2019-2020年高二化學(xué)第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)全套教案 新課標(biāo) 人教版 選修4.doc

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2019-2020年高二化學(xué)第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)全套教案 新課標(biāo) 人教版 選修4 一、探究目標(biāo) 體驗化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的探究過程 二、探究重點 初步認(rèn)識原電池概念、原理、組成及應(yīng)用。 三、探究難點 通過對原電池實驗的研究，引導(dǎo)學(xué)生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，以及這種轉(zhuǎn)化的綜合利用價值。 四、教學(xué)過程 【引入】 電能是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛，使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱電力。例如，日常生活中使用的手提電腦、手機、相機、攝像機……這一切都依賴于電池的應(yīng)用。那么，電池是怎樣把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪?？我們這節(jié)課來一起復(fù)習(xí)一下有關(guān)原電池的相關(guān)內(nèi)容。 【板書】4.1 原電池 一、原電池實驗探究 講：銅片、鋅片、硫酸都是同學(xué)們很熟悉的物質(zhì)，利用這三種物質(zhì)我們再現(xiàn)了1799年意大利物理學(xué)家----伏打留給我們的歷史閃光點！ Zn Cu 【實驗探究】(銅鋅原電池) 實 驗 步 驟 現(xiàn) 象 1、鋅片插入稀硫酸 2、銅片插入稀硫酸 3、鋅片和銅片上端連接在一起插入稀硫酸 【問題探究】 1、鋅片和銅片分別插入稀硫酸中有什么現(xiàn)象發(fā)生？ 2、鋅片和銅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，現(xiàn)象又怎樣？為什么？ 3、鋅片的質(zhì)量有無變化？溶液中c (H+)如何變化？ 4、鋅片和銅片上變化的反應(yīng)式怎樣書寫？ 5、電子流動的方向如何？ 講：我們發(fā)現(xiàn)檢流計指針偏轉(zhuǎn)，說明產(chǎn)生了電流，這樣的裝置架起了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的橋梁，這就是生活中提供電能的所有電池的開山鼻祖----原電池。 【板書】（1）原電池概念：學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。 問：在原電池裝置中只能發(fā)生怎樣的化學(xué)變化？ 學(xué)生： Zn+2H+=Zn2++H2↑ 講：為什么會產(chǎn)生電流呢？ 答：其實鋅和稀硫酸反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，有電子的轉(zhuǎn)移，但氧化劑和還原劑熱運動相遇發(fā)生有效碰撞電子轉(zhuǎn)移時，由于分子熱運動無一定的方向，因此電子轉(zhuǎn)移不會形成電流，而通常以熱能的形式表現(xiàn)出來，激烈的時候還伴隨有光、聲等其他的形式的能量。顯然從理論上講，一個能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，若能設(shè)法使氧化與還原分開進行，讓電子的不規(guī)則轉(zhuǎn)移變成定向移動，便能形成電流。所以原電池的實質(zhì)就是將氧化還原的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動形成電流。 （2）實質(zhì)：將一定的氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的形式釋放。 問：那么這個過程是怎樣實現(xiàn)的呢？我們來看原電池原理的工作原理。 （3）原理：（負氧正還） 問：在鋅銅原電池中哪種物質(zhì)失電子？哪種物質(zhì)得到電子？ 學(xué)生：活潑金屬鋅失電子，氫離子得到電子 問：導(dǎo)線上有電流產(chǎn)生，即有電子的定向移動，那么電子從鋅流向銅，還是銅流向鋅？ 學(xué)生：鋅流向銅 講：當(dāng)銅上有電子富集時，又是誰得到了電子？ 學(xué)生：溶液中的氫離子 講：整個放電過程是：鋅上的電子通過導(dǎo)線流向用電器，從銅流回原電池，形成電流，同時氫離子在正極上得到電子放出氫氣，這就解釋了為什么銅片上產(chǎn)生了氣泡的原因。 講：我們知道電流的方向和電子運動的方向正好相反，所以電流的方向是從銅到鋅，在電學(xué)上我們知道電流是從正極流向負極的，所以，鋅銅原電池中，正負極分別是什么？ 學(xué)生：負極（Zn） 正極（Cu） 實驗：我們用干電池驗證一下我們分析的正負極是否正確！ 講：我們一般用離子反應(yīng)方程式表示原電池正負極的工作原理，又叫電極方程式或電極反應(yīng)。一般先寫負極，所以可表示為： 負極（Zn）：Zn－2e＝Zn2＋ （氧化） 正極（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（還原） 講：其中負極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)，正極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，即負氧正還。 注意：電極方程式要①注明正負極和電極材料 ②滿足所有守衡 總反應(yīng)是：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 講：原來一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)通過一定的裝置讓氧化劑和還原劑不規(guī)則的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動就形成了原電池。 轉(zhuǎn)折：可以看出一個完整的原電池包括正負兩個電極和電解質(zhì)溶液，及導(dǎo)線。那么銅鋅原電池中的正負極和硫酸電解質(zhì)能否換成其他的物質(zhì)呢？ 學(xué)生：當(dāng)然能，生活中有形形色色的電池。 過渡：也就是構(gòu)成原電池要具備怎樣的條件？ 二、原電池的構(gòu)成條件 1、活潑性不同的兩電極 2、電解質(zhì)溶液 3、形成閉合回路（導(dǎo)線連接或直接接觸且電極插入電解質(zhì)溶液 4、自發(fā)的氧化還原反應(yīng)(本質(zhì)條件) 思考：鋅銅原電池的正負極可換成哪些物質(zhì)？保證鋅銅原電池原理不變，正負極可換成哪些物質(zhì)？（ C、Fe、 Sn、 Pb、 Ag、 Pt、 Au等） 問：鋅銅原電池中硫酸能換成硫酸鈉嗎？ 判斷是否構(gòu)成原電池，是的寫出原電池原理。 （1）鎂鋁/硫酸；鋁碳/氫氧化鈉；鋅碳/硝酸銀 ；鐵銅在硫酸中短路；鋅銅/水；鋅鐵/乙醇；硅碳/氫氧化鈉 （2）[鋅銅/硫酸（無導(dǎo)線）；碳碳/氫氧化鈉] 若一個碳棒產(chǎn)生氣體11.2升，另一個產(chǎn)生氣體5.6升，判斷原電池正負極并求鋅片溶解了多少克？設(shè)原硫酸的濃度是1mol/L，體積為3L，求此時氫離子濃度。 （3）銀圈和鐵圈用細線連在一起懸在水中，滴入硫酸銅，問是否平衡？（銀圈下沉） （4）Zn/ZnSO4//Cu/CuSO4鹽橋（充滿用飽和氯化鈉浸泡的瓊脂） （5）鐵和銅一起用導(dǎo)線相連插入濃硝酸中 鎂和鋁一起用導(dǎo)線相連插入氫氧化鈉中 思考：如何根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理來設(shè)計原電池呢？ 請將氧化還原反應(yīng) Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+設(shè)計成電池： 硫酸銅 硫酸銅 硫s酸銅 硫酸銅 此電池的優(yōu)點：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。 其中，用到了鹽橋 什么是鹽橋？ 鹽橋中裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的膠凍，膠凍的作用是防止管中溶液流出。 鹽橋的作用是什么？ 可使由它連接的兩溶液保持電中性，否則鋅鹽溶液會由于鋅溶解成為Zn2+而帶上正電，銅鹽溶液會由于銅的析出減少了Cu2+而帶上了負電。 鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移，使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進行。 導(dǎo)線的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內(nèi)電路。 三、原電池的工作原理： 正極反應(yīng)：得到電子 （還原反應(yīng)） 負極反應(yīng)：失去電子 （氧化反應(yīng)） 總反應(yīng)：正極反應(yīng)+負極反應(yīng) 想一想：如何書寫復(fù)雜反應(yīng)的電極反應(yīng)式？ 較繁電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-簡單電極反應(yīng)式 例：熔融鹽燃料電池具有高的放電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣，已制得在6500C下工作的燃料電池，試完成有關(guān)的電極反應(yīng)式： ? 負極反應(yīng)式為：2CO+2CO32--4e-=4CO2 正極反應(yīng)式為：2CO2+O2+4e-=2CO32- 電池總反應(yīng)式：2CO+O2=2CO2 四、原電池中的幾個判斷 1.正極負極的判斷： 正極：活潑的一極 負極：不活潑的一極 思考：這方法一定正確嗎？ 2.電流方向與電子流向的判斷 電流方向：正→負 電子流向：負→正 電解質(zhì)溶液中離子運動方向的判斷 陽離子:向正極區(qū)移動 陰離子:向負極區(qū)移動 練習(xí)：下列哪些裝置能構(gòu)成原電池？ 練習(xí)： 某原電池的總反應(yīng)的離子方程式為： 2Fe3++Fe == 3Fe2+， 不能實現(xiàn)該反應(yīng)的原電池組成是（ ） A、正極為銅，負極為鐵，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液 B、正極為碳，負極為鐵，電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3溶液 C、正極為鐵，負極為鋅，電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3溶液 D、正極為銀，負極為鐵，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液 練習(xí)： 宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池，其電池反應(yīng)為2H2+O2=2H2O，電解質(zhì)溶液為KOH，反應(yīng)保持在高溫下，使H2O蒸發(fā)，正確敘述正確的是：（ ） A．H2為正極，O2為負極 B．電極反應(yīng)（正極）：O2+2H2O+4e- =4OH- C．電極反應(yīng)（負極）：2H2+4OH-=4H2O-4e- D．負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng) 練習(xí)： 下列關(guān)于原電池的敘述正確的是（ ） A、構(gòu)成原電池的正極和負極必須是兩種不同的金屬 B、原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 C、原電池中電子流出的一極是負極，該極被還原 D、原電池放電時，電流的方向是從負極到正極 第二節(jié) 化學(xué)電源 一、化學(xué)電池的種類 化學(xué)電池：借助于化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。化學(xué)電池的主要部分是電解質(zhì)溶液，和浸在溶液中的正極和負極，使用時將兩極用導(dǎo)線接通，就有電流產(chǎn)生，因而獲得電能?；瘜W(xué)電池放電到一定程度，電能減弱，有的經(jīng)充電復(fù)原又可使用，這樣的電池叫蓄電池，如鉛蓄電池、銀鋅電池等；有的不能充電復(fù)原，稱為原電池，如干電池、燃料電池等。 下面介紹化學(xué)電池的種類： 1．干電池：普通鋅錳干電池的簡稱，在一般手電筒中使用鋅錳干電池，是用鋅皮制成的鋅筒作負極兼做容器，中央插一根碳棒作正極，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液；電池頂端用蠟和火漆封口。在石墨周圍填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO2作去極化劑(吸收正極放出的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象，即作去極劑)，淀粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩個電極的遷移速率。 電極反應(yīng)為：負極 Zn－2 e-＝Zn2+ 正極 2＋2 e-＝2NH3＋H2 H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O 正極產(chǎn)生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝[Zn(NH3)4]2+ 干電池的總反應(yīng)式：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2＝Zn(NH3)2Cl2＋Mn2O3＋H2O 或 2Zn＋4NH4Cl＋2MnO2＝[Zn(NH3)2]Cl2＋ZnCl2＋Mn2O3＋H2O 正極生成的氨被電解質(zhì)溶液吸收，生成的氫氣被二氧化錳氧化成水。干電池的電壓1.5 V—1.6 V。在使用中鋅皮腐蝕，電壓逐漸下降，不能重新充電復(fù)原，因而不宜長時間連續(xù)使用。這種電池的電量小，在放電過程中容易發(fā)生氣漲或漏液。而今體積小，性能好的堿性鋅—錳干電池是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性能更好的堿性，負極也由鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增加，使放電電流大加幅度提高。堿性干電池的容量和放電時間比普通干電池增加幾倍。 2．鉛蓄電池：鉛蓄電池可放電亦可充電，具有雙重功能。它是用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼，用含銻5%～8%的鉛銻合金鑄成格板，在正極格板上附著一層PbO2，負極格板上附著海綿狀金屬鉛，兩極均浸在一定濃度的硫酸溶液(密度為1.25—1.28 g / cm3)中，且兩極間用微孔橡膠或微孔塑料隔開。放電的電極反應(yīng)為： 負極：Pb＋－2e- ＝PbSO4↓ 正極：PbO2＋4H+＋＋2e- ＝PbSO4↓＋2H2O 鉛蓄電池的電壓正常情況下保持2.0 V，當(dāng)電壓下降到1.85 V時，即當(dāng)放電進行到硫酸濃度降低，溶液密度達1.18 g / cm3時即停止放電，而需要將蓄電池進行充電，其電極反應(yīng)為： 陽極：PbSO4＋2H2O－2e- ＝PbO2＋4H+＋ 陰極：PbSO4＋2e- ＝Pb＋ 放電 充電 當(dāng)密度增加至1.28 g / cm3時，應(yīng)停止充電。這種電池性能良好，價格低廉，缺點是比較笨重。 蓄電池放電和充電的總反應(yīng)式：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O 目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全、可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應(yīng)用于國防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。 3．銀鋅蓄電池 銀鋅電池是一種高能電池，它質(zhì)量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉(zhuǎn)播站等的電源。目前，有一種類似干電池的充電電池，它實際是一種銀鋅蓄電池，電解液為KOH溶液。 常見的鈕扣電池也是銀鋅電池，它用不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極盒一端充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負極蓋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，溶液兩邊用羧甲基纖維素作隔膜，將電極與電解質(zhì)溶液隔開。 負極：Zn＋2OH-－2e- ＝Zn(OH)2 正極：Ag2O＋H2O＋2e- ＝2Ag＋2OH- 銀鋅電池跟鉛蓄電池一樣，在使用(放電)一段時間后就要充電，充電過程表示如下： 陽極：2Ag＋2OH-－2e- ＝Ag2O＋H2O 陰極：Zn(OH)2＋2e- ＝Zn＋2OH- 放電 充電 總反應(yīng)式：Zn＋Ag2O＋H2O Zn(OH)2＋2Ag 一粒鈕扣電池的電壓達1.59 V，安裝在電子表里可使用兩年之久。 4．燃料電池：燃料電池是使燃料與氧化劑反應(yīng)直接產(chǎn)生電流的一種原電池，所以燃料電池也是化學(xué)電源。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷地從外界輸入，同時把電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。因此，燃料電池是名符其實地把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。燃料電池的正極和負極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣。電解液可以用堿(如氫氧化鈉或氫氧化鉀等)把兩個電極隔開。化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物和燃燒時的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點是能量利用率高，設(shè)備輕便，減輕污染，能量轉(zhuǎn)換率可達70%以上。 當(dāng)前廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)的一種典型燃料電池就是氫氧燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細分散的鉑等金屬作催化劑，如鉑電極、活性炭電極等，具有很強的催化活性。電解質(zhì)溶液一般為40%的KOH溶液。 電極反應(yīng)式為：負極 H22H 2H＋2OH-－2 e-＝2H2O 正極 Ｏ2＋2H2O＋4 e-＝4OH- 電池總反應(yīng)式為：2H2＋Ｏ2＝2H2O 另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)。電極反應(yīng)式為： 負極：CH4＋10OH－－8e- ＝＋7H2O； 正極：4H2O＋2O2＋8e- ＝8OH-。 電池總反應(yīng)式為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O 目前已研制成功的鋁—空氣燃料電池，它的優(yōu)點是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。這種電池可代替汽油作為汽車的動力，還能用于收音機、照明電源、野營炊具、野外作業(yè)工具等。 5．鋰電池：鋰電池是金屬鋰作負極，石墨作正極，無機溶劑亞硫酰氯(SO2Cl2)在炭極上發(fā)生還原反應(yīng)。電解液是由四氯鋁化鋰(LiAlCl4)溶解于亞硫酰氯中組成。它的總反應(yīng)是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應(yīng)，生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。 8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其它金屬作負極相比較，能在較小的體積和質(zhì)量下能放出較多的電能，放電時電壓十分穩(wěn)定，貯存時間長，能在216.3—344.1K溫度范圍內(nèi)工作，使用壽命大大延長。鋰電池是一種高能電池，它具有質(zhì)量輕、電壓高、工作效率高和貯存壽命長的優(yōu)點，因而已用于電腦、照相機、手表、心臟起博器上，以及作為火箭、導(dǎo)彈等的動力資源。 微型電池：常用于心臟起搏器和火箭的一種微型電池是鋰電池。這種電池容量大，電壓穩(wěn)定，能在-56.7℃—71.1℃溫度范圍內(nèi)正常工作。 6．海水電池 1991年，我國首創(chuàng)以鋁─空氣─海水電池為能源的新型電池，用作海水標(biāo)志燈已研制成功。 該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會發(fā)出耀眼的白光，其能量比干電池高20─50倍。負極材料是鋁，正極材料可以用石墨。 電極反應(yīng)式為：負極反應(yīng)：Al－3 e-＝Al3+， 正極反應(yīng)：2H2O＋O2＋4 e-＝4OH-。 電池總反應(yīng)式為：4Al＋3O26H2O＝4Al(OH)3 7．溴—鋅蓄電池 國外新近研制的的基本構(gòu)造是用碳棒作兩極，溴化鋅溶液作電解液。 電極反應(yīng)式為：負極反應(yīng)：Zn－2e-＝Zn2+ 正極反應(yīng)：Br2＋2e-＝2Br- 電池總反應(yīng)式為：Zn＋Br2＝ZnBr2 二、相關(guān)考題和練習(xí) 例1．（xx年全國高考理綜題）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽 混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣體為陰極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式： 陽極反應(yīng)式：2CO+2CO32--4e-== 4CO2 陰極反應(yīng)式：_________________， 電池總反應(yīng)式：_______________。 解析：作為燃料電池，總的效果就是把燃料進行燃燒。本題中CO為還原劑，空氣中O2為氧化劑，電池總反應(yīng)式為：2CO+O2==2CO2。用總反應(yīng)式減去電池負極（即題目指的陽極）反應(yīng)式，就可得到電池正極（即題目指的陰極）反應(yīng)式：O2+2CO2+4e-== 2CO32- 。 例2．（xx年全國高考化學(xué)題）氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是： (1/2)H2+NiO(OH) Ni(OH)2 根據(jù)此反應(yīng)式判斷下列敘述中正確的是（ ） A．電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大 　B．電池放電時，鎳元素被氧化 C．電池充電時，氫元素被還原　　　　　　　　　 D．電池放電時，H2是負極 解析：電池的充、放電互為相反的過程，放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)。根據(jù)氫鎳電池放電時的總反應(yīng)式可知，電解質(zhì)溶液只能是強堿性溶液，不能是強酸性溶液，因為在強酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)2都會溶解。這樣可寫出負極反應(yīng)式：H2+2OH--2e- == 2H2O，H2為負極，附近的pH應(yīng)下降。放電時鎳元素由+3價變?yōu)?2價，被還原，充電時氫元素由+1價變?yōu)?價，被還原。故答案為C、D項。 例3．有人設(shè)計出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是（ ） ①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole- ②負極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O ③負極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為 O2+2H2O+4e-=4OH- ④電池放電后，溶液PH不斷升高 A.①② B.①③ C.①④ D.③④ [點撥]：本題是考查原電池原理在燃料電池中的具體應(yīng)用，首先要判斷出電池的正負極，其方法是確定在該電極上發(fā)生的是失電子還是得電子反應(yīng)，若發(fā)生的是失電子反應(yīng)是原電池的負極，反之是正極。CH4在鉑電極上發(fā)生類似于CH4在O2燃燒反應(yīng)，即CH4 →CO2嚴(yán)格講生成的CO2還與KOH反應(yīng)生成K2CO3，化合價升高，失去電子，是電池的負極，電極反應(yīng)式為CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，1molCH4參加反應(yīng)有8mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移，O2在正極上發(fā)生反應(yīng)，獲得電子，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-。雖然正極產(chǎn)生OH-，負極消耗OH-，但從總反應(yīng)CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O可看出是消耗KOH，所以電池放電時溶液的PH值不斷下降，故①②正確，③④錯誤。 答案：A 例4．（xx年天津高考理綜題）下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是 ( ) A．a(chǎn)電極是負極 B．b電極的電極反應(yīng)為：4OH--4e-== 2H2O+O2↑ C．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源 D．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置 解析：分析氫氧燃料電池原理示意圖，可知a極為負極，其電極反應(yīng)為：2H2-4e-==4H+，b極為正極，其電極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-==4OH-，電池總反應(yīng)式為：2H2+O2==2H2O。H2為還原劑，O2為氧化劑，H2、O2不需全部儲藏在電池內(nèi)。故答案為B項。 例5．（xx年江蘇高考化學(xué)題）堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為： Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) == Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s) 下列說法錯誤的是（ ） A．電池工作時，鋅失去電子 B．電池正極的電極反應(yīng)式為：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- == Mn2O3(s)+2OH-(aq) C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極 D．外電路中每通過O.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g 解析： 該電池的電解液為KOH溶液，結(jié)合總反應(yīng)式可寫出負極反應(yīng)式：Zn(s)+2OH-(aq)-2e- == Zn(OH)2(s)，用總反應(yīng)式減去負極反應(yīng)式，可得到正極反應(yīng)式：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- == Mn2O3(s)+2OH-(aq)。Zn為負極，失去電子，電子由負極通過外電路流向正極。1molZn失去2mol電子，外電路中每通過O.2mol電子，Zn的質(zhì)量理論上減小6.5g。故答案為C項。 第三節(jié)電解池 一、教學(xué)目標(biāo)： 1．理解電解原理，初步掌握一般電解反應(yīng)產(chǎn)物的判斷方法 2．了解氯堿工業(yè)，電鍍，冶金的原理 3．掌握電解電極方程式的書寫。 二、教學(xué)重點： 電解原理及應(yīng)用 三、教學(xué)過程： 我們知道化學(xué)能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，即反?yīng)熱?；瘜W(xué)能也能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，用原電池裝置。今天這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)電能如何轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。 第三節(jié)電解池 一、電解原理 講：首先我們來比較金屬導(dǎo)電和電解質(zhì)導(dǎo)電的區(qū)別。 金屬 電解質(zhì) 導(dǎo)電粒子 導(dǎo)電狀態(tài) 溫度影響 導(dǎo)電實質(zhì) 電子定向移動 過渡：電解質(zhì)導(dǎo)電的實質(zhì)是什么呢？一起看實驗。 實驗：現(xiàn)象—一極有氣泡，檢驗為氯氣；另一極有紅色的物質(zhì)析出，分析為銅。 講：要分析此現(xiàn)象我們得研究此裝置，首先看電極。 1．電極 陽極—與電源正極相連 陰極—與電源負極相連 隋性電極—只導(dǎo)電,不參與氧化還原反應(yīng)(C/Pt/Au) 活性電極—既導(dǎo)電又參與氧化還原反應(yīng)(Cu/Ag) 問：通電前和通電時分別發(fā)生了怎樣的過程？ 通電前：CuCl2=Cu2++2Cl- H2O H++OH- 通電中：陽離子（Cu2+,H+）向陰極移動被還原； 陰離子（Cl-,OH-）向陽極移動被氧化 講：即在電極上分別發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，稱電極反應(yīng)。 2．電極反應(yīng)( 陽氧陰還 ) 陽極：2Cl- -2e-=Cl2 (氧化) 陰極：Cu2++2e-=Cu(還原) 總電極方程式：___________________ 放電：陰離子失去電子或陽離子得到電子的過程叫放電。 3．電解：電流(外加直流電)通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)(被動的不是自發(fā)的)的過程叫電解。 講：所以電解質(zhì)導(dǎo)電的實質(zhì)便是——電解 電解池：借助電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置，即把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫電解池或電解槽。 問：構(gòu)成電解池的條件是什么？ 電源、電極、電解質(zhì)構(gòu)成閉和回路。 思考： 電解CuCl2水溶液為何陽極是Cl-放電而不是OH-放電，陰極放電的是Cu2+而不是H+ ？ 4．離子的放電順序 陰極：（陽離子在陰極上的放電順序(得e-)） Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(指酸電離的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 陽極(1)是惰性電極時：陰離子在陽極上的放電順序（失e-） S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根離子)>F-(SO32-/MnO4->OH-) (2) 是活性電極時：電極本身溶解放電 問：放電能力弱于H+和OH–的物質(zhì)在水溶液中放電嗎？ 否，但亞鐵離子濃度遠大于氫離子濃度時,亞鐵離子放電。 問：電解水時為了增強水的導(dǎo)電性常常需加入氫氧化鈉或稀硫酸，為什么？可以加食鹽嗎？ 練習(xí)：電解碘化汞、硝酸銅、氯化鋅、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉的電極方程式。 5．電解規(guī)律： （1）電解含氧酸、強堿溶液及活潑金屬的含氧酸鹽，實質(zhì)上是電解水，電解水型。 問：初中電解水時加硫酸或氫氧化鈉增強導(dǎo)電性，影響水的電解嗎？ 電解硫酸和氫氧化鈉時為何H2和O2之比大于2？氧氣溶解度大于氫氣 又為何硫酸一定大于2，而氫氧化鈉可能等于2？硫酸根可能放電。 （2）電解不活潑金屬的含氧酸鹽，陽極產(chǎn)生氧氣，陰極析出不活潑金屬，放氧生酸型。 練習(xí)：電解硫酸銅方程式。加入下列哪些物質(zhì)可以恢復(fù)到硫酸銅原來的溶液：氧化銅、氫氧化銅、銅、碳酸銅。 （3）電解不活潑金屬無氧酸鹽，實際上是電解電解質(zhì)本身，分解電解質(zhì)型。 （4）電解活潑金屬（K/Ca/Na）的無氧酸鹽，陰極產(chǎn)生氫氣，陽極析出非金屬，放氫生堿型。 6．電解中電極附近溶液pH值的變化。 （1）電極區(qū)域 A．陰極H+放電產(chǎn)生H2，陰極區(qū)域pH變大。 B．陽極OH-放電產(chǎn)生O2，陽極區(qū)域pH變小。 （2）電解質(zhì)溶液中 A．電解過程中,既產(chǎn)生H2,又產(chǎn)生O2,則原溶液呈酸性的pH變小,原溶液呈堿性的pH變大,原溶液呈中性的pH不變（濃度變大）。 B．電解過程中, 無H2和O2產(chǎn)生, pH幾乎不變。但象CuCl2變大 C．電解過程中,只產(chǎn)生H2, pH變大。 D．電解過程中,只產(chǎn)生O2, pH變小。 過渡：如果把陽極換成銅棒，陽極發(fā)生的反應(yīng)就是銅自身溶解，如果電解質(zhì)是硫酸，陰極析出的是什么？也是銅，這就是我們的銅的電解精煉法。 二、電解原理的應(yīng)用 1．銅的電解精煉 陽極：粗銅棒 陰極：精銅棒 電解質(zhì)：含銅電解質(zhì) 問：精煉中硫酸銅的濃度怎樣？基本不變，但變小。 過渡：若把陰極精銅棒換成鐵棒，電解過程變嗎？ 不變，但不是精煉銅了，而叫電鍍銅。 2．電鍍銅 陽極：鍍層金屬 陰極：待鍍金屬（鍍件） 電鍍液：含鍍層金屬的電解質(zhì)。 3．電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè) 問：1、電解飽和食鹽水的陰極產(chǎn)物、陽極產(chǎn)物分別是什么？ 2、轉(zhuǎn)移的電子數(shù)和氫氧化鈉的物質(zhì)的量的關(guān)系？ 3、從Cl- Cl2一定需要加氧化劑嗎？ 4、陰極產(chǎn)物和陽極產(chǎn)物能接觸嗎？ 5、飽和食鹽水為何需要精制？如何精制？ 精制：步驟一、1）先加過量的BaCl2和過量的NaOH（順序可換），再加入過量的Na2CO3 2）過濾 3）加鹽酸調(diào)節(jié)pH為7 步驟二、送入陽離子交換塔除去Ca2+、Mg2+等。 4．電冶金 電解熔融氯化鈉：2NaCl(熔融)＝（電解）2Na+Cl2 適用范圍：活潑金屬K~Al 練習(xí): 1、在水中加等物質(zhì)的量的Ag+,Pb2 +,Na +, SO42-, NO3- , Cl-,該溶液放在用惰性電極做電極的電解槽中，通電片刻，則氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物質(zhì)量比為（ ） A. 35.5:108 B. 16:207　C.8:1　　D.108:35.5 2、用惰性電極電解下列溶液，一段時間后，再加入一定質(zhì)量的另一種物質(zhì)溶液能與原來完全一樣的是 氯化銅加硫酸銅、氫氧化鈉加氫氧化鈉、氯化鈉加氯化氫、硫酸銅加氫氧化銅 3、0.1摩氯化銅和0.1摩溴化鈉共0.4摩電子轉(zhuǎn)移，分析過程。 4、鐵、C/硫酸——C、C/氯化銅用導(dǎo)線相連，分析正負極和陰陽極及兩裝置的p H的變化。 5、如何判斷電解池的陰陽極？ 與正極相連的、發(fā)生氧化反應(yīng)的、陰離子移向的一極是陽極，反之是陰極。 如：高錳酸鉀的做電解質(zhì)，發(fā)現(xiàn)紅色加深的是什么極？ 濕潤的淀粉KI試紙并滴有酚酞，變紅的是什么極？變藍的是什么極？ 6、以A、B兩根石墨電極電解足量的硝酸銀溶液，通電t分鐘，在B極收到11.2mL標(biāo)況下氣體，此后將電源反接，以相同的電流強度通電t/2分鐘。問：（1）A、B分別是什么極？（2）電源反接后A、B電極質(zhì)量如何變化？（3）若溶液體積為200mL，則通電t/2分鐘時的溶液p H=？ 原 電 池 電 解 池 電極名稱 正負極 陰陽極 電極材料 負極：活潑金屬 正極：不活潑金屬或可導(dǎo)電的非金屬(如C) 惰性材料或活性材料 電流方向：外電路 內(nèi)電路 組成 原理 功能 化學(xué)能到電能 電能到化學(xué)能 第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護 【教學(xué)重點】 金屬的電化學(xué)腐蝕 【教學(xué)難點】 電極反應(yīng)式的寫法 【教學(xué)過程】 【學(xué)生看書討論】 1. 什么是金屬的腐蝕?金屬腐蝕的本質(zhì)是什么? 2. 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的共同點和不同點是什么? 一、金屬腐蝕的本質(zhì): M – xe- = Mx+ 二、化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的區(qū)別 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 共同點 M – xe- = Mx+ M – xe- = Mx+ 不同點 (1)金屬與氧化劑直接得失電子 利用原電池原理得失電子 (2)反應(yīng)中不伴隨電流的產(chǎn)生 反應(yīng)中伴隨電流的產(chǎn)生 (3)金屬被氧化 活潑金屬被氧化 三、電化學(xué)腐蝕 (以鋼鐵為例) 1.析氫腐蝕 (酸性較強的溶液) 負極: Fe – 2e- = Fe2+ 正極: 2H+ + 2e- = H2 ↑ 總式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 ↑ 2. 吸氧腐蝕 (中性或弱酸性溶液) 負極: 2Fe – 4e- = 2Fe2+ 正極: O2+4e- +2H2O = 4OH- 總式：2Fe + O2 +2H2O =2 Fe(OH)2 離子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 四、金屬的防護 1． 影響金屬腐蝕快慢的因素 本性：（1）金屬的活動性（2）純度（3）氧化膜 介質(zhì)：環(huán)境（腐蝕性氣體，電解質(zhì)溶液） 2． 金屬的防護 （1） 改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（鋼→不銹鋼，在鋼中加入鎳和鉻） （2） 覆蓋保護膜（涂油漆，電鍍，鈍化等） （3） 電化學(xué)保護 ①外加電流陰極保護法 ②犧牲陽極陰極保護法 【練習(xí)】:如圖所示,試管中的鐵釘如果在酸性溶液或在食鹽溶液中的腐蝕的現(xiàn) 象有何不同?