新课标人教版2008届高三化学第一轮复习----电化学全套教案 人教版

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第六十讲 原电池原理
【课标要求】
1、 举例说明化学能与电能的转化关系及应用。
2、 通过制作简易的原电池的实验，了解原电池的概念和原理
3、 能正确书写原电池正、负极的电极反应式及电池反应方程式
【教学过程】
一、原电池基本概念
1、原电池概念：化学能转化为电能的装置叫做原电池。
例如：铜锌原电池（H2SO4）。
2、实质：将一定的氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。
必为自发的氧化还原反应。
3、原电池的构成条件
（1）活泼性不同的两电极。例如：
（2）电解质溶液
（3）形成闭合回路（导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液
（4）自发的氧化还原反应(本质条件)
4、盐桥及其作用（有关概念）
（1）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出。
（2）可使由它连接的两溶液保持电中性，否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电，铜盐溶液会由于铜的析出减少了Cu2+而带上了负电。
（3）盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。 导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。
思考：①、锌铜原电池的正负极可换成哪些物质？保证锌铜原电池原理不变，正负极可换成哪些物质？（ C、Fe、 Sn、 Pb、 Ag、 Pt、 Au等）画出装置图（带盐桥的）
②、判断是否构成原电池，是的写出原电池电极反应。
镁铝/硫酸；铝碳/氢氧化钠；锌碳/硝酸银 ；锌铜/水；锌铁/乙醇；硅碳/氢氧化钠
③、根据氧化还原反应原理来设计原电池，画出原电池并写出电极反应。
A、Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+
B、Fe+2Fe3+=3Fe2+
C、2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
二、原电池的工作原理：
1、电极反应：（以上述思考③为例归纳两极反应写规律）
正极：得到电子 （还原反应）
负极：失去电子 （氧化反应）
总反应：正极反应+负极反应
2、确定原电池电极名称的方法
方法一：根据电极材料的性质确定。通常是
1.对于金属—金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；
2.对于金属—非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等；
3.对于金属—化合物电极，金属是负极，化合物是正极。
方法二：根据电极反应的本身确定。
失电子的反应→氧化反应→负极；得电子的反应→还原反应→正极。
练习1：宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH，反应保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正确的是：（ ）
A．H2为正极，O2为负极
B．电极反应（正极）：O2+2H2O+4e- =4OH-
C．电极反应（负极）：2H2+4OH-=4H2O-4e-
D．负极发生氧化反应，正极发生还原反应
2、下列关于原电池的叙述正确的是（ ）
A、构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B、原电池是将化学能转变为电能的装置
C、原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原
D、原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
【教学反思】
第六十一讲：原电池的应用
【课标要求】
1、 金属的电化学腐蚀原理分析
2、 能分析常见电池的化学原理并能正确书写电极反应式
3、 认识钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应方程式和总反应式
4、 了解常见的防止金属腐蚀的方法及原理
【教学过程】
一、化学电池的种类
1．干电池：其中MnO2吸收正极放出的H2，淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速率。
电极反应为：负极 Zn－2 e＝Zn2+
正极 2＋2 e＝2NH3＋H2
H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O
干电池的总反应式：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2＝ZnNH32Cl2＋Mn2O3＋H2O
2．铅蓄电池：铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。放电的电极反应为：
负极：Pb＋－2e ＝PbSO4↓
正极：PbO2＋4H+＋＋2e ＝PbSO4↓＋2H2O
蓄电池放电和充电的总反应式：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O
3．银锌蓄电池：电解液为KOH溶液。
负极：Zn＋2OH－2e ＝ZnOH2
正极：Ag2O＋H2O＋2e ＝2Ag＋2OH
总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O ZnOH2＋2Ag
4．燃料电池：燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池。
典型燃料电池就是氢氧燃料电池：分为酸式和碱式两种。
电极反应式为：负极 H22H
2H＋2OH－2 e＝2H2O
正极 Ｏ2＋2H2O＋4 e＝4OH
电池总反应式为：2H2＋Ｏ2＝2H2O
练习：书写CH4燃料电池的电极反应。
5．锂电池： 8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S
6．海水电池：我国首创以铝─空气─海水电池为能源的新型电池，
电极反应式为：负极反应：Al－3 e＝Al3+，
正极反应：2H2O＋O2＋4 e＝4OH。
电池总反应式为：4Al＋3O26H2O＝4AlOH3
7．溴—锌蓄电池：
电极反应式为：负极反应：Zn－2e＝Zn2+
正极反应：Br2＋2e＝2Br
电池总反应式为：Zn＋Br2＝ZnBr2
二、金属的腐蚀
1.金属腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。
2.金属腐蚀分为化学腐蚀和电化腐蚀。
3.化学腐蚀实质：金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生。
4.电化学腐蚀实质：不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应。电化腐蚀过程有电流产生。
5.腐蚀的常见类型
⑴析氢腐蚀 在酸性条件下，正极发生2H++2e-=H2↑反应。
⑵吸氧腐蚀 在极弱酸或中性条件下，正极发生2H2O+O2+4e-=4OH-反应。
若负极金属不与电解质溶液发生直接的反应，则形成吸氧腐蚀的原电池反应。如生铁浸入食盐水中，会形成许多微小的原电池。
6.在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀>原电池引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
例1、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：(1/2)H2+NiO(OH) Ni(OH)2。根据此反应式判断下列叙述中正确的是（ ）
A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 　B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池充电时，氢元素被还原　　　　　　　　　 D．电池放电时，H2是负极
三、信息原电池：以原电池原理解决特殊的原电池问题
例2、一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
(1)这种电极放电时发生的化学反应方程式是
(2)电极反应式 正极： ；负极 。
(3)电解液中的H＋离子向 极移动；向外电路释放电子的电极是 。
(4)使用燃料比燃烧燃料产生电力有许多优点，首先是能量转化效率高，其次是 。
【教学反思】
第六十二讲：电解池原理
【课标要求】
1、通过电能转化为化学能的探究活动，了解电解池的工作原理
2、能正确书写电解池阴、阳极的电极反应式及电解反应方程式
【教学过程】
一、电解原理：以电解CuCl2为例分析
1、电解：电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程叫电解。
2、电解池：借助电流引起氧化还原反应的装置，即把电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。
3、电极及电极反应：
阳极—与电源正极相连 阳极：2Cl- -2e-=Cl2 (氧化)
阴极—与电源负极相连 阴极：Cu2++2e-=Cu(还原)。 总电极方程式：____________
隋性电极——只导电,不参与氧化还原反应(C/Pt/Au)
活性电极——既导电又参与氧化还原反应(Cu/Ag)
思考：比较金属导电和电解质导电的区别。
放电：阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。
4、构成电解池的条件是什么？
电源、电极、电解质构成闭和回路。
5．离子的放电顺序
阴极：（阳离子在阴极上的放电顺序(得e-)）
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阳极(1)是惰性电极时：阴离子在阳极上的放电顺序（失e-）
S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根离子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)
(2) 是活性电极时：电极本身溶解放电
思考：电解水时为了增强水的导电性常常需加入氢氧化钠或稀硫酸，为什么？可以加食盐吗？
练习：硝酸铜、氯化锌、盐酸、硫酸、氢氧化钠的电极方程式。
6．电解规律：
（1）电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，实质上是电解水，电解水型。
问：初中电解水时加硫酸或氢氧化钠增强导电性，影响水的电解吗？
电解硫酸和氢氧化钠时为何H2和O2之比大于2？氧气溶解度大于氢气
又为何硫酸一定大于2，而氢氧化钠可能等于2？硫酸根可能放电。
（2）电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，阴极析出不活泼金属，放氧生酸型。
练习：电解硫酸铜方程式。加入下列哪些物质可以恢复到硫酸铜原来的溶液：氧化铜、氢氧化铜、铜、碳酸铜。
（3）电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电解质本身，分解电解质型。
（4）电解活泼金属（K/Ca/Na）的无氧酸盐，阴极产生氢气，阳极析出非金属，放氢生碱型。
6．电解中电极附近溶液pH值的变化。
（1）电极区域 A．阴极H+放电产生H2，阴极区域pH变大。
B．阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH变小。
（2）电解质溶液中 A．电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸性的pH变小,原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性的pH不变（浓度变大）。
B．电解过程中, 无H2和O2产生, pH几乎不变。但象CuCl2变大
C．电解过程中,只产生H2, pH变大。
D．电解过程中,只产生O2, pH变小。
过渡：如果把阳极换成铜棒，阳极发生的反应就是铜自身溶解，如果电解质是硫酸，阴极析出的是什么？也是铜，这就是我们的铜的电解精炼法。
电解(镀)池：
阳极：⑴若阳极是由活性材料(除C、Pt、Au等以外的其它金属)做成，阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子；
⑵若阳极是由C、Pt、Au等惰性材料做成，阳极反应则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。阴离子失去电子能力大小顺序为：I->Br->Cl->OH ->含氧酸根>F-。
阴极：阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应，阳离子得电子能力大小顺序为：
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。必须注意的是，电镀时通过控制条件，Fe2+和Zn2+得电子的能力强于H+。
例题：金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：氧化性Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）
A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+ + 2e— == Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和Zn2+
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
【教学反思】
第六十三讲 电解原理的应用
【课标要求】
1、知道电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用，认识电能转化为化学能的实际
2、能运用电解原理解决实际问题
【教学过程】
一、电解原理的应用
1．铜的电解精炼
阳极：粗铜棒。电极反应：
阴极：精铜棒。电极反应：
电解质：含铜电解质
问：精炼中硫酸铜的浓度怎样？基本不变，但变小。
2、电镀：目的使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。
待镀金属作 极，镀层金属作 极，含镀层金属离子的盐溶液作电镀液。如：电镀铜，阳极反应 ，阴极反应 ，
电镀液 ， 电解前后电解质的浓度 。
3．电解饱和食盐水——氯碱工业
（1）电极材料：阳极 ，阴极 。
（2）.电极反应及总反应： 。
阳极 ，
阴极 ，
阴极周围PH 。
（3）设备：立式隔膜电解槽
（4）粗盐水的精制：粗盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质，为了有效的除去Ca2+、Mg2+和SO42-，可加入的试剂依次是 。
精制：1）先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3。2）过滤。3）加盐酸调节pH为7
4、冶炼Na、Mg、Al等较活泼的金属：
反应原理分别是 ；
；
。
例1、在水中加等物质的量的Ag+,Pb2 +,Na +, SO42-, NO3- , Cl-,该溶液放在用惰性电极做电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为（ ）
A. 35.5:108 B. 16:207　C.8:1　　D.108:35.5
例2、用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质溶液能与原来完全一样的是。
氯化铜加硫酸铜、氢氧化钠加氢氧化钠、氯化钠加氯化氢、硫酸铜加氢氧化铜
二、三个池的比较
原 电 池 电 解 池 电 镀 池
电极名称 正负极 阴阳极
电极材料 负极：活泼金属 正极：不活泼金属或可导电的非金属(如C) 惰性材料或活性材料
电流方向：外电路 内电路
组成
原理
功能 化学能到电能 电能到化学能
例题：为省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液；直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器（用品），以巧妙的构思，“接力”的方式，设计了比较铜与锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：
（1）甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部（铜与锌不接触），小心向烧杯中加入稀硫酸，观察到的现象是 。甲同学的设计思路是 。
（2）乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加 溶液，进而观察到的现象是 ，
。
乙同学作出锌、铜金属活动性相对强弱所依据的原理是
，
（3）丙同学使用直流电源、石墨电极组装好电解装置，向乙同学实验后的溶液中补充了必要的试剂（作为电解液）。反应在调控下随即开始，实验中有关化学反应方程式为
。
获得的实验明显现象是 。
【教学反思】
放电
充电
放电
充电
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