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1、 一、原電池的工作原理一、原電池的工作原理 1裝置特點：把化學能轉(zhuǎn)化成電能。 2構(gòu)成條件： (1)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應。 (2)有電解質(zhì)溶液(構(gòu)成電路或參與反應)。 (3)由還原劑和導體構(gòu)成負極系統(tǒng)，由氧化劑和導體構(gòu)成正極系統(tǒng)。 (4)構(gòu)成閉合回路(兩電極接觸或用導線連接)，或具備將化學能轉(zhuǎn)化成電能的條件。 3電極名稱及電極反應 負極：較活潑金屬，電子流出的極，發(fā)生氧化反應 正極：不活潑金屬(或非金屬，導體)，電子流入的極，發(fā)生還原反應 4工作原理： 二、化學電源二、化學電源 1一次電池反應原理(不能充電，不能反復使用) (1)銀鋅鈕扣電池 正極一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材
2、料，負極一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液。銀鋅電池的負極是Zn，正極是Ag2O。負極反應為Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O。正極反應為Ag2O+H2O+2e-= = = 2 A g + 2 O H- 。 總 反 應 方 程 式 為Zn+Ag2O=ZnO+2Ag。 (2)鋅錳電池 鋅錳電池分為酸性和堿性兩種。其中的普通鋅錳電池是酸性電池，鋅為負極，碳棒為正極，NH4Cl為電解質(zhì)；堿性鋅錳電池中鋅為負極，MnO2為正極，KOH為電解質(zhì)。 兩種干電池中發(fā)生的反應為 2.二次電池(可充電，可多次重復使用) 鉛蓄電池是最常見的二次電池，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆
3、蓋有PbO2，負極板上覆蓋有Pb，電解質(zhì)是H2SO4溶液。鉛蓄電池充電的反應是上述反應的逆過程 可以把上述反應寫成一個可逆反應方程式：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) PbSO4(s)+2H2O(l) 三、電解原理三、電解原理 1電解：在直流電的作用下，在兩電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程叫電解。 2電解池：將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置稱為電解池。 電解池形成條件：與電源相連的兩個電極。電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)。形成閉合回路。放電充電 3電極名稱 陽極：和電源正極相連的電極，發(fā)生氧化反應。 陰極：和電源負極相連的電極，發(fā)生還原反應 4電極材料： 惰性電極：Pt、At、石墨。
4、活性電極：除Pt、At、石墨外的金屬材料。 5電子流向：電源負極導線電解池陰極電解池陽極導線電源正極。 6離子移動方向：電解質(zhì)溶液中陽離子移向陰極；電解質(zhì)溶液中陰離子移向陽極。 特別提醒：特別提醒：電解池的陰陽極取決于外接電源的正負極，與電極材料的金屬活動性無關(guān)。 電解質(zhì)溶液的導電過程，就是該溶液的電解過程，是化學變化。 四、電解原理的應用四、電解原理的應用 1氯堿工業(yè) 電解飽和食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)，電解飽和食鹽水時，發(fā)生如下反應2NaCl+2H2O = 2NaOH+H2+Cl2。其中陽極反應為 2Cl-2e-=Cl2，陰極反應為 2H+2e- = H2。電解 2電鍍 (1)定義：電鍍是應用
5、電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。電鍍的目的主要是使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。 (2)電鍍原理 電鍍時，用鍍層金屬作陽極、待鍍金屬(鍍件)作陰極，用含鍍層金屬陽離子的可溶性鹽溶液作電解質(zhì)溶液。 3電解精煉銅 (1)電解精煉的目的：粗銅往往和含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種雜質(zhì)，通過電解精煉可以獲得純度達到99.95%99.98%的銅，這種銅稱為電解銅，這種方法稱為金屬的電解精煉。 (2)電解精煉銅的原理 利用粗銅作陽極，純銅作陰極，以硫酸銅溶液(加入一定量的硫酸)為電解質(zhì)溶液、陽極(粗銅)：Cu-2e-=Cu2+，Zn-2e-=Zn2+，Ni-2e-=Ni2+。
6、陰極(精銅)：Cu2+2e-=Cu 位于金屬活動性順序銅之后的銀、金等雜質(zhì)，因為給電子能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子溶解下來，當陽極上的銅失去電子變成離子溶解之后，它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥，陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料。 4電冶金屬 利用電解使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來，Mn+ne- =M。電解是最強有力的氧化還原手段，所以電解法是冶煉金屬的一種重要方法。適用于一些活潑金屬單質(zhì)的制取，如冶煉鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬。 (1)電解熔融NaCl得金屬鈉。陰極：2Na+2e-=2Na，陽極：2Cl-+2e- = Cl2，總反應方程式：
7、2NaCl(熔融)=2Na+Cl2 (2)電解熔融MgCl2制單質(zhì)Mg。陰極：Mg2+2e-=Mg，陽極：2Cl-+2e- = Cl2。總反應方程式：MgCl2(熔融)=Mg+Cl2 (3)電解熔融Al2O3制單質(zhì)Al。陰極：4Al3+12e-=4Al。陽極：6O2-+12e- = 3O2。總反應方程式：2Al2O3=4Al+3O2電解電解電解考點一 原電池原理在新型電池中的應用 例例1 可用于電動汽車的鋁-空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負極，空氣電極為正極。下列說法正確的是() A以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時，正極反應都為：O2+2H2O+4e-=
8、4OH- B以NaOH溶液為電解液時，負極反應為：Al+3OH-3e-=Al(OH)3 C以NaOH溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的pH保持不變 D電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極A 【解析】正極O2得電子，溶液顯堿性或中性時，正極反應都為：O2+2H2O+4e-=4OH-，A正確。鋁作負極，鋁失電子，中性溶液(NaCl)中的負極反應為：Al-3e-=Al3+，堿性溶液(NaOH)中的負極反應為：Al+4OH-3e-= +2H2O，B不 正 確 。 在 堿 性 時 總 的 電 池 反 應 式 為 ：4Al+3O2+4OH-=4 +2H2O，溶液pH降低，C項錯。電池工作時，電子
9、從負極流向正極，D項錯。-2AlO-2AlO 【方法技巧點撥】原電池原理的應用：(1)加快反應的進行：實驗室中用Zn和稀H2SO4制取H2時，常加入少量CuSO4，CuSO4與Zn發(fā)生置換反應生成Cu，從而構(gòu)成Cu-Zn原電池加快H2的生成速率。(2)判斷金屬的純度：在“Zn-Cu-H2SO4”構(gòu)成的原電池中，鋅極失去電子發(fā)生氧化反應而溶解，溶液中的氫離子在銅極上得到電子發(fā)生還原反應，放出氫氣。若在鋅極上也有氫氣放出，則說明鋅極是不純的；(3)比較金屬的活潑性：將未知的兩種金屬分別作為電極，或?qū)⒁环N未知的金屬與一種已知金屬分別作為電極，選擇合適的電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，其中被溶解的一極金屬活動性
10、相對于另一極的金屬的活動性要強。考點二 可充電電池的考查 例例2 LiFePO4電池具有穩(wěn)定性高、安全、對環(huán)境友好等優(yōu)點，可用于電動汽車。電池反應為：FePO4+Li LiFePO4，電池的正極材料是LiFePO4，負極材料是石墨，含Li+導電固體為電解質(zhì)。下列有關(guān)LiFePO4電池說法正確的是() A可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導電性 B放電時電池內(nèi)部Li+向負極移動 C充電過程中，電池正極材料的質(zhì)量增加 D放電時電池正極反應為：FePO4+Li+e-=LiFePO4D放電充電 【解析】放電時，相當于原電池，負極反應為Li-e-=Li+，正極反應為FePO4+Li+e-=LiFePO4(D對)；
11、Li+在電池內(nèi)部(內(nèi)電路)向正極移動(B錯)；電解質(zhì)為非水物質(zhì)，若加入硫酸，則酸與單質(zhì)Li發(fā)生反應，A錯；電池充電時，相當于電解池，陽極(為原正極)反應為LiFePO4-e-=FePO4+Li+，質(zhì)量減少，選項C錯。 【方法技巧點撥】對于充電電池特別注意放電時原電池的負極發(fā)生氧化反應，則充電過程中生成物反應生成反應物，發(fā)生還原反應，此時是充電電池的陰極，即電池充電時，原電池的負極與直流電源的負極相連(叫陰極)。同理正極是充電電池的陽極。電極反應可以相互轉(zhuǎn)化，原電池負極反應反過來就是電解池陰極反應，同理原電池正極反應反過來就是電解池陽極反應?？键c三 對電解原理的考查 例例3 某同學按圖所示的裝置
12、進行電解實驗。下列說法正確的是() A電解過程中，銅電極上有H2產(chǎn)生 B電解初期，主反應方程式為： Cu+H2SO4 =CuSO4+H2 C電解一定時間后，銅電極質(zhì)量增加 D整個電解過程中，H+的濃度不斷增大 電解B 【解析】電解是最強有力的氧化還原手段，有些在通常條件下不能發(fā)生的反應(如本題中銅與稀硫酸)通過電解的方法可以發(fā)生反應。陽極反應：Cu-2e-=Cu2+，陰極反應：2H+2e-=H2(起始)，隨著電解的進行，陽極產(chǎn)生的Cu2+濃度增大，在電場的作用下向陰極移動，由于Cu2+的氧化性大于H+，因此Cu2+也會在陰極放電生成銅。因此在整個電解過程中，起始時H+的濃度不斷減小，隨后基本保
13、持不變。 【方法技巧點撥】本題易忽視電極材料對電解的影響。電解飽和食鹽水時：(1)有石墨作電極，陽極：2Cl-2e-=Cl2，陰極：2H+2e-=H2，總離子方程式：2Cl-+2H2O=Cl2+H2+2OH-。(2)用銅作電極，陽極：Cu-2e-=Cu2+，陰極：2 H+ 2 e-= = = H2 ， 總 離 子 方 程 式 ：Cu+2H2O=Cu(OH)2+H2。 電解電解考點四 對串、并聯(lián)電路的考查 例例4 圖中X為電源，Y為浸透飽和食鹽水和酚酞試液的濾紙，濾紙中央滴有一滴KMnO4溶液，通電后Y中央的紫紅色斑向d端擴散。下列判斷正確的是() A濾紙上c點附近會變紅色 BCu電極質(zhì)量減小，
14、Pt電極質(zhì)量增大 CZ中溶液的pH先減小，后增大 DZ溶液中SO向Cu電極定向移動A 【解析】本題的關(guān)鍵是判斷電源的正、負極，從而判斷電解池的陰、陽極。由題紫紅色斑即 向d端擴散，陰離子向陽極移動，說明d端為陽極，即b為正極，a為負極。c為陰極，NaCl溶液中H+放電，生成OH-，c點附近會變紅色。Z為電解硫酸銅溶液，Pt為陽極，溶液中的OH-放電2H2O-4e-=O2+4H+，Cu為陰極，溶液中的Cu2+得電子，生成銅，總反應為2CuSO4+2H2O=Cu+O2+2H2SO4，Pt電解生成H+，則 向Pt極移動，B、D不正確。隨著電解的進行，Z溶液變?yōu)榱蛩崛芤?，再電解則電解水，硫酸濃度增大，
15、C不正確。電解4MnO-2-4SO 【方法技巧點撥】本題易錯在對電解原理認識模糊，造成不能正確判斷電極。解答此類題應注意：分清電極，與電源正極相連的為陽極，與負極相連的為陰極，兩極反應為陽氧陰還。剖析電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液中存在哪些陽離子和陰離子，并分類。注意離子的放電順序。書寫電極反應式，注意電子得失守恒。電解時電極產(chǎn)物判斷。 考點五 電解原理的應用 例例5 現(xiàn)有陽離子交換膜、陰離子交換膜、石墨電極和如圖所示電解槽。用氯堿工業(yè)中的離子交換技術(shù)原理，可電解Na2SO4溶液生產(chǎn)NaOH和H2SO4溶液。 下列說法正確的是()A陽極反應式為2H+2e-=H2B從A口出來的是H2SO4溶液Ca是陽離
16、子交換膜，允許H+通過DNa2SO4溶液從E口加入B 【解析】惰性電極電解Na2SO4溶液，陽極電解得到O2和H+，陰極電解得到H2和OH-。離子交換膜將電解槽分為3個區(qū)域，Na2SO4溶液從中間區(qū)域加入，Na+通過陽離子交換膜b移向陰極室， 通過陰離子交換膜a移向陽極室，這樣即可得到NaOH和H2SO4。陽極室和陰極室在電解開始時只需分別加入少量H2SO4和NaOH，以增強溶液導電性而又不帶入雜質(zhì)。2-4SO 【方法技巧點撥】電解Na2SO4溶液的實質(zhì)是電解水，陽極水中OH-放電，生成O2和H+，所以H2SO4在陽極區(qū)生成， 溶液中 通過膜a(陰離子交換膜)進入陽極區(qū)，由此可見，解題的關(guān)鍵還
17、是基本的電解原理。2-4SO考點六 電化學的有關(guān)計算 例例6 電解100 mL含c(H+)=0.30 mol/L的下列溶液，當電路中通過0.04 mol電子時，理論上析出金屬質(zhì)量最大的是() A0.10 mol/L Ag+ B0.20 mol/L Zn2+ C0.20 mol/L Cu2+ D0.20 mol/L Pb2+C 【解析】對于選項A，先Ag+放電，后H+放電，電極反應式為Ag+e-=Ag,2H+2e-=H2，當電路中通過0.04 mol電子時，只析出0.01 mol金屬銀，即1.08 g。與選項A類似，選項C中析出金屬銅0.02 mol，即1.28 g。對于選項B，先H+放電，后Z
18、n2+放電，電極反應式為2H+2e-=H2，Zn2+2e-=Zn，當電路中通過0.04 mol電子時，先放出0.015 mol H2，后析出0.005 mol金屬鋅，即0.325 g。與選項B類似，選項D中析出金屬鉛的物質(zhì)的量也為0.005 mol，即1.035 g。 【方法技巧點撥】有關(guān)電解的計算通常是求電解后某產(chǎn)物的質(zhì)量、某氣體的體積、某元素的化合價以及溶液的pH、物質(zhì)的量濃度等。解答此類題的方法有兩種：一是根據(jù)電解方程式或電極反應式列比例式求解；二是利用各電極、線路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目守恒列等式求解。電子守恒進行分析計算較為簡便，所以解決類似問題時我們應更多地用電子守恒的方法進行分析、求解。
19、 1.下圖為電解飽和食鹽水的簡易裝置，下列有關(guān)說法正確的是() A電解一段時間后，往蛋殼的溶液中滴加幾滴酚酞，呈紅色 B蛋殼表面纏繞鐵絲發(fā)生氧化反應 C鐵絲表面生成的氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{D蛋殼可阻止生成的氯氣與氫氣、氫氧化鈉溶液接觸D 【解析】由圖可知蛋殼內(nèi)炭棒為陽極，溶液中的Cl-放電生成Cl2，蛋殼外鐵絲為陰極，水中的H+發(fā)生還原反應生成H2同時生成OH-。 2.Cu2O是一種半導體材料，基于綠色化學理念設(shè)計的制取。Cu2O的電解池示意圖如下，電解總反應：2Cu+H2O=Cu2O+H2。下列說法正確的是()電解A石墨電極上產(chǎn)生氫氣B銅電極發(fā)生還原反應 C銅電極接直流電源的負極
20、D當有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.1 mol Cu2O生成A 【解析】判斷電極是解題的關(guān)鍵。從電解總反應知：金屬Cu被氧化，銅電極應為陽極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為：2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O，所以B項、C項均錯；同時可知當有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移時，應有0.05 mol Cu2O生成，D項也錯。石墨電極應與電源的負極相連，發(fā)生還原反應：2H+2e-=H2，A項正確。 3.以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是()B A該電池能夠在高溫下工作 B電池的負極反應為： C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+ C放電過程中，H
21、+從正極區(qū)向負極區(qū)遷移 D在電池反應中，每消耗1 mol氧氣，理論上能生成標準狀況下CO2氣體 L 【解析】微生物主要成分是蛋白質(zhì)，高溫條件下蛋白質(zhì)變性，失去活性，A不正確。通入燃料C6H12O6的極為負極，負極反應為：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+(能放出CO2應該是酸性，所以右邊寫H+。不能在左邊加OH-、右邊寫H2O)，B項正確。正極反應為：6O2+24H+24e- =12H2O，從兩極反應可知：負極生成H+，正極消耗H+，即通過質(zhì)子交換膜從負極到正極傳導H+，選項C不正確。從總反應C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O可知，每消耗1 mol氧氣，理論上能生成
22、標準狀況下CO2氣體22.4 L，D項錯。 4.市場上經(jīng)常見到的標記為Li-ion的電池稱為“鋰離子電池”。它的負極材料是金屬鋰和碳的復合材料(碳作為金屬鋰的載體)，電解質(zhì)為一種能傳導Li+的高分子材料。這種鋰離子電池的電池反應為：Li+2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2 下列說法不正確的是() A放電時，負極的電極反應式：Li-e-=Li+ B充電時，Li0.85NiO2既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應 C該電池不能用水溶液作為電解質(zhì) D放電過程中Li+向負極移動放電充電D 【解析】此類題，在確定兩極后，先考慮放電的各種情況，再考慮充電的各種情況。放電時，Li作負極，失電子(A項正確
23、)，生成的Li+從負極移向正極(D項錯)。充電時，是電池反應的反方向，從總方程式可知，此時的Li0.85NiO2既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應，B項正確。C項，由于Li可以與水反應，故應為非水材料，正確。 5.(2011安徽安徽)研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進行 發(fā) 電 ， 在 海 水 中 電 池 總 反 應 可 表 示 為 ：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl，下列“水”電池在海水中放電時的有關(guān)說法正確的是() A正極反應式：Ag+Cl-e-=AgCl B每生成1 mol Na2Mn5O10轉(zhuǎn)移2 mol電子 CNa+不斷
24、向“水”電池的負極移動 DAgCl是還原產(chǎn)物B 【解析】由電池總反應可知銀失去電子被氧化得氧化產(chǎn)物，即銀做負極，產(chǎn)物AgCl是氧化產(chǎn)物，A、D都不正確；在原電池中陽離子在正極得電子發(fā)生還原反應，所以陽離子向電池的正極移動，C錯誤；化合物Na2Mn5O10中Mn元素的化合價是+18/5價，所以每生成1 mol Na2Mn5O10轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為(4-18/5) 5=2 mol，因此選項B正確。 6.(2011福建福建)研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說法不正確的是() A水既是氧
25、化劑又是溶劑 B放電時正極上有氫氣生成 C放電時OH-向正極移動 D總反應為：2Li+2H2O=2LiOH+H2C 【解析】考生可能迅速選出C項是錯誤，因為原電池放電時OH-是向負極移動的?？偡磻獮椋?Li+2H2O=2LiOH+H2。再寫出其電極反應如下： ()2Li-2e-=2Li+ ()2H2O+2e-=2OH-+H2 結(jié)合選項分析A、B、D都是正確的。 此題情景是取材于新的化學電源，知識落腳點是基礎(chǔ)，對原電池原理掌握的學生來說是比較容易的。 7.電化學在生產(chǎn)生活實際中應用廣泛。 (1)將兩個石墨電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，構(gòu)成甲烷燃料電池。通入CH4的一極，其電極
26、反應式是：CH4+10OH-8e-=CO+7H2O；通入O2的一極，其電極反應式是_。 (2)若用石墨做電極電解500 mL飽和食鹽水，寫出電解反應的離子方程式為：_；電解一段時間后兩極共收集到標準狀況下的氣體1.12 L(不考慮氣體的溶解)。停止通電，假設(shè)反應前后溶液體積不變，則所得溶液的pH=_。O2+4e-+2H2O=4OH- 2Cl-+2H2O=H2+Cl2+2OH- 電解13 (3)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是_。 (4)M是地殼中含量最高的金屬元素，用M單質(zhì)作陽極，石墨作陰極，NaHCO3溶液作電解液進行電解，生成難溶物R，R受熱分解生成化合物Q。寫出陽極生成R的電極反應式：_； 由R生成Q的化學方程式：_。陽極Cu可以發(fā)生氧化反應生成Cu2+ Al-3e-=Al3，Al3+3 =Al(OH)3+3CO2 -3HCO2Al(OH)3=Al2O3+3H2O -3HCO 【解析】 (2)電解飽和食鹽水的離子反應為：2Cl-+2H2O=H2+Cl2+2OH-，從反應方程式可以看出，每生成2 mol氣體，同時生成2 mol OH-，據(jù)此可計算出反應后溶液的pH。 (3)電鍍時，陽極Cu可以發(fā)生氧化反應生成Cu2+。 (4)Al作陽極失去電子生成Al3+，Al3+3 =Al(OH)3+3CO2，2Al(OH)3=Al2O3+3H2O。電解
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