高中《实验化学》专题五.docx
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高中《实验化学》专题五
专题五:
电化学问题研究
课题1原电池
【课题目标】
1.通过原电池实验,加深对原电池工作原理的认识;
2.通过制作氢氧原电池,了解燃料电池的工作原理;
3.能用实验的方法证明钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的发生,并能用化学知识加以解释。
【知识梳理】
基础知识:
(1)原电池基本构造和反应现象:
如右图所示组装一个原电池装置,可观察到的现象是
灯泡发光,锌片溶解,铜片上有气泡产生。
电极反应式为:
正极(铜):
2H++2e—=H2↑
负极(锌):
Zn—2e—=Zn2+
电池反应为Zn+2H+=Zn2+ +H2↑
(2)极化作用:
开始时,Zn片上没有气泡,但不久后,Zn片上慢慢产生少量的气泡,这是因为反应开始后,Cu片上产生气泡,这些气泡先附着在Cu片上,当反应持续进行时,气泡逐渐变大并离开Cu片上升,但是Cu片上始终有很多微小的气泡覆盖,阻碍H+在Cu片上得e-,Zn片上的电子也就不能顺畅地输送到Cu片上,所以,有些H+就直接在Zn片上夺取电子生成H2,这就是电极的极化作用。
降低极化:
可以供给电极适当的反应物(如KMnO4、重铬酸钾、H2O2),由于这种物质比较容易在电极上反应可以使电极上的极化作用减小或限制在一定程度,这种作用称为去极化作用。
(3)右图是铜锌原电池,又称丹尼尔电池。
请回答:
(1)电极反应式:
正极(Cu)Cu2++2e—=Cu
负极(Zn)Zn—2e—=Zn2+
(2)电池反应式Zn+Cu2+=Zn2++Cu
(3)盐桥的作用是沟通2个半电池,保持其电荷平衡,
使整个装置构成通路。
(4)此电池的优点是产生持续、稳定的电流。
盐桥(琼脂+饱和氯化钾溶液),作用是电池工作时,Cl-流向Zn电极,K+流向Cu电极,形成闭合回路。
【实战演练】
基础训练
1.电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。
下列有关电池的叙述正确的是C
A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化
D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
2.Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为:
2Li++FeS+2e—=Li2S+Fe有关该电池的下列说法中,正确的是B
A.Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价
B.该电池的电池反应式为:
2Li+FeS=Li2S+Fe
C.负极的电极反应式为Al-3
=Al3+
D.充电时,阴极发生的电极反应式为:
3.市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。
它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li
的高分子材料。
这种锂离子电池的电池反应为:
Li+2Li
下列说法不正确的是D
A.放电时,负极的电极反应式:
Li-e
=Li
B.充电时,Li
既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li
向负极移动
4.铜锌原电池(如图9)工作时,下列叙述正确的是BC
A.正极反应为:
Zn—2e-=Zn2+
B.电池反应为:
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从负极流向正极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
5.
右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。
下列说法正确的是CD
A.该系统中只存在3种形式的能量转化
B.装置Y中负极的电极反应式为:
C.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放,
并能实现化学能与电能间的完全转化
6.控制适合的条件,将反应
设计成如右图所示的原电池。
下列判断不正确的是D
A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固定,乙中石墨电极为负极
7.
(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应:
;
银片上发生的电极反应:
。
(2)若该电池中两电极的总质量为60g,工作一段时间后,取出锌片和银片洗净干燥后称重,总质量为47g,试计算:
①产生氢气的体积(标准状况);
②通过导线的电量。
(已知NA=6.02×1023/mol,电子电荷为1.60×10-19C)
7.
智力提升
8.如右图,在一块锌片和一块铜片之间放一块海绵,用橡皮筋固定好。
用导线把小灯泡和锌片和铜片连接起来,插入盛有稀硫酸的烧杯中。
小灯泡变亮后又很快变暗。
回答下列问题:
⑴产生此现象的原因是
。
⑵欲使小灯泡重新变亮可向烧杯中加入
(任写一种试剂)。
该试剂的功能是。
⑶锌片为该原电池的极,该极的反应方程式为。
⑷若将稀硫酸改为氢氧化钠溶液,小灯泡徐徐变亮后又变暗至熄灭,加入一定量的高锰酸钾使之溶解,其现象为,正极上的电极反应式为。
⑸只要锌片、稀硫酸、高锰酸钾或锌片、氢氧化钠、高锰酸钾同时存在,小灯炮就会发光不止,其原因是。
8.⑴锌铜稀硫酸构成原电池,所以灯泡变亮,但由于原电池的极化作用又使的灯泡变暗。
⑵高锰酸钾或重铬酸钾或双氧水等;去极化作用。
⑶负,略。
⑷重新发出更明亮的光,2H2O+2e-=H2↑+2OH-⑸铜片、锌片、电解质溶液等形成原电池,高锰酸钾以去极化作用,灯泡就保持发光不止。
9.某学习小组按下列步骤制作氢氧燃料电池:
①电极的制作将石墨碳棒放到酒精喷灯上灼烧2~3min除去其中的胶质后,立即投入到冷水中,反复操作3~5次,(即淬火3~5次),使碳棒表面变得粗糙多孔,即制得多孔碳电极。
②氢气、氧气的制备以多孔碳棒为电极,用6V直流电源电解2mol/LKNO3溶液约20s,使两根碳棒上吸附很多小气泡。
③氢氧燃料电池的制得去掉电源,在两极间接上音乐集成电路,则听到动听的音乐。
请回答下列问题:
⑴将电极制成粗糙多孔的目的是;
⑵电解时,与电源正极相连的电极的反应式为;
⑶下列物质能代替KNO3,且溶液酸碱性变化也相同的是;
A.NaOHB.H2SO4C.KClD.CuSO4E.Na2SO4
⑷音乐集成电路的正极应与原来连接直流电源的极相连;燃料电池中正极上的电极反应式为,负极反应式为
9.⑴扩大气体与电极的接触面积,贮存较多的气体;⑵4OH——4e—=O2↑+2H2O ⑶ E ⑷正 O2+4e—+4H+=2H2O,2H2—4e—=4H+
思维开拓
10.下面是某同学设计的二个钢铁腐蚀的实验,根据实验回答有关问题。
实验一:
取两根5cm左右长的铁钉,用稀盐酸浸泡几分钟后取出,在其中一根铁钉上疏散地绕几圈光亮的细铜丝,使之紧密接触;再将两根铁钉分别放入两支试管中,各加入3mL0.1mol/L盐酸和2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液,则可观察到绕有铜丝的铁钉比另一根铁钉产生的气泡多,且在铁钉周围先出现沉淀。
实验二:
在除去铁锈的铁片上滴上1滴含酚酞的食盐水,静置1~2min。
⑴实验一中出现沉淀的颜色是色;绕有铜丝的铁钉比另一根铁钉产生的气泡多,且在铁钉周围先出现沉淀的原因是;铜丝上的反应式为。
⑵实验二的现象是;正极上的电极反应式是,食盐的作用是。
⑶炒过菜的铁锅未及时洗净,第二天铁锅便出现红棕色锈斑(Fe2O3·xH2O)。
则该腐蚀属于电化腐蚀中的腐蚀,其理由是;
生成1molFe2O3·xH2O消耗molH2O。
10.⑴蓝理由与反应式略⑵溶液变红色,铁片表面出沉淀,逐渐变为红棕色;略;略⑶吸氧理由略5+x
【参考答案】
【实验报告】
一.实验原理:
(答案略)
二、实验仪器和药品:
仪器:
试剂:
(答案略)
三、实验步骤:
1.原电池实验
如右图所示组装一个原电池装置,可观察到的现象是
灯泡发光,锌片溶解,铜片上有气泡产生。
电极反应式为:
正极(铜):
2H++2e—=H2↑
负极(锌):
Zn—2e—=Zn2+
电池反应为Zn+2H+=Zn2+ +H2↑
一般来说,电池的极化作用都是很强的,极化作用会使电池的放电和充电变得迟钝。
所以上述电池在工作较短的时间后,灯泡会熄灭。
当加入一些高锰酸钾、重铬酸钾或双氧水等强氧化剂时,现象又会变得明显,原因是强氧化剂降低了电极的极化作用。
2.燃料电池的制作
(1)把两根碳棒放在酒精喷灯上灼烧2—3min,立即投入到冷水中,反复操作3—5次,其主要目的是使碳棒表面变得粗糙多孔。
(2)右图装置,两玻璃管中盛满KNO3溶液,C(Ⅰ)、C(Ⅱ)为上述处理过的碳棒(多孔石墨电极)。
(1)接通S1后,两玻璃管中有气体生成,其电解的反应式为
电解
2H2O===2H2↑+O2↑。
(2)电解一段时间后,当两玻璃管中液面未脱离电极,多孔石墨
电极上有吸附着许多小气泡时,断开S1,接通S2,电流表的
指针发生偏转,电子流动方向如图所示。
此时:
C(Ⅰ)的电极名称是负极,电极反应式为2H2—4e—=4H+
C(Ⅱ)的电极名称是正极,电极反应式是O2+2H2O+4e—=4OH—。
3.金属的电化学腐蚀
腐蚀类型
实验内容
实验现象
结论和解释
(书写电极反应式)
化学腐蚀
(无电流)
1、取一根铁钉,放入3ml0.1mol/l盐酸和2滴K3[Fe(CN)6]溶液中,观察。
1、2比较观察实验现象:
绕有铜丝的铁钉周围先出现蓝色沉淀多
实验1发生化学腐蚀,实验2发生析氢腐蚀
Fe—2e—=Fe2+
3Fe2++2[Fe(CN)6]3—
=Fe3[Fe(CN)6]2↓
析氢腐蚀(有电流产生)
2、取一根绕着几圈铜丝的铁钉,放入3ml0.1mol/l盐酸和2滴K3[Fe(CN)6]溶液中,观察。
吸氧腐蚀(有电流产生)
取一片铁片,用砂纸擦去铁锈,在铁片上滴1滴含酚酞的食盐水,过一段时间后观察。
可以看到铁片与食盐水的周围出现红色
Fe—2e—=Fe2+
O2+2H2O+4e—=4OH—
四、思考:
钢铁锈蚀直到生成铁锈,这个过程是怎样发生的?
答:
发生吸氧腐蚀生成Fe(OH)2之后,被继续氧化生成Fe(OH)3,再失水变成氧化铁的水合物,即铁锈。
课题2电解和电镀
【课题目标】
1.通过电解饱和食盐水实验,加深对电解原理的理解;
2.通过铁钉镀锌的实验,加深对电镀原理的理解;
3.学会设计简单的电解、电镀装置;
4.体会观察和分析实验现象在化学实验中的重要作用。
【知识梳理】
1.基础知识:
2.基本技能:
【实战演练】
第一课时
基础训练
1.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=2︰1,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=2︰1
B.在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C.硝酸亚汞的化学式为HgNO3
D.硝酸亚汞的化学式为Hg2(NO3)2
2.有一种MCFC型燃料电池,该电池所用原料为H2和空气,电解质为熔融的K2CO3.电池总反应为:
2H2+O2
2H2O,负极反应为H2+CO32-—2e—
H2O+CO2。
下列说法中正确的是C
A.正极反应为4OH--4e-
2H2O+O2↑
B.电池放电时,电池中CO32-的物质的量将逐渐减少
C.放电时CO32-向负极移动
D.电路中的电子经正级、负极、熔融K2CO3后再回到正极,形成闭合回路
3.在水中加入等物质的量的Ag+、、Pb2+、Na+、、SO42-、、NO3-、、Cl-,该溶液放在用惰性电极材料作电极的电解槽中,通电片刻,则氧化产物与还原产物质量之比为:
C
A.35.5:
108B.16:
207C.8:
1D.108:
35.5
4.以惰性电极电解足量CuSO4溶液,若阳极上产生气体的物质的量为0.0100mol,则阴极上析出Cu的质量可能为B
A.0.64gB.1.28gC.2.56gD.5.12g
5.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+)D
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
6.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D
A.铅笔芯作阳极,发生还原反应
B.铂片作阴极,发生氧化反应
C.铅笔尖附近有少量的氯气产生
D.红字是H+放电,破坏了水的电离平衡,c(OH-)增大造成
7.下列装置的线路接通后,经过一段时间,溶液的pH明显下降的是,溶液PH升高的是,溶液中有沉淀产生是,阴极上有气泡冒出的是。
(均填字母)
7.DABCBBC
智力提升
8.电浮选凝聚法是工业上采用的一种处理污水方法,右下图是电解污水实验装置示意图。
接通直流电源后一段时间,在A电极附近有深色沉淀物沉积下来,在B电极附近有气泡产生。
气泡可将污水中的悬浮物带到水面形成浮渣层,积累到一定厚度时刮去(或撇掉)浮渣层,即起到了浮选净化的作用。
试根据以上实验现象以及图示回答下列问题:
(1)电解池的电极A、B极性分别为极和极;
(2)B电极材料的物质X的名称可以是或;
(3)因深色沉淀具有性,因而可以将水中的污物
沉积下来。
(4)写出A电极附近可能发生反应的电极反应式和离子方程式:
(5)若污水导电性不良时,可以加入适量溶液(写某盐的化学式)。
答案:
⑴阳阴(各1分)⑵铝或碳(各1分)(其它合理答案也给分)
⑶吸附性(1分)
⑷Fe―2e―=Fe2+(2分)
4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+(2分)
⑸Na2SO4(1分)(其它合理答案也给分)
9.某化学研究小组以铜为电极电解饱和食盐水,探究过程如下:
【实验1】:
如右下图装置,电源接通后,与电池负极相连的铜丝上有大量气泡产生;与电池正极相连的铜丝由粗变细。
电解开始30s内,阳极附近出现白色浑浊,然后开始出现橙黄色浑浊,此时测定溶液的pH约为10。
随着沉淀量的逐渐增加,橙黄色沉淀慢慢聚集在试管底部,溶液始终未出现蓝色。
【实验2】:
将实验1中试管底部的橙黄色沉淀取出,分装在两支小试管中,以后的操作和现象如下:
序号
操作
现象
①
滴入稀硝酸溶液
沉淀溶解,有无色气泡产生,最终得到蓝色溶液。
②
滴入稀硫酸溶液
橙黄色沉淀转变为紫红色不溶物,溶液呈现蓝色
阅读资料:
常见铜的化合物颜色如下:
物质
颜色
物质
颜色
氯化铜
固体呈棕色,浓溶液呈绿色,稀溶液呈蓝色
氢氧化亚铜
(不稳定)
橙黄色
碱式氯化铜
绿色
氢氧化铜
蓝色
氧化亚铜
砖红色或橙黄色
氯化亚铜
白色
请回答下列问题:
(1)铜的常见正化合价为____、_______,最终试管底部橙黄色沉淀的化学式_______________
(2)阴极上发生的反应为:
阳极上发生的反应为:
(3)写出实验2中①、②的离子方程式
①___________________________,②____________________________________。
5.[答案](11分)
(1)+1(1分)、+2(1分)(不写“+”不得分)Cu2O(1分)
(2)阴极上发生的反应:
2H++2e-=H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH-(2分)
阳极上反生的反应:
答Cu+Cl-—e-=CuCl↓给2分,仅答Cu-e-=Cu+或Cu+OH-—e-=CuOH↓给1分(不写“↓”不扣分)(2分)
(3)该反应的离子方程式:
3Cu2O+14H++2NO3-=6Cu2++2NO↑+7H2O
Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O(2分)
思维开拓
10.已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质(与酸不反应)。
某化学兴趣小组在实验室条件下用以硫酸铜溶液为电解液,用电解的方法实现了粗铜的提纯,并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定。
步骤一:
电解精制:
请回答以下问题:
电解时,粗铜应与电源的极相连。
阴极上的电极反应式为。
电解过程中,硫酸铜的浓度会(选填:
变大、不变、变小)。
步骤二:
电解完成后,该小组同学按以下流程对电解液进行处理:
(1)阳极泥的综合利用:
稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液,请你写出该步反应的离子方程式:
。
残渣含有极少量的黄金,如何回收金,他们查阅了有关资料,了解到了一些有关金的知识,以下是他们获取的一些信息:
序号
反应
平衡常数
1
Au+6HNO3(浓)=Au(NO3)3+3NO2↑+3H2O
<<1
2
Au3++4Cl—=AuCl4—
>>1
从中可知,金很难与硝酸反应,但却可溶于王水(浓硝酸与盐酸按体积比1∶3的混合物),请你简要解释金能够溶于王水的原因:
。
(2)滤液含量的测定:
以下是该小组探究滤液的一个实验流程:
则100mL滤液中Cu2+的浓度为mol·L—1,Fe2+的浓度为mol·L—1
答案:
)步骤一:
正(1分);Cu2++2e=Cu(1分);变小(1分)
步骤二:
(1)3Ag+4H++NO3—=3Ag++NO↑+2H2O(2分);浓盐酸含有大量氯离子,Au3+离子与氯离子形成稳定的AuCl4—离子,使反应2平衡向右移动,则金溶于王水中。
(2分)
(2)0.5(2分);0.1(2分)
第二课时
基础训练
1.下列说法正确的是(BC)
A.用惰性电极电解NaOH溶液时,溶液浓度将减小,pH增大
B.用惰性电极电解H2SO4溶液时,溶液浓度将增大,pH减小
C.用惰性电极电解电解NaCl溶液时,溶液浓度将减小,pH变大
D.用铜做电极电解CuSO4溶液时,溶液浓度将增大,pH变小
2.按如图甲装置进行实验,若乙中横坐标x表示流入电极的电子的物质的量,下列叙述不正确的是(C)
A.E表示生成铜的物质的量
B.E表示反应消耗水的物质的量
C.F表示生成硫酸的物质的量
D.F表示反应生成氧气的物质的量
3.下列关于实验现象的描述不正确的是(C)
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。
4.以铁为阳极,铜为阴极,对足量的NaOH溶液进行电解。
一段时间后得到4molFe(OH)3沉淀,此间共消耗的水的物质的量为(B)
A.8molB.10mol
C.11molD.12mol
5.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.用电解法精炼铜时粗铜作阴极
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
6.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(中括号内),溶液能与原来溶液完全一样的是(C)
A.CuCl2[CuO]B.NaOH[NaOH]
C.NaCl[通HCl]D.H2SO4[SO3]
7.下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。
(1)接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4浓度为10.47%,乙中c电极质量增加。
据此回答问题:
①电源的N端为极;
②电极b上发生的电极反应为;
③列式计算电极b上生成的气体在标准状态下的体积:
;
④电极c的质量变化是g;
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化,简述其原因:
甲溶液;
乙溶液;
丙溶液;
(2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?
7.
(1)
正极
4OH--4e-=2H2O+O2↑。
2.8L
16g
甲增大,因为相当于电解水;乙减小,OH-放电,H+增多。
丙不变,相当于电解水。
(2)可以因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液,反应也就变为水的电解反应
智力提升
8.下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO43-+2I-+2H+
AsO33-+I2+H2O”设计成的原电池装置,其中C1、C2均为碳棒。
甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸;乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。
下列叙述中正确的是BD
A.甲组操作时,微安表(G)指针发生偏转
B.甲组操作时,溶液颜色变深
C.乙组操作时,C2做正极
D.乙组操作时,C1上发生的电极反应为I2+2e-=2I-
9.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:
①电解池中X极上的电极反应式是2H++2e—=H2↑。
在X极附近观察到的现象是有气体产生,溶液变红
②Y电极上的电极反应式是2Cl——2e—=Cl2↑,
电解
检验该电极反应产物的方法是把湿润的KI淀粉试纸放在n处,试纸变蓝色。
③该装置的总反应方程式为2NaCl+2H2O====2NaOH+H2↑+Cl↑。
④若X极电极材料为铁,Y极电极材料仍为惰性电极,其余不变,则X极的电极反应式为2H++2e—=H2↑,简述理由X极为阴极,发生还原反应,Y极为惰性电极,不发生反应,所以电极反应式不变。
(2)如要用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则
①X电极的材料是纯铜,电极反应式是Cu2++2e—=Cu。
②Y电极的材料是粗铜,电极反应式是C
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- 实验化学 高中 实验 化学 专题