原电池应用与电解池基础教案.docx
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原电池应用与电解池基础教案
学大教育个性化教学辅导教案
学科:
任课教师:
刘勇辉授课时间:
__2013_年_月__日(星期__)
姓名
年级
性别
总课时_____第____次课
教学
目标
知识点:
原电池应用与电解池基础
能力:
掌握原电池应用与电解池基础
方法:
首先理解相关概念,然后运用概念解题,最后进行归纳总结
难点
重点
原电池应用与电解池基础
作业完成评价:
优□良□中□差□
建议:
原电池精讲
1.确定金属活动性顺序
例1.(1993年上海高考化学题)有A、B、C、D四种金属,将A与B用导线联结起来,浸入电解质溶液中,B不易被腐蚀;将A、D分别投入到等浓度的盐酸中,D比A反应剧烈;将铜浸入B的盐溶液中无明显变化;将铜浸入C的盐溶液中,有金属C析出。
据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为()
A.D>C>A>BB.D>A>B>C
C.D>B>A>CD.B>A>D>C
解析:
根据原电池原理,较活泼金属作负极,较不活泼金属作正极,B不易被腐蚀,说明B为正极,金属活动性A>B。
另可比较出金属活动性D>A,B>C。
故答案为B项。
2.比较反应速率
例2.(2000年北京春季高考化学题)100mL浓度为2mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应,为加快反应速率,又不影响生成氢气的总量,可采用的方法是()
A.加入适量的6mol·L-1的盐酸
B.加入数滴氯化铜溶液
C.加入适量蒸馏水
D.加入适量的氯化钠溶液
解析:
向溶液中再加入盐酸,H+的物质的量增加,生成H2的总量也增加,A错。
加入氯化铜后,锌置换出的少量铜附在锌片上,形成了原电池反应,反应速率加快,又锌是过量的,生成H2的总量决定于盐酸的量,故B正确。
向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H+浓度的下降,反应速率变慢,故C、D都不正确。
本题答案为B项。
3.书写电极反应式、总反应式
例3.(2000年全国高考理综题)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气体为阴极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:
阳极反应式:
阴极反应式:
_________________,电池总反应式:
_______________。
解析:
作为燃料电池,总的效果就是把燃料进行燃烧。
本题中CO为还原剂,空气中O2为氧化剂,电池总反应式为:
2CO+O2==2CO2。
用总反应式减去电池负极(即题目指的阳极)反应式,就可得到电池正极(即题目指的阴极)反应式:
O2+2CO2+4e-==2CO32-。
4.分析电极反应
例4.(1999年全国高考化学题)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:
(1/2)H2+NiO(OH)Ni(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
解析:
电池的充、放电互为相反的过程,放电时是原电池反应,充电时是电解池反应。
根据氢镍电池放电时的总反应式可知,电解质溶液只能是强碱性溶液,不能是强酸性溶液,因为在强酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)2都会溶解。
这样可写出负极反应式:
H2+2OH--2e-==2H2O,H2为负极,附近的pH应下降。
放电时镍元素由+3价变为+2价,被还原,充电时氢元素由+1价变为0价,被还原。
故答案为C、D项。
例5.(2000年全国高考理综题)钢铁
发生电化学腐蚀时,负极发生的反应()
A.2H++2e-==H2B.2H2O+O2+4e-==4OH-
C.Fe-2e-==Fe2+D.4OH-+4e-==2H2O+O2
解析:
钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时,负极为铁,正极为碳,电解质溶液为溶有O2或CO2等气体的水膜。
当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀,负极反应为:
Fe-2e-==Fe2+,正极反应为:
2H2O+O2+4e-==4OH-;当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀,负极反应为:
Fe-2e-==Fe2+,正极反应为:
2H++2e-==H2。
钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。
故答案为C项。
5.判断原电池的电极
例6.(2001年广东高考化学题)镍镉(Ni-Cd)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:
由此可知,该电池放电时的负极材料是()
A.Cd(OH)2B.Ni(OH)2
C.CdD.NiO(OH)
解析:
此电池放电时为原电池反应,所列反应由右向左进行,Cd元素由0价变为+2价,失去电子,被氧化,故Cd是电池的负极反应材料。
本题答案为C项。
例7.(2001年上海高考化学题)铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中,锌片是()
A.阴极B.正极C.阳极D.负极
解析:
铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成了原电池,由于金属活动性Zn>Cu,故Zn为负极。
答案为D项。
6.原电池原理的综合应用
例8.(2004年天津高考理综题)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()
A.a电极是负极
B.b电极的电极反应为:
4OH--4e-==2H2O+O2↑
C.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
解析:
分析氢氧燃料电池原理示意图,可知a极为负极,其电极反应为:
2H2-4e-==4H+,b极为正极,其电极反应为:
O2+2H2O+4e-==4OH-,电池总反应式为:
2H2+O2==2H2O。
H2为还原剂,O2为氧化剂,H2、O2不需全部储藏在电池内。
故答案为B项。
例9.(2004年江苏高考化学题)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:
Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)==
Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)
下列说法错误的是()
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极的电极反应式为:
2MnO2(s)+H2O
(1)+2e-==Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.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O.2mol电子,锌的质量理论上减小6.5g
解析:
该电池的电解液为KOH溶液,结合总反应式可写出负极反应式:
Zn(s)+2OH-(aq)-2e-==Zn(OH)2(s),用总反应式减去负极反应式,可得到正极反应式:
2MnO2(s)+H2O
(1)+2e-==Mn2O3(s)+2OH-(aq)。
Zn为负极,失去电子,电子由负极通过外电路流向正极。
1molZn失去2mol电子,外电路中每通过O.2mol电子,Zn的质量理论上减小6.5g。
故答案为C项。
重点突破
一.直击考点:
考点一原电池的工作原理
该考点经常以选择题题型出现。
判断一个装置是否构成原电池的关键就是抓好“一看二标”,即看是否有自发的氧化还原反应存在,以构成原电池的三个条件为标准:
两个活泼性不同的电极、插入电解质溶液、形成闭合回路。
形成闭合回路的方式有多种,可以是用导线连接两个电极,也可以是两电极直接接触。
【例1】在下图所示的装置中,能够发生原电池反应的是()
考点二原电池正负极的判断方法
该考点经常以选择题题型出现。
原电池正负极的判断方法:
1.据组成原电池的两极的材料判断:
一般为活泼性较强的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极;
2.据电流方向或电子流动方向判断:
电流是由正极流向负极,而电子流动方向是由负极流向正极;
3.据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断:
在原电池的电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动;
4.据原电池两极发生的变化判断:
原电池的负极总是失电子发生氧化反应,而正极总是得电子发生还原反应;
5.据现象判断:
溶解的一极为负极,增重或者有气泡放出的一极为正极。
【例2】某原电池由M、N两根电极导线和电解质溶液组成,工作时,M电极变粗,N电极变细,由此判断该电池中电极材料和电解质溶液可能是()
M电极
N电极
电解质溶液
A
锌
铜
稀硫酸
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
考点三电极反应式的书写
该考点经常以选择题或填空题题型出现。
在书写电极反应式时,首先根据装置或电池反应式,确定好原电池的两极,分析列出两极上反应物,标出反应前后的化合价变化和相同数目的电子得失;然后结合题目给出的电解质溶液,分析电极反应物是否和电解质溶液中的离子共存。
不能共存时,需将电解质溶液中的该成分写入反应的电极反应式中。
【例3】一种甲醇燃料电池中发生的化学反应为:
在碱性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。
该电池负极发生的反应是()
A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O
(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-
B.O2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O
(1)
C.2CH3OH(g)+12OH-(aq)=2CO2(g)+10H2O
(1)+12e-
D.O2(g)+2H2O
(1)+4e-=4OH-
【解析】准确标注甲醇中碳的化合价是解答的关键。
该燃料电池发生的反应就是甲醇与氧气反应的化学方程式为:
2CH3OH+3O2
2CO2+4H2O,分析可知其中化合价升高的为“C”元素,故此在负极上甲醇失电子放电,其电极反应式为:
2CH3OH(g)+12OH-(aq)=2CO2(g)+10H2O
(1)+12e-。
【答案】C
考点四金属的腐蚀和防护
该考点经常以选择题、填空题、实验探究题型出现。
(1)金属的腐蚀过程中化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生,但是以后者为主。
其主要的两种形式:
析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较如下:
分类
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(弱酸)
水膜酸性较弱或呈中性
负极反应
Fe–2e-===Fe2+
2Fe–4e-===2Fe2+
正极反应
2H++2e-===H2↑
2H2O+O2+4e-==4OH-
总反应式
Fe+2H+==Fe2++H2↑
2Fe+2H2O+O2==2Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓
(2)书写电化学腐蚀的电极反应式时,首先分析清楚发生的腐蚀的类型;然后进一步分析得出电极反应式,特别是负极反应式始终是金属失电子而发生氧化反应。
【例4】将经过酸洗除锈的铁钉,用饱和食盐水浸泡一下放入右图所示装置中,下列叙述正确的是()
A.过一段时间,右端试管中,导管内水柱上升
B.过一段时间,右端试管中,导管内有气泡产生
C.铁钉在该装置中被腐蚀的情况随时间的延长而加快
D.如果把右端的试管中的水换成煤油,则导管不会有任何现象产生
二.走出误区:
误区一机械地认为活泼金属作负极
判断电池的正负极不仅要考虑两极材料的相对活泼性,还要根据电解质溶液的性质来综合考虑,无论是什么类型的原电池:
负极始终发生氧化反应,正极始终发生还原反应。
【例1】将Al片和Cu片用导线联接,一组插入浓硝酸中,一组插入稀氢氧化钠溶液中,分别形成原电池,在这两个原电池中,负极分别为()
A.Al片、Cu片B.Cu片、Al片
C.Al片、Al片D.Cu片、Cu片
【例2】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:
此电池放电时,负极上发生反应的物质是( )
A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn
2、电解池:
①电解池的定义:
借助于电流在两极发生氧化还原反应的装置,叫电解池或电解槽。
电解池就是一种把电能转化为化学能的装置。
②电解池的电极名称:
电解池的两极由电极与电源正、负极的连接情况直接判断。
阴极:
与电源的负极相连的电极;吸引溶液中的阳离子、得电子、还原反应。
阳极:
与电源的正极相连的电极,吸引溶液中的阴离子、失电子、氧化反应。
说明:
阳极有惰性电极和活性电极之分,隋性电极只导电,不参与氧化还原反应(C、Pt、Au);活性电极既导电又参与氧化还原反应(Cu、Ag等)。
③电解池的组成:
直流电源、电极、电解质溶液或熔融的电解质,用导线连接成闭合电路。
④电解池的工作原理:
在外加直流电源的作用下,使电解质溶液中的离子在阴阳两极引起氧化还原反应的过程,称为电解。
电解质导电的过程就是电解。
电子从电源的负极流向电解池的阴极,溶液中的离子分别向两极做定向移动,阴极吸引溶液中的阳离子Cu2+、H+,Cu2+在阴极上得电子还原为铜;阳极吸引溶液中的阴离子Cl-、OH-,Cl-在阳极上失电子氧化为氯原子,氯原子结合成氯分子,失去的电子沿导线流回电源正极,从而构成闭合回路。
这就是电解原理。
通电时,阴离子移向阳极,在阳极上失去电子发生氧化反应。
阳离子移向阴极,在阴极得到电子发生还原反应。
通电前:
CuCl2==Cu2++2Cl- H2O
H++OH- (电离) 做无规则运动
通电后:
与电源负极相连的碳棒吸引溶液中的阳离子(Cu2+、H+)Cu2++2e-==Cu(发生还原反应)
与电源正极相连的碳棒吸引溶液中的阴离子(Cl-、OH-)2Cl--2e-==Cl2↑(发生氧化反应)
总反应式:
CuCl2
Cu+Cl2↑
3、离子的放电顺序:
阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电
①电解通电时,电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,在阴极区氧化性强的微粒先得电子,被还原。
同时,电子又从电解池的阳流出,沿导线流回电源的正极,即在阳极区还原性强的微粒(包括电极)先失电子被氧化。
②阴极:
阳离子在阴极上的放电顺序(得电子)大体可参照金属活动性顺序来推断。
位于金属活动性顺序表后面的金属,其对应的阳离子越易得到电子。
无论活性电极还是惰性电极都不参加反应,参加反应的是溶液中的阳离子。
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
位于前边的氧化性强的微粒优先得到电子。
③阳极:
当电极材料(阳极)为Pt或C时,还原性非常弱,此条件不被氧化,称为惰性电极。
当电极材料(阳极)为Cu等金属(除了Pt和C),还原性强,易失电子,易被氧化,称为活性电极。
若阳极是活泼或较活泼金属时,一般是电极的金属失去电子,而不是电解液中阴离子放电。
若阳极是惰性电极时,阴离子在阳极上的放电顺序(失e-)
S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根离子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)
位于前边的还原性强的微粒优先失去电子。
说明:
(1)活泼金属离子K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在溶液中不会得到电子。
(2)F-、SO42-、CO32-、NO3-等在溶液中不会失去电子。
(3)当离子浓度相差较大时,放电顺序要发生改变,当[Zn2+]>>[H+]或[Fe2+]>>[H+]时,Zn2+、Fe2+先得电子而H+后得电子。
(4)石墨和金属铂是惰性电极,不会得失电子。
一、电解与电离的区别:
电 离
电 解
条件
电解质溶于水或受热熔化状态
电解质电离后再通直流电
过程
电解质电离成为自由移动的离子
阴阳离子定向移动,在两极上失得电子成为原子或分子
特点
只产生自由移动的离子
发生氧化还原反应生成了新物质
联系
电解必须建立在电离的基础上
三、原电池与电解池的比较及判断
原电池
电解池
能量转换
化学能转化为电能
电能转化为化学能
离子的迁移方向
阴离子向负极迁移
阳离子向正极迁移
阴离子向阳极迁移
阳离子向阴极迁移
发生氧化反应的电极
负极
阳极(连接电源正极)
发生还原反应的电极
正极
阴极(连接电源负极)
相同点(从原理分析)
都是氧化还原反应
池型的判断:
有外接电源是电解池,无外接电源是原电池;多池组合时,一般含活泼金属的池为原电池,其余都是在原电池带动下的电解池。
电极的判断:
原电池看电极材料,电解池看电源的正负极连接顺序。
四、电解池电极反应规律(阳氧阴还)
①阴极:
得电子,还原反应。
电极本身不参加反应,一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子
②阳极:
失电子,氧化反应。
若为金属(非惰性)电极,电极失电子;若为惰性电极,电解质溶液中阴离子“争”失电子
五、电解规律:
根据离子的放电顺序,采用惰性电极电解酸碱盐的水溶液时的规律。
1、电解水型:
电解某些含氧酸、强碱及活泼金属的含氧酸盐的水溶液时,实质是电解水。
例:
H2SO4、HNO3、KOH、NaOH、Na2SO4、KNO3、Na2CO3等物质的水溶液。
电解完后加水可使溶液恢复原样。
2H2O
2H2↑+O2↑
说明:
电解水时加硫酸或氢氧化钠增强导电性,不影响水的电解。
电解硫酸和氢氧化钠时因为氧气溶解度大于氢气,H2和O2之比大于2
2、电解溶质型:
电解不活泼金属无氧酸盐、无氧酸的水溶液时,实质是电解电解质本身。
电解完后加入溶质可使溶液恢复原样。
例:
2HCl
H2↑+Cl2↑ CuCl2
Cu+Cl2↑
3、放氧生酸型:
电解不活泼金属的含氧酸盐的水溶液时,阳极产生氧气,同时生成H+,阴极析出不活泼金属,电解质和水都参加反应。
例:
CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2等物质的水溶液。
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4 电解完后加入CuO或CuCO3可使溶液恢复原样。
4、放氢生碱型:
电解活泼金属(K、Ca、Na)的无氧酸盐的水溶液时,阴极产生氢气,阳极析出非金属单质,电解质和水都参加反应。
例:
NaCl、KBr、BaCl2等物质的水溶液。
2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH 电解完后加入HCl可使溶液恢复原样。
六、电极反应式的书写
①分析溶液中存在的所有离子(包括水的电离)、并分成阳离子组和阴离子组。
②根据放电规律,阳离子在阴极发生还原反应,而阴离子在阳极发生氧化反应,完成电极反应式。
(注意得失电子守恒)
③由阴阳两电极反应式,合并得总反应式。
若已知一个电极反应式,可用总式减去已知的电极反应式,得另一电极反应式。
注意:
弱电解质必须保持分子形式。
听课及知识掌握情况反馈_________________________________________________________。
测试题(累计不超过20分钟)_____道;成绩______;
教学需:
加快□;保持□;放慢□;增加内容□
作业_____题;巩固复习____________________;预习布置_____________________
具体布置情况:
签字
教学组长签字:
学习管理师:
教师
课后
赏识
评价
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