,电化学学案

1高二寒假专题6电化学一．原电池、电解池、电镀池的构造及原理其它需要注意的问题：1.双液原电池：①优点②盐桥例：铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()A．正极反应为：Zn－2e－===Zn2＋B．电池反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从正极流向负极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液2.由可逆反应构成的原电池：根据反应方向判断电池原理相关问题例：控制适合的条件，将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成右图所示的原电池。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固体，乙中的石墨电极为负极3.特殊情况下电极方程式的书写：考虑电解质溶液对电极正、负极电极及反应的影响例：写出在下列三种情况下，镁、铝用导线连接后插入不同的电解质溶液中的电极及电池反应①稀盐酸②浓硝酸③氢氧化钠内容原电池电解池电镀池装置图CuSO4溶液盐酸溶液CuCl2溶液特征无外接电源有外接电源有外接电源定义将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的装置形成条件①活动性不同的两电极；②电解质溶液；③形成闭合回路。①两电极接直流电源；②两电极插入电解质溶液；③形成闭合回路。①镀层金属作阳极，镀件作阴极；②含有镀层金属阳离子的溶液作电解液；③形成闭合回路。两电极判定及反应情况负极：较活泼金属；给出电子；发生氧化反应正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)；发生还原反应。阴极：与电源负极相连，发生还原反应。阳极：与电源正极相连，发生氧化反应。阴极：待镀金属；还原反应。阳极：镀层金属；氧化反应。电子流向同电解池离子移动方向同电解池GZnCuPtPtCuFe24.以环保为载体进行电化学考察例：Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：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生成二．几种化学电源的反应原理1．氢、氧燃料电池（分别以氢氧化钾、硫酸、熔融氧化物为电解质）2．甲烷燃料电池（电解液一般为KOH溶液）负极：CH4—8e—+10OH—=CO32—+7H2O正极：2O2+8e—+4H2O=8OH—总反应式：CH4+2O2+2OH—=CO32—+3H2O3．熔融碳酸盐燃料电池（Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液，CO作燃料）负极：2CO+2CO32——4e—==4CO2正极：O2+2CO2+4e—==2CO32—总反应式：2CO+O2==2CO24．纽扣电池(银锌电池，电解液为NaOH溶液)总反应式：Ａｇ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ＋Ｚｎ＝Ｚn（ＯＨ）２＋２Ａｇ负极：Zn—4e—+2OH—=Zn(OH)2正极：Ag2O+H2O+2e—==2Ag+2OH—5．铅蓄电池(电解液为稀硫酸)总反应式：Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O负极：Pb+SO42—-2e-=PbSO4正极：PbO2+4H++SO42—+2e-=PbSO4+2H2O6．爱迪生蓄电池：22)()(OHNiOHFe充电放电OHNiOFe222负极：2)(22OHFeOHeFe正极：OHOHNiOHeNiO2)(22222三．电解原理及应用两极放电顺序一般为：阳极：活性电极S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子；阴极：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(酸)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+＞H＋（水）＞Al3＋＞Mg2+＞Na＋K+1.（惰性电极）电解电解质溶液的类型电解液溶质类别电解总反应式相当于电解溶液pH溶液复原NaOH溶液强碱2H2O电解2H2↑+O2↑水升高H2SO4溶液含氧酸降低Na2SO4溶液活泼金属的含氧酸盐不变CuCl2溶液不活泼金属的无氧酸盐CuCl2电解Cu+Cl2↑电解质本身-----------HCl溶液无氧酸2HCl电解H2↑+Cl2↑升高NaCl溶液活泼金属的无氧酸盐2NaCl+2H2O电解H2+2NaOH+Cl2↑电解质与水升高CuSO4溶液不活泼金属的含氧酸盐2CuSO4+2H2O电解2Cu+O2↑+2H2SO4降低NaCl(熔融)离子化合物2NaCl电解2Na+Cl2↑电解质本身3练习：关于硫酸铜溶液电解的问题①惰性电解电解足量硫酸铜溶液，阴极析出固体6.4g，溶液如何恢复电解前状态？②惰性电极电解硫酸铜溶液一段时间，加0.1摩尔的氢氧化铜恢复到电解前的状态，则电解转移的电子数是多少？2.电解原理的应用Ⅰ.电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液。电极反应：阳极Cu-2e-=Cu2+（同时有杂质Zn、Fe、Ni等的溶解）；阴极Cu2++2e-=Cu。阳极泥中存在金、银等不活泼的贵重金属，阴极得到纯铜。Ⅱ.电镀铜：精铜作阳极，镀件金属作阴极，硫酸铜（或其他可溶性铜盐）溶液作电解质溶液。电极反应：阳极Cu-2e-=Cu2+；阴极Cu2++2e-=Cu。从理论上讲电镀时电解质溶液组成、浓度和质量不变化。Ⅲ.氯碱工业：阳极2Cl--2e-=Cl2↑，阴极2H++2e-=H2↑总反应2NaCl+2H2O电解2NaOH+H2↑+Cl2↑Ⅳ.冶炼金属：电解熔融电解质，可炼得活泼金属。如：Na、Ca、Mg、Al等金属可通过电解其熔融的氯化物或氧化物制得。如电解冶炼铝：阳极反应6O2--12e-=3O2↑，阴极反应4Al3++12e-=4Al，总反应式为：2Al2O3电解4Al+3O2↑。四．金属的腐蚀与防护1.金属的腐蚀2.铁的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O2+4e-+2H2O==4OH-2H++2e-==H2↑负极反应Fe－2e-==Fe2+Fe－2e-==Fe2+总反应方程式4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)32Fe(OH)3==Fe2O3+3H2OFe+2H+=Fe2++H2↑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3.金属的防护方法：①改变金属的内部组织结构。如：不锈钢。②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。③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。五．综合计算原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：1.守恒法：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，其依据是电路中转移的电子数相等。2.总反应法：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。3.关系式法算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。例：用石墨作电极电解500mLKNO3和Cu(N03)2的混合液，电解前溶液中c(NO3－)＝6.0mol·L－1，，当通电一段时间后，两极均收集到22．4L气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是()学科网A．原混合溶液中c(K＋)为4mol·L－1学科网B．上述电解过程中共转移4mol电子学科网C．电解得到的Cu的物质的量为0.5mol学科网D．电解后溶液中c(H＋)为2mol·L－1学科网练习：按右图所示装置连接，X、Y均为惰性电极。（1）Zn为极，其电极反应式为。（2）接好装置后，烧杯中的溶液发生反应的离子方程式是。（3）上图中通过膈膜的SO42-向（填“左”“右”或“不”）迁移，Y极及其附近出现的现象。（4）常温下当Zn极质量减少32.5g时，X极生成气体8.4L（标准状况），若此时烧杯中溶液的体积为500mL，则此时烧杯中溶液的pH=（不考虑生成的气体溶于水）。4【达标练习】1．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag++e-=Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②B．②③C．②④D．③④2．把a、b、c、d四种金属浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可构成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极。这四种金属的活动性顺序为A.abcdB.acdbC.cabdD.bdca3．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸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．CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e－D．O2(g)+2H2O(1)+4e－=4OH－4．电解100mL含c（H+）＝0.30mol/L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/LAg+B．0.02mol/LZn2+C．0.20mol/LCu2+D．0.20mol/LPb2+5．右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是A．a为负极、b为正极B．a为阳极，b为阴极C．电解过程中，氯离子浓度不变D．电解过程中，d电极质量增加6．可以将反应Zn+Br2==ZnBr2设计成蓄电池，下列4个电极反应：①Br2+2e-==2Br-②2Br--2e-==Br2③Zn-2e-==Zn2+④Zn2++2e-==Zn其中分别表示充电时阳极反应和放电时负极反应的是A．②和③B．②和①C．③和①D．④和①7．如下图所示，甲、乙为相互串联的两电解池。（1）乙池中Fe电极为极。若在乙池中滴入少量酚酞试液，开始电解一段时间后，铁电极附近呈色。（2）甲池若为精炼铜（假设粗铜的组成是均匀的，且其中活泼和不活泼的成份均存在）的装置，则电解质溶液可以是；通过一段时间后，A电极增重12.8g，则甲池溶液原溶质的浓度（填“增大”、“减小”、“不变”或“无法确定”），乙池石墨电极放出的气体在标准状况下的体积为。8．如下图装置,A、B中电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹，电源a、b两极。若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，闭合K2、K3通直流电,电解一段时间后A、B中均有气体如图所示。（1）电源的a极为（填正、负极）。（2）在湿的Na2SO4滤纸条中心滴KMnO4液滴，现象是。（3）写出A中电极反应式。（4）若电解一段时间后A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1电流表的指针偏转，此时B极电极反应式为。9．如下图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同（假设通电前后溶液体积不变），A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。（1）B极是电源的，一段时间后，甲中溶液颜色，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明，在电场作用下向Y极移动。（2）若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为。（3）现用丙装置给铜件镀银，则H应该是（填“镀层金属”或“镀件”），电镀液是溶液。当乙中溶液的pH是13时（此时乙溶液体积为500mL），丙中镀件上析出银的质量为，甲中溶液的pH（填“变大”、“变小”或“不变”）。（4