高中化学选修4原电池与电解池讲义及习题含答案

1个性化辅导讲义讲义编号学员编号年级高二课时数学员姓名辅导科目化学学科教师授课课题电化学基础原电池、电解池授课时间及时段年月日星期时段教学目标1理解原电池的工作原理，了解组成原电池的条件2掌握电极反应和原电池总反应方程式的书写3认识化学能与电能的相互转化教学内容与过程1原电池和电解池的比较装置原电池电解池实例原理使氧化还原反应中电子作定向移动，从而形成电流。这种把化学能转变为电能的装置叫做原电池。使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。形成条件电极两种不同的导体相连；电解质溶液能与电极反应。能自发的发生氧化还原反应形成闭合回路电源；电极（惰性或非惰性）；电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定正极材料性质较不活泼的电极；负极材料性质较活泼的电极。由外电源决定阳极连电源的正极；阴极连电源的负极；电极负极ZN2EZN2（氧化反应）阴极CU22ECU（还原反2反应正极2H2EH2（还原反应）应）阳极2CL2ECL2（氧化反应）电子流向负极正极电源负极阴极；阳极电源正极电流方向正极负极电源正极阳极；阴极电源负极能量转化化学能电能电能化学能应用抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食盐水（氯碱工业）；电镀（镀铜）；电冶（冶炼NA、MG、AL）；精炼（精铜）。2原电池正负极的判断根据电极材料判断活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的或者非金属为正极。根据电子或者电流的流动方向电子流向负极正极。电流方向正极负极。根据电极变化判断氧化反应负极；还原反应正极。根据现象判断电极溶解负极；电极重量增加或者有气泡生成正极。根据电解液内离子移动的方向判断阴离子移向负极；阳离子移向正极。3电极反应式的书写负极负极材料本身被氧化如果负极金属生成的阳离子与电解液成分不反应，则为最简单的MNEMN如ZN2EZN2如果阳离子与电解液成分反应，则参与反应的部分要写入电极反应式中如铅蓄电池，PBSO422EPBSO4负极材料本身不反应要将失电子的部分和电解液都写入电极反应式，如燃料电池CH4O2C作电极电解液为KOH负极CH410OH8EC0327H2O正极当负极材料能自发的与电解液反应时，正极则是电解质溶液中的微粒的反应，H2SO4电解质，如2H2EH2CUSO4电解质CU22ECU当负极材料不与电解质溶液自发反应时，正极则是电解质中的O2发生还原反应当电解液为中性或者碱性时，H2O参加反应，且产物必为OH,如氢氧燃料电池（KOH电解质）O22H2O4E4OH3当电解液为酸性时，H参加反应，产物为H2OO24H4E2H2O4化学电源新型电池一、一次电池1、定义一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等2、常见的一次电池（1）普通锌锰干电池锌锰干电池是最常见的化学电源，分酸性碱性两种干电池的外壳（锌）是负极，中间的碳棒是正极，在碳棒的周围是细密的石墨和去极化剂MNO2的混合物，在混合物周围再装入以NH4CL溶液浸润ZNCL2，NH4CL和淀粉或其他填充物（制成糊状物）为了避免水的蒸发，干电池用蜡封好干电池在使用时的电极反应为负极ZN2EZN2正极2NH42E2MNO22NH3MN2O3H2O总反应ZN2MNO22NH4MN2O32NH3ZN2H2O（2）碱性锌锰干电池负极ZN2OH2EZN（OH）2正极2MNO22H2O2E2MNOOH2OH总反应ZN2MNO22H2O2MNOOHZN（OH）2（3）锌银电池电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称它们的电极材料是AG2O和ZN，所以叫锌银电池电极反应和电池反应是负极ZN2OH2EZN（OH）2正极AG2OH2O2E2AG2OH总反应ZNAG2OH2OZN（OH）22AG利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面（4）锂二氧化锰非水电解质电池以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，锂二氧化锰电池负极是金属锂，正极活性物质是二氧化锰。电解质是无机盐高氯酸锂（LICLO4），溶于碳酸丙烯酯（PC）和1、2二甲氧基乙烷（DME）的混合有机溶剂中，4电极反应为负极反应LIELI正极反应MNO2LIELIMNO2总反应LIMNO2LIMNO2该种电池的电动势为269V，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维持其能力的90，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等（5）铝空气海水电池1991年，我国首例以铝空气海水为材料组成的新型电池用作航海标志灯该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流工作原理负极4AL12E4AL3正极3O26H2O12E12OH总反应4AL3O26H2O4AL（OH）3特点这种海水电池的能量比“干电池”高2050倍（6）高能电池锂电池该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长，适用于动物体内（如心脏起搏器）因锂的化学性质很活泼，所以其电解质溶液应为非水溶剂如作心脏起搏器的锂碘电池的电极反应式为负极2LI2E2LI正极I22E2I总反应式为2LII22LII练习（9分）锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LICIO4。溶于混合有机溶剂中，LI通过电解质迁移入MNO2晶格中，生成LIMNO2。回答下列问题（1）外电路的电流方向是由_极流向_极。（填字母）（2）电池正极反应式为。（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂_（填“是”或“否”），原因是_。（4）MNO2可与KOH和KCLO3，在高温下反应，生成K2MNO4，反应的化学方程式为5_。K2MNO4在酸性溶液中歧化，生成KMNO4和MNO2的物质的量之比为_。二、二次电池1、定义二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生这类电池可以多次重复使用2、常见的二次电池（1）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铅蓄电池放电的电极反应如下负极PBSO422EPBSO4（氧化反应）正极PBO2SO42十4H2EPBSO42H2O（还原反应）总反应PBPBO22H2SO42PBSO4十2H2O铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程阴极PBSO42EPBSO42（还原反应）阳极PBSO42H2O2EPBO2SO42十4H（氧化反应）总反应2PBSO4十2H2OPBPBO22H2SO4可以把上述反应写成一个可逆反应方程式PBPBO22H2SO42PBSO4十2H2O练习已知铅蓄电池的工作原理为PBPBO22H2SO42PBSO42H2O，现用如图装置进行电解电解液足量，测得当铅蓄电池中转移04MOL电子时铁电极的质量减少112G。请回答下列问题。1A是铅蓄电池的极，铅蓄电池正极反应式为，放电过程中电解液的密度填“减小”、“增大”或“不变”。2AG电极的电极反应式是，该电极的电极产物共G。3CU电极的电极反应式是，CUSO4溶液的浓度填“减小”、“增大”或“不变”4如图表示电解进行过程中某个量纵坐标X随时间的变化曲线，则X表示。6A各U形管中产生的气体的体积B各U形管中阳极质量的减少量C各U形管中阴极质量的增加量（2）碱性镍镉电池该电池以CD和NIO（OH）（氢氧化镍酰）作电极材料，NAOH作电解质溶液负极CD2OH2ECD（OH）2正极2NIO（OH）2H2O2E2NI（OH）22OH总反应式为CD2NIO（OH）2H2OCD（OH）22NI（OH）2充电时阳极发生如下反应NIOH2EOHNIOOHH2O阴极发生的反应CDOH22ECD2OH总反应为2NIOH2CDOH22NIOOHCD2H2O从上述两种蓄电池的总反应式可看出，铅蓄电池在放电时除消耗电极材料外，同时还消耗电解质硫酸，使溶液中的自由移动的离子浓度减小，内阻增大，导电能力降低而镍镉电池在放电时只消耗水，电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化，内阻几乎不变，导电能力几乎没有变化练习镉镍可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充、放电反应按下式进行CD2NIOOH2H2OCD（OH）22NI（OH）2，由此判断错误的是（）A放电时，CD作负极B放电时，NIOOH作负极C电解质溶液为碱性溶液D放电时，负极反应为CD2OH2ECDOH2（3）氢镍可充电池该电池是近年来开发出来的一种新型可充电池，可连续充、放电500次，可以取代会产生镉污染的镍镉电池负极H22OH2E2H2O正极2NIO（OH）2H2O2E2NI（OH）22OH7总反应式为H22NIO（OH）2NI（OH）2练习氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，可以取代会产生隔污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式H2NIOOHNIOH2，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，氢元素被氧化D电池放电时，H2是负极三、燃料电池又称连续电池一般以天然燃料或其它可燃物质如H2、CH4等作为负极反应物质，以O2作为正极反应物质而形成的燃料电池体积小、质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一（1）氢氧燃料电池主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用40的KOH溶液作电解质溶液其电极反应式为负极2H24OH4E4H2O正极O22H2O4E4OH总反应式为2H2O22H2O（2）甲烷燃料电池用金属铂作电极，用KOH溶液作电解质溶液负极CH410OH8ECO327H2O正极2O24H2O8E8OH总反应式为CH42O22KOHK2CO33H2O（3）甲醇燃料电池是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的10倍负极2CH4O16OH12E2CO3212H2O正极3O26H2O12E12OH总反应式为2CH4O3O24OH2CO326H2O（4）固体氧化物燃料电池该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体二氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2在其间通过负极2H22O24E2H2O正极O24E2O2总反应式为2H2O22H2O练习固体氧化物燃料电池（SOFC）以固体氧化物作为电解质，O2可以在其内部自由通过。其工作原理如图所示。下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是8A电极B为电池负极，电极反应式为O24E2O2B固体氧化物的作用是让电子在电池内通过C若H2作为燃料气，则接触面上发生的反应为H22OH4E2HH2OD若C2H4作为燃料气，则接触面上发生的反应为C2H46O212E2CO22H2O（5）熔融盐燃料电池该电池用LI2CO3和的NA2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在6500C下工作的燃料电池熔融盐燃料电池具有高的发电效率负极2CO2CO324E4CO2正极O22CO24E2CO32总反应式为2COO22CO25化学腐蚀和电化腐蚀的区别化学腐蚀电化腐蚀一般条件金属直接和强氧化剂接触不纯金属，表面潮湿反应过程氧化还原反应，不形成原电池。因原电池反应而腐蚀有无电流无电流产生有电流产生反应速率电化腐蚀化学腐蚀结果使金属腐蚀使较活泼的金属腐蚀6吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别电化腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强正极反应O24E2H2O4OH2H2EH2负极反应FE2EFE2FE2EFE2腐蚀作用是主要的腐蚀类型，具有广泛性发生在某些局部区域内7金属的防护9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。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。电化学保护法外加电源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。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8电解池的阴阳极判断由外电源决定阳极连电源的正极；阴极连电源的负极；根据电极反应氧化反应阳极；还原反应阴极根据阴阳离子移动方向阴离子移向阳极；阳离子移向阴极，根据电子几点流方向电子流向电源负极阴极；阳极电源正极电流方向电源正极阳极；阴极电源负极9电解时电极产物判断阳极如果电极为活泼电极，AG以前的，则电极失电子，被氧化被溶解，ZN2EZN2如果电极为惰性电极，C、PT、AU、TI等，则溶液中阴离子失电子，4OH4E2H2OO2阴离子放电顺序S2IBRCLOHNO3SO42CO32F即活性阳极（金属）无氧酸根离子OH含氧酸根离子F阴极（阴极材料金属或石墨总是受到保护）根据电解质中阳离子活动顺序判断，阳离子得电子顺序即金属活动顺序表的反表，金属活泼性越强，则对应阳离子的放电能力越弱，既得电子能力越弱KA，则该电解质可能是（A）ANAOHBH2SO4CAGNO3DNA2SO4401年上海铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（D）A阴极B正极C阳极D负极5用铂电极（惰性）电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是（AC）A稀NAOH溶液BHCL溶液C酸性MGSO4溶液D酸性AGNO3溶液6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（BC）13A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700上海在外界提供相同电量的条件，CU2或AG分别按CU22ECU或AGEAG在电极上放电，其析出铜的质量为192G，则析出银的质量为（B）A162GB648GC324GD1296G802上海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（B）AA为正极，B为负极；NACLO和NACLBA为负极，B为正极；NACLO和NACLCA为阳极，B为阴极；HCLO和NACLDA为阴极，B为阳极；HCLO和NACL902春季理综通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比N（硝酸银）N（硝酸亚汞）21，则下列表述正确的是（D）A在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比N（银）N（汞）21B在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等C硝酸亚汞的分子式为HGNO3D硝酸亚汞的分子式为HG2NO321003江苏用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（D）A电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液PH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12D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1111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（C）AA为负极、B为正极BA为阳极、B为阴极C电解过程中、D电极质量增加14充电放电D电解过程中，氯离子浓度不变1203春季理综家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（D）A4FEOH22H2OO24FEOH3B2FE2H2OO22FEOHC2H2OO24EOHDFE3EFE313镍镉（NICD）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行CDOH22NIOH2CD2NIOOH2H2O由此可知，该电池放电时的负极材料是（C）ACDOH2BNIOH2CCDDNIOOH1404江苏碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为ZNS2MNO2SH2OLZNOH2SMN2O3S下列说法错误的是（C）A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为2MNO2SH2O12EMN2O3S2OHAQC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02MOL电子，锌的质量理论上减小65G15下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（B）AA电极是负极BB电极的电极反应为4OH4E2H2OO2C氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置1603广东用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（D）A电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液PH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12D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1115AAXY1799全国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根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（CD）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1899全国惰性电极电解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（C）ABCDBAX42BA21BAX65X521998全国下列关于铜电极的叙述正确的是（AC）A铜锌原电池中铜是正极B用电解法精炼粗铜时铜作阳极C在镀件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404全国理综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2H2EH2。在X极附近观察到的现象是放出气体溶液变红。Y电极上的电极反应式为2CL2ECL2，检验该电极反应产物的方法是将湿润的KI淀粉试纸放在Y极附近，试纸变蓝（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液A选用CUSO4溶液，则X电极的材料是纯铜，电极反应式是CU22ECU。Y电极的材料是粗铜，电极反应式是CU2ECU2。16（说明杂质发生的电极反应不必写出）504全国理综在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如右图。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答（1）阳极上的电极反应式为_2I2EI2_。（2）阴极上的电极反应式为_2H2EH2_。（3）原上层液体是_KI水溶液_。（4）原下层液体是_CCL4_。（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是_I2在CCL4中溶解度远大于在水中的溶解度，所以大部分I2被CCL4萃取。_。（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是_焰色反应_，现象是_透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色。17（17分）工业上为了除去含CR2O72离子的酸性废水，采用以下处理方法往工业废水中加入适量的食盐水12G/L；以铁作为电极进行电解,鼓入空气，经过一段时间后，使废水中的含铬（有毒）量降到可排放的标准。其原理是将CR2O72离子还原为可溶性三价铬离子；在电解除铬过程中，溶液的PH不断升高，使工业废水由酸性变为碱性，再把三价铬离子变成不溶性氢氧化物除去。根据上述原理回答下列问题1用铁作为电极电解时，电极反应式为阳极FE2EFE2_，阴极_2H2EH2_；加入食盐的目的是增大溶液的导电性。2在水溶液中将CR2O72离子还原成CR3离子的还原剂为溶液中的FE2离子，此氧化还原反应的离子方程式是CR2O726FE214H2CR36FE37H2O。3在处理废水的过程中，溶液的PH不断升高，由酸性