（浙江專用）2018-2019學年高中化學 專題1 化學反應(yīng)與能量變化 微型專題2 原電池與電解課件 蘇教版選修4.ppt

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微型專題2原電池與電解,專題1化學反應(yīng)與能量變化,[學習目標定位]1.會判斷原電池的正、負極。2.會正確書寫原電池的電極反應(yīng)式。3.會正確區(qū)分判斷原電池和電解池。4.熟知電解的規(guī)律及其應(yīng)用。,,一、原電池原理及其應(yīng)用,,1.原電池的構(gòu)成及正、負極判斷例1將鎂條和鋁條平行插入一定濃度的氫氧化鈉溶液中，用導線連接形成原電池。下列有關(guān)該裝置的敘述正確的是A.因鎂比鋁活潑，故鎂是原電池的負極，鋁為正極B.鋁條表面雖有氧化膜，但可不必處理C.該電池的內(nèi)、外電路中，電流均由電子定向移動形成D.鋁是電池的負極，工作時溶液中會立即有白色沉淀生成,答案,解析,√,解析判斷原電池的正、負極時只考慮兩極的活潑性，沒有注意電極能否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，易錯選A。A項，因Al易與NaOH溶液反應(yīng)，Al失電子，鋁為負極；B項，Al2O3能與NaOH溶液反應(yīng)，故不必處理；C項，內(nèi)電路靠陰、陽離子的定向移動形成電流；D項，電池剛開始工作時NaOH過量，故Al反應(yīng)后在溶液中是以形式存在的，而無沉淀。,易錯辨析,判斷原電池的正、負極，不能單純看金屬的活潑性，還要考慮電解質(zhì)溶液的性質(zhì)，同樣的電極在不同的電解質(zhì)溶液中顯現(xiàn)出不同的性質(zhì)。如本題的鎂、鋁電極，在酸性溶液中，鎂是負極，而在氫氧化鈉溶液中，鋁是負極，鎂是正極；又如鐵、銅電極在鹽酸中，鐵是負極，銅是正極，而在濃硝酸中，鐵是正極，銅是負極。,答案,解析,2.正確書寫或判斷電極反應(yīng)式例2燃料電池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧氣(或空氣)反應(yīng)將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。下面關(guān)于甲烷燃料電池(KOH溶液為電解質(zhì)溶液)的說法正確的是A.負極的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－B.負極的電極反應(yīng)式為CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2OC.隨著放電的進行，溶液的pH值不變D.放電時溶液中的OH－向負極移動,√,解析由于正、負極不分，易錯選A；不考慮介質(zhì)的堿性條件，誤認為甲烷在負極反應(yīng)生成CO2，易錯選B。燃料在負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，甲烷燃燒能生成二氧化碳和水，二氧化碳和氫氧化鉀反應(yīng)生成碳酸鉀，所以負極的電極反應(yīng)式為CH4＋10OH－－8e－===＋7H2O，A、B項錯誤；該電池的總反應(yīng)為CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，故隨著放電的進行，溶液的堿性逐漸減弱，C項錯誤；放電時，OH－向負極移動，D項正確。,易錯警示,在書寫原電池電極反應(yīng)式或判斷其正誤時，一要看清正、負極，二要注意電解質(zhì)溶液的性質(zhì)對電極產(chǎn)物的影響。,答案,解析,3.原電池原理多角度的考查例3熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiCl—KCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有關(guān)說法正確的是,A.正極反應(yīng)式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2B.放電過程中，Li＋向負極移動C.每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，理論上生成20.7gPbD.常溫下，在正、負極間接上電流計，指針不偏轉(zhuǎn),√,解析正極發(fā)生還原反應(yīng)，故為PbSO4＋2e－===Pb＋A項錯誤；放電過程為原電池，故陽離子向正極移動，B項錯誤；每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，生成0.05molPb為10.35g，C項錯誤；常溫下，電解質(zhì)不能熔化，不能形成原電池，故指針不偏轉(zhuǎn)，D項正確。,解題指導,本題從多角度考查原電池的原理：(1)判斷電極反應(yīng)類型，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；(2)判斷離子遷移方向，電解質(zhì)溶液中陰離子移向負極，陽離子移向正極；(3)判斷電子流向，電子從負極流出經(jīng)外電路流向正極；(4)電極反應(yīng)式的正誤判斷，要特別注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。,,教師用書獨具,相關(guān)鏈接1.圖解原電池正、負極的判斷方法,特別提示判斷一個原電池中的正、負極，最根本的方法是失電子(發(fā)生氧化反應(yīng))的一極是負極，得電子(發(fā)生還原反應(yīng))的一極是正極。如果給出一個化學方程式判斷正、負極，可以直接根據(jù)化合價的升降來判斷，化合價升高、發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負極，化合價降低、發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。,2.根據(jù)裝置書寫原電池的電極反應(yīng)式(1)先分析題目給定的圖示裝置，確定原電池正、負極上的反應(yīng)物，并標出相同數(shù)目電子的得失。(2)負極反應(yīng)式的書寫,(3)正極反應(yīng)式的書寫①首先判斷在正極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)：當負極材料與電解質(zhì)溶液能自發(fā)的發(fā)生化學反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是電解質(zhì)溶液中的某種微粒；當負極材料與電解質(zhì)溶液不能自發(fā)的發(fā)生化學反應(yīng)時，在正極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是溶解在電解質(zhì)溶液中的O2。②然后再根據(jù)具體情況寫出正極反應(yīng)式，在書寫時也要考慮正極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的問題，若參與反應(yīng)也要書寫疊加式。③燃料電池的正極反應(yīng)式電解質(zhì)是堿性或中性溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，電解質(zhì)是酸性溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(4)正、負電極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式。,3.根據(jù)總反應(yīng)式書寫原電池的電極反應(yīng)式如果題目給定的是總反應(yīng)式，可分析此反應(yīng)中的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)(即分析有關(guān)元素的化合價變化情況)，再選擇一個簡單變化情況寫電極反應(yīng)式，另一極的電極反應(yīng)式可直接寫或?qū)⒏鞣磻?yīng)式看作數(shù)學中的代數(shù)式，用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式即得結(jié)果。以2H2＋O2===2H2O為例，當電解質(zhì)溶液為KOH溶液時的電極反應(yīng)式的書寫步驟如下：(1)根據(jù)總反應(yīng)方程式分析有關(guān)元素化合價的變化情況，確定2molH2失掉4mol電子，初步確定負極反應(yīng)式為2H2－4e－===4H＋。,(2)根據(jù)電解質(zhì)溶液為堿性，與H＋不能大量共存，反應(yīng)生成水，推出OH－應(yīng)寫入負極反應(yīng)式中，故負極反應(yīng)式為2H2＋4OH－－4e－===4H2O。(3)用總反應(yīng)式2H2＋O2===2H2O減去負極反應(yīng)式得正極反應(yīng)式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。,,二、電解原理及其應(yīng)用,1.電解問題的分析與判斷例4近年來，加“碘”食鹽中添加較多的是碘酸鉀(KIO3)，碘酸鉀在工業(yè)上可用電解法制取。以石墨和不銹鋼為電極材料，以KI溶液為電解液，在一定條件下進行電解，反應(yīng)的化學方程式為KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。下列有關(guān)說法不正確的是A.轉(zhuǎn)移3mol電子，理論上可制得107gKIO3B.電解時，石墨作陽極，不銹鋼作陰極C.陽極的電極反應(yīng)式為I－＋3H2O－6e－===＋6H＋D.電解過程中，電解液的pH減小,答案,解析,√,解析根據(jù)電解的總反應(yīng)方程式可知，轉(zhuǎn)移6mol電子，生成1mol碘酸鉀，則轉(zhuǎn)移3mol電子，理論上可得到0.5mol(即107g)KIO3，A項正確；根據(jù)電解的總反應(yīng)方程式可知，陽極應(yīng)為惰性電極，所以電解時石墨作陽極，不銹鋼作陰極，B項正確；電解時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為I－＋3H2O－6e－===＋6H＋，C項正確；根據(jù)電解的總反應(yīng)方程式可知，電解過程中電解液的pH基本不變，D項錯誤。,規(guī)律方法,解答電解問題的五步分析法第一步：看。先看清楚電極材料，對于惰性電極如石墨、鉑等，不參與陽極的氧化反應(yīng)；對于銅、銀等活潑電極，陽極參與電極反應(yīng)。第二步：離。寫出溶液中所有的電離方程式，包括水的電離方程式。第三步：分。將離子分成陽離子組、陰離子組，陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移。第四步：寫。按發(fā)生還原反應(yīng)、氧化反應(yīng)的順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式。陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)。第五步：析。根據(jù)電極反應(yīng)式分析電極、電解質(zhì)溶液的變化，并進行有關(guān)問題的解答。,2.陽極材料對電解結(jié)果的影響例5以等質(zhì)量的鉑棒和銅棒作電極，電解硫酸銅溶液，通電一段時間后，其中一極增加質(zhì)量為ag，此時兩極的質(zhì)量差為,答案,解析,A.①B.①②C.①②③D.④,√,解析題中只是給出“以等質(zhì)量的鉑棒和銅棒作電極”，應(yīng)有兩種可能：①如果Cu作陰極，Pt作陽極，本實驗為電解硫酸銅溶液，Cu棒增重，而Pt棒的質(zhì)量不變，因此二者的質(zhì)量差為ag。②如果Cu作陽極，Cu是活潑電極，Cu棒本身參與反應(yīng)，即Cu－2e－===Cu2＋，因此Cu極減重；Pt作陰極，此時溶液中的Cu2＋被還原而使陰極增重，即Cu2＋＋2e－===Cu，綜合兩極情況后，可得出陰極增加質(zhì)量的數(shù)值應(yīng)等于陽極銅棒失重的數(shù)值，因此兩極質(zhì)量相差2ag。,易錯警示,(1)解決電解池的有關(guān)問題，首先要注意兩電極材料是否是活潑性電極。(2)如果陽極是活潑性電極則電極本身失電子而溶解，溶液中的陰離子不放電。(3)如果陽極是惰性電極，則陽極不參加反應(yīng)而溶液中的陰離子放電。,解析由題意可知，b電極為陰極，a電極為陽極，則鐵為陰極，銅為陽極，銅電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋。,3.電解池中電極反應(yīng)式的書寫例6如圖所示，a、b為石墨電極，通電一段時間后，b極附近顯紅色。下列說法不正確的是A.b電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑B.a電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑C.銅電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2OD.鐵電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu,答案,解析,√,規(guī)律方法,“三看”法快速書寫電極反應(yīng)式(1)一看電極材料，若是(金、鉑除外)作陽極，金屬一定被氧化(注意：一般情況下，鐵失去電子被氧化為Fe2＋)。(2)二看電解質(zhì)是否參與電極反應(yīng)。對于堿性電解質(zhì)，常用OH－和H2O來配平電荷與原子數(shù)；對于酸性電解質(zhì)，常用H＋和H2O來配平電荷與原子數(shù)。(3)三看電解物質(zhì)狀態(tài)，若是熔融金屬氧化物或鹽，一般就是金屬冶煉。,,教師用書獨具,相關(guān)鏈接1.電解池中電極反應(yīng)式的書寫規(guī)律電解池中電極反應(yīng)式的書寫關(guān)鍵是掌握離子的放電順序。(1)陰極與電源負極相連，得電子發(fā)生還原反應(yīng)。其規(guī)律有兩個：一是電極本身不參加反應(yīng)；二是電解質(zhì)溶液中氧化性強的陽離子先得電子，如Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋，要注意金屬活動性順序表中鋁及鋁前面的金屬離子在溶液中不放電。,(2)陽極與電源正極相連，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。其規(guī)律有兩個：一是若陽極為非惰性電極(除鉑、金之外的金屬作電極)，電極本身失去電子被氧化，電解質(zhì)溶液中的陰離子不參與電極反應(yīng)；二是若陽極為惰性電極(鉑、金或非金屬作電極)，電解質(zhì)溶液中還原性強的陰離子失去電子被氧化，如S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根。(3)特別注意：書寫電解池中電極反應(yīng)式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應(yīng)方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。如用惰性電極電解氫氧化鈉溶液，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為4H＋＋4e－===2H2↑，總反應(yīng)式表示為2H2O2H2↑＋O2↑。,2.從電解的實質(zhì)理解電解質(zhì)溶液的復原(1)電解質(zhì)電解后加入合適的物質(zhì)可以恢復到電解前的狀態(tài)，加入什么物質(zhì)要根據(jù)電解的情況具體判斷，關(guān)鍵要搞清楚電解的實質(zhì)。(2)判斷電解后要使電解質(zhì)溶液恢復到電解前的狀況，一般根據(jù)“出來什么、加入什么”的原則可以準確求解。(3)特別注意“鹽酸”的處理。因為“鹽酸”是HCl的水溶液，所以加入鹽酸相當于加入了HCl和水。,1.串聯(lián)裝置中原電池和電解池的判斷例7關(guān)于如圖所示的裝置的說法正確的是A.A池、C池是原電池，B池是電解池B.A池、B池、C池都是原電池C.A池、B池是原電池，C池是電解池D.A池是原電池，B池是電解池，C池是電鍍池,,三、原電池與電解池的綜合,答案,解析,√,解析由圖可知，A池中Zn為負極，Cu為正極；B池中C1為陽極，C2為陰極；C池中Ag為陽極，Cu為陰極，即在Cu上鍍銀。故整個裝置是用一個原電池串聯(lián)一個電解池和一個電鍍池。,易錯辨析,(1)不同電極的多池串聯(lián)裝置中，只有一個池是原電池，其余的池為電解池或電鍍池。(2)相對獨立的多池裝置中，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池。,2.一池二用(電鍵K控制)例8利用下圖裝置進行實驗，甲、乙兩池均為1molL－1的硝酸銀溶液，A、B均為銀電極。實驗開始先閉合K1，斷開K2。一段時間后，斷開K1，閉合K2，電流計指針偏轉(zhuǎn)(銀離子濃度越大氧化性越強)。下列說法不正確的是A.閉合K1，斷開K2后，A電極增重B.閉合K1，斷開K2后，乙池溶液濃度增大C.斷開K1，閉合K2后，A電極發(fā)生氧化反應(yīng)D.斷開K1，閉合K2后，向B電極移動,答案,解析,√,解析閉合K1，斷開K2后，該裝置為電解池，A電極為陰極：Ag＋＋e－===Ag，B電極為陽極：Ag－e－===Ag＋，A電極增重；溶液中向陽極區(qū)(乙池)移動，硝酸銀濃度增大。斷開K1，閉合K2后，電流計指針偏轉(zhuǎn)，說明形成了原電池，乙池中銀離子濃度較大，銀離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，B電極為正極，則A電極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)。,3.新型二次電池的分析例9用吸附了氫氣的納米碳管等材料制作的二次電池原理如圖所示，下列說法正確的是A.充電時，陰極的電極反應(yīng)為Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O,答案,解析,B.放電時，負極的電極反應(yīng)為H2－2e－＋2OH－===2H2OC.放電時，OH－移向鎳電極D.充電時，將電池的碳電極與外電源的正極相連,√,解析放電時相當于原電池，負極失去電子，氫氣在負極放電，B項正確；放電時OH－等陰離子向負極移動，結(jié)合圖示電子流向可確定碳電極為負極，即OH－向碳電極移動，C項錯誤；充電時相當于電解池，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，A項錯誤；充電時電池的碳電極與外電源的負極相連，D項錯誤。,規(guī)律方法,新型電池“放電”“充電”時電極反應(yīng)式的正誤判斷(1)新型電池放電①若給出新型電池的裝置圖：先找出電池的正、負極，即找出氧化劑和還原劑；再結(jié)合電解質(zhì)確定出還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物；最后判斷相應(yīng)的電極反應(yīng)式的正誤。②若給出新型電池的總反應(yīng)式：分析總反應(yīng)式中各元素化合價的變化情況，找出氧化劑及其對應(yīng)的還原產(chǎn)物，還原劑及其對應(yīng)的氧化產(chǎn)物，最后考慮電解質(zhì)是否參加反應(yīng)，判斷電極反應(yīng)式的正誤。,(2)新型電池充電①充電時陰極的電極反應(yīng)式是該電池放電時的負極反應(yīng)式的“逆反應(yīng)”。②充電時陽極的電極反應(yīng)式是該電池放電時的正極反應(yīng)式的“逆反應(yīng)”。,,教師用書獨具,相關(guān)鏈接1.原電池和電解池的比較,2.多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷(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存在時，則其他裝置為電解池。如下圖，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為金屬電極，另一個以碳棒作電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒。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)。如下圖中，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。,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)。,3.多池串聯(lián)裝置中的數(shù)據(jù)處理原電池和電解池綜合裝置的有關(guān)計算的根本依據(jù)就是電子轉(zhuǎn)移的守恒，分析時要注意兩點：①串聯(lián)電路中各支路電流相等；②并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。在此基礎(chǔ)上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。,右圖中，裝置甲是原電池，裝置乙是電解池，若電路中有0.2mol電子轉(zhuǎn)移，則Zn溶解6.5g，Cu電極上析出H22.24L(標準狀況)，Pt電極上析出Cl20.1mol，C電極上析出Cu6.4g。甲池中H＋被還原，產(chǎn)生H2，負極Zn被氧化生成ZnSO4，pH變大；乙池中是電解CuCl2溶液，電解后再加入適量CuCl2固體可使溶液復原。,本課結(jié)束,