2024-2025學(xué)年高二化學(xué)選擇性必修1（配蘇教版）教學(xué)課件 微專題1 原電池原理和電解池原理綜合應(yīng)用

專題1微專題1原電池原理和電解池原理綜合應(yīng)用重難探究·能力素養(yǎng)全提升學(xué)以致用·隨堂檢測全達標(biāo)目錄索引

素養(yǎng)目標(biāo)深入理解原電池和電解池原理,掌握可充電電池和串聯(lián)電路的思維模型,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一可充電電池方法突破可充電電池可綜合考查原電池和電解池原理。

應(yīng)用體驗1.如圖所示,裝置(Ⅰ)是一種可充電電池的示意圖,裝置(Ⅱ)為電解池的示意圖,裝置(Ⅰ)的離子交換膜只允許Na+通過。電池充、放電的化學(xué)方程式為2Na2S2+NaBr3

Na2S4+3NaBr。當(dāng)閉合K時,X極附近溶液先變紅色。下列說法正確的是(

)A.裝置(Ⅰ)中電極A為正極B.電極X附近溶液變紅的原因:2H2O+2e-══2OH-+H2↑C.放電時,電極B的反應(yīng)式為D.給原電池充電時Na+從左向右通過離子交換膜B解析

由題中信息可知,裝置(Ⅰ)中電極A為負(fù)極,A錯誤;電極X附近溶液變紅,說明發(fā)生反應(yīng)2H2O+2e-══2OH-+H2↑,B正確;放電時,電極B為正極,電極反應(yīng)式為

+2e-══3Br-,C錯誤;給原電池充電時電極A為陰極,陽離子向陰極移動,則Na+從右向左通過離子交換膜,D錯誤。2.某全固態(tài)薄膜鋰離子電池截面結(jié)構(gòu)如圖所示,電極A為非晶硅薄膜,充電時Li+得電子成為Li嵌入該薄膜材料中;電極B為LiCoO2薄膜;集流體起導(dǎo)電作用。下列說法不正確的是(

)A.充電時,集流體A與外接電源的負(fù)極相連B.放電時,外電路通過amol電子時,LiPON薄膜電解質(zhì)損失amolLi+C.放電時,電極B為正極,電極反應(yīng)式可表示為Li1-xCoO2+xLi++xe-══LiCoO2D.電池總反應(yīng)可表示為LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2B解析

由題中信息可知,該電池充電時Li+得電子成為Li嵌入電極A中,可知電極A在充電時作陰極,故其在放電時作電池的負(fù)極,而電極B是電池的正極。由圖可知,集流體A與電極A相連,充電時電極A作陰極,故充電時集流體A與外接電源的負(fù)極相連,A正確;放電時,外電路通過a

mol電子時,內(nèi)電路中有a

mol

Li+通過LiPON薄膜電解質(zhì)從負(fù)極遷移到正極,但是LiPON薄膜電解質(zhì)沒有損失Li+,B錯誤;放電時,電極B為正極,發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式可表示為Li1-xCoO2+xLi++xe-══LiCoO2,C正確;電池放電時,嵌入在非晶硅薄膜中的鋰失去電子變成Li+,正極上Li1-xCoO2得到電子和Li+變?yōu)長iCoO2,故電池總反應(yīng)可表示為LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2,D正確。解題技巧

關(guān)于鋰離子電池電極反應(yīng)式的書寫在書寫鋰離子電池電極反應(yīng)式時,常出現(xiàn)化學(xué)式中含有x的情況,如Li1-xCoO2,若用化合價升降方法配平電極反應(yīng),則計算過程復(fù)雜,容易出錯,若能靈活運用元素守恒和電荷守恒配平,則可避開化合價的復(fù)雜計算,可快速準(zhǔn)確地得到答案。如本題中放電時的正極反應(yīng),可先確定主要反應(yīng)物和產(chǎn)物:Li1-xCoO2―→LiCoO2,根據(jù)元素守恒,反應(yīng)物中需補充Li+,根據(jù)元素守恒可得:Li1-xCoO2+xLi+―→LiCoO2,最后根據(jù)電荷守恒,需添加xe-,即電極反應(yīng)為Li1-xCoO2+xLi++xe-══LiCoO2。探究二串聯(lián)電路方法突破1.有外接電源電池類型的判斷方法有外接電源的各電池均為電解池,若電池陽極材料與電解質(zhì)溶液中的陽離子相同,則該電池為電鍍池。如則甲為電鍍池,乙、丙均為電解池。

2.無外接電源電池(連接化學(xué)電源)類型的判斷方法(1)直接判斷非常直觀明顯的裝置,如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中,則其他裝置為電解池。如圖所示:A為原電池,B為電解池。(2)根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷原電池一般是兩種不同的金屬電極或一個金屬電極和一個石墨棒電極;而電解池中一般兩個電極都是惰性電極,如兩個鉑電極或兩個石墨棒電極。原電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng),電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。如圖所示:B為原電池,A為電解池。(3)根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)或反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極,并由此判斷電池類型。如圖所示:若C極溶解,D極上析出Cu,B極附近溶液變紅,A極上放出黃綠色氣體,則可知乙是原電池,D是正極,C是負(fù)極;甲是電解池,A是陽極,B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應(yīng),A、C極發(fā)生氧化反應(yīng)。應(yīng)用體驗視角1有外接電源的串聯(lián)電路1.鈷酸鋰電池是目前用量最大的鋰離子電池,用它作電源按如圖裝置進行電解。通電后,a電極上一直有氣泡產(chǎn)生;d電極附近先出現(xiàn)白色沉淀(CuCl),后白色沉淀逐漸轉(zhuǎn)變成橙黃色沉淀(CuOH)。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.已知鈷酸鋰電池放電時總反應(yīng)為Li1-xCoO2+LixC6══LiCoO2+6C,則Li1-xCoO2作負(fù)極,失電子B.當(dāng)外電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子時,電極b處有2.24LCl2生成C.電極d為陰極,電解開始時的電極反應(yīng)式為Cu+Cl--e-══CuClD.隨著電解的進行,U形管Ⅱ中發(fā)生了如下轉(zhuǎn)化CuCl+OH-══CuOH+Cl-D解析

鈷酸鋰電池中LixC6作負(fù)極,Li1-xCoO2作正極,故A錯誤;d電極發(fā)生的變化Cu→CuCl是氧化反應(yīng),故d極為陽極,d極反應(yīng)式為Cu+Cl--e-══CuCl,故C錯誤;電極b上生成Cl2,但B選項中沒有說明是否是標(biāo)準(zhǔn)狀況,因此無法直接計算生成氯氣的體積,故B錯誤;d電極先產(chǎn)生白色沉淀(CuCl),白色沉淀逐漸轉(zhuǎn)變成橙黃色沉淀(CuOH),發(fā)生的反應(yīng)是CuCl+OH-══CuOH+Cl-,故D正確?！咀兪皆O(shè)問】(1)鈷酸鋰電池左側(cè)為正極還是負(fù)極?(2)寫出a電極上的電極反應(yīng)式。提示

負(fù)極。

提示

2H2O+2e-══H2↑+2OH-。

規(guī)律技巧

在多個電解池的串聯(lián)電路中,電解池的陰、陽極會交替出現(xiàn),如本題中a為陰極,b為陽極,c為陰極,d為陽極。2.如圖為相互串聯(lián)的甲、乙兩個電解池,試回答以下問題:(1)若甲池為利用電解原理精煉銅的裝置,則A是

極,材料是

,電極反應(yīng)式為

,電解質(zhì)溶液為

。當(dāng)一極有1mol純銅析出時,另一極溶解的銅

(填“大于”“小于”或“等于”)1mol。

(2)乙池中若滴入少量酚酞試液,電解一段時間后Fe電極附近溶液呈

色,電極反應(yīng)式為

。

(3)若甲池中電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液,電解過程中陰極質(zhì)量增加12.8g,則乙池中陽極放出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為

L,若此時乙池剩余液體為400mL,則電解后溶液的pH為

。

陰

純銅Cu2++2e-══CuCuSO4溶液(合理即可)小于

紅

2H2O+2e-══H2↑+2OH-4.4814解析

與電源負(fù)極相連的電極是電解池的陰極,與電源正極相連的電極是電解池的陽極。由圖示裝置知甲池中A為陰極,B為陽極,乙池中Fe為陰極,C(石墨棒)為陽極。(1)若甲池為利用電解原理精煉銅的裝置,則A是陰極,材料是純銅,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-══Cu,電解質(zhì)溶液可以是CuSO4溶液,陽極材料為粗銅,粗銅中比銅活潑的金屬先失電子,根據(jù)電極反應(yīng)和得失電子守恒知,陰極有1

mol

Cu析出時,陽極溶解的銅小于1

mol。(2)乙池中實質(zhì)是電解NaCl溶液,鐵為陰極,電極反應(yīng)式為2H2O+2e-══H2↑+2OH-,陰極區(qū)溶液呈堿性,若滴入少量酚酞試液,電解一段時間后Fe電極附近溶液呈紅色。(3)若甲池電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液,陰極質(zhì)量增加12.8

g,即生成銅的質(zhì)量為12.8

g,其物質(zhì)的量為0.2

mol,根據(jù)電極反應(yīng)式Cu2++2e-══Cu知,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4

mol,根據(jù)得失電子守恒知乙池中陽極放出氯氣的物質(zhì)的量為0.2

mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為4.48

L;甲、乙兩池串聯(lián),轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等,根據(jù)2H2O+2e-══H2↑+2OH-可知,生成OH-的物質(zhì)的量為0.4

mol,溶液的體積為0.4

L,則c(OH-)==1

mol·L-1,故溶液pH=14。視角2無外接電源(連接化學(xué)電源)的串聯(lián)電路3.某化學(xué)興趣小組的同學(xué)用如圖所示裝置研究電化學(xué)問題。當(dāng)閉合該裝置的電鍵時,觀察到電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列有關(guān)說法正確的是(

)A.該裝置為兩個原電池串聯(lián)B.乙裝置中Pt作負(fù)極石墨作正極C.當(dāng)甲中產(chǎn)生0.1mol氣體時,乙中析出固體的質(zhì)量為6.4gD.實驗一段時間后,甲燒杯中溶液的pH減小C解析

Zn、Cu電極和稀硫酸構(gòu)成原電池,其中Zn作負(fù)極,Cu作正極;乙裝置是電解池,石墨電極為陰極,Pt電極為陽極,A、B錯誤。當(dāng)甲中產(chǎn)生0.1

mol

H2時,電極反應(yīng)式為2H++2e-══H2↑,電路轉(zhuǎn)移0.2

mol

電子,乙電解池中,陰極上電極反應(yīng)為Cu2++2e-══Cu,根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計算得到0.1

mol

Cu,質(zhì)量為6.4

g,C正確。一段時間后,甲燒杯的溶液中c(H+)減小,pH增大,D錯誤。4.NaBH4燃料電池具有電壓高、能量密度大等優(yōu)點。以該燃料電池為電源電解精煉銅的裝置如圖所示。下列說法不正確的是(

)A.離子交換膜應(yīng)為陽離子交換膜,Na+由左極室向右極室遷移B.該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為C.電解池中的電解質(zhì)溶液可以選擇CuSO4溶液D.每消耗2.24LO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時,A電極的質(zhì)量減輕12.8gD解析

左側(cè)裝置為燃料電池,通入O2的電極發(fā)生反應(yīng)O2+4e-+2H2O══4OH-,通入O2的一極為正極。Na+通過離子交換膜進入右邊得到濃NaOH溶液,故離子交換膜允許Na+通過,是陽離子交換膜,選項A正確;負(fù)極

轉(zhuǎn)化為

,電極反應(yīng)式為

+8OH--8e-══

+6H2O,選項B正確;該電解池用于電解精煉銅,電解質(zhì)溶液可以選擇CuSO4溶液,選項C正確;A極連接原電池的正極,作陽極,每消耗2.24

L

O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時,轉(zhuǎn)移0.4

mol電子,但陽極上(A極)為粗銅,不只有Cu參與放電,還有比Cu活潑的金屬放電,故減少質(zhì)量不是12.8

g,選項D錯誤。5.認(rèn)真觀察下列裝置圖,下列說法錯誤的是(

)A.裝置B中PbO2上發(fā)生的電極反應(yīng)式為PbO2+4H+++2e-══PbSO4+2H2OB.電解開始時,裝置A中總反應(yīng)的離子方程式為Cu+2H+Cu2++H2↑C.若在裝置D中生成0.2molFe(OH)3,則消耗水的物質(zhì)的量共為0.5molD.若裝置E的目的是在Cu材料上鍍銀,則極板M的材料為AgD歸納總結(jié)

串聯(lián)電路的解題流程

學(xué)以致用·隨堂檢測全達標(biāo)123451.一種新型鎂硫二次電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A.使用堿性電解質(zhì)水溶液B.放電時,正極反應(yīng)包括3Mg2++MgS8-6e-══4MgS2C.使用的隔膜是陽離子交換膜D.充電時,電子從Mg電極流出C612345解析

Mg為活潑金屬,所以放電時Mg被氧化,Mg電極為負(fù)極,聚合物電極為正極。在堿性電解質(zhì)水溶液中負(fù)極生成的Mg2+會結(jié)合OH-生成Mg(OH)2沉淀,則溶液中不能存在大量Mg2+,A錯誤;放電時為原電池,原電池正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng),包括3Mg2++MgS8+6e-══4MgS2,B錯誤;據(jù)圖可知Mg2+要通過隔膜移向正極參與電極反應(yīng),所以使用的隔膜是陽離子交換膜,C正確;放電時Mg電極發(fā)生氧化反應(yīng),充電時Mg電極得電子發(fā)生還原反應(yīng),即電子流入Mg電極,D錯誤。6123452.我國研究鋰硫電池獲得突破,電池的總反應(yīng)是16Li+S88Li2S,充放電曲線如圖所示,下列說法不正確的是(

)A.充電時,電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B.放電時,鋰離子向正極移動C.放電時,1molLi2S6轉(zhuǎn)化為Li2S4得到2mole-D.充電時,陽極總電極反應(yīng)式是8S2--16e-══S8C6123456123453.如圖,a、b是石墨電極,通電一段時間后,b極附近溶液顯紅色。下列說法不正確的是(

)A.X極是電源正極,Y極是電源負(fù)極B.Cu電極上增重6.4g時,b極產(chǎn)生4.48L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體C.電解過程中CuSO4溶液的pH逐漸減小D.a極的電極反應(yīng)式為2Cl--2e-══Cl2↑B612345解析

a、b是石墨電極,通電一段時間后,b極附近溶液顯紅色,依據(jù)電解質(zhì)溶液為氯化鈉溶液和酚酞試液,判斷b電極是陰極,則Y為電源負(fù)極,X為電源正極,選項A正確;6.4

g銅的物質(zhì)的量是0.1

mol,電路中通過電子的物質(zhì)的量為0.2

mol,則b極上生成氫氣的物質(zhì)的量為0.1

mol,標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24

L,選項B錯誤;電解過程中CuSO4溶液中的H2O在陽極Pt電極失電子生成O2和H+,溶液中H+濃度增大,pH減小,選項C正確;a電極上Cl-失電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為2Cl--2e-══Cl2↑,選項D正確。6123454.如圖所示裝置可間接氧化工業(yè)廢水中的含氮離子()。下列說法不正確的是(

)A.乙是電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置B.含氮離子被氧化時的離子方程式為C.若生成的H2和N2的物質(zhì)的量之比為3∶1,則處理后廢水的pH減小D.電池工作時,甲池中的Na+移向Mg電極D612345解析

甲中活潑金屬鎂作原電池的負(fù)極,石墨作正極,乙是連接原電池的電解池,電解酸性工業(yè)廢水,電解池是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置,A正確;酸性條件下

被氧化時轉(zhuǎn)化為N2,反應(yīng)的離子方程式為3Cl2+2

══N2+6Cl-+8H+,B正確;若生成的H2和N2的物質(zhì)的量之比為3∶1,根據(jù)6H++6e-══3H2↑、3Cl2+2

══N2+6Cl-+8H+可知,處理后廢水的H+濃度增大,pH減小,C正確;電池工作時,甲池是原電池,原電池中陽離子Na+移向正極石墨電極,D錯誤。6123455.甲、乙兩池均是電化學(xué)裝置,按如圖所示方式連接。乙池中的兩個電極分別是石墨電極和鐵電極,已知工作過程M、N兩個電極的質(zhì)量均不減少。下列說法正確的是(

)A.M電極的材料是石墨B.若乙池中某電極質(zhì)量增加4.32g時,理論上甲池消耗氧氣為224mLC.在此過程中,甲池中OH-向通乙醇的一極移動D.在此過程中,乙池溶液中電子從M電極向N電極移動C6解析

通入乙醇的一極為負(fù)極,通入氧氣的一極為正極,M、N兩個電極的質(zhì)量都不減少,說明鐵不反應(yīng),作陰極,連接負(fù)極,則M為鐵,N為石墨,A錯誤;M極為陰極,產(chǎn)生銀,當(dāng)產(chǎn)生4.32

g

Al,轉(zhuǎn)移0.04

mol

電子,理論上甲池消耗氧氣的物質(zhì)的量為0.01

mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為224

mL,但題目未指明是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況下,B錯誤;甲池為原電池,陰離子向負(fù)極移動,C正確;此過程中,乙池為電解池,電子不能在溶液中移動,D錯誤。1234566.如圖所示裝置中,甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100g5%NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100g10%K2SO4溶液,電極均為石墨電極。(1)接通電源,一段時間后,測得丙中K2SO4溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.47%,乙中c電極質(zhì)量增加。填寫下列空白:①電源的N端為

極;

②電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為

;

③計算電極b上生成的氣