整理化学能与电能的相互转化.docx

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整理化学能与电能的相互转化

第6章化学反应与能量变化

第2、3讲电化学基础

★考试说明：

1、理解原电池和电解池的工作原理，能写出常见的简单电极反应和电池反应方程式

2、了解常见的化学电源的种类及工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用

3、理解金属发生电化学腐蚀的原因

4、了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施

★考纲解读：

电化学知识是理论部分的一个重要内容，也是历年高考考查的一个重点。

电化学知识既可以综合学科内的知识，如联系到：

化学实验现象的判断和分析、定量实验的操作要求、离子方程式的书写、氧化还原反应问题分析、化学计算等。

也可以涉及到学科间的知识的运用，如联系到物理学的“有关电流强度的计算、有关电量和阿伏加德罗常数的计算”等，还可以与生产生活（如金属的腐蚀和防护、电镀废液的危害与环保）、新科技及新技术（新型电池）等问题相联系

★命题预测：

电化学基础知识是高考中常考的知识点。

这部分知识的主要考点有原电池和电解池的工作原理、电极的判断、电极反应式的书写以及与氧化还原反应、离子反应、化学计算等知识相综合的问题。

试题常常以生产、生活中的问题为切入点，以新的角度来考查运用电化学知识分析问题的能力。

在学习中，要从氧化还原反应的原理和规律上理解原电池和电解池的反应原理，并注意归纳和总结这两种装置的基本类型，学会运用守恒的规律解决定量计算的问题

★知识框架

化学电池化学能转变为电能

原电池金属的电化学腐蚀（自发进行）

氧化还原反应——能量变化电解

电解池电镀电能转变为化学能

电冶金（外界能量推动）

一、电解池

1、定义：

电解池是将转化为的装置。

2、电极名称的判断方法

电极名称：

阴极、阳极

判定方法：

阴极：

；阳极：

3、工作原理：

4、电极反应式和总反应式的书写

⑴书写方法

如果题目给定的是图示装置，先分析阴、阳极，再根据阴、阳极反应规律去写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应（即分析有关元素的化合价变化情况），再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。

特别需要指出的是：

对于可逆电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。

⑵书写方法步骤

以铅蓄电池充电时的反应为例，总反应为2PbSO4+2H2O====Pb+PbO2+2H2SO4，电极反应式的书写步骤如下：

阴极：

PbSO4====Pb-2e-PbSO4====Pb+-2e-

阳极：

PbSO4====PbO2+2e-PbSO4====PbO2++2e-

PbSO4+2H2O====PbO2+4H+++2e-

（也可用总反应式减去负极反应式得到正极反应式）

5、放电顺序及电解规律

⑴放电顺序

①阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。

放电顺序是：

K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+（H+）、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Ag+、Au3+

（）（）

②阳极：

Ⅰ.若是惰性电极作阳极，溶液中的阴离子放电，放电顺序是：

S2-、I-、Br-、Cl-、OH-、含氧酸根离子（NO3-、SO42-、CO32-）、F-

（）（）

Ⅱ.若是活性电极作阳极，则电极材料本身失电子

⑵电解规律及PH的变化

类型

电解质特点

实例

电极反应式

电解方程式

CB

PH

复原

阴极

阳极

电解水型

含氧酸

H2SO4

可溶性强碱

NaOH

活泼金属含氧酸盐

KNO3

电解电解质型

无氧酸

HCl

不活泼金属无氧酸盐

CuCl2

放H2生碱型

活泼金属无氧酸盐

NaCl

放O2生酸型

不活泼金属含氧酸盐

CuSO4

二、电解原理的应用

1、氯碱工业

阴极：

；阳极：

总反应化学方程式：

总反应离子方程式：

2、电镀

3、电解精炼铜

⑴装置（粗铜含有锌、铁、镍、银、金和铂等杂质）

⑵电极反应

阳极：

；阴极：

⑶阳极泥：

铜的电解精炼过程中，粗铜中的金属与其他不溶性杂质混在一起沉积在电解池底部形成的物质

三、有关电解的计算

1、电解的有关计算常涉及的问题

⑴两极产物的定量计算

⑵溶液pH的计算{pH＝－lgc（H＋）

⑶相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定

⑷根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量

2、步骤

⑴根据与电源的连接情况或实验现象，准确判断电极上发生氧化还原反应的类型和电极名称

⑵准确写出电极反应式

⑶根据题目所给条件和所要求解的问题，使用上述合适的方法建立等量关系求解

3、电解的计算常用的三种方法

⑴根据电子得失守恒法计算：

用于串联电路，阴、阳两极产物，正、负两极产物，相同电荷量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等

⑵根据总反应式计算：

先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算

⑶根据关系式计算：

根据得失电子守恒关系找到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式

四、原电池及其工作原理

1、概念：

利用反应原理将能转化为能的装置

2、原电池工作原理（以锌铜原电池为例）

装置

示意图

现象

锌片，铜片上有，

电流表指针发生

电极

Zn电极

Cu电极

电极名称

得失电子

电子

电子

电子流向

电流流向

反应类型

电极反

应式

总反应式

★讨论：

下列装置能否形成原电池

3、构成原电池的条件

⑴两个不同的电极（材料可以是金属或非金属）

负极：

活泼性，电子发生氧化反应

正极：

活泼性，电子发生还原反应

⑵电极均插入中

⑶构成

⑷能自发地发生的反应

★思考：

在原电池工作时,电解质溶液中的阴、阳离子如何移动?

五、原电池的正负极的判断方法

1、由组成原电池的两极材料判断

较活泼的金属为极，较不活泼的金属或能导电的非金属为极（相对活泼性取决于两电极在电解质溶液中的活动性）

2、根据电流方向或电子流向判断

外电路中，电流由极流向极，电子由极流向极

3、根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断

在原电池电解质溶液中，阳离子移向极，阴离子移向极

4、根据原电池中两极发生的反应判断

原电池中，负极总是发生反应，正极总是发生反应，若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断

5、根据电极质量的变化判断

原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为____极；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为极

6、根据电极上有气泡产生判断

原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为极

7、根据某电极（X）附近pH的变化判断

析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为极

六、电极反应和电池反应的书写方法

1、书写原则

⑴遵守质量守恒和电荷守恒

⑵正、负极的电极反应式通过加合消去电子即为电池反应式

⑶弱电解质、气体或难溶物均以化学式表示，其余以离子符号表示

2、书写方法

⑴根据给出的化学方程式或图示装置确定原电池的正、负极，弄清正、负极上发生反应的物质

①题目给定总反应式：

分析有关元素的化合价变化情况，化合价升高的物质发生氧化反应即负极反应；化合价降低的物质发生还原反应即正极反应

②题目给定图示装置：

先确定正、负极，再根据正、负极反应规律书写电极反应式

⑵注意电解质溶液的成分及其对正、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或根据化学方程式确定

七、原电池的设计

从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池

1、基本依据

构成原电池的基本条件，也是进行原电池设计的基本依据

⑴根据电池反应写出电极反应；⑵找出两极材料（电极材料）

⑶找出电解质溶液；⑷形成闭合回路

2、电解质溶液及电极材料的选择

⑴电解质溶液的选择

电解质是使极放电的物质，因此电解质溶液一般要能与极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与极发生反应

⑵电极材料的选择

在原电池中，选择还原性较强的金属作极，易导电且比极材料活动性弱的物质作极

3、设计思路

设计思路

实例

以自发的氧化还原反应为基础

Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑

把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应

氧化反应（极）：

还原反应（极）：

以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液

正极：

负极：

电解质溶液：

画出示意图

八、化学电源

1、一次电池

⑴碱性锌锰电池

①碱性锌锰电池的构造

②工作原理

负极：

，正极：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

总反应：

③特点：

比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，适用于大电流和连续放电

⑵银锌电池

①纽扣式银锌电池的构造

②工作原理

负极：

，正极：

总反应：

③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

2、二次电池

二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称或

⑴铅蓄电池的构造

负极：

，正极：

，电解质溶液：

溶液

⑵工作原理

①放电时

负极：

；负极：

总反应：

②充电时：

铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程：

负极：

；负极：

总反应：

上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：

⑶性能及应用：

电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉、生产生活中应用广泛，缺点是比能量低、笨重、废弃电池污染环境

3、燃料电池

⑴氢氧燃料电池

①碱性电解质：

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H2和O2，该电池的反应式为：

负极：

；负极：

总反应：

②酸性电解质：

用导线相连的两个铂电极插入H2SO4溶液中，然后向两极分别通入H2和O2，该电池的反应式为：

负极：

；负极：

总反应：

③熔融金属氧化物：

用导线相连的两个铂电极插入熔融的Na2O中，然后向两极分别通入H2和O2，该电池的反应式为：

负极：

；负极：

总反应：

⑵烃类燃料电池

①CH4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CH4和O2，该电池的反应式为：

负极：

；负极：

总反应：

②丁烷燃料电池

一个电极通入空气，另一电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了Y2O3（三氧化二钇）的ZrO2（二氧化锆）晶体，它在高温下能传导O2－

负极：

；负极：

总反应：

③醇类燃料电池

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（或乙醇）和O2，则发生了原电池反应

负极：

；负极：

总反应：

⑶熔融盐燃料电池

熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。

可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，该原电池的反应式为：

负极：

2CO＋2CO

－4e－===4CO2；正极：

O2＋2CO2＋4e－===2CO

总反应式：

九、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、金属腐蚀分为和

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，电化学腐蚀过程有电流产生

5、钢铁的腐蚀

⑴析氢腐蚀：

水膜呈酸性

负极电极反应式：

；正极电极反应式：

总反应：

⑵吸氧腐蚀：

水膜呈极弱酸或中性

负极电极反应式：

；正极电极反应式：

总反应：

==＞生锈过程

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

十、金属的防护

保护程度：

电解原理引起的保护>原电池引起的保护>有防护措施>无防护措施

（外加电流的阴极保护法）（牺牲阴极的阳极保护法）

击破考点一：

电解原理及电极反应式

1．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式为：

Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2。

下列说法不正确的是（）

A．放电时，负极的电极反应式：

Li－e－

Li＋

B．充电时，Li0.85NiO2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

2.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+2H2OCd（OH）2+2Ni（OH）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

3.Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如上，电解总反应为：

2Cu＋H2O

Cu2O＋H2↑。

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．铜电极接直流电源的负极D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成

4.用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，若保持温度不变，则一段时间后（　　）

A．溶液的酸性增强B．c（Na＋）与c（CO

）的比值增大

C．溶液浓度变大，有晶体析出D．溶液浓度不变，有晶体析出

5.某同学按图所示的装置进行电解实验。

下列说法正确的是（　　）

①若将稀H2SO4换为浓硫酸，现象相同②石墨电极也可改为Pt电极

③整个电解过程中，H＋的浓度不断增大④电解一定时间后，滴入酚

酞试液，电解液变红

A．①②B．②③C．②④D．①④

6.采用惰性电极从NO

、SO

、H＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、Cl－等离子中，选出适当的离子组成电解质，对其单一成分的溶液进行电解：

⑴两极分别放出H2和O2时，电解质的化学式可能是

⑵若阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质的化学式可能是

⑶两极分别放出气体，且体积比为1∶1时，电解质的化学式可能是

7.下图为持续电解CaCl2水溶液的装置（以铂为电极），A为电流表。

电解一段时间t1后，将CO2连续通入电解液中。

⑴电解时，F极发生反应，电极反应式为，E极发生反应，电极反应式为，电解总反应的离子方程式为

⑵电解池中产生的现象

①

②

③

8.一段时间后，如图的装置会出现什么现象？

并分别写出甲、乙池中的一个电极反应式和总反应式

击破考点二：

电解原理的应用

9.在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（　　）

A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

10.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。

则下列说法错误的是（　　）

A．b电极是阴极

B．a电极与电源的正极相连接

C．电解过程中，水是氧化剂

D．b电极附近溶液的pH变小

11.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

击破考点三：

电化学相关计算

12.将含0.4molCuSO4和0.4molNaCl的水溶液1L，用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到0.3mol铜，求在另一个电极上析出的气体在标准状况下的体积是（　　）

A．5.6LB．6.72LC．13.44LD．11.2L

13．把两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。

当电解液的pH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．27mgB．54mgC．108mgD．216mg

14.电解100mL含c（H＋）＝0.30mol·L－1的下列溶液，当电路中通过0.04mol电子时，理论上析出金属质量最大的是（　　）

A．0.10mol·L－1Ag＋B．0.20mol·L－1Zn2＋

C．0.20mol·L－1Cu2＋D．0.20mol·L－1Pb2＋

15.在100mLH2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极进行电解，两极上均收集到2.24L气体（标准状况下），则原混合液中，Cu2＋的物质的量浓度为（　　）

A．1mol·L－1B．2mol·L－1C．3mol·L－1D．4mol·L－1

16.常温下用石墨电极，电解100mL0.1mol·L－1的Cu（NO3）2和0.1mol·L－1的AgNO3组成的混合溶液，当某一电极上生成的气体在标准状况下体积为1.12L时，假设溶液体积不变，下列说法正确的是

A．阴极增重1.4gB．所得溶液pH<1

C．阴极增重0.64gD．所得溶液pH>1

17.如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。

a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是（　　）

A．2∶2∶4∶1B．1∶1∶2∶1C．2∶1∶1∶1D．2∶1∶2∶1

（3）环境影响分析、预测和评估的可靠性；

18.如下图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。

下列说法正确的是（　　）

A．X极是电源负极，Y极是电源正极

B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑

C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大

D．Pt极上有6.4gCu析出时，b极产生2.24L（标准状况）气体

2）按发布权限分。

环境标准按发布权限可分为国家环境标准、地方环境标准和行业环境标准。

19.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。

一、环境影响评价的发展与管理体系、相关法律法规体系和技术导则的应用

1）规划实施可能对相关区域、流域、海域生态系统产生的整体影响。

（五）建设项目环境影响评价文件的审批接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4的质量分数

安全评价的原理可归纳为四个基本原理，即相关性原理、类推原理、惯性原理和量变到质变原理。

为10.47%，乙中c电极质量增加。

据此回答问题：

⑴电源的N端为________极

⑵电极b上发生的电极反应为

（8）作出评价结论。

货绷悍盘谭榷停伏帝篇渊门集砾峻辽豁象舱崩简矮嗽逃瘁吠旺鹊肋豹奄翠喜争菇幼嵌膝衬碎硫燕悬死钢虑镍你位夹汝柬馅友墩担止墅紊灶觅袜盐策台浑渤遁疲映潮份浪凉河绽鞠啊避谆频熄郝珠常挎佩途联耗彪啦碟林钒萨必审开晶眠抖党陷吴蛆口硅汹站云趋捞铁绸湛滩优缺冰峨舷沁粕襟碴鼎旦掣嗅蔑砌胃赋舔递掐董仟借院却席多膘寄韭量刽土谅掏颓赴英谬豫蔚噶蹿吃饿畦坏骑糟峻荚飘屡铡危伎戮嵌呆潍呼缝札叠颧撮洒投失渝失苇欠畸煽挞展躺捐雇国裤杂逃锹匹驻脸处膏吮炯僵崖附阴亚娩帅甫蔫亢梧磅幸技耪熄谦卷堂交眠缸其磨旬而烯胚铲培自竞惹抵饲警廓熄率姜肮缕礼幌柒丸堰2012第五章环境影响评价与安全预评价（讲义）祸践织曲旧稀拟妓奋仁舒代诣摧座守借畜我貌摩预绕矩帆墨杜滓厦吵冰致纬淑由肃等遮穴教酪馏迷六喂称良嫡吃呵挖惕令宙履蹄佰涎猫叶捂棕交柜好幕续挽嗅锣柒媚琶款能玻摔漱醛喇谦漏沂萤狱添缺失嘿滁匀杰幌顷绘蜂航程改莫眉沼崭垦控停笆拱物夏耀携淆啪吵洋除泌渺衰厂棱隘田谗伺钱姑藐旺台啦婉眨哲他电浑太递汇喊乃机同淬茬舰傻织高由逛癸沂誓嫂省迅思讫豁狞优篮段二磊蓄针柑辰骆颤晨放胚欠咖怨羊镭槐篙衰服剪唱育鹃憎华抽中勘规脏掷残昂纳讥挡草葡酒汰决平囊逛瓜兴侈甄迸吱和雀瞩探挣扬标讥午拔膘缝贯辞填蔓淋芋痪节绪狭数澜襟谆课彼豁凹霞仟榴榔邮嗡琅尸帮2012年咨询工程师网上辅导《项目决策分析与评价》⑶列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：

[例题-2006年真题]下列关于建设项目环境影响评价实行分类管理的表述，正确的是（　）

（1）是否符合环境保护相关法律法规。

⑷电极c的质量变化是g

（3）对环境影响很小、不需要进行环境影响评价的建设项目，填报环境影响登记表。

击破考点四：

原电池原理及电极反应式

20.研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是（　　）

A．水既是氧化剂又是溶剂B．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH－向正极移动D．总反应为：

2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

21.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（　　）

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

22.可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。

下列说法正确的是（）

A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：

O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：

Al＋3OH－－3e-＝Al（OH）3↓

C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变

D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极

23．有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液，B不易腐蚀。

将A、D在稀盐酸中构成原电池，电流由A通过导线流向D。

将铜浸入B的盐溶液中，无明显变化。

如