江西省乐安一中高三化学 28电化学培优教案.doc

电化学本讲主要从三个方面归纳电化学的基本内容。一是正确区别原电池、电解池和电镀池，二是掌握原电池，电解规律及应用，三是有关电化学基本计算的方法及技能。基础知识学习指导1.怎样区别原电池、电解池？试从组成、原理、能量转化等方面进行比较。项 目原 电 池电 解 池能量转换化学能转变为电能电能转变为化学能实 质氧化还原反应产生电流在电流作用下发生氧化还原反应形成条件活泼性不同的两种导体，插入电解质溶液中形成闭合回路与外加电源相连接的两个电极插入电解质溶液中判 别无外加电源有外加直流电源电极判断负极：相对活泼的电极正极：较不活泼的电极阳极：与电源正极相连的一极阴极：与电源负极相连的一极电极反应负极：失去电子发生氧化反应 m-ne-=mn+正极：阳离子得电子发生还原反应 rm+me-=r阳极：金属阳极或溶液中较易失去电子的阴离子发生氧化反应m-ne-=mn+或mn-ne-=m阴极：溶液中轻易得电子的阳离子发生还原反应解析1rm+me-=r电子流向负极经外电路正极电源负极导线阴极阳离子被还原溶液中阴离子阳极失去电子电源正极电解液变化电解液成分发生变化电解液成分不一定变化，溶液的ph值可能变化解析2图 例2.什么是电化腐蚀？举例说明。怎样防护金属的腐蚀？不纯的金属或合金与电解液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀称电化腐蚀。电化腐蚀是造成钢铁腐蚀的最主要原因。例如： 钢铁在酸性介质中的腐蚀析氢腐蚀。铁：负极 fe-2e-=fe2+ (氧化)碳：正极 2h+2e-=h2 (还原)钢铁在中性,极弱酸性,碱性介质中的腐蚀吸氧腐蚀。铁：负极 2fe-4e-=2fe2+ 碳：正极 2h2o+o2+4e-=4oh- 金属防护的方法很多，如制合金，喷油漆，涂油脂，电镀，喷镀等方法，使金属与介质隔离以防腐蚀。其中牺牲阳极保护法将需要保护的金属制品用导线连结一种更活泼的金属，使其在电解液中构成原电池，达到防护目的。3.你能说出几种常见电池和新型电池吗？现介绍如下：(1)干电池:（锌锰干电池）负极（锌筒）zn-2e-=zn2+正极（石墨）2nh4+2e-=2nh3+h2 总反应： zn+2nh4+=zn2+2nh3+h2电解液： nh4cl应用： 手电筒，收录机(2)铅蓄电池:负极： pb pb+so42-2e-=pbso4正极： pbo2 pbo2+so42-+4h+2e-=pbso4+2h2o总反应：pb+pbo2+2h2so4=2pbso4+2h2o电解液：30%h2so4溶液应用： 汽车，国防，科研等化学电源(3)银锌电池:负极： zn zn+2oh-2e-=zn(oh)2正极： ag2o ag2o+h2o+2e-=2ag+2oh-总反应： zn+ag2o+h2o=2ag+zn(oh)2电解液：koh浓溶液应用： 人造卫星 宇宙火箭(4)锂电池：锂作负极， 其它导体作正极优点： 质量轻，电压高，工作效率高和贮存寿命长。应用： 电脑，手表，心脏起博器等(5)新型燃料电池:氢氧电池负极2h2-4e-=4h+正极o2+4h+4e-=2h2o总反应 2h2+o2=2h2o燃料： ch4,氧化剂： 空气，氧气优点： 能量大，使用方便，不污染环境，耗能少应用： 收音机，照明电源野外作业工具等4.什么是氯碱工业？试简述用离子交换膜电解制碱的生产过程。工业上用电解饱和nacl溶液的方法来制取naoh，cl2和h2,并以它作为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。用离子交换膜电解制碱的生产过程是：(1)反应原理。 阳极 2cl-2e-=cl2 阴极 2h+2e-=h2 总反应式： 2nacl+2h2o=2naoh+h2+cl2(2)生产设备：离子交换膜电解槽主要由离子交换膜电解槽框、阳极金属钛网，阴极碳钢网和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或者并联组成。在每个单元槽中，离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室。精制的饱和食盐水进入阳极室，纯水（加入少量naoh）进入阴极室。通电时，h2o在阴极表面放电生成h2，na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室，而cl- 、oh-和气体不能通过离子交换膜。阴极产物为naoh和h2，阳极产物为cl2。离子交换膜既能防止阴极产生的h2和阳极产生的cl2相混合而引起爆炸，又能避免cl2和naoh溶液作用生成naclo而影响烧碱的质量。(3)原料的精制精制食盐水时经常加入na2co3、naoh、bacl2等，使杂质泥沙ca2+,mg2+,fe3+,so42-等离子转为沉淀过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的ph值。加入na2co3溶液以除去ca2+加入naoh溶液以除去mg2+,fe3+等为了除去so42-,可以先加bacl2溶液,然后再加na2co3溶液，以除去过量的ba2+(4)成品制备由电解槽流出的阴极液中含有30%的naoh，称为液碱，液碱经蒸发，结晶可以得到固碱。阴极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤，压缩后被送往氢气贮柜。阳极区产物湿氯气经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯，贮入钢瓶中。5.请再举出2例电能转变为化学能的实例。它们是电解精炼铜与电镀。电解铜阳极（粗铜板）cu-2e-=cu2+zn-2e-=zn2+ni-2e-=ni2+fe-2e-=fe2+阴极（纯铜片）cu2+2e-=cu2+电解液：cuso4溶液（加入一定量h2so4） 电解时zn2+、ni2+、fe2+比cu2+难以还原留在电解液里，而ag、au失电子的能力比铜弱，所以以阳极泥的形式沉积在电解槽底部。电镀铜镀铜时，以铜作阳极，与直流电源正极相连，待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，含cu2+的溶液为电解液，其原理与电解精练铜的原理是一致的。6.你能说出电化学有关计算的基本思路吗？电化学计算的关键是原电池，电解池及其串联连接的装置中，在同一时间内，各电极转移的电子数目相等的原则，用此守恒的思想，分析各极产物间的相互关系再列式求解。例题精析充电放电例1.银锌电池广泛使用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为：2ag+zn(oh)2 ag2o+zn+h2o,在此电池放电时，负极上发生反应的物质是aagbzn(oh)2cag2odzn分析可逆电池充电过程相当于电解池，而放电过程相当原电池，根据原电池负极发生失电子的反应和zn及ag元素价态变化进行判断。解题电池放电时，发生的反应为ag2o+zn+h2ozn(oh)2+2ag,在此氧化还原反应中，zn元素化合价的变化为(oh)2,zn是失电子的物质，所以它为负极上发生反应的物质选项d正确。解题后点拨此题为情景题型。首先要明白充电与放电两个不同的过程，而判断放电为原电池是解题的第一步，其次掌握原电池电极反应的实质是解题的关键。此题启示我们要想提高解题能力，必须运用概念与原理进行辩析。例2.将质量分数为0.052(5.2%)的naoh溶液1l(密度1.06gcm-3)用铂电极电解，当溶液中naoh的质量分数改变了0.010(1.0%)时停止电解，则此时溶液中应符合的关系是naoh的质量分数阳极析出物的质量/g阴极析出物的质量/ga0.062(6.2%)19152b0.062(6.2%)15219c0.042(4.2%)1.29.4d0.042(4.2%)9.41.2分析由铂电极电解naoh溶液的过程可知，此电解过程实为电解水，溶质naoh的质量不会改变，该溶液中naoh的质量分数只能比原来增大，由此排除c与d选项。然后分析阴、阳两极的放电反应及电极产物，便可得出正确选项为b。解题铂电极电解naoh溶液的实质是电解水所以阳极析出o2，阴极析出h2，按电极反应两极上 n(o2):n(h2)=1:2 m(o2):m(h2)=32:4=8:1而152:19=8:1所以否定a项b为正确答案。解题后的点拨对有关电解池的题目，解题思路是分析阳极材料的性质，若阳极是由c、pt等惰性材料做成，阳极反应则是电解液中阴离子失电子的反应，若阳极为活性材料，那末阳极金属参于失电子被氧化。而熟悉并掌握各类电解质溶液的电解过程及结果更可提高解题的速度，将有助于提高思维的清晰性。例3.用铅蓄电池为外电源电解饱和食盐水制氯气，铅蓄电池放电时发生如下反应。负极pb+so42-=pso4+2e-正极pbo2+4h+so42-+2e-=pbso4+2h2o.在制得0.050ml cl2时，电池内消耗h2so4的物质的量至少多少摩尔。分析题中给出铅蓄电池放电时，正、负两极的反应，两个反应均是消耗硫酸的过程，因此要按电池反应pb+pbo2+2h2so4=2pbso4+2h2o消耗h2so4的量来计算。解题由电解饱和食盐水的电极反应 2cl-2e-=cl2蓄电池的电池反应关系式pbpbo22h2so4(4h+)2e- 列出相关量的关系式如下 2h2so4cl2所以 n(h2so4)=zn(cl2)=20.050ml=0.10mol解题后的点拨 本题需反复审题，明确问题的指向是铅蓄电池的总反应式及闭合电路中各处电子流动，转移是守恒的。考查了学生的综合思维能力。例4.如图所示，若电解5min时铜电极质量增加2.16g试回答。(1) 电源电极x名称为_(2) ph值变化a_b_c_(3) 通电5min时,b中共收集224ml气体（标况）溶液体积为200ml,(设电解前后溶液无体积变化)则通电前cuso4溶液的物质的量浓度为_(4) 若a中kcl溶液体积也是200ml,电解后,溶液的ph值是_(设电解前后溶液无体积变化)分析 解题的思路是根据电解池中负极连阴极与阴极还原的原理,由铜电极增重的类别,判断出电源x和y的类别。由惰性电极电解kcl溶液与cuso4和k2so4混合液时，阴、阳两极上h+及oh-浓度的变化判断a、b的ph值，而c池的实质为电镀，溶液浓度基本无变化。串联电解池，各电子转移电子数目相同，找出电极反应中有关量的关系式求算。解题（1）c池中cu电极质量增加，说明溶液中ag+在此极被还原，所以cu极为阴极。ag极为阳极，那末与ag极相连的电源y极为正极，x极为负极。（2）a池为电解kcl溶液，阴极上2h+2e-=h2 c(h+)减小,c(oh-)增大，溶液ph值增大。b池为电解cuso4溶液，阳极 4oh-4e=2h2o+o2 c(oh-)减小,c(h+)增大。c池为电解agno3溶液，但阳极为ag-e-=ag+实质是电镀原理,溶液浓度无变化,ph值不变。（3）c池中铜电极增加2.16g，通过电子的物质的量为，因为串联电解池，所以每个电极上通过的电子均为0.02mol.b池中， 阳极4oh-4e=2h2o+o2共放出 阴极放出 由电解cuso4溶液放出 从关系2cuso2o2 得n(cuso4)=2n(o2)=0.0025mol2=0.005mol（4）a池中电极上通过电子也为0.02mol阴极2h+2e-=h2放出h2 即 n(oh-)=0.01mol2=0.02molc(oh-)=ph=13解题后点拨此题偏重于综合分析能力及应用能力，如能将此类综合题分解为若干个简单要求，所谓难题也就迎刃而解。巩固提高一.选择题:（每小题有12个选项符合题意）1.下列关于原电池的叙述中正确的是a原电池中的电子是由负极流向正极b原电池的负极发生氧化反应c原电池是在电流作用下发生氧化反应d原电池的正极发生氧化反应2.下列说法中错误的是 a原电池（电解池）电极反应的实质都是负极（阳极）发生氧化反应，正极（阴极）发生还原反应b金属阳极发生溶解，阴极有金属析出的电解反应，都属于电镀过程c较活泼金属电极作阴极进行电解反应，该电极不会溶解d在原电池中负极不一定是金属失去电子3.用铂电极电解r(no3)n，在阴极析出mgr,在阳极逸出560ml气体（标准状况），则r的相对原子质量为a10mnb20mnc10m/ndmn/104.如图所示各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是a4213 b2134 c4231d32415.用铂作电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，电解结束后，向剩余电解质溶液中加适量水，能使溶液浓度复原的是a. agno3bh2so4cnaohdnacl6.用石墨电极电解100ml硫酸铜与硫酸的混合溶液,通电一段时间后,两极均收集到2.24l气体(标准状况),原混合溶液中cu2+的物质的量浓度(moll-1)7a. 4b3c2d17.蓄电池在放电时起原电池的作用,在充电时起电解池作用,下式是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应:充电放电fe+nio2+2h2o fe(oh)2+ni(oh)2下列有关对爱迪生蓄电池的推断错误的是a放电时fe是做负极，nio2是做正极b充电时阴极上的电极反应式为 fe(oh)2+2e-=fe+2oh-c放电时电解质溶液中的阴离子是向正极方向移动d爱迪生蓄电池的电极必须浸入碱性电解液中8.用惰性电极和串联电路电解下列物质的溶液。hcl nano3 cucl2 agno3 在相同时间内生成气体的总体积（相同状况）在理论上由多到少的顺序是abcd二.填空题:9.用铂电极电解ki溶液，其电极反应式阴极为_，阳极为_；若电解k2so4溶液其电极反应式，阴极为_阳极为_；若此时改用铜作电极，通电开始时的电极反应式阴极为_,阳极为_电解片刻后,在阴极附近溶液中滴入酚酞试液,呈_色,原因是_,在阳极附近溶液出现_原因是_。10.将铂丝插入koh溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和o2，可以形成一个原电池。由于发生的反应类似甲烷燃烧，所以称作燃料电池。根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为电池的_极,若反应生成co32-和h2o，则这一极的电极反应式为_.三.计算题:11.20时,氯化钠的溶解度是36g,在该温度下取一定量的饱和食盐水用惰性电极进行电解,当阳极析出气体11.2l(标准状况)时,食盐溶液电解完全,所得溶液密度是1.2gcm-3,试计算（1）电解前，20时食盐溶液质量分数。（2）电解完全后所得溶液的溶质质量分数和物质的量浓度。（3）取上述电解后溶液7.7ml，加水稀释到ph=13，求稀释后溶液的体积。12.如图所示，已知a、b、c、d为铂电极，p、q为直流电源的两极，通电后发现b极增重，试问，p、q哪个是正极？当甲池溶液的ph由6.0降到2.0时,b极增重多少g?此时乙池溶液的浓度由2%变到多少?自我反馈一.选择题:1.a.b2.b3.a4.a 5.b、c 6.d 7.c 8.b二.填空题：9.2h+2e-=h2 ； 2i-2e-=i2；4h+4e-=2h2； 4oh-4e-=2h2o+o22h+2e-=h2； cu-2e-=cu2+红：c(h+)减少，水的电离平衡被破坏，促进水的电离.c(oh-)c(h+)；蓝：cu2+进入溶液并生成cu(oh)2蓝色沉淀10.负，ch4+100h-8e-=co32-+7h2o三.计算题：11.(1）饱和食盐水的质量分数 (2)2nacl+2h2o2naoh + h2+cl2117g 2mol 1mol 1mol58.5g 1mol 0.5mol 0.5mol原溶液质量为 58.5g电解后 =21.7%(3)稀释后溶液的体积12.(1)电解后b极增重,说明有金属离子在b极被还原,所以b极为阴极,a极为阳极,所以p为正极,q为负极。 (2)甲池ph值由6.0降至2.0 即n(h+)=(10-2moll-1-10-6moll-1)1l=10-2mol n(h2so4)= 由cuso4电解方程式cuh2so4 n(cu)=n(h2so4)=510-3mol b极增重：m(cu)=510-3mol64gmol-1=0.32g(3)溶液中原含有 nacl 100g2%=2g 设溶液中消耗nacl质量x，生成h2与cl2质量共y 由串联电路各电极得失电子数相等和电解nacl溶液的反应列关系式 为：cu 2nacl h2+cl2 64g 258.5g 73g 0.32g x y 电解后nacl溶液的浓度 走向高考充电放电1.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是 ni(oh)2,根据此反应式判断，下列叙述中正确的（99年高考题）a电池放电时，电池负极周围溶液的ph值不断增大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2.用惰性电极电解m(no3)x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bl氧气（标准状况）从而可知m的原子量为（99年高考题）a.b.c.d.3.氯碱厂电解饱和食盐水制取naoh的工艺流程图如下，依图，完成下列填空: （1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生的电极反应为_，与电源负极相连的电极附近溶液的ph值_（填“不变”，“升高”或“降低” ） （2）工业食盐含ca2+,mg2+等杂质,精制过程中发生的离子方程式