后是Cu失去电子成为离子,进入溶液,在阴极仍然只有Cu2+得电子成为单质,当金属铜放电完毕,活泼性比Cu差的金属掉落形成阳极泥,此时电路断路,电解结束;其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。
(2)电解精炼过程中,溶液中Cu2+浓度的变化情况:
阳极上比Cu活泼的金属放电时,溶液中的Cu2+在阴极上放电,浓度不断减小,然后当Cu放电时,生成一个铜离子进入溶液的同时,溶液中的一个铜离子得电子变成铜单质析出,溶液中的Cu2+浓度保持不变。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验3以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是( )
A.溶液中Cu2+浓度保持不变
B.粗铜接电源正极,发生还原反应
C.溶液中Cu2+向阳极移动
D.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
解析:电解精炼铜时利用了电解原理,电能转化为化学能,也有少量转化为热能。电解精炼时粗铜做阳极,发生氧化反应,精铜做阴极,发生还原反应。电解时,溶液中的阳离子向阴极移动,在阴极上得电子。粗铜中的不活泼金属不能失电子,以阳极泥的形式沉积在阳极附近。
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测考向四 电化学的相关计算
【例题4】 如图所示,若电解5 min时,测得铜电极的质量增加2.16 g。
试回答:
(1)电源中X极是 (填“正”或“负”)极。?
(2)通电5 min时,B中共收集到224 mL(标准状况下)气体,溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计),则通电前c(CuSO4)= 。?
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL,则电解后溶液的pH为 。(KW=1.0×10-14)?重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:(1)铜极增重,说明银在铜极上析出,则铜极为阴极,X为负极。
(2)C中铜极增重2.16 g,即析出0.02 mol Ag,线路中通过0.02 mol电子。由4e-~O2,可知B中产生的O2只有0. 005 mol,即112 mL。但B中共收集到224 mL气体,说明还有112 mL气体是H2,即Cu2+全部在阴极放电后,H+接着放电产生了112 mL H2,则通过0.01 mol电子时,Cu2+已完全被还原。由2e-~Cu,可知n(Cu2+)=0.005 mol,则c(CuSO4)= =0. 025 mol·L-1。
(3)由4e-~4OH-知,A中生成0. 02 mol OH-,则c(OH-)=0.1 mol·L-1,c(H+)= mol·L-1=1.0×10-13 mol·L-1,pH=13。
答案:(1)负 (2)0. 025 mol·L-1 (3)13重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 电化学的有关计算
(1)计算的原则:
①阳极还原剂失去的电子数=阴极氧化剂得到的电子数。
②串联电路中通过各电极的电子总数相等。
③电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
(2)计算的方法:重点难点探究重要考向探究随堂检测(3)注意几个等量关系式:
①当电流通过一个或多个串联的电解池时,它们皆处于同一闭合电路中,所以同一时间内通过的电子的物质的量相等。
②常见电化学计算的对应关系:
如电解中析出气体时,在同温、同压下析出各气体物质的量之比为n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)=1∶1∶0.5。
总之,电解混合溶液时要注意电解的阶段性,电极反应式和总电池反应式,电解产物与转移电子数之间的关系式是电化学计算的主要依据。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验4有一电解装置如图所示。图中B装置中盛有1 L 2 mol·L-1 Na2SO4溶液,A装置中盛有1 L 2 mol·L-1 AgNO3溶液。通电后,湿润的淀粉KI试纸的C端变蓝色,电解一段时间后,试完成下列问题。重点难点探究重要考向探究随堂检测(1)A中发生反应的化学方程式为? 。?
(2)在B中观察到的现象是?? 。?
(3)室温下,从电解开始到时间为t时,A、B装置中共收集到气体0.168 L(标准状况下),若电解过程中无其他副反应发生,且溶液体积变化忽略不计,则在t时,A中溶液的pH为 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测(2)石墨电极表面有气泡产生,铜电极周围溶液变成蓝色,一段时间后U形管下部有蓝色沉淀产生
(3)2重点难点探究重要考向探究随堂检测1.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是( )
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生氧化反应
D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
解析:电解时粗铜作阳极,与电源正极相连,失电子发生氧化反应;精铜作阴极,与电源负极相连,得电子发生还原反应,A、B、C错误。因为在金属活动性顺序中,Ag、Pt排在Cu的后面,所以电解时,Ag、Pt不会失电子,D正确。
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测2.在25 ℃时,将两个铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解,通电一段时间后,在阳极逸出a mol气体,同时有W g Na2SO4·10H2O晶体析出,若温度不变,此时剩余溶液中溶质的质量分数是( )重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:用惰性电极电解饱和硫酸钠溶液相当于电解水,2H2O 2H2↑+O2↑,阳极产生氧气。当阳极析出氧气a mol时,消耗水2a mol。当饱和溶液减少2a mol水即36a g水时,有晶体析出,留下溶液仍为饱和溶液,即将W g Na2SO4·10H2O晶体加入到36a g水中所得溶液仍为饱和溶液。该溶液中溶质的质量分数为
答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测3.如图所示,通电5 min后,第③极增重2.16 g,此时CuSO4恰好电解完。设A池中原混合溶液的体积为200 mL。
(1)电源F为 极;第②极为 极;B池为 池。?
(2)A池中第②极上的电极反应式为? 。?
(3)通电前A池中原混合溶液Cu2+的浓度为 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测4.下图为相互串联的甲、乙两个电解池,甲池利用电解原理在铁上镀银,试回答:
(1)A是 、 (填电极材料和电极名称),电极反应式是 ;B是 、 (填电极材料和电极名称),电极反应式是 ,应选用的电解质溶液是 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测(2)乙池中若滴入少量酚酞溶液,开始电解一段时间,铁极附近呈 色;C极附近呈 色。?
(3)若甲槽阴极增重43.2 g,则乙槽中阳极上放出的气体在标准状况下的体积是 mL。?
若乙槽中剩余溶液仍为400 mL,则电解后所得NaOH溶液的物质的量浓度为 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测课件36张PPT。第四节 金属的电化学腐蚀与防护阅读思考自主检测任务一、认真阅读教材第84页的内容,思考并回答下列问题,自主学习金属腐蚀的危害。
1.列举生活中见到的金属腐蚀现象。
提示铁器生锈,铜制品长出铜绿。
2.列举金属腐蚀的危害。
提示金属被腐蚀后,在外形、色泽以及机械性能方面就会发生变化,从而使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低,直至报废。
金属腐蚀还会使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌,地下金属管道发生泄漏,轮船船体损坏等等。阅读思考自主检测任务二、认真阅读教材第84页到86页的内容,思考并回答下列问题,自主学习金属的电化学腐蚀原理。
1.什么是金属的腐蚀?金属的腐蚀一般可分为哪几种类型?
提示金属腐蚀是金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。由于与金属接触的气体或液体物质不同,发生腐蚀的情况也不同,一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。阅读思考自主检测2.举例说明什么是化学腐蚀?化学腐蚀的速率与温度高低有什么关系?举例说明什么是电化学腐蚀?
提示金属跟接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀,叫做化学腐蚀。例如,铁与氯气直接反应而腐蚀,钢管被原油中的含硫化合物腐蚀等。化学腐蚀的速率随着温度升高而加快。
不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中生锈,就是电化学腐蚀最典型的例子。
3.为什么钢铁在干燥的空气中不易腐蚀,在潮湿的空气中却易腐蚀?
提示干燥的空气中钢铁发生化学腐蚀,而在潮湿的空气中,钢铁表面形成一层电解质溶液的水膜,构成原电池,发生电化学腐蚀,增大了腐蚀速率。阅读思考自主检测任务三、认真阅读教材第86页到87页的内容,思考并回答下列问题,自主学习金属的电化学防护。
1.金属的电化学防护方法有哪些?
提示金属的电化学防护方法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
2.除了电化学防护外,金属的防护方法常见的还有哪些?
提示除了电化学防腐蚀外,金属防腐蚀的方法还有很多种。例如把金属制成防腐的合金,如不锈钢,就是有效的方法。还可以采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等其他方法使金属与空气、水等物质隔离,以防止金属腐蚀。阅读思考自主检测1.下列关于金属腐蚀的说法中正确的是( )
C.金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D.在潮湿的环境中,金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀
答案:B阅读思考自主检测2.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是( )
A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈
D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生
答案:D阅读思考自主检测3.为了防止钢铁锈蚀,下列防护方法中正确的是( )
A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B.在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨,一同浸入海水中
C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D.在电动输油管的铸铁管上接直流电源的正极
答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测探究问题
1.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的原理是什么?写出钢铁发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀时的电极反应。
提示在潮湿的空气里,钢铁表面会形成一薄层水膜,水膜既可以溶解大气中的CO2、SO2、H2S等气体(此水膜中含有一定量的H+,溶液显酸性),也可以溶解一定量的氧气(此水膜酸性很弱或显中性),结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池,在这些原电池里,铁是负极,碳是正极,铁失去电子而被氧化,钢铁发生电化学腐蚀。具体的电极反应式如下重点难点探究重要考向探究随堂检测2.钢铁腐蚀的快慢与哪些因素有关?如何防止钢铁被腐蚀?
提示金属腐蚀的快慢是由金属的活动性决定的,同时与温度、金属表面的电解质溶液浓度以及组成原电池的正负极间的活动性差别的大小等因素有关。
常用金属的防护措施有如下几种:
(1)金属的防护措施:重点难点探究重要考向探究随堂检测(2)电化学防护法:
①牺牲阳极的阴极保护法:将被保护的金属制品和活泼金属相连,让活泼金属作原电池的负极(阳极),失去电子;则金属制品作为原电池的正极(阴极)被保护下来的方法。
②外加电流的阴极保护法:将被保护的金属和电源的负极连接,另选一块能导电的惰性材料接电源正极。通电后,使金属表面产生负电荷(电子)的聚积,抑制了金属失电子,从而防止金属被腐蚀。重点难点探究重要考向探究随堂检测知识点拨
一、化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系重点难点探究重要考向探究随堂检测重点难点探究重要考向探究随堂检测二、牺牲阳极的阴极保护法与外加电流的阴极保护法的比较重点难点探究重要考向探究随堂检测考向一 金属的腐蚀原理与防护方法
【例题1】 如图所示烧杯中试管内有一枚铁钉,放置
数天后观察:
(1)铁钉在逐渐生锈,则铁钉的腐蚀属于 腐蚀。?
(2)若试管内液面上升,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,电极反应式:负极 ,正极 。?
(3)若试管内液面下降,则原溶液呈 性,发生 腐蚀,电极反应式:负极 ,正极 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:根据原电池的构成条件:有两种不同活性的电极材料(本题中Fe为负极,碳为正极)、有电解质溶液、形成闭合回路,可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果知:试管内液面上升,说明试管内压强减小,试管内气体被吸收,是铁钉吸氧腐蚀的结果,据此写出电极反应式;试管内液面下降,说明试管内气体压强增大,试管内产生了气体,是铁钉析氢腐蚀的结果,据此写出电极反应式。
答案:(1)电化学重点难点探究重要考向探究随堂检测【例题2】 钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为 。?
(2)为了降低某水库铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用 (填写字母序号)。该防护方法属于 法。?
A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨重点难点探究重要考向探究随堂检测(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的 极。该防护方法称为 。?重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:(1)发生吸氧腐蚀时,负极上Fe失电子,正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,则锌会失去电子而溶解,Fe被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法,Na会与水反应生成NaOH,达不到保护铁闸门的目的。(3)属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。
(2)C 牺牲阳极的阴极保护
(3)负 外加电流的阴极保护法重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 (1)判断电化学保护法的类型,应分清其基本原理,看是利用电解原理的外加电流的阴极保护法还是应用原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法,两者不能混淆。
(2)无论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀,作为负极的铁都不断地被氧化。金属腐蚀主要是电化学腐蚀。
(3)由于通常情况下,金属表面不会遇到酸性较强的溶液,所以金属腐蚀的主要形式是电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀代替。金属活动性顺序中位于氢前和氢后的金属都能发生吸氧腐蚀,但只有在氢前的金属才会发生析氢腐蚀。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验1如图装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。下列有关叙述错误的是 ( )
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:a为中性环境,发生吸氧腐蚀,氧气被消耗,气体压强减小;b中酸性较强,发生析氢腐蚀,有氢气放出,气体压强增大,所以红墨水柱两边的液面变为左高右低,选项B不正确。
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验2下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )
A.纯银器的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,镀层不能对铁制品起保护作用
C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:纯银器的表面在空气中易生成硫化物失去光泽,属于化学腐蚀,A项正确;当镀锡铁制品镀层破损后,由于铁比锡活泼,形成原电池时,铁作原电池的负极,加快铁的腐蚀,B项正确;锌比铁活泼,当在海轮外壳上连接锌块后,锌失电子而海轮外壳被保护,此法为牺牲阳极的阴极保护法,C项正确;要采用电解原理保护金属,应将金属与直流电源的负极相连,即作电解池的阴极,D项错误。
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测考向二 腐蚀的条件与腐蚀快慢的比较
【例题3】 如图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )
A.②①③④ B.④③①② C.④②①③ D.③②④①
解析:②③④实质均为原电池装置。③中Fe为正极被保护;②④中Fe为负极,均被腐蚀,但相对来说,Fe和Cu的金属活动性的差别比Fe和Sn的大,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀得快;①中发生化学腐蚀。
答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测规律方法点拨 不同条件下金属腐蚀快慢的判断
(1)各种腐蚀的程度由大到小依次排列为:电解原理引起的腐蚀(即电解池的阳极)、原电池原理引起的腐蚀(即原电池的负极)、化学腐蚀、有防护措施的腐蚀(即电解池的阴极、原电池的正极及加有镀层的金属等)。
(2)活动性不同的两金属,其活动性越强,腐蚀得越快。
(3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
(4)对同一种金属来说,腐蚀快慢的规律如下:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。重点难点探究重要考向探究随堂检测成功体验3铁在下列情况下腐蚀最快的是( )
A.铁放在海水中
B.铁和锌连接放入海水中
C.铁和锡连接放入海水中
D.铁和锡连接放入淡水中
解析:铁放在海水中直接发生化学腐蚀;铁和锌连接放入海水中,锌作负极,铁作正极受到保护;铁和锡连接放入海水中,铁作负极发生电化学腐蚀,速率最快;而铁和锡连接放入淡水中,由于淡水中的离子浓度较小,所以腐蚀的速率比在海水中要慢。
答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测1.下列关于电化学腐蚀和化学腐蚀的说法正确的是( )
A.电化学腐蚀没有发生氧化还原反应
B.化学腐蚀发生氧化还原反应
C.电化学腐蚀没有发生化学反应,化学腐蚀发生化学反应
D.电化学腐蚀有电子转移,化学腐蚀没有电子转移
解析:电化学腐蚀和化学腐蚀实质一样,两者都发生氧化还原反应,都是金属失电子,被氧化,但电化学腐蚀构成闭合回路,有电流产生,而化学腐蚀没有产生电流。
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测2.钢铁在潮湿的空气中往往发生电化学反应而被腐蚀,下列方程式在钢铁的电化学腐蚀过程中不存在的是( )
答案:D重点难点探究重要考向探究随堂检测3.铁生锈是一种常见的自然现象,其主要反应的化学方程式为4Fe+3O2+xH2O 2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架,水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是( )
A.①
B.②
C.③
D.④
解析:④处没有和电解质溶液接触,不能构成原电池,锈蚀较慢;①②③处已与电解质溶液接触,但①②处含O2较少,所以③处腐蚀最快。
答案:C重点难点探究重要考向探究随堂检测4.下列有关金属的保护方法的说法中正确的是( )
A.常使用的快餐杯表面有一层搪瓷,搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用
B.白铁(镀锌铁)镀层破损后,铁皮的腐蚀仍很慢
C.轮船的船壳水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阴极的阳极保护法
D.钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青,这是钢铁的电化学保护法
解析:A项中涂层破损后,铁直接暴露在空气中,因而搪瓷层不能对破损部分进行保护;B项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强,与铁构成原电池,锌作负极,保护铁不被腐蚀;C选项应是牺牲阳极的阴极保护法;D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。
答案:B重点难点探究重要考向探究随堂检测5.用铝制饭盒盛放醋酸,一段时间后,饭盒被腐蚀,该种腐蚀属于 ,反应的化学方程式为 ;若用铝饭盒盛放食盐(含水时),一段时间后,饭盒被腐蚀,这种腐蚀叫做 ,反应原理是(写电极反应式) 。 ?
?解析:铝制饭盒盛放醋酸,金属铝直接接触腐蚀性化学物质,发生的腐蚀是化学腐蚀;而用铝饭盒盛放食盐(含水时),铝—食盐水—C形成原电池,发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。重点难点探究重要考向探究随堂检测6.潜艇的金属外壳浸在海水中,在海水和空气的作用下会被腐蚀。
(1)若海水呈中性,一艘钢制外壳的潜艇在海水中发生腐蚀的电极反应式为:
正极: ,?
负极: 。?
(2)为有效地保护潜艇,下列措施中最好的是 。?
A.采用纯铁制造潜艇外壳
B.采用耐腐蚀的合金制造潜艇外壳
C.在潜艇外壳上涂一层油
D.在潜艇外壳上装一定数量的锌块重点难点探究重要考向探究随堂检测解析:金属防护的方法很多,可以采取以下措施进行。
(1)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。
(2)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。
(3)电化学保护法:①外加电流的阴极保护法: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。
