化学 1 化学反应与能量变化 微型2 原电池与电解 苏教版选修4

微型专题2原电池与电解专题1 化学反应与能量变化学习目标定位1.会判断原电池的正、负极。2.会正确书写原电池的电极反应式。3.会正确区分判断原电池和电解池。4.熟知电解的规律及其应用。一、原电池原理及其应用 1.原电池的构成及正、负极判断原电池的构成及正、负极判断例例1将镁条和铝条平行插入一定浓度的氢氧化钠溶液中，用导线连接形成原电池。下列有关该装置的叙述正确的是A.因镁比铝活泼，故镁是原电池的负极，铝为正极B.铝条表面虽有氧化膜，但可不必处理C.该电池的内、外电路中，电流均由电子定向移动形成D.铝是电池的负极，工作时溶液中会立即有白色沉淀生成答案解析解析解析判断原电池的正、负极时只考虑两极的活泼性，没有注意电极能否与电解质溶液反应，易错选A。A项，因Al易与NaOH溶液反应，Al失电子，铝为负极；B项，Al2O3能与NaOH溶液反应，故不必处理；C项，内电路靠阴、阳离子的定向移动形成电流；D项，电池刚开始工作时NaOH过量，故Al反应后在溶液中是以 形式存在的，而无沉淀。易错辨析判断原电池的正、负极，不能单纯看金属的活泼性，还要考虑电解质溶液的性质，同样的电极在不同的电解质溶液中显现出不同的性质。如本题的镁、铝电极，在酸性溶液中，镁是负极，而在氢氧化钠溶液中，铝是负极，镁是正极；又如铁、铜电极在盐酸中，铁是负极，铜是正极，而在浓硝酸中，铁是正极，铜是负极。答案解析2.正确书写或判断电极反应式正确书写或判断电极反应式例例2燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置。下面关于甲烷燃料电池(KOH溶液为电解质溶液)的说法正确的是A.负极的电极反应式为O22H2O4e=4OHB.负极的电极反应式为CH48OH8e=CO26H2OC.随着放电的进行，溶液的pH值不变D.放电时溶液中的OH向负极移动解析解析由于正、负极不分，易错选A；不考虑介质的碱性条件，误认为甲烷在负极反应生成CO2，易错选B。燃料在负极上失电子发生氧化反应，甲烷燃烧能生成二氧化碳和水，二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾，所以负极的电极反应式为CH410OH8e= 7H2O，A、B 项错误；该电池的总反应为CH42O22KOH=K2CO33H2O，故随着放电的进行，溶液的碱性逐渐减弱，C项错误；放电时，OH向负极移动，D项正确。易错警示在书写原电池电极反应式或判断其正误时，一要看清正、负极，二要注意电解质溶液的性质对电极产物的影响。答案解析3.原电池原理多角度的考查原电池原理多角度的考查例例3热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有关说法正确的是A.正极反应式：Ca2Cl2e=CaCl2B.放电过程中，Li向负极移动C.每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g PbD.常温下，在正、负极间接上电流计，指针不偏转解析解析正极发生还原反应，故为PbSO42e=Pb A项错误；放电过程为原电池，故阳离子向正极移动，B项错误；每转移0.1 mol电子，生成0.05 mol Pb为10.35 g，C项错误；常温下，电解质不能熔化，不能形成原电池，故指针不偏转，D项正确。解题指导本题从多角度考查原电池的原理：(1)判断电极反应类型，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；(2)判断离子迁移方向，电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；(3)判断电子流向，电子从负极流出经外电路流向正极；(4)电极反应式的正误判断，要特别注意电极产物是否与电解质溶液反应。 教师用书独具相关链接相关链接1.图解原电池正、负极的判断方法图解原电池正、负极的判断方法特别提示特别提示判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。常见电池负极反应特点负极反应式书写方法锌锰干电池(Zn|NH4Cl|C)负极(Zn)本身失去电子生成阳离子(Zn2) 生成的阳离子不与电解质溶液成分反应直接写出负极反应式：Zn2e=Zn22.根据装置书写原电池的电极反应式根据装置书写原电池的电极反应式(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。(2)负极反应式的书写铅蓄电池(Pb|H2SO4|PbO2)负极(Pb)本身失去电子生成阳离子(Pb2) 生成的阳离子(Pb2)与电解质溶液成分 反应将和进行叠加：Pb2e =PbSO4甲烷燃料电池(Pt|KOH|Pt)负极本身不反应，燃料失去电子被氧化燃料反应产物与电解质溶液成分有些能反应将和进行叠加：CH48e10OH= 7H2O(3)正极反应式的书写首先判断在正极发生反应的物质：当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。燃料电池的正极反应式电解质是碱性或中性溶液：O22H2O4e=4OH，电解质是酸性溶液：O24H4e=2H2O。 (4)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。3.根据总反应式书写原电池的电极反应式根据总反应式书写原电池的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。以2H2O2=2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下： (1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H2失掉4 mol电子，初步确定负极反应式为2H24e=4H。(2)根据电解质溶液为碱性，与H不能大量共存，反应生成水，推出OH应写入负极反应式中，故负极反应式为2H24OH4e=4H2O。(3)用总反应式2H2O2=2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2OO24e=4OH。 二、电解原理及其应用1.电解问题的分析与判断电解问题的分析与判断例例4近年来，加“碘”食盐中添加较多的是碘酸钾(KIO3)，碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极材料，以KI溶液为电解液，在一定条件下进行电解，反应的化学方程式为KI3H2O KIO33H2。下列有关说法不正确的是A.转移3 mol电子，理论上可制得107 g KIO3B.电解时，石墨作阳极，不锈钢作阴极C.阳极的电极反应式为I3H2O6e= 6HD.电解过程中，电解液的pH减小答案解析解析解析根据电解的总反应方程式可知，转移6 mol电子，生成1 mol碘酸钾，则转移3 mol电子，理论上可得到0.5 mol(即107 g)KIO3，A项正确；根据电解的总反应方程式可知，阳极应为惰性电极，所以电解时石墨作阳极，不锈钢作阴极，B项正确；电解时，阳极发生氧化反应，电极反应式为I3H2O6e= 6H，C项正确；根据电解的总反应方程式可知，电解过程中电解液的pH基本不变，D项错误。 规律方法解答电解问题的五步分析法解答电解问题的五步分析法第一步：看。先看清楚电极材料，对于惰性电极如石墨、铂等，不参与阳极的氧化反应；对于铜、银等活泼电极，阳极参与电极反应。第二步：离。写出溶液中所有的电离方程式，包括水的电离方程式。第三步：分。将离子分成阳离子组、阴离子组，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。第四步：写。按发生还原反应、氧化反应的顺序写出电极反应式。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。第五步：析。根据电极反应式分析电极、电解质溶液的变化，并进行有关问题的解答。 2.阳极材料对电解结果的影响阳极材料对电解结果的影响例例5以等质量的铂棒和铜棒作电极，电解硫酸铜溶液，通电一段时间后，其中一极增加质量为a g，此时两极的质量差为答案解析A. B.C. D.解析解析题中只是给出“以等质量的铂棒和铜棒作电极”，应有两种可能：如果Cu作阴极，Pt作阳极，本实验为电解硫酸铜溶液，Cu棒增重，而Pt棒的质量不变，因此二者的质量差为a g。如果Cu作阳极，Cu是活泼电极，Cu棒本身参与反应，即Cu2e=Cu2，因此Cu极减重；Pt作阴极，此时溶液中的Cu2被还原而使阴极增重，即Cu22e=Cu，综合两极情况后，可得出阴极增加质量的数值应等于阳极铜棒失重的数值，因此两极质量相差2a g。易错警示(1)解决电解池的有关问题，首先要注意两电极材料是否是活泼性电极。(2)如果阳极是活泼性电极则电极本身失电子而溶解，溶液中的阴离子不放电。(3)如果阳极是惰性电极，则阳极不参加反应而溶液中的阴离子放电。解析解析由题意可知，b电极为阴极， a电极为阳极，则铁为阴极，铜为阳极，铜电极反应式为Cu2e=Cu2。3.电解池中电极反应式的书写电解池中电极反应式的书写例例6如图所示， a、b为石墨电极，通电一段时间后，b极附近显红色。下列说法不正确的是A.b电极反应式为2H2e=H2B.a电极反应式为2Cl2e=Cl2C.铜电极反应式为4OH4e=O22H2OD.铁电极反应式为Cu22e=Cu答案解析规律方法“三看三看”法快速书写电极反应式法快速书写电极反应式(1)一看电极材料，若是(金、铂除外)作阳极，金属一定被氧化(注意：一般情况下，铁失去电子被氧化为Fe2)。(2)二看电解质是否参与电极反应。对于碱性电解质，常用OH和H2O来配平电荷与原子数；对于酸性电解质，常用H和H2O来配平电荷与原子数。(3)三看电解物质状态，若是熔融金属氧化物或盐，一般就是金属冶炼。 教师用书独具相关链接相关链接1.电解池中电极反应式的书写规律电解池中电极反应式的书写规律电解池中电极反应式的书写关键是掌握离子的放电顺序。(1)阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。其规律有两个：一是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子，如AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，要注意金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属离子在溶液中不放电。(2)阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个：一是若阳极为非惰性电极(除铂、金之外的金属作电极)，电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电极(铂、金或非金属作电极)，电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S2IBrClOH含氧酸根。(3)特别注意：书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解氢氧化钠溶液，阳极发生氧化反应，电极反应式为4OH4e=2H2OO2；阴极发生还原反应，电极反应式为4H4e=2H2，总反应式表示为2H2O 2H2O2。2.从电解的实质理解电解质溶液的复原从电解的实质理解电解质溶液的复原(1)电解质电解后加入合适的物质可以恢复到电解前的状态，加入什么物质要根据电解的情况具体判断，关键要搞清楚电解的实质。(2)判断电解后要使电解质溶液恢复到电解前的状况，一般根据“出来什么、加入什么”的原则可以准确求解。(3)特别注意“盐酸”的处理。因为“盐酸”是HCl的水溶液，所以加入盐酸相当于加入了HCl和水。1.串联装置中原电池和电解池的判断串联装置中原电池和电解池的判断例例7关于如图所示的装置的说法正确的是A.A池、C池是原电池，B池是电解池B.A池、B池、C池都是原电池C.A池、B池是原电池，C池是电解池D.A池是原电池，B池是电解池，C池是电镀池三、原电池与电解池的综合 答案解析解析解析由图可知，A池中Zn为负极，Cu为正极；B池中C1为阳极，C2为阴极；C池中Ag为阳极，Cu为阴极，即在Cu上镀银。故整个装置是用一个原电池串联一个电解池和一个电镀池。易错辨析(1)不同电极的多池串联装置中，只有一个池是原电池，其余的池为电解池或电镀池。(2)相对独立的多池装置中，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。2.一池二用一池二用(电键电键K控制控制)例例8利用下图装置进行实验，甲、乙两池均为1 molL1的硝酸银溶液，A、B均为银电极。实验开始先闭合K1，断开K2。一段时间后，断开K1，闭合K2，电流计指针偏转(银离子浓度越大氧化性越强)。下列说法不正确的是A.闭合K1，断开K2后，A电极增重B.闭合K1，断开K2后，乙池溶液浓度增大C.断开K1，闭合K2后，A电极发生氧化反应D.断开K1，闭合K2后， 向B电极移动答案解析解析解析闭合K1，断开K2后，该装置为电解池，A电极为阴极：Age=Ag，B电极为阳极：Age=Ag，A电极增重；溶液中 向阳极区(乙池)移动，硝酸银浓度增大。断开K1，闭合K2后，电流计指针偏转，说明形成了原电池，乙池中银离子浓度较大，银离子得电子发生还原反应，B电极为正极，则A电极为负极，发生氧化反应。3.新型二次电池的分析新型二次电池的分析例例9用吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池原理如图所示，下列说法正确的是A.充电时，阴极的电极反应为Ni(OH)2 OHe=NiO(OH)H2O答案解析B.放电时，负极的电极反应为H22e2OH=2H2OC.放电时，OH移向镍电极D.充电时，将电池的碳电极与外电源的正极相连解析解析放电时相当于原电池，负极失去电子，氢气在负极放电，B项正确；放电时OH等阴离子向负极移动，结合图示电子流向可确定碳电极为负极，即OH向碳电极移动，C项错误；充电时相当于电解池，阴极发生还原反应，A项错误；充电时电池的碳电极与外电源的负极相连，D项错误。 规律方法新型电池“放电”“充电”时电极反应式的正误判断(1)新型电池放电若给出新型电池的装置图：先找出电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂；再结合电解质确定出还原产物和氧化产物；最后判断相应的电极反应式的正误。若给出新型电池的总反应式：分析总反应式中各元素化合价的变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，还原剂及其对应的氧化产物，最后考虑电解质是否参加反应，判断电极反应式的正误。(2)新型电池充电充电时阴极的电极反应式是该电池放电时的负极反应式的“逆反应”。充电时阳极的电极反应式是该电池放电时的正极反应式的“逆反应”。 教师用书独具相关链接相关链接1.原电池和电解池的比较原电池和电解池的比较装置类别原电池电解池原理使氧化还原反应中电子的转移做定向移动，从而形成电流使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程装置特点将化学能转变成电能将电能转变成化学能实例电极名称负极正极阴极阳极反应类型氧化反应还原反应还原反应氧化反应反应特征自发的氧化还原反应(主动)借助电流(被动)电极判断由电极本身决定正极：流入电子负极：流出电子由外电源决定阳极：连电源正极阴极：连电源负极电子流向负极外电路正极电解池阳极电源正极电源负极电解池阴极离子移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阳离子向阴极移动阴离子向阳极移动2.多池串联装置中电池类型的判断多池串联装置中电池类型的判断(1)直接判断非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中存在时，则其他装置为电解池。如下图，A为原电池，B为电解池。(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断原电池一般是两种不同的金属电极或一个为金属电极，另一个以碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如下图中，B为原电池，A为电解池。(3)根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型，如图。若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。3.多池串联装置中的数据处理多池串联装置中的数据处理原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：串联电路中各支路电流相等；并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。右图中，装置甲是原电池，装置乙是电解池，若电路中有0.2 mol电子转移，则Zn溶解6.5 g，Cu电极上析出H2 2.24 L(标准状况)，Pt电极上析出Cl2 0.1 mol，C电极上析出Cu 6.4 g。甲池中H被还原，产生H2，负极Zn被氧化生成ZnSO4，pH变大；乙池中是电解CuCl2溶液，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。 本课结束