高三化學(xué)原電池和電解池

1、原電池原理考點(diǎn)聚焦1.通過進(jìn)行化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的探究活動，了解原電池工作原理.2.能正確書寫原電池的正、負(fù)極的電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式。知識梳理 1：組成原電池的條件。 有兩種活性不同的金屬（或一種是非金屬導(dǎo)體）。 電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。 兩電極相連形成閉合電路。2 原電池的原理負(fù)極-較活潑的金屬- 電子-發(fā)生 反應(yīng)正極-較不活潑的金屬- 電子-發(fā)生 反應(yīng)試題枚舉【例1】下列敘述中正確的是 A構(gòu)成原電池正極和負(fù)極的材料必須是兩種金屬。 B由銅、鋅作電極與硫酸銅溶液組成的原電池中銅是負(fù)極。 C馬口鐵（鍍錫鐵）破損時(shí)與電解質(zhì)溶液接觸錫先被腐蝕。 D銅鋅原電池工作時(shí)，若有13克鋅被溶解，電路

2、中就有0.4mol電子通過。 解析： 兩種活動性不同的金屬與電解質(zhì)溶液能夠組成原電池，但不能因此說構(gòu)成原電池電極的材料一定都是金屬，例如鋅和石墨電極也能跟電解質(zhì)溶液組成原電池。在原電池中，活動金屬中的電子流向不活動的電極，因此活動金屬是負(fù)極。鍍錫鐵表皮破損后與電解質(zhì)溶液組成原電池，鐵較錫活潑，鐵先失電子被腐蝕。銅鋅原電池工作時(shí)，鋅負(fù)極失電子，電極反應(yīng)為Zn 2e=Zn2+，1molZn失去2mol電子,0.2mol鋅（質(zhì)量為13克）被溶解電路中有0.4mol電子通過。故選D。答案：D 【例2】把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。若A、B相連時(shí)，A為負(fù)極

3、；C、D相連，D上有氣泡逸出；A、C相連時(shí)A極減輕；B、D相連，B為正極。則四種金屬的活潑性順序由大到小排列為 AABCD BACBD CACDB DBDCA 解析：金屬組成原電池，相對活潑金屬失去電子作負(fù)極，相對不活潑金屬作正極。負(fù)極被氧化質(zhì)量減輕，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，有物質(zhì)析出，由題意得活潑性AB、AC、CD 、DB，故正確答案為B。答案：B 【例3】電子計(jì)算機(jī)所用鈕扣電池的兩極材料為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其電極反應(yīng)是： Zn + 2 OH- -2eZnO + H2O Ag2O +H2O + 2e2Ag +2 OH- 下列判斷正確的是 A鋅為正極，Ag2O為負(fù)極。 B鋅為負(fù)極

4、，Ag2O為正極。 C原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液PH減小。 D原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液PH增大。 解析：本題考查原電池和PH的概念。 原電池中失去電子的極為負(fù)極，所以鋅為負(fù)極，Ag2O為正極。B是正確答案。因?yàn)?Zn + 2 OH- -2eZnO + H2O ，負(fù)極區(qū)域溶液中OH- 不斷減少，故PH減小，所以C也正確。故選B、C。 答案：BC【變式】化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。(1)目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應(yīng)可以表示為：Cd+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸，以下說法中正確

5、的是 以上反應(yīng)是可逆反應(yīng)以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng)充電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊烹姇r(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹵BCD(2)廢棄的鎳鎘電池已成為重要的環(huán)境污染物，有資料表明一節(jié)廢鎳鎘電池可以使一平方米面積的耕地失去使用價(jià)值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴(yán)重。這是因?yàn)?。(3)另一種常用的電池是鋰電池（鋰是一種堿金屬元素，其相對原子質(zhì)量為7），由于它的比容量（單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的電量）特別大而廣泛應(yīng)用于心臟起搏器，一般使用時(shí)間可長達(dá)十年。它的負(fù)極用金屬鋰制成，電池總反應(yīng)可表示為：Li+MnO2LiMnO2試回答：鋰電池比容量特別大的原因是 。鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶劑配制，為什么這種電池不能使用電解質(zhì)的水溶液

6、？請用化學(xué)方程式表示其原因 。答案：（1）B （2）Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液。（3）鋰的摩爾質(zhì)量??；2Li+2H2O2LiOH+H2 電解池原理考點(diǎn)聚焦1.通過電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的探究活動，了解電解池工作原理，能正確書寫電解池的陰、陽極的電極反應(yīng)式及電解反應(yīng)方程式。2.知道電解在氯堿工業(yè)、精煉銅、電鍍、電冶金等方面的應(yīng)用。認(rèn)識電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的實(shí)際意義。知識梳理1原電池和電解池的比較：裝置原電池電解池實(shí)例原理形成條件電極：兩種不同的導(dǎo)體相連；電解質(zhì)溶液：能與電極反應(yīng)。電源；電極（惰性或非惰性）；電解質(zhì)（水溶液或熔化態(tài)）。反應(yīng)類型自發(fā)的氧化還原反應(yīng)非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)電極名稱由

7、電極本身性質(zhì)決定：正極：材料性質(zhì)較不活潑的電極；負(fù)極：材料性質(zhì)較活潑的電極。由外電源決定：陽極：連電源的正極；陰極：連電源的負(fù)極；電極反應(yīng)負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反應(yīng)）正極：2H+2e-=H2（還原反應(yīng)）陰極：Cu2+ +2e- = Cu （還原反應(yīng)）陽極：2Cl-2e-=Cl2 （氧化反應(yīng)）電子流向電流方向能量轉(zhuǎn)化應(yīng)用抗金屬的電化腐蝕；實(shí)用電池。電解食鹽水（氯堿工業(yè)）；電鍍（鍍銅）；電冶（冶煉Na、Mg、Al）；精煉（精銅）。4電解反應(yīng)中反應(yīng)物的判斷放電順序 陰極A.陰極材料(金屬或石墨)總是受到保護(hù)。B.陽離子得電子順序 金屬活動順序表的反表：K+ <Ca2+ <

8、Na+ < Mg2+ < Al3+< Zn2+ < Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < (H+) < Cu2+ < Hg2+ < Ag+ （陽離子放電順序與濃度有關(guān)，并不絕對）陽極A.陽極材料是惰性電極(C、Pt、Au、Ti等)時(shí)：陰離子失電子：S2- I- Br- Cl- OH- NO3- 等含氧酸根離子 F-B.陽極是活潑電極時(shí)：電極本身被氧化，溶液中的離子不放電。 5電解反應(yīng)方程式的書寫步驟：分析電解質(zhì)溶液中存在的離子；分析離子的放電順序；確定電極、寫出電極反應(yīng)式；寫出電解方程式。如：電解NaCl溶液：2NaCl+2H2O

9、 H2+Cl2+2NaOH，溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反應(yīng)，PH增大。電解CuSO4溶液：2CuSO4 + 2H2O2Cu + O2+ 2H2SO4溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反應(yīng)， PH減小。 電解CuCl2溶液：CuCl2 CuCl2 電解鹽酸： 2HCl H2Cl2溶劑不變，實(shí)際上是電解溶質(zhì)，PH增大。電解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液：2H2O 2H2 + O2，溶質(zhì)不變，實(shí)際上是電解水，PH分別減小、增大、不變。酸、堿、鹽的加入增加了溶液導(dǎo)電性,從而加快電解速率（不是起催化作用）。電解熔融NaOH: 4NaOH 4Na + O2 + H2O 用銅電極電解Na2SO4溶液: Cu +2

10、H2O Cu(OH)2 + H2 （注意：不是電解水。）圖20-18電解原理的應(yīng)用A、電解飽和食鹽水（氯堿工業(yè)） 反應(yīng)原理陽極： 陰極： 總反應(yīng)：2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH 設(shè)備 （陽離子交換膜電解槽）組成：陽極Ti、陰極Fe陽離子交換膜的作用：它只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過。制燒堿生產(chǎn)過程 （離子交換膜法） 食鹽水的精制：粗鹽（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42- 等）加入NaOH溶液加入BaCl2溶液加入Na2CO3溶液過濾加入鹽酸加入離子交換劑(NaR) 電解生產(chǎn)主要過程（見圖20-1）：NaCl從陽極區(qū)加入，H2O從陰極區(qū)加入。陰極H+ 放電，破

11、壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。B、電解冶煉鋁原料：（A）、冰晶石：Na3AlF6=3Na+AlF63-（B）、氧化鋁： 鋁土礦 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 原理 陽極 陰極 總反應(yīng)：4Al3+6O24Al+3O2 設(shè)備：電解槽（陽極C、陰極Fe） 因?yàn)殛枠O材料不斷地與生成的氧氣反應(yīng)：C+O2 CO+CO2，故需定時(shí)補(bǔ)充。C、電鍍：用電解的方法在金屬表面鍍上一層金屬或合金的過程。鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子。電鍍鋅原理：陽極 Zn2e = Zn2+陰極 Zn2+2e=Zn電鍍液的濃度在電鍍過程中不發(fā)生變化。在電鍍控制

12、的條件下，水電離出來的H+和OH一般不起反應(yīng)。電鍍液中加氨水或 NaCN的原因：使Zn2+離子濃度很小，鍍速慢，鍍層才能致密、光亮。D、電解冶煉活潑金屬Na、Mg、Al等。E、電解精煉銅：粗銅作陽極，精銅作陰極，電解液含有Cu2+。銅前金屬先反應(yīng)但不析出，銅后金屬不反應(yīng)，形成 “陽極泥”。 試題枚舉【例1】將兩個(gè)鉑電極插入500mL CuSO4溶液中進(jìn)行電解，通電一定時(shí)間后，某一電極增重0.064g(設(shè)電解時(shí)該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積變化)，此時(shí)溶液中氫離子濃度約為A.4×10-3mol/L B.2×10-3mol/L C.1×10-3mol/L D

13、.1×10-7mol/L 解析：根據(jù)電解規(guī)律可知陰極反應(yīng):Cu2+2e-=Cu，增重0.064gCu，應(yīng)是Cu的質(zhì)量,根據(jù)總反應(yīng)方程式: 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4->4H+ 2×64g4mol 0.064g xx=0.002molH+= =4×10-3mol/L答案：A【例2】某堿性蓄電池在充電和放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為:Fe+NiO2+2H2O Fe(OH)2+Ni(OH)2,下列說法中正確的是:A、放電時(shí)，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是Fe.B、放電時(shí)，正極反應(yīng)是：NiO2+2e-+2H+=Ni(OH)2C、充電時(shí)，陰極反應(yīng)是：Ni(OH)2

14、-2e-+2OH-=NiO2+2H2OD、充電時(shí)，陽極附近pH值減小.解析：根據(jù)原電池在放電時(shí),負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),再根據(jù)元素化合價(jià)變化,可判斷該電池負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)為Fe,正極為NiO2,此電池為堿性電池,在書寫電極反應(yīng)和總電池反應(yīng)方程式時(shí)不能出現(xiàn)H+,故放電時(shí)的電極反應(yīng)是:負(fù)極:Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2，正極：NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-。原電池充電時(shí),發(fā)生電解反應(yīng),此時(shí)陰極反應(yīng)為原電池負(fù)極反應(yīng)的逆反應(yīng),陽極反應(yīng)為原電池正極反應(yīng)的逆反應(yīng),由此可判斷正確選項(xiàng)應(yīng)為A、D。答案：AD【例3】甲、乙兩個(gè)容器中，分別加入0.1mol/LNaCl

15、溶液與0.1mol/LAgNO3溶液后，以Pt為電極進(jìn)行電解時(shí)，在A、B、C、D各電極上生成物的物質(zhì)的量之比為:_ 解析：此裝置相當(dāng)于兩個(gè)電解槽串聯(lián)到一起,在整個(gè)電路中電子轉(zhuǎn)移總數(shù)相等.首先判斷各極是陽極還是陰極，即電極名稱，再分析各極發(fā)生的反應(yīng).A極(陰極)反應(yīng):2H+2e-=H2，B極(陽極)反應(yīng):2Cl-2e-=Cl2；C極(陰極)反應(yīng)：Ag+ e- =Ag；D極(陽極)反應(yīng):4OH-4e-=2H2O+O2，根據(jù)電子守恒法可知,若整個(gè)電路中有4mol電子轉(zhuǎn)移,生成H2、Cl2、Ag、O2的物質(zhì)的量分別為：2mol、2mol、4mol、1mol因此各電極上生成物的物質(zhì)的量之比為：2:2:4:1。答案：2:2:4:1【例4】有三個(gè)燒杯，分別盛有氯化銅，氯化鉀和硝酸銀三種溶液；均以Pt作電極，將它們串聯(lián)在一起電解一定時(shí)間，測得電極增重總和2.8克，這時(shí)產(chǎn)生的有色氣體與無色氣體的物質(zhì)的量之比為A、4：1 B、1：1 C、4：3 D、3：4解析：串聯(lián)電路中，相同時(shí)間內(nèi)各電極