新教材人教版高中化学选择性必修1第四章化学反应与电能-教学课件.pptx

1、第1课时原电池的工作原理第2课时化学电源 P38第一节原电池第1课时电解原理 P78第2课时电解原理的应用 P107第二节电解池第三节金属的腐蚀与防护 P149实验活动4简单的电镀实验 P188实验活动5制作简单的燃料电池 P203第四章 化学反应与电能素养目标1.复习必修第二册中的铜锌原电池装置,巩固原电池装置的构造及形成条件。2.通过实验,认识双液原电池相比普通原电池的优点,特别是盐桥的作用,培养宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想等学科核心素养。3.依据带盐桥的锌铜原电池装置,学会分析电子和阴、阳离子的移动方向,并以电极反应式的形式表达出来,培养证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想等

2、学科核心素养。知识铺垫1.在氧化还原反应中:(1)氧化剂得到电子元素化合价降低被还原发生还原反应。(2)还原剂失去电子元素化合价升高被氧化发生氧化反应。(3)氧化剂、还原剂之间转移电子数目相等。2.原电池是将化学能转化为电能的装置,原电池内发生的反应属于氧化还原反应。3.在下图装置中:(1)锌片是负极,电极反应式是Zn-2e-=Zn2+;铜片是正极,电极反应式是2H+2e-=H2。(2)总反应方程式是Zn+2H+=Zn2+H2。(3)外电路中电子由锌片流向铜片。必备知识一、原电池的工作原理1.构成条件(1)具有两个活泼性不同的电极。(2)合适的电解质溶液。(3)形成闭合回路(两电极用导线相连或

3、互相接触并插入电解质溶液中)。(4)能自发地发生氧化还原反应。2.装置图(以Zn-Cu原电池为例)说明:这种用盐桥连接的原电池也叫双液原电池。3.工作原理(以上述原电池为例)电极Zn电极Cu电极电极名称负极正极得失电子失电子得电子电子流向流出流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=Cu总反应式Zn+Cu2+=Zn2+Cu【微思考1】盐桥在原电池装置中的作用是什么?答案 连接两个“半电池”,形成闭合回路;盐桥中,阳离子移向正极区电解质溶液中,阴离子移向负极区电解质溶液中,使氧化还原反应持续进行,不断产生电流。【微思考2】原电池工作时,阴、阳离子在电解质溶液中的

4、运动方向是怎样的?答案 原电池的电解质溶液中,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。可简记为:正正负负解释:正(指阳离子)正(指正极)、负(指阴离子)负(指负极)。二、原电池的设计从理论上讲,能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池,实际设计时应注意以下几点:1.外电路2.内电路将两电极浸入电解质溶液中,阴、阳离子作定向运动。3.闭合回路 自我检测1.正误判断(1)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。()(2)原电池正极发生氧化反应,负极发生还原反应。()(3)不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池装置可以实现。()(4)石墨棒不能用来作原电池的电极。()(5)反应Cu+2Ag+=2Ag+C

5、u2+能以原电池的形式来实现。()(6)NaOH+HCl=NaCl+H2O可自发进行,可设计成原电池。()(7)Zn-Cu-稀硫酸原电池中,正极“半电池”可为Cu-稀硫酸,负极“半电池”可为Zn-ZnSO4溶液。()2.关于如图所示装置的叙述,不正确的是()A.锌片为负极,且锌片逐渐溶解B.电子由铜片通过导线流向锌片C.铜片为正极,且铜片上有气泡产生D.该装置能将化学能转变为电能答案 B解析 该装置为原电池,将化学能转化为电能,故D正确;Zn易失电子作负极,负极的反应为Zn-2e-=Zn2+,所以锌片逐渐溶解,故A正确;Cu为正极,正极的反应为2H+2e-=H2,正极上有气泡产生,故C正确;原

6、电池中电子由负极经过导线流向正极,电子从负极Zn沿导线流向正极Cu,故B错误。任务一任务一原电池工作原理原电池工作原理问题探究1.Cu、Ag与稀硫酸能否设计成原电池?答案 不能。Cu、Ag与稀硫酸都不能自发地发生氧化还原反应。2.外电路中电流方向与电子的流动方向有何关系?答案 电流方向与电子的流动方向相反。3.试分析铁、铜作电极,浓硝酸为电解质溶液构成原电池的正、负极及得失电子的情况,并写出两极的电极反应。答案 铁、铜及浓硝酸可构成原电池,由于常温下,铁在浓硝酸中发生钝化,铜会溶解,发生反应Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,反应中铜失去电子,作负极;得到电子,铁作正

7、极。负极反应为Cu-2e-=Cu2+,正极反应为4H+2 +2e-=2NO2+2H2O。深化拓展1.两种原电池的比较甲装置所示原电池俗称单液原电池,锌片、铜片用导线相连后,都插入到稀硫酸中,所以,锌片上失去的电子一部分通过导线流向铜片,形成电流,还有一部分直接传递给溶液中碰撞到锌片上的氢离子,这一部分电子不形成电流,这种原电池供电效率不高,且电流在较短时间内就会衰减。乙装置所示原电池俗称双液原电池,锌片、铜片用导线相连后,锌片插入ZnSO4溶液中,铜片插入稀硫酸中,这样就避免了锌片与稀硫酸直接接触发生反应而造成的电能损失,锌失去的电子全部通过导线流向铜片,这种原电池供电效率高,且能提供较稳定的

8、电流。2.盐桥的作用盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼胶。当盐桥存在时,使两个半电池中的溶液连成一个通路。随着反应的进行,盐桥中的Cl-向硫酸锌溶液方向移动,K+向稀硫酸方向移动,使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使电子不断从锌极流向铜极,能持续、稳定地产生电流。素能应用典例1依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题:(1)电极X的材料是;电解质溶液Y是。(2)银电极为电池的极,发生的电极反应为;X电极上发生的电极反应为。(3)外电路中的电子是从极流向极。答案(1)CuAgNO3溶液(2)

9、正2Ag+2e-=2AgCu-2e-=Cu2+(3)负(Cu)正(Ag)解析 原电池中负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应,盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知,电极X的材料是Cu,发生氧化反应,电解质溶液Y是可溶性银盐溶液,常用AgNO3溶液。电极反应式如下,负极:Cu-2e-=Cu2+,正极:2Ag+2e-=2Ag。电子由负极(Cu)流出,经外电路流向正极(Ag)。判断原电池正、负极的方法 判断依据负极正极电极材料活动性较强的金属活动性较弱的金属或能导电的非金属电子流动方向电子流出极电子流入极电极上发生的反应氧化反应还原反应电解质溶液中离子的移动方向 阴离子移向的极阳

10、离子移向的极变式训练1 锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的c()减小C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡答案 C解析 原电池反应为Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu。Cu电极作正极,Cu2+在正极得电子,发生还原反应,A项错误;由于两个半电池中的阴离子 不能透过半透膜,故c()都不变,B项错误;甲池中由于生成Zn2+,而乙池中Cu2+2e-=Cu,则乙池中的CuSO4部分转变为ZnSO4,导致乙池中溶液总质量变大,

11、C项正确;阴离子不能透过半透膜,D项错误。任务二任务二原电池原理的应用原电池原理的应用问题探究1.若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2,哪种方法产生H2的速率大?答案 粗锌。粗锌中的铁、碳可以与锌构成原电池,从而增大反应速率。2.X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时,X为负极;Z、W相连时,电流方向是WZ;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡;W、Y相连时,W极发生氧化反应。根据所学内容判断四种金属的活动性顺序。答案 四种金属的活动性顺序由强到弱是XZWY。深化拓展原电池原理的应用(1)增大氧化还原反应速率如实验室用Zn和稀硫酸反应

12、制H2,常用粗锌,它产生H2的速率大。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池,增大了锌与稀硫酸的反应速率,使产生H2的速率增大。(2)比较金属的活动性强弱原电池中,负极一般为活动性较强的金属,正极一般为活动性较弱的金属或能导电的非金属。(3)设计原电池原电池的设计一定要满足构成原电池的几个条件。设计思路:以自发的氧化还原反应为基础,把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应,以两极反应为依据,确定电极材料及电解质溶液,最后画出装置图。(4)寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源。素能应用典例2某原电池总反应的离子方程式为2Fe3+Fe=3Fe2+,能实现该反应的原电池是(

13、)A.正极为Cu,负极为C,电解质为FeCl3溶液B.正极为C,负极为Fe,电解质为Fe(NO3)3溶液C.正极为Fe,负极为Zn,电解质为Fe2(SO4)3溶液D.正极为Ag,负极为Fe,电解质为CuSO4溶液答案 B解析 将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应,即为负极Fe-2e-=Fe2+,正极2Fe3+2e-=2Fe2+,然后根据原电池的构成条件确定正、负极材料和电解质溶液。因此,本题负极必是Fe,正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体,电解质溶液为含Fe3+的盐溶液,所以B项正确。(1)设计原电池的原理原电池是一种将化学能转化为电能的装置。在电池中,通过电极和导线将电子转移变成

14、了电子的定向移动,将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行,使其成为两个“半反应”。(2)设计原电池的思路电极材料的选择。负极一般是活动性强的金属材料,正极一般选用活动性比负极弱的金属材料或石墨等惰性电极。电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。保证设计出的原电池装置中,还原剂在负极上发生反应,氧化剂在正极上发生反应。变式训练2利用反应Zn+2FeCl3=ZnCl2+2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方框内画出实验装置图,并注明电极材料,写出电极反应式。正极材料为,电极反应式为;负极材料为,电极反应式为。答案 Pt(或石墨等)2Fe3+2e-=2Fe2+ZnZn-2e-=Zn2

15、+解析 将Zn+2FeCl3=ZnCl2+2FeCl2拆分为两个“半反应”:Zn-2e-=Zn2+(氧化反应),2Fe3+2e-=2Fe2+(还原反应)。结合原电池的电极反应特点分析可知,该电池的负极材料应用锌片,正极材料用活动性比锌弱的金属或导电的非金属,为保证Fe3+在正极得电子,正极区电解质溶液为FeCl3等易溶的铁盐溶液。素养脉络素养脉络 随堂检测随堂检测1.下列关于原电池的叙述中正确的是()A.原电池能将化学能转变为电能B.原电池负极发生的电极反应是还原反应C.原电池在工作时其正极不断产生电子,并经外电路流向负极D.原电池的电极只能由两种不同的金属构成答案 A解析 原电池是将化学能转

16、变为电能的装置,A正确;原电池负极失电子,发生的电极反应是氧化反应,B错误;原电池在工作时其负极不断产生电子,并经外电路流向正极,C错误;原电池的电极一般为活动性不同的两种金属或金属与非金属导体,D错误。2.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)构成一个原电池(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中,电子由铜电极流向银电极正极反应为Ag+e-=Ag实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A.只有B.C.只有D.答案 B解析 Cu的金属性强于Ag的,则Cu作负极,Ag作正极。

17、在外电路中,电子由Cu流向Ag,正极反应式为Ag+e-=Ag,负极反应式为Cu-2e-=Cu2+。若取出盐桥,破坏了闭合回路,原电池不能工作。该原电池反应为2AgNO3+Cu=Cu(NO3)2+2Ag,若将AgNO3溶液与Cu接触,发生反应的化学方程式也为2AgNO3+Cu=Cu(NO3)2+2Ag。3.(双选)某原电池的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2+Cu,该原电池正确的组成是()选项正极负极电解质溶液ACZnCuCl2溶液BZnCuCuSO4溶液CCuZnCuSO4溶液DCuZnZnCl2溶液答案 AC解析 将Zn+Cu2+=Zn2+Cu拆分为两个半反应:氧化反应(负极反应)为Zn-2

18、e-=Zn2+;还原反应(正极反应)为Cu2+2e-=Cu。则该原电池的负极是Zn,正极是比锌不活泼的金属(如Cu、Ag等)或导电的非金属(如石墨棒),电解质溶液中含Cu2+(如CuCl2溶液、CuSO4溶液等)。4.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应:2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。画出原电池的示意图并写出电极反应和电池总反应。答案 原电池设计如下图:负极:Cu-2e-=Cu2+正极:2Fe3+2e-=2Fe2+总反应:2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+解析 构成原电池的基本条件,也是进行原电池设计的基本依据。(1)根据电池反应写出电极反应式。(2)找出两电极

19、材料。(3)找出电解质溶液。(4)形成闭合回路。第第2 2课时化学电源课时化学电源素养目标1.知道化学电源的分类方法。2.熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理,培养证据推理与模型认知的能力。3.了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害,设想其处理方法,形成科学态度与社会责任意识。知识铺垫1.普通锌锰干电池(1)构造示意图(2)特点:放电之后不能充电,故称为一次电池。2.充电电池二次电池(1)特点:放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,使电池恢复到放电前的状态。(2)实例:铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。必备知识一、化学电池将化学能转化为电能的装置。1.分类一次电池活性物质消

20、耗到一定程度后不能再用,如普通的锌锰电池、碱性锌锰电池等|二次电池放电后可以再充电而重复使用,如铅酸蓄电池等|燃料电池燃料失电子,氧化剂得电子的电池,如氢氧燃料电池等2.优点具有能量转化率高,供能稳定可靠,使用方便,易于维护等优点。3.判断电池优劣的主要标准(1)比能量:即单位质量或单位体积所能输出电能的多少,单位“(Wh)/kg”或“(Wh)/L”。(2)比功率:即单位质量或单位体积所能输出功率的大小,单位“W/kg”或“W/L”。(3)电池可储存时间的长短。二、几种常见的化学电池1.一次电池(以碱性锌锰电池为例)(1)构造:(2)组成:正极:MnO2;负极:Zn;电解质:KOH。(3)工作

21、原理:负极反应:Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2;正极反应:2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-;总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。2.二次电池(以铅酸蓄电池为例)(1)构造:(2)组成:正极:PbO2;负极:Pb;电解质:H2SO4。(3)工作原理:铅酸蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应分为放电和充电两个过程。放电过程的电极反应、总反应:铅酸蓄电池的充、放电过程:【微思考1】铅酸蓄电池在放电一段时间后,正极、负极的质量将如何变化?答案 铅酸蓄电池放电时,正极部分PbO2变为PbSO4,质量变大;负极部分Pb变为PbSO4,质量也变

22、大。3.燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例)(1)构造:【微思考2】原电池的电极材料都必须是金属吗?正极、负极材料可以是同一种导电物质吗?答案 原电池的电极材料可以是两种活动性不同的金属,也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨)。在燃料电池中,电极本身均不发生反应,故两极均可用惰性材料,如Pt电极。三、废旧电池的危害与处理1.危害:废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质,如随意丢弃,会对生态环境和人体健康造成危害。2.处理方法:回收处理。自我检测1.正误判断(1)碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池都属于二次电池。()(2)二次电池充电时,化学能转化为电能。()(3)二次电池充电时发生的反

23、应不能自发进行。()(4)某些导电非金属单质、某些导电金属氧化物都可作原电池的电极。()(5)燃料电池工作时需要点燃条件才可发生。()(6)燃料电池的燃料可以是氢气、烃、甲醇、氨等物质。()2.铅酸蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为H2SO4溶液,工作时的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,放电过程中H2SO4被不断消耗。下列结论正确的是()A.Pb为正极,被氧化B.溶液的pH不断减小C.只向PbO2处移动D.放电过程,电解质溶液酸性不断减弱答案 D解析 根据电池反应可知,铅作负极,发生氧化反应,故A错误;反应过程中,硫酸被消耗,故溶液的pH不断增大,B

24、错误;PbO2为正极,阴离子向负极移动,故 向铅电极移动,C错误;反应过程中,硫酸被消耗,故电解质溶液酸性不断减弱,D正确。任务一任务一化学电源电极反应式的书写化学电源电极反应式的书写问题探究1.溶液的酸碱性对书写电极反应式有何影响?答案 在书写电极反应式时一定要注意电解质溶液的酸碱性。碱性电解质溶液中,电极反应式中不能出现H+;酸性电解质溶液中,电极反应式中不能出现OH-。2.如何根据原电池原理判断原电池的两个电极?答案 说明:原电池的正极和负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成活泼电极一定是负极的思想。深化拓展化学电源电极反应式的书写(1)根据装置书写电极反应式先分析题目给

25、定的图示装置,确定原电池正、负极上的反应物质。负极:活泼金属或燃料失去电子生成阳离子;若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式。如铅酸蓄电池的负极:正极:阳离子得到电子生成单质或O2得到电子,若反应物是O2,则有以下规律:电解质溶液呈碱性或中性:O2+2H2O+4e-=4OH-;电解质溶液呈酸性:O2+4H+4e-=2H2O。总反应式:正、负电极反应式在得失电子相等的前提下相加得到电池反应的总方程式。(2)给出总反应式,写电极反应式如果给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),先写出反应相对较简单的一极的电极反应式,另

26、一极的电极反应式可用总反应式减去已写出的电极反应式,即得结果。(3)电极反应式的书写过程归纳列物质,标得失:根据负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出电极的产物,分析得失电子的数目,利用得失电子守恒配平。选离子,配电荷:根据溶液的酸碱性选择合适的离子,确保电极产物能在电解质溶液中稳定存在,然后利用电荷守恒进行配平。巧用水,配个数:通常介质为水溶液,根据需要选择水为反应物或生成物,利用质量守恒进行配平。素能应用典例1在碱性锌锰电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列有关该电池的电极反应式的书写正确的是()A.负极反应式

27、为Zn-2e-=Zn2+B.负极反应式为Zn+2H2O-2e-=Zn(OH)2+2H+C.正极反应式为2MnO2+2H+2e-=2MnO(OH)D.正极反应式为2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-答案 D解析 在书写碱性电池的电极反应式时,方程式中不得出现H+。在碱性锌锰电池中,负极的Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH-结合为Zn(OH)2。变式训练1(2019全国)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(

28、s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是()A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区答案 D 任务二任务二常见的燃料电池常见的燃料电池问题探究1.燃料电池的两电极反应有何特点?答案 两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。在反应中燃料一般表现为失去电子,通入负极。常用的氧化剂是氧气,在反应中表现为得到电子,通入正极。2.氢氧燃

29、料电池在酸性电解质和碱性电解质中的总反应实质相同吗?答案 相同,都为2H2+O2=2H2O。深化拓展常见燃料电池的电极反应在燃料电池中,电解质溶液参与电极反应,电解质酸碱性的改变,会引起电极反应的变化,但不影响燃料及O2的性质。电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时,还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。(1)甲烷燃料电池。电解质:KOH正极(通O2):2O2+4H2O+8e-=8OH-负极(通CH4):CH4+10OH-8e-=+7H2O总反应:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O(2)甲醇燃料电池。电解质:KOH正极:3O2+6H2O+12e-=12OH-负极:2

30、CH3OH+16OH-12e-=2 +12H2O总反应:2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O(3)肼燃料电池。电解质:KOH正极:O2+2H2O+4e-=4OH-负极:N2H4+4OH-4e-=N2+4H2O总反应:N2H4+O2=N2+2H2O(4)熔融盐燃料电池。熔融盐燃料电池具有较高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极反应物,空气与CO2的混合气为正极反应物,制得在650 下工作的燃料电池。有关的电池反应式为:素能应用典例2一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是()A.该燃料电池A是正极,

31、B是负极B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH-2e-2=H2OC.电池工作时,向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-=2答案 D 书写燃料电池的电极反应式应注意的问题(1)电池的负极一定是可燃性气体失电子,发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2)得电子,发生还原反应。(2)电极材料一般不参加化学反应,只起传导电子的作用。(3)电极反应式作为一种特殊的离子方程式,也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。变式训练2氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图,该电池电极表面镀了一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。请回答:(1)

32、氢氧燃料电池的能量转化主要形式是,在导线中电子的流动方向为(用a、b表示)。电池中的交换膜为阴离子交换膜,则溶液中OH-的移动方向为由池移向池(填“左”或“右”)。(2)负极反应式为,正极反应式为 。答案(1)化学能转化为电能ab右左(2)2H2+4OH-4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-解析(1)原电池的实质是把化学能转化为电能;在原电池外电路,电子从负极经导线流向正极,氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极,故电子由a流向b;溶液中OH-的移动方向为由右池移向左池。(2)H2在负极上失电子,因为电解质溶液是KOH溶液,故正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,负极反应式为2

33、H2+4OH-4e-=4H2O。素养脉络素养脉络 随堂检测随堂检测1.下列说法中错误的是()A.化学电池是将化学能转变成电能的装置B.化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等C.化学电池供能稳定可靠,使用方便,易于维护D.废旧电池可以随意丢弃答案 D2.下列几种化学电池中,不属于可充电电池的是()A.碱性锌锰电池B.手机用锂离子电池C.汽车用铅酸蓄电池D.玩具用镍氢电池答案 A解析 A项,碱性锌锰电池属于一次电池,不属于可充电电池,正确;B项,手机用锂离子电池属于可充电电池,错误;C项,汽车用铅酸蓄电池属于可充电电池,错误;D项,玩具用镍氢电池属于可充电电池,错误。3.(双选)微型银锌

34、电池可用作电子仪器的电源,其电极分别是Ag/Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液。电池总反应为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2,下列说法正确的是()A.电池工作过程中,KOH溶液浓度降低B.电池工作过程中,电解质溶液中OH-向负极移动C.负极发生反应Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2D.正极发生反应Ag2O+2H+2e-=2Ag+H2O答案 BC解析 从电池总反应方程式分析,KOH未被消耗,H2O被消耗,溶液KOH的浓度增大,A项错误;负极发生反应Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,OH-向负极移动,B、C项正确;电解质溶液为KOH溶液,正极反应中不应出现H+,正确的应为A

35、g2O+2H2O+2e-=2Ag+4OH-,D项错误。4.(1)以H2、O2及KOH溶液构成氢氧燃料电池,则负极通入的是,正极通入的是,电极反应分别为、。(2)如把KOH溶液改为稀硫酸作电解质溶液,则电极反应分别为、。(3)(1)和(2)的电解质溶液不同,反应进行后,其溶液的pH各有何变化?。(4)如果把H2改为甲烷,KOH溶液为电解质溶液,则电极反应分别为、。答案(1)H2O22H2+4OH-4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-(2)2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O(3)(1)中pH变小,(2)中pH变大(4)CH4+10OH-8e-=+7H2O2O2+4H2O

36、+8e-=8OH-解析(1)根据总反应,负极上H2失去电子生成的H+与溶液中的OH-结合生成水,故负极反应为2H2+4OH-4e-=4H2O;正极上O2得到电子与H2O结合形成OH-,正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-。(2)若将KOH溶液换成H2SO4溶液,则负极上产生的H+,正极上O2得到电子与溶液中的H+结合生成H2O。因此负极反应为2H2-4e-=4H+,正极反应为O2+4H+4e-=2H2O。(3)由于(1)中是在碱性条件下反应,反应中KOH的量不变,但随着反应进行H2O增多,故溶液变稀,OH-浓度减小,pH变小。而(2)中为酸溶液,反应中H2SO4的量不变,随反应进行水增多

37、,溶液中H+浓度减小,故pH变大。(4)若把H2改为甲烷并用KOH溶液作电解质溶液,根据甲烷的燃烧反应,CH4反应得到的CO2在溶液中会与KOH继续反应而不会逸出,因此总反应为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O。正极O2发生的反应为2O2+4H2O+8e-=8OH-,负极上CH4在溶液中失去电子与OH-结合最终得到 和H2O,电极反应为CH4+10OH-8e-=+7H2O。第1课时电解原理第2课时电解原理的应用第二节电解池素养目标1.会描述电解池的工作原理,以变化观念书写电解池的电极反应式和总反应方程式。2.熟悉电解规律和电解产物的判断方法,培养科学探究与创新意识。知识铺垫1.Na

38、Cl、CuSO4在水中的电离方程式分别为NaCl=Na+Cl-、CuSO4=Cu2+。2.(1)金属Zn、Fe、Cu的还原性逐渐减弱,Zn2+、Fe2+、Cu2+的氧化性逐渐增强,即Zn2+、Fe2+、Cu2+得电子能力逐渐增强。(2)Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱,Cl-、Br-、I-的还原性逐渐增强,即Cl-、Br-、I-失电子的能力逐渐增强。3.工业上电解法冶炼镁:必备知识一、实验探究1.【实验】按下图所示装置完成实验,并填写下表。实验现象实验结论与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质析出金属铜与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝产生了氯气2.实

39、验原理分析(1)通电时,在电场的作用下,溶液中的离子作定向运动,即Cl-向a极迁移,Cu2+向b极迁移。(2)a极电极反应式是2Cl-2e-=Cl2,b极电极反应式是Cu2+2e-=Cu,总反应式是CuCl2 Cu+Cl2。(3)结论:在外接电源存在的条件下,借助电解池将还原剂的电子转移给氧化剂。二、电解原理1.电解是使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。2.电解池(也称电解槽)是将电能转化为化学能的装置。3.电极名称(1)阴极:与电源负极相连的电极,发生还原反应;(2)阳极:与电源正极相连的电极,发生氧化反应。【微思考1】电解池的阴、阳极与电极材料的活性是

40、否有关?答案 无关,电解池的阴、阳极只与外电源的正、负极有关,连接外电源正极的一极一定为阳极,连接外电源负极的一极一定为阴极。4.电解池的构成条件:具有与直流电源相连接的两个电极(阴极、阳极),插入电解质溶液或熔融电解质中,形成闭合回路。5.电子和离子移动方向(1)电子:从电源负极流向电解池的阴极,从电解池的阳极流向电源的正极。(2)离子:阳离子移向电解池的阴极;阴离子移向电解池的阳极。【微思考2】用惰性电极(如石墨棒)电解水时,往往向水中加入稀硫酸的目的是什么?答案 增强溶液的导电性。自我检测1.正误判断(1)电解池能将化学能转化为电能。()(2)电解质溶液导电属于化学变化。()(3)电解池

41、的阳极与电源的负极相连。()(4)电解时,阳离子向阴极定向运动,阴离子向阳极定向运动。()(5)电解任何物质,阳极失电子总数与阴极得电子总数相等。()(6)原电池的负极和电解池的阴极都发生的是还原反应。()2.如图是电解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,d电极质量增加D.电解过程中,氯离子浓度不变答案 C解析 根据电流的方向,可以确定a为电源的正极,则c为阳极,阳极反应为2Cl-2e-=Cl2;d为阴极,阴极反应为Cu2+2e-=Cu。C项正确。任务一任务一电解时电极产物的判断电解时电极产物的判断问

42、题探究1.电解池中,阴、阳两极的材料与电解产物有关系吗?答案 阳极材料与阳极产物有关,阴极无关。2.用惰性电极电解CuSO4与NaCl的混合溶液,首先在阴、阳两极产生什么物质?答案 阳极产生Cl2;阴极产生Cu。深化拓展1.电解池阴、阳极的判断2.电极产物的判断(1)阳极产物的判断:首先看电极,如果是活性电极,则电极材料失去电子,被溶解,溶液中的阴离子不失去电子。如果是惰性电极,则要看溶液中阴离子的失电子能力,根据阴离子的放电顺序加以判断。阴离子的放电顺序:I-Br-Cl-OH-含氧酸根F-。(2)阴极产物的判断:直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序:Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H

43、+(浓度大时)Sn2+Fe2+Zn2+H+(浓度小时)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。素能应用典例1现用Pt作电极电解1 L浓度均为 0.1 molL-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是()A.电解开始时阴极有H2放出B.电解开始时阳极上发生:Cu2+2e-=CuC.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时,此时阴极放电的离子发生了变化D.整个电解过程中,不参与电极反应答案 D解析 依据放电顺序,阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,A、B两项错误;n(Cu2+)=0.1 mol,由阴极反应Cu2+2e-=

44、Cu可知,当电路中通过电子的量达到0.2 mol时,此时Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,所以C项错误;阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕,此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电,不参与电极反应,D项正确。解答有关电解问题的步骤(1)首先要判定是否为电解池,有外接直流电源则为电解池,否则不是电解池。(2)对于电解池,首先要考虑阳极材料,若为惰性电极,溶液中的阴离子被氧化;若为活泼金属电极,则被氧化的是电极本身。(3)若溶液中的阴、阳离子有多种,则要根据离子放电顺序判定什么离子先放电,什么离子后放电,并写出电极反应式。(4)根据电极反应式解答相关问题。变式训练1某同学按如图所示的装置进

45、行电解实验。下列说法不正确的是()A.电解过程中,铜电极上有H2产生B.电解初期,总反应方程式为Cu+H2SO4 CuSO4+H2C.电解一段时间后,石墨电极上有铜析出D.电解过程中,H+的浓度减小答案 A解析 Cu电极为阳极,电极反应式为Cu-2e-=Cu2+,故A项错误。电解初期,阴极反应为2H+2e-=H2,总反应方程式为Cu+H2SO4 CuSO4+H2,溶液中H+的浓度减小,故B、D两项正确。电解一段时间后,溶液中Cu2+的浓度较大,此时阴极反应为Cu2+2e-=Cu,故C项正确。任务二任务二使用惰性电极电解电解质溶液的基本类型使用惰性电极电解电解质溶液的基本类型问题探究1.用惰性电

46、极电解H2SO4溶液与盐酸的两极产物分别相同吗?溶液pH有何变化?答案 阴极产物相同(都是H2),阳极产物不同H2SO4O2,HClCl2,电解后硫酸溶液pH减小,盐酸pH增大。2.用惰性电极电解食盐水一段时间后,若要使溶液复原,应加入什么物质?答案 加入HCl。深化拓展用惰性电极电解电解质溶液的基本类型电解质及类别电极反应式电解物质pH变化溶液复原方法H2SO4含氧酸阳极:2H2O-4e-=4H+O2阴极:4H+4e-=2H2H2O减小加入H2ONaOH强碱阳极:4OH-4e-=2H2O+O2阴极:4H2O+4e-=2H2+4OH-增大Na2SO4活泼金属的含氧酸盐阳极:2H2O-4e-=4

47、H+O2阴极:4H2O+4e-=2H2+4OH-不变HCl无氧酸,除HF外阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:2H+2e-=H2HCl增大通入HCl气体电解质及类别电极反应式电解物质pH变化溶液复原方法CuCl2不活泼金属的无氧酸盐,除氟化物外阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:Cu2+2e-=CuCuCl2加入CuCl2NaCl活泼金属的无氧酸盐阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:2H2O+2e-=H2+2OH-NaCl、H2O增大通入HCl气体CuSO4不活泼金属的含氧酸盐阳极:2H2O-4e-=O2+4H+阴极:2Cu2+4e-=2CuCuSO4、H2O减小加入CuO或CuCO3素能应用典例2

48、如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是()A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出有刺激性气味气体C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色答案 D解析 a、b电极分别为电解池的阴极和阳极,其电极反应分别是4H+4e-=2H2和4OH-4e-=O2+2H2O;即a极逸出的气体体积比b极大。a极和b极溶液分别显碱性和酸性,故可以看到a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色。(1)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极区为OH-放电,则阳极区c(

49、H+)增大;若阴极、阳极同时有H+、OH-放电,相当于电解水,电解质浓度增大(饱和溶液除外)。(2)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,需要加入适量的某物质,该物质一般是阴极与阳极产物的化合物。变式训练2用惰性电极进行电解,下列说法正确的是()A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变B.电解稀氢氧化钠溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小C.电解硫酸钠溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 2D.电解氯化铜溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 1答案 D解析 电解稀硫酸实质上是电解水,c(H+)增大,溶液pH减小,A项错误;电解稀氢氧化钠溶液,实质上也是电解水,c(OH-)

50、增大,溶液pH增大,B项错误;电解硫酸钠溶液,在阴极上生成H2,阳极上生成O2,其物质的量之比为2 1,C项错误。素养脉络素养脉络 随堂检测随堂检测1.下列关于电解池的叙述不正确的是()A.与电源正极相连的是电解池的阴极B.电解池是电能转化为化学能的装置C.溶液中的阳离子移向阴极D.在电解池的阳极发生氧化反应答案 A解析 与电源正极相连的是电解池的阳极,与电源负极相连的是电解池的阴极。2.如下图所示装置中,属于电解池的是()答案 C解析 判断某装置是否为电解池,要以构成电解池的三个基本条件为标准。构成电解池的三个条件:有与直流电源相连的两个电极;有电解质溶液或熔融态电解质;能形成闭合回路。3.