化学能与电能教案.pdf

1 原电池原理及其应用原电池原理及其应用 1 原电池 把化学能转变为电能的装置 2 原电池的基本组成 由电极材料和电解质溶液形成两个半电池 两个隔离的半电池通过盐桥连接 3 构成原电池的条件 1 不同的两种金属或者一种金属与一种非金属导体 如石墨 作电极 并用导线连接或直接接触 两个活泼性 不同的电极 2 两电极都插入电解质溶液 酸 碱 盐 中 电解质溶液 形成闭合回路 3 在电极表面上发生有电子转移的化学反应 既氧化 还原反应 4 原电池的工作原理 1 正负两极上进出电子总数相等 椐此电子守衡原理可进行两极上物质变化的计算 2 原电池的工作原理是将氧化 还原两反应分割在正负两极同时不同地进行 电子从负极定向流入正极 从 而产生了道路电流 3 利用原电池原理 可制作各种电池 如干电池 铅蓄电池 银锌电池 锂电池 氢氧燃料电池 示意图 电极 电子输出的电极为负极 电子输入的电极叫正极 失去电子 发生氧化反应的电极是负极 得到电子 发生还原反应的电极为正极 一般来说 活泼金属作负极 不活泼金属或非金属作正极 电极反应式 负极 失去电子 发生氧化反应 正极 得到电子 发生还原反应 例如 负极 Zn 的电极反应式 Zn 2e Zn 2 正极 Cu 的电极反应式 Cu2 2e Cu 电子流动的方向 电子由负极沿导线流向正极 如上原电池 电子由锌片流向铜片 电流流动的方向 电流由正极沿导线流向负极 如上原电池 电流由铜片流向锌片 离子移动的方向 阴离子向负极移动 阳离子向正极移动 实现离子的定向移动 实现电解质溶液的导电 原电池的设计 理论上 一个放热的氧化还原反应就可以设计成原电池 设计原电池时 一般需要说明电极材 料或者物质 电解质溶液和电极反应式 例如 以 2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2 设计成一个原电池 应该是 以铜作负极 以石墨或者铂作正极 以氯 化铁溶液作电解质溶液 负极 Cu 2e Cu 2 正极 Fe3 e Fe 2 电池的发展趋势 朝高能电池发展 朝可逆电池发展 朝耐久电池发展 可逆电池的放电过程是原电池过程 充电过程是电解池过程 可逆电池放电时负极的电极反应式的逆反应 是充电时阴极的电极反应式 可逆电池 放电时正极的电极反应式的逆反应 是充电时阳极的电极反应式 强化练习 1 把 a b c d 四块金属片浸泡在稀硫酸中 用导线两两相连可以组成各种原电池 若 a b 相连时 a 为负 极 c d 相连时 c 为负极 a c 相连时 c 为正极 b d 相连时 b 为正极 则这四种金属活动性顺序 由 大到小 为 A a b c d B a c d b C c a b d D b d c a 2 下列叙述中 可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是 2 A 在氧化 还原反应中 甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多 B 同价态的阳离子 甲比乙的氧化性强 C 甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能 D 将甲 乙作电极组成原电池时 甲是正极 3 镍镉 Ni Cd 可充电电池可以发生如下反应 Cd OH 2 2Ni OH 2 Cd 2NiO OH 2H2O 由此可 知 该电池的负极材料是 A Cd B 2NiO OH C Cd OH 2 D Ni OH 2 4 下列装置能够组成原电池产生电流的是 Zn Cu Cu Cu Zn Zn Cu Zn A CH3CH2OH B CuSO4溶液 C ZnSO4溶液 D 稀 H2SO4溶液 5 微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用 有一种银锌电池 其电极分别 Zn 是和 Ag2O 电解质溶液为 KOH 电极反应为 Zn 2OH 2e ZnO H 2O Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应为 Ag2O Zn 2Ag ZnO 根据上述反应式 判断下列叙述中 正确的是 A 在使用过程中 电池负极区溶液 pH 值减小 B 在使用过程中 电子由 Ag2O 极经外电路流向 Zn 电极 C Zn 是正极 Ag2O 是负极 D Zn 电极发生还原反应 Ag2O 电极发生氧化反应 6 实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气 已知铅蓄电池放电时发生如下反应 负极Pb SO42 PbSO4 2e 正极PbO 2 4H SO 4 2 2e PbSO4 2H2O 今若制得Cl20 050摩 这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是 A 0 025mol B 0 050 mol C 0 10 mol D 0 20 mol 7 铁棒与石墨棒用导线连接后 浸入 0 01mol L 的食盐溶液中 可能出现的现象是 A 铁棒附近产生 OH B 铁棒被腐蚀 C 石墨棒上放出 Cl 2 D 石墨棒上放出 O2 8 下列关于铜电极的叙述 正确的是 A 铜锌原电池中铜是负极 B 用电解法精炼粗铜时铜作阳极 C 在镀件锌片上电镀铜时可用金属铜作阳极 D 电解稀硫酸制 H2 O2时铜作阳极 9 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 H2 2NiO OH 2Ni 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 OH 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是正极 5 盐桥的作用盐桥的作用 盐桥常出现在原电池中 是由琼脂和饱和氯化钾或饱和硝酸铵溶液构成的 用来在两种溶液中 转移电子 使溶液始终保持电中性 使电极反应得以持续进行 使两烧杯中的溶液连成一个通路 作用原理 在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触 减免和稳定液接电位 当组成 或活度不同的两种电解质接触时 在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正 负电荷分离而形成双电层 这样产生的电位差称为液体接界扩散电位 简称液接电位 使液接电位减 至最小以致接近消除 防止试液中的有害离子扩散到参比电极的内盐桥溶液中影响其电极电位 6 原电池的正负极的判断方法原电池的正负极的判断方法 根据电极材料判断 一般情况下 活泼性强的金属为负极 活泼性较弱的金属或导电的非金属为正极 充电 放电 3 根据电极反应类型判断 失去电子发生氧化反应的电极为负极 得到电子发生还原反应的电极为正极 根据电极反应现象判断 参与电极反应不断溶解的电极为负极 燃料电池除外 质量增加或附近有气泡产生 的电极为正极 根据电子流动方向 或电流方向 判断 在外电路中 电子由原电池的负极流向正极 电流由原电池的正极流向负极 根据电解质溶液中离子流动方向判断 在内电路中 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 根据电池总反应式判断 若给出电池总反应式 通过标出电子转移的方向可知 失去电子的一极为负极 得到电子的一极为正极 特别提醒 特别提醒 原电池负极的判断应根据其本质进行判断 即 较易与电解质溶液反应的电极是原电池的负极 不 能一味地根据金属的活泼性进行判断 1 活泼金属与电解质溶液反应 一般是负极 2 电子流出的极为负极 发生氧化反应 3 电流流入的极为负极 4 电流表偏向的极为正极 5 有气泡产生或沉淀生成 质量增加 的极为正极 6 溶解的极 质量减小 为负极 7 原电池原理原电池原理运用运用 1 分析是否构成了原电池 2 判断原电池的正负极 3 判断金属的活泼性 较活泼的金属作负极 较不活泼的金属作正极 失去电子的金属作负极 得到电子所 在金属为正极 4 分析氧化还原反应特征并书写电极反应 负极 失去电子 发生氧化反应 正极 得到电子 发生还原反 应 5 分析反应现象 Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 原电池 锌片溶解 铜片加厚 硫酸铜溶液颜色变浅 6 分析金属腐蚀电化学腐蚀的本质 金属发生电化学腐蚀的本质是负极金属失去电子被氧化 例如 钢铁的析氢腐蚀 在酸性环境中 铁作负极 失去电子被氧化 被腐蚀 Fe 2e Fe 2 碳作正极 氢离子得到电子被还原 析出氢气 2H 2e H 2 吸氧腐蚀 在中性环境和极弱酸性环境中 铁作负极 失去电子被氧化 被腐蚀 Fe 2e Fe 2 碳作正极 吸收氧气 得到电子被还原 O2 4e 2H 2O 4OH 总反应有 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 2Fe OH 3 2Fe2O3 H2O 2H2O 钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀 主要是吸氧腐蚀 所以钢铁在潮湿的空气中 常温下被腐蚀生成铁锈 2Fe2O3 H2O 7 分析金属腐蚀速率的快慢 作原电池负极的金属容易腐蚀 作原电池正极的金属得到保护 作电解池阳极 的金属容易腐蚀 作电解池阴极的金属得到保护 或者说 构成原电池 可以加快负极金属失去电子的速率 8 分析金属的电化学保护方法 连接更活泼的金属 这样 活泼金属作负极 该金属作正极 而得到保护 连接直流电源的负极 这样 该金属作阴极 得到保护 9 分析电子 电流 离子的运动方向 电子由负极流向正极 电流由正极流向负极 阳离子向正极移动 阴 离子向负极移动 10 设计原电池 如用 2H2 O2 H 2O 设计一个原电池 在负极通入 H2 在正极通入 O2 以 KOH 为电解质溶 液 就可以设计成一个燃料电池 负极 H2 2e 2OH 2H 2O 正极 O2 4e 2H 2O 4OH 强化练习 1 下列装置属于原电池的是 4 A CuSO4溶液 B H2SO4溶液 C CH3CH2OH D ZnSO4溶液 2 右图中x y分别是直流电源的两极 通电后发现a极板质量增加 b极板处有无色无臭气体放出 符合这一 情况的是 3 下列比较金属活泼性的方法不正确的是 A 铁离子的氧化性比铜离子强 所以铁比铜活泼 B 氢氧化镁的碱性比氢氧化铝强 所以镁比铝活泼 C 锌铜原电池中 锌作负极 所以锌比铜活泼 D 钠与冷水剧烈反应 铝与冷水不反应 所以钠比铝活泼 4 银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源 它的充电和放电过程可以表示为 在此电池放电时 负极上发生反应的物质是 A Ag B Zn OH 2 C Ag2O D Zn 5 下图容器中盛有海水 铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是 A 4 2 1 3 B 2 1 3 4 C 4 2 3 1 D 3 2 4 1 6 实验室中欲快速制取氢气 最好的方法应该用 A 纯锌与稀硫酸反应 B 纯锌与浓硫酸反应 C 粗锌 含铅 铜等杂质 与稀硫酸反应 D 粗锌与硝酸反应 7 以下现象与电化腐蚀无关的是 A 黄铜 铜锌合金 制作的铜锣不易产生铜绿 B 生铁比软铁芯 几乎是纯铁 容易生锈 C 铁质器件附有铜质配件 在接触处易生铁锈 D 银质奖牌久置后表面变暗 8 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 用锌片做阳极 铁片做做阴极 电解氯化锌溶液 铁片表面出现一层锌 C 把铜片插入三氯化铁溶液中 在铜片表面出现一层铁 D 把锌粒放入盛有盐酸的试管中 加入几滴氯化铜溶液 气泡放出速率加快 9 用铜 银和硝酸银溶液设计一个原电池 下列说法正确的是 A 银作负极 发生氧化反应 B 铜作负极 发生还原反应 C 银作正极 发生氧化反应 D 铜作负极 发生氧化反应 a极板 b极板 X电极 Z溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3 D 铜 石墨 负极 CuCl2 G Cu Cu G Zn C G Zn Cu Zn Pt 5 8 原电池电极反应方程式的书写和可充电电池的反应规律原电池电极反应方程式的书写和可充电电池的反应规律 1 原电池电极反应式的判断或书写及电池变化的分析 先写出电池反应 对于简单的电池反应 复杂的电池反应考试往往是已知的 标出反应前后元素化合价变化 找出氧化剂和还原剂 氧化产物和还原产物 确定电极反应的反应物及生成物 根据化合价的升降数确定得或失的电子数 配平电极反应式 注意考虑电解质溶液的性质 常需考虑 H OH H 2O 可根据电极反应或电池反应分析两极及电解质溶液的变化等 2 放电时的负极反应和充电时的阴极反应 放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆 将负 正 极的反应式变方向 并将电子移项即可得出阴 阳 极反应式 十大原电池 1 普通锌锰干电池 Zn 2MnO2 2NH4Cl ZnCl2 Mn2O3 2NH3 H2O 负极 Zn Zn 2e Zn 2 正极 C 2MnO 2 2e 2NH 4 Mn 2O3 2NH3 H2O 碱性锌锰干电池 Zn 2MnO2 H2O Zn OH 2 Mn2O3 负极 Zn Zn 2e 2OH Zn OH 2 正极 C 2MnO2 2e H 2O Mn2O3 2OH 2 铅蓄电池 2PbSO4 2H2OPb PbO2 2H2SO4 负极 Pb Pb 2e SO 4 2 PbSO 4 正极 PbO2 PbO2 2e 4H SO 4 2 PbSO 4 2H2O 3 钮扣电池 Ag2O Zn 2Ag ZnO 负极 Zn Zn 2e 2OH ZnO H 2O 正极 Ag2O Ag2O 2e H 2O 2Ag 2OH 4 镍镉电池 Cd OH 2 2Ni OH 2Cd 2NiO OH 2H2O 负极 Cd Cd 2e 2OH Cd OH 2 正极 NiO OH 2NiO OH 2e 2H 2O 2Ni OH 2 2OH 5 银锌电池 Zn Ag2O H2O 2Ag Zn OH 2 负极 Zn Zn 2e 2OH Zn OH 2 正极 Ag2O Ag2O 2e H 2O 2Ag 2OH 6 氢镍电池 H2 2NiO OH 2Ni OH 2 负极 通入 H2 H2 2e 2OH 2H 2O 正极 NiO OH 2NiO OH 2e 2H 2O 2Ni OH 2 2OH 7 心脏起搏器 2Zn O2 4HCl 2ZnCl2 2H2O 负极 Zn Zn 2e Zn 2 正极 通入氧气 O 2 4e 4H 2H 2O 8 海水标志灯 4Al O2 6H2O 4Al OH 3 负极 Al Al 3e Al 3 正极 通入 O 2 O2 4e 2H 2O 4OH 9 氢氧燃料电池 2H2 O2 2H 2O 酸电解质 负极 通入 H2 H2 2e 2H 正极 通入氧气 O 2 4e 4H 2H 2O 碱电解质 负极 通入 H2 H2 2e 2OH 2H 2O 正极 通入氧气 O2 4e 2H 2O 4OH 碳酸钠电解质 负极 通入 H2 H2 2e CO 3 2 CO 2 H2O 正极 通入氧气和二氧化碳 O2 4e 2CO 2 2CO 3 2 NiO 电解质 负极 通入 H2 H2 2e O 2 H 2O 正极 通入氧气 O2 4e 2O 2 10 锂电池 Li FePO4 LiFePO4 负极 Li Li e Li 正极 FePO 4 FePO4 e Li LiFePO 4 9 化学电源 化学电源 将化学能直接转变成电能的装置 1 电池的分类 一次电池 活性物质消耗到一定程度 就不再能使用 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 锂电池 4锌银电池 充电 放电 充电 放电 放电 充电 放电 充电 6 二次电池 铅蓄电池 放电后可再充电使活性物质获得再生 充电电池 蓄电池 燃料电池 氢氧燃料电池 2 实用电池的特点实用电池的特点 能产生比较稳定而且较高电压的电流 安全 耐用且便于携带 易于维护 能够适用于各种环境 4便于 回收处理 不污染环境或对环境的污染影响较小 5能量转换率高 3 几种常见的电池和新型电池反应原理简介 1 一次电池 碱性锌锰电池 构成 负极是锌 正极是 MnO2 正极是 KOH 工作原理 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正极 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 总反应式 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 特点 比能量较高 储存时间较长 可适用于大电流和连续放电 钮扣式电池 银锌电池 锌银电池的负极是 Zn 正极是 Ag2O 电解质是 KOH 总反应方程式 Zn Ag2O 2Ag ZnO 特点 此种电池比能量大 电压稳定 储存时间长 适宜小电流连续放电 锂电池 锂电池用金属锂作负极 石墨作正极 电解质溶液由四氯化铝锂 LiAlCl4 溶解在亚硫酰氯 SOC12 中组成 锂电池的主要反应为 负极 8Li 8e 8Li 正极 3SOC1 2 8e SO 3 2 2S 6Cl 总反应式为 8Li 3SOC12 6LiCl Li2SO3 2S 特点 锂电池是一种高能电池 质量轻 电压稳定 工作效率高和贮存寿命长的优点 2 二次电池 铅蓄电池 1 铅蓄电池放电原理的电极反应 负极 Pb SO42 2e PbSO 4 正极 PbO2 4H SO 4 2 2e PbSO4 2H 2O 总反应式 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 2 铅蓄电池充电原理的电极反应 阳极 PbSO4 2H2O 2e PbO 2 4H SO 4 2 阴极 PbSO 4 2e Pb SO 4 2 总反应 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 镍一镉碱性蓄电池 构成 放电时镉 Cd 为负极 正极是 NiO OH 电解液是 KOH 工作原理 负极 Cd 2OH 2e Cd OH 2 正极 2NiO OH 2H2O 2e 2Ni OH 2 2OH 总反应式 Cd 2NiO OH 2H2O Cd OH 2 2Ni OH 2 特点 电压稳定 使用方便 安全可靠 使用寿命长 但一般体积大 废弃电池易污染环境 3 燃料电池 氢氧燃料电池 当用碱性电解质时 电极反应为 负极 2H2 4OH 4e 4H 2O 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 甲烷燃料电池 该电池用金属铂片插入 KOH 溶液中作电极 在两极上分别通甲烷和氧气 负极 CH4 10OH 8e CO 3 2 7H 2O 正极 2O2 4H2O 8e 8OH 总反应方程式为 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O CH3OH 燃料电池 用导线相连的两个铂电极插入 KOH 溶液中 然后向两极分别通入 CH3OH 和 O2 则发生了原电池反应 负极 2CH3OH 16OH 12e 2CO 3 2 12H 2O 正极 3O2 6H2O 12e 12OH 总反应方程式为 2CH3OH 3O2 4KOH 2K2CO3 6H2O 10 合金合金 金属的腐蚀和保护金属的腐蚀和保护 7 一 合金 1 认识合金 概念 合金是两种或两种以上的金属 或金属与非金属 熔合而成具有金属特性的物质 规律 合金的熔点一般低于组分金属的熔点 合金的硬度一般高于组分金属的硬度 原因 纯金属中所有原子的大小和形状相同 原子的排列整齐 而合金因为加入了或大 或小的原子 改变了金属原子有规则的层状排列 使金属原子层与层之间相对滑动变得困难 所以合金的硬度 高于组分金属 2 使用合金 铁合金 铁合金是用量最大的合金 含碳量为 2 4 3 的铁合金是生铁 含碳量为 0 03 2 的铁合金是钢 生铁硬度大 抗压 性脆 可以铸造成型 是制造机座 管道的重要材料 钢有良好的延展性 机械性能良好 可以锻轧忽然铸造 广泛 用于制造机械和交通工具 钢有高碳钢 中碳钢 低碳钢 含碳量高 硬度较大 含碳量低 韧性较强 合金钢是向钢里加入了一定量的合金元素 例如 不锈钢的合金元素主要是 Cr 和 Ni 不锈钢比较稳定 不容 易生锈 具有很强的抗腐蚀能力 1 元硬币 Fe Ni 合金 5 角硬币 Fe Cu 合金 1 角硬币 Al 合金 铝合金 铝合金是用量第二的合金 例如 硬铝是 Al Cu 合金 密度小 强度高 具有较强的抗腐蚀能力 是制造飞机和宇宙飞船的理想材料 铜合金 黄铜是 Cu Zn 合金 青铜是 Cu Sn 合金 白铜是 Cu Ni 合金 金合金 按金的最低含量标示 999 为千足金 990 为足金 750 为 18K 金 新型合金 新型的储氢合金 Ti Fe 合金和 La Ni 合金 Ti 合金 耐热合金 形状记忆合金 泡沫金属 质 轻 吸音 隔热 吸收电磁波 二 金属的腐蚀 1 概念 指金属或者合金与周围接触到的气体或者液体进行化学反应而腐蚀消耗的过程 本质 金属原子失去电子被氧化的过程是金属腐蚀的本质 类型 金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀 不纯金属跟电解质溶液接触时 发 生原电池反应 比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀叫电化学腐蚀 电化学腐蚀是钢铁腐蚀的主要原因 2 析氢腐蚀 钢铁在酸性比较强的电解质溶液中发生的电化学腐蚀 是析氢腐蚀 正极会产生氢气 负极 Fe 反应式 Fe 2e Fe 2 正极 C 反应式 2H 2e H 2 总反应 Fe 2H Fe 2 H 2 吸氧腐蚀 钢铁在酸性比较弱或呈中性的电解质溶液中发生的电化学腐蚀 是吸氧腐蚀 正极的水膜会吸收 氧气 负极 Fe 反应式 Fe 2e Fe 2 正极 C 反应式 O2 4e 2H 2O 4OH 总反应 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 4Fe OH 3 2Fe2O3 H2O 5H2O 钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主 铁锈的主要成分是 Fe2O3就是吸氧腐蚀的结果 三 金属的保护 1 金属腐蚀的影响因素 金属本性与介质 金属本性 金属越活泼 越容易失去电子发生腐蚀 合金中杂质越不活泼 金属就越容 易发生电化学腐蚀 介质 金属在接触潮湿的空气 接触腐蚀性气体 接触电解质溶液 容易发生腐蚀 2 金属的保护方法 隔绝与电解质相接触的方法 A 包塑料层 B 涂油漆 C 电镀金属 镀 Sn 镀 Zn 镀 Cr 改变合金内部结构的方法 制造不锈钢 如铬钢 镍钢 电化学保护法 强制使金属不失去电子被氧化 8 A 连接更活泼的金属的方法 牺牲阳极的阴极保护法 比如牺牲镁块 牺牲锌块 B 连接直流电源负极的方法 保护了阴极金属 结论 负极金属在原电池中发生腐蚀 保护了正极金属 阳极金属在电解池发生腐蚀 保护了阴极金属 强化练习 1 合金是当今工业最重要的金属材料 在生产和生活中有广泛的应用 特别是铁合金 是全球用量最大的合 金 其次铝合金的用量 但合金与大多数金属一样 容易失去电子被氧化 比如全球钢铁 每年有 1 3 的钢铁 受到不同程度的腐蚀而损耗掉 根据所学化学知识回答下列问题 1 下列说法正确的是 A 合金一定是由两种或两种以上金属熔合而成 B 合金的熔点处在组分金属的熔点之间 C 合金的硬度一般高于组分金属的硬度 D 合金中存在范德华力 2 制造焊锡时 把铅加入锡的主要原因是 A 增强抗腐蚀能力 B 增加强度 C 降低熔点 D 增加延展性 3 青铜的合金元素是 黄铜的合金元素是 白铜的合金元素是 写出铜绿形成的化学方程式 3 含碳量在 2 4 3 的铁合金是 含碳量为 0 03 2 的铁合金是 钢中含碳量与性 质关系正确的是 A 含碳量高 硬度较大 B 含碳量低 硬度较大 C 含碳量高 韧性较强 D 含碳量低 韧性较强 4 钢铁的电化学腐蚀主要是 填 吸氧腐蚀 或 析氢腐蚀 在钢铁的电化学腐蚀中不能发生 的反应是 A Fe 2e Fe 2 B Fe 3e Fe 3 C O2 4e 2H 2O 4OH D 2Fe O 2 2H2O 2Fe OH 2 2 氢能是人类未来的理想能源之一 但要利用好氢能 关键是要解决氢气的安全储存和运输问题 储氢合金 是一类能够大量吸收氢气 并与氢气结合成金属氢化物的材料 这种新型的储氢合金材料的研究和开发将为氢 气作为能源的实际应用起到重要的推动作用 根据所学化学知识回答下列问题 1 氢能是人类未来的理想能源 主要理由是 2 氢氧燃料碱性电池已经成功运用 负极的电极反应式为 正极的电极反应式为 3 LiH 作为一种储氢材料 与水反应可以释放氢气 化学方程式为 当转 移 1mol 电子时在标准状况下产生氢气 L 4 LaH2 76也是一种储氢材料 根据化学式 1molLa 在标准状况下能够吸收 L 氢气 已知氢气的燃烧 热为 285 8kJ mol 则释放后的氢气完全燃烧可以释放热量 kJ 牛刀小试 1 下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 A 纯银器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 镀层仍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 2 下列制氢气的反应速率最快的是 A 纯锌和 1mol L 硫酸 B 纯锌和 18 mol L 硫酸 C 粗锌和 1mol L 硫酸 D 粗锌和 18mol L 硫酸 3 下列叙述中 可以说明金属甲比乙活泼性强的是 A 甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中 乙溶解 甲上有 H2气放出 B 在氧化 还原反应中 甲比乙失去的电子多 C 将甲乙作电极组成原电池时甲是负极 D 同价态的阳离子 甲比乙的氧化性弱 4 CH3OH O2 KOH 溶液 的燃料电池反应方程式的书写 负极 正极 总反应 9 CH3OH O2 H2SO4 溶液 的燃料电池反应方程式的书写 负极 正极 总反应 CH3OH O2 中性溶液 的燃料电池反应方程式的书写 负极 正极 总反应 5 查处酒后驾驶采用的 便携式乙醇测量仪 以燃料电池为工作原理 在酸性环境中 理论上乙醇可以被完全氧 化为 CO2 但实际乙醇被氧化为 X 其中一个电极的反应式为 CH3CH2OH 2e X 2H 下列说法中正确的 是 A 电池内部 H 由正极向负极移动 B 另一极的电极反应式为 O2 4e 2H2O 4OH C 乙醇在正极发生反应 电子经过外电路流向负极 D 电池总反应为 2CH3CH2OH O2 2CH3CHO 2H2O 6 右图装置中 U 型管内为红墨水 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 下列有关描述错误的是 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 C 两试管中相同的电极反应式是 2 Fe2eFe D a 试管中发生了吸氧腐蚀 b 试管中发生了析氢腐蚀 电解原理及其应用电解原理及其应用 1 电解池电解池 使电流通过电解质溶液而在阴阳两极发生氧化还原反应的过程 电流是发生氧化 还原反应的根源 动力 电解池是将电能转化成化学能的过程 电解 在直流电作用下 电解池的两极分别发生氧化反应和还原反应的过程 2 电解电解池形成条件池形成条件 直流电源 两个电极 电解质水溶液 或熔融电解质 形成闭合回路 1 直流电源 2 两个电极 一般对电极的活泼型不做要求 3 两电极都插入电解质溶液 酸 碱 盐 中 电解质溶液 形成闭合回路 或者熔融电解质 4 在电极表面上发生有电子转移的化学反应 既氧化 还原反应 3 电解的原理电解的原理 电解质溶液 或熔融的电解质 里自由移动的离子在直流电作用下发生定向移动 阳离子移向阴极定向移动 在阴极的电子发生还原反应 阴离子移向阳极定向移动 在阳极失电子发生氧化反应 CuSO4溶液 电极 与直流电源负极相连的电极叫阴极 与直流电源正极相连的电极叫阳极 电极反应与电极反应式 阳极 阳极本身或者阴离子发生氧化反应 阴极 阳离子发生还原反应 如图中电解池 阳极 4OH 4e O 2 2H2O 或 2H2O 4e 4H O 2 阴极 Cu2 2e Cu 总反应 2CuSO4 2H2O2Cu O2 2H2SO4 电子的移动方向 由电源的负极流向电解池的阴极 再由电解池的阳极回到电源的正极 电流的流动方向 由电源的正极流向电解池的阳极 再由电解池的阴极回到电源的负极 离子的移动方向 阳离子向阴极移动 阴离子向阳极移动 从而实现了溶液的导电过程 意义 电解池将一个不可能的氧化还原反应得以实现 例如 铜与硫酸铜溶液不反应 但以铜作阳极 以石墨 Pt Pt 1 0 A a X Y 作阴极 就可以把铜从阳极搬运到阴极 实现铜和硫酸铜溶液的反应 与原电池的关系 一个原电池可以作电解池的直流电源 一个可逆电池的充电过程是电解过程 可逆电池放电 时负极的电极反应式的逆反应 是充电时阴极的电极反应式 可逆电池放电时正极的电极反应式的逆反应 是 充电时阳极的电极反应式 强化练习 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 溶液呈红色 C 若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液 溶液呈红色 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 溶液呈中性 2 右图是电解 CuCl2溶液的装置 其中 c d 为石墨电极 则下列 有关的判断正确的是 A a 为负极 b 为正极 B a 为阳极 b 为阴极 C 电解过程中 d 电极质量增加 D 电解过程中 氯离子浓度不变 3 电解原理在化学工业中有广泛应用 右图表示一个电解池 装有电解液 a X Y 是两块电极板 通过导线 与直流电源相连 请回答以下问题 1 若 X Y 都是惰性电极 a 是饱和 NaCl 溶液 实验开始时 同时在两边各滴入几滴酚酞试液 则 电解池中 X 极上的电极反应式为 在 X 极附近观察到的现象是 Y 电极上的电极反应式为 检验该电极反应产物的方法是 2 如要用电解方法精炼粗铜 电解液 a 选用 CuSO4溶液 则 X 电极的材料是 电极反应式是 Y 电极的材料是 电极反应式是 说明 杂质发生的电极反应不必写出 4 用惰性电极实现电解 下列说法正确的是 A 电解稀硫酸溶液 实质上是电解水 故溶液 p H 不变 B 电解稀氢氧化钠溶液 要消耗 OH 故溶液 pH 减小 C 电解硫酸钠溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为 1 2 D 电解氯化铜溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为 1 1 5 在原电池和电解池的电极上所发生的反应 同属还原反应的是 A 原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应 B 原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应 C 原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应 D 原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应 6 用惰性电极电解 M NO3 x 的水溶液 当阴汲上增重 ag 时 在阳极上同时产生 bL 氧气 标准状况 从 而可知 M 的相对原子质量量为 A 22 4ax b B 11 2ax b C 5 6ax b D 2 5ax b 7 用石墨作电极 电解 1mol L 1 下列物质的溶液 溶液的 pH 值保持不变的是 A HCl B NaOH C Na2SO4 D NaCl 8 用两支惰性电极插入500毫升AgNO3溶液中 通电电解 当电解液的pH值从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 电极上应析出银的质量是 A 27毫克 B 54毫克 C 108毫克 D 216毫克 9 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 向剩余电解液中加适量水 能使溶液和电解前相同的是 A AgNO3 B H2SO4 C HCl D NaCl 4 电解原理的运用电解原理的运用 1 1 一 电解原理的运用 1 判断电解池 包括电镀池和精炼池 2 判断原电池的正负极和电解池的阴阳极 3 分析电解池阴阳极的氧化反应和还原反应 书写电极反应式 判断电解的电极产物 判 断电解的电极现象 分析电解过程中 PH 值的改变情况 分析恢复电解液的方法 4 根据电解原理分析电化学腐蚀的速率和电化学保护的方法 5 分析电流 电子 离子的移动方向 6 分析活泼金属的冶炼方法 7 分析氯碱工业和次氯酸钠溶液的生产 8 分析电镀原理和精炼原理 9 分析可逆电池的充电原理 10 进行电解计算 强化练习 1 下列装置可以用于锌片上镀铜的是 A CuSO4溶液 B CuSO4溶液 C CuSO4溶液 D ZnSO4溶液 2 Cu2O 是一种半导体材料 基于绿色化学理念设计的制取 Cu2O 的电解池示意图如下 电解总反应为 2 2CuH O 2 Cu O 2 H 下列说法正确的是 A 石墨电极上产生氢气 B 铜电极发生还原反应 C 铜电极直接流电源的负极 D 当有 0 1mol 电子转移时 有 0 1moICu2O 生成 强碱性电解质溶液 3 某同学按右图所示的装置进行电解实验 下列说法正确的是 A 电解过程中 铜电极上有 H2产生 B 电解初期 反应方程式为 Cu H2SO4CuSO4 H2 C 电解一定时间后 石墨电极上没有铜析出 稀硫酸 D 电解初期过程中 H 的浓度不断减小 4 下列描述中 不符合生产实际的是 A 电解熔融的氧化铝制取金属铝 用铁作阳极 B 电解法精炼粗铜 用纯铜作阴极 C 电解饱和食盐水制烧碱 用涂镍碳钢网作阴极 D 在镀件上电镀锌 用锌作阳极 5 下列说法正确的是 A 在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失去电子的氧化反应 B 用惰性电极电解 Na2SO4溶液 阴阳两极产物的物质的量之比为 1 2 C 用惰性电极电解饱和 NaCl 溶液 若有 1 mol 电子转移 则生成 1 molNaOH D 镀层破损后 镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀 6 镍镉 Ni Cd 可充电电池在现代生活中有广泛应用 已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液 其充 放电按下式进行 Cd 2NiOOH 2H2O 放电 充电 Cd OH 2 2Ni OH 2 电解 Zn Cu Cu Zn Zn Cu G Zn Cu C Cu Cu C 1 2 有关该电池的说法正确的是 A 充电时阳极反应 Ni OH 2 e OH NiOOH H2O B 充电过程是化学能转化为电能的过程 C 放电时负极附近溶液的碱性不变 D 放电时电解质溶液中的 OH 向正极移动 7 把分别盛有熔融的氯化钾 氯化镁 氯化铝的三个电解槽串联 在一定条件下通电一段时间后 析出钾 镁 铝的物质的量之比为 A 1 2 3 B 3 2 1 C 6 3 1 D 6 3 2 8 以惰性电极电解硫酸铜溶液 下列说法错误的是 A 电解过程中溶液的 PH 下降 B 电解一段时间后加入一定量 CuCO3可恢复原溶液 C 阳极反应式是 2H2O 4e 4H O 2 D 阴极铜离子被氧化生成铜单质 5 电解规律 电解规律 电解电解质溶液 产物主要取决于阳极材料和电解质溶液阳离子的氧化性和阴离子的还原性的强弱 也和溶液 的离子浓度 电流强度有关 氧化性 Ag Hg2 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 还原性 Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag S2 I Br Cl OH SO 4 2 NO 3 1 以惰性电极 Pt 或石墨 电解电解质溶液的规律 电解不活泼金属的无氧酸盐或无氧酸 实际上是电解电 解质本身 电解活泼金属的无氧酸盐 实际上是电解水中的氢离子和电解质中的阴离子 电解不活泼金属的含 氧酸盐 实际上是电解水中氢氧根离子和电解质的阳离子 电解活泼金属的含氧酸盐或含氧酸或碱 实际上是 电解水 活泼金属的含氧酸盐或含氧酸实际起增强溶液的导电性作用 电解质 反应离子 阳极产物 阴极产物 PH 改变 恢复方法 CuCl2 Cu2 Cl Cl2 Cu 看情况 加入 CuCl2 HCl H Cl Cl2 H2 增大 通入 HCl NaCl H Cl Cl2 H2 NaOH 增大 通入 HCl CuSO4 Cu2 OH O2 H2SO4 Cu 减小 加入 CuO Na2SO4 H OH O2 H2 不变 加入 H2O H2SO4 H OH O2 H2 减小 加入 H2O NaOH H OH O2 H2 增大 加入 H2O CuCl2 Cu Cl2 2HCl H2 Cl2 2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 2H2O 2H2 O2 2CuSO4 2H2O 2Cu H2SO4 O2 2 以非惰性电极 Zn Fe Sn Pb Cu Ag 等 K Ca Na Mg Al 太活泼 一般不作电极 Hg 在常温 下为液态 一般也不作电极 作阳极 电解电解质溶液 阳极金属本身发生氧化反应 主要运用于电镀和精炼 电镀原理 以镀层金属作阳极 以待镀金属作阴极 以镀层金属的可溶性溶液为电解质溶液进行电解 形 成的电解池又叫电镀池 例如 在铜表面镀银 以银作阳极 以铜作阴极 以 AgNO3溶液为电解液 阳极 Ag e Ag 阴极 Ag e Ag 电镀过程中 电解质溶液的浓度不变 PH 值不变 精炼原理 以粗金属作阳极 以纯金属作阴极 以纯金属的可溶性溶液为电解质溶液 形成的电解池又叫 精炼池 例如 精炼铜 以粗铜为阳极 以纯铜为阴极 以 CuSO4溶液为电解液 阳极 Cu 2e Cu2 比 铜要活泼的杂质如 Zn Ni Cd 也参加反应 比铜不活泼的金属不参加反应 形成阳极泥 阴极 Cu2 2e Cu 精炼过程中 电解质溶液的浓度微有下降 PH 值微有改变 阳极材料 阴极材料 电解质溶液 物质的量浓度 PH 值 Cu Zn CuSO4 不变 不变 粗铜 Cu CuSO4 稍有下降 稍有改变 1 3 电解反应 电解质类型 规 律 举例 PH变化 溶液复原法 电解水 含氧酸 实质电解水 H2 O2 电解稀H2SO4 降低 加 H2O 强碱溶液 实质电解水 H2 O2 电解NaOH溶液 升高 加 H2O 活泼金属含氧 酸盐 实质电解水 H2 O2 电解Na2SO4溶液 不变 加 H2O 溶质分解 无氧酸 酸 H2 非金属 2HCl H2 Cl2 升高 加 HCl 不活泼金属无 氧酸盐 盐 金属 非金属 CuCl2 Cu Cl2 加 CuCl2 放氧生酸 不活泼金属含 氧酸盐 盐 水 金属 O2 酸 2CuSO4 2H2O 2Cu O2 2H2SO 4 降低 Cu CuCO3 放氢生碱 活泼金属无氧 酸盐 盐 水 H2 非金属 碱 2KCl 2H2O H2 Cl2 2KOH 升高 加 HCl 强化练习 1 电镀银时 应选择下列哪种物质做阳极 A Ag B Cu C 铂 D 石墨 2 下列装置的线路接通后 经过一段时间 溶液的 pH 值明显下降的是 A NaCl 溶液 B AgNO3溶液 C CuSO4溶液 D Na2SO4溶液 3 当两极都用银片作电极电解硝酸银水溶液时一段时间 下列说法正确的是 A 阳极有氧气产生 B 溶液的 PH 值不变 C 阳极有银产生 D 阴极有氢气产生 4 用石墨作电解电解 1mol LCuSO4溶液一段时间后 如果溶液中还有 CuSO4 就停止电解 此时向溶液中加 一定量的下列物质 能恢复到 1mol LCuSO4溶液的是 A Cu OH 2 B CuO C CuSO4 D H2O 5 将两个铂电极插入 500 毫升 CuSO4溶液中进行电解 通电一定时间后 某一电极增重 0 064 克 设电解时该 电极无氢气析出 且不考虑水解和溶液体积变化 此时溶液中氢离子浓度约为 A 4 10 3mol L B 2 10 3mol L C 1 10 3mol L D 1 10 7mol L 6 在外界提供相同电量的条件 Cu2 或 Ag 分别按 Cu2 2e Cu 或 Ag e Ag 在电极上放电 若 析出铜的质量为 1 92g 则析出银的质量为 A 1 62g B 6 48g C 3 24g D 12 96g 7 某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液 通电 时 为使 Cl2被完全吸收 制得有较强杀菌能力的消毒液 设计了如图的装置 则对电源 电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是 A a 为正极 b 为负极 NaClO 和 NaCl B a 为负极 b 为正极 NaClO 和 NaCl C a 为阳极 b 为阴极 HClO 和 NaCl D a 为阴极 b 为阳极 HClO 和 NaCl 8 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 Pt Pt Ag Pt Pt Cu C Pt 1 4 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 8 电解原理的应用 电解原理的应用 电解饱和食盐水 氯碱工业 电解饱和食盐水 氯碱工业 反应原理 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 总反应 2NaCl 2H2O H2 Cl2 2NaOH 设备 阳离子交换膜电解槽 组成 阳极 由金属钛网 涂有钌氧化物制成 阴极 由碳钢网涂有Ni涂层 制成 阳离子交换膜 电解槽框及导电铜 阳离子交换膜的作用 它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过 制烧碱生产过程 离子交换膜法 食盐水的精制 粗盐 含泥沙 Ca2 Mg2 Fe3 SO42 等 加入 NaOH 溶液 加入 BaCl2溶液 加入 Na2CO3溶液 过滤 加入盐酸 加入离子交换剂 NaR 电解生产主要过程 NaCl 从阳极区加入 H2O 从阴极区加入 阴极 H 放电 破坏了水的电离平衡 使 OH 浓度增大 OH 和 Na 形成 NaOH 溶液 电解冶炼铝电解冶炼铝 原料 冰晶石 Na3AlF6 3Na AlF63 氧化铝 铝土矿 NaOH 过滤 NaAlO2 CO2 过滤 Al OH 3 Al2O3 原理 阳极 Al3 3e Al 阴极 O2 2e O2 总反应 4Al3 6O2 4Al 3O2 设备 电解槽 阳极 C 阴极 Fe 因为阳极材料不断地与生成的氧气反应 C O2 CO CO2 故需定时 补充 电镀电镀 用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程 镀层金属作阳极 镀件作阴极 电镀液必须含有镀层金属的离子 电镀锌原理 阳极 Zn 2e Zn2 阴极 Zn2 2e Zn 电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化 在电镀控制的条件下 水电离出来的 H 和 OH 一般不起反应 电镀液中加氨水或 NaCN 的原因 使 Zn2 离子浓度很小 镀速慢 镀层才能致密 光亮 电解冶炼活泼金属电解冶炼活泼金属 Na Mg Al 等 等 电解熔融氯化钠 电极反应 阴极 2Na 2e 2Na 阳极 2Cl 2e Cl2 电解总的化学方程式 2NaCl 熔融 2Na Cl2 电解熔融氯化镁 电极反应 阴极 Mg2 2e Mg 阳极 2Cl 2e Cl2 电解总的化学方程式 MgCl2 熔融 Mg Cl2 电解熔融氧化铝 电极反应 阴极 4Al3 12e 4Al 阳极 6O2 12e 3O2 1 5 电解总的化学方程式 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 电解精炼铜电解精炼铜 粗铜作阳极 精铜作阴极 电解液含有 Cu2 铜前金属先反应但不析出 铜后金属不反应 形 成 阳极泥 电极反应 阴极 2Cu2 2e 2Cu 阳极 2Cu 2e 2Cu2 8 电解池电极方程式 电解方程式的书写电解池电极方程式 电解方程式的书写 书写电解反应的一般步骤是 以写出用石墨做电极电解 CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例 第一步 明确溶液中存在哪些离子 溶液中的阳离子 Cu2 H 阴离子 OH SO2 4 第二步 判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序 阴极 Cu2 H 阳极 OH SO2 4 第三步 写电极反应式和