考第二轮复习《专题5》电池工作原理

高考第二轮复习《专题5》

 

二. 教学目的：

  1. 通过进行化学能转化为电能的探究活动，了解原电池工作原理，能正确书写原电池的正、负极的电极反应式及电池反应方程式。

  2. 通过电能转变为化学能的探究活动，了解电解池工作原理，能正确书写电解池的阴、阳极的电极反应式及电解反应方程式。

  3. 通过查阅资料等途径了解常见化学电源的种类及工作原理，认识化学能转化为电能的实际意义。

  4. 知道电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用。认识电能转化为化学能的实际意义。

  5. 了解金属腐蚀带来的危害，认识防止金属腐蚀的重要意义。

  6. 了解化学腐蚀和电化学腐蚀的涵义，理解电化学腐蚀发生的条件，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。

  7. 认识钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应式和总反应式。

  8. 通过实验探究防止金属腐蚀的措施，了解常见的防止金属腐蚀的方法及其原理。

 

三. 重点和难点

1、原电池原理，电极反应式，电池反应方程式。

2、电解池工作原理，电解池电极反应式，电解反应方程式。

3、氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金的化学原理。

4、金属的腐蚀和防护及其反应原理。

 

四. 考点分析

本专题内容在高考中的主要考查点是：

1、原电池原理，电极反应式，电池反应方程式。

  2、电解池工作原理，电解池电极反应式，电解反应方程式。

  3、氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金的化学原理。

  4、金属的腐蚀和防护及其反应原理。

 

五. 知识网络

  1. 原电池、电解池、电镀池的比较

	原电池	电解池	电镀池
能量转换（实质）	化学能电能 （两极分别发生氧化还原反应，产生电流）	电能化学能 （在电流作用下两极分别发生氧化还原反应）
电极	正极 负极 较活泼金属 较不活泼金属 Pt/C Pt/C 金属 金属氧化物	阳极：接电源正极 阴极：接电源负极	阳极：镀层金属 阴极：镀件
电解液	和负极反应（也可不反应）	无特殊要求	电解液须含有镀层金属离子
构成条件	两极、一液、一反应（自发）	直流电源、两极、一液	直流电源、两极、一液（含镀层离子）
离子迁移	阳离子正极  阴离子负极	阳离子阴极    阴离子阳极
电子流向	负极（-）正极（+）

  2. 电解电极产物的判断

要判断电极反应的产物，必须掌握离子的放电顺序，判断电极反应的一般规律是：

（1）在阳极上

①活性材料作电极时，金属在阳极失电子被氧化成阳离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。

②用惰性电极（Pt、Au、石墨、钛等）时；溶液中阴离子的放电顺序是：

（2）在阴极上

无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子，阳离子在阴极上放电顺序是

  3. 金属的腐蚀

 

【典型例题】

  例1. 如图所示，请按要求回答下列问题。

（1）打开，合并。

A为（填“正”或“负”）________极，在该电极可观察到的现象是________________；B极的电极反应为________________________。

（2）打开，合并。

A为（填“阴”或“阳”）________极，在该电极可观察到的现象是________________；B极的电极反应为________________；当有0.2mol电子转移时，则析出铜的质量为________g。

答案：（1）负      A处金属不断溶解

（2）阴  A上有红色金属析出           6.4

分析：打开，合并，该电池为原电池，A为负极，电解反应为：，B极为正极，正极反应为：。打开，合并，则构成了电解池，A为阴极，电解反应为：，B极为阳极，阳极反应为：。

 

  例2. 水银法电解食盐水是氯碱工业发展进程中的重要里程碑，以制得碱液纯度高、质量好著称，其生产原理示意如下：

（1）分别写出电解池、解汞室中发生反应的离子方程式。

（2）当阳极产生（标准状况）时，解汞室中生成的质量为多少千克？

（3）电解室中溶液的流入、流出速率均为，若生产上要求流出碱液的物质的量浓度为，计算解汞室中碱液的流出速率Q（单位：）。

（4）20世纪60年代，氯碱生产采用离子膜法，水银法逐渐被淘汰，你认为被淘汰的主要原因是什么？

答案：（1）电解池：

解汞室：

（2）解：

（3）Q=

（4）汞有毒性，对环境造成污染。

分析：首先分析出电解池、解汞室中发生反应的离子方程式分别为：和，根据这两个方程式就可以计算出生成的氢氧化钠的质量。根据方程式还可以发现消耗的的物质的量和生成的氢氧化钠的物质的量相等。据此，可以列出方程：。

 

  例3. 常温下电解一定浓度的与混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图I、II所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），根据图中信息进行下列计算：

（1）原混合溶液和的物质的量浓度。

（2）时所得溶液的。

（3）电解至时，消耗水的质量。

答案：（1）阳极首先逸出的是氯气：，则，阳极得到气体中，含和，转移电子的物质的量为：，此过程中阴极刚好全部析出铜：，则。

（2）时溶液中，，根据电荷守恒有：，即溶液的。

（3）电解至时，消耗水，在电解的过程中，两极依次发生的反应为：

阳极：

               

                      

阴极：

            

电解的过程，首先是电解氯化铜，进而是电解硫酸铜溶液，最后是电解水。

 

【模拟试题】

  1. 微型钮扣电池在现代生活中有着广泛的应用。有一种银锌电池，其电极分别是和，电解质溶液为，电极反应为：，

，总反应为：。根据上述反应式，下列叙述中正确的是

       A. 在使用过程中，电池负极区溶液pH增大

B. 在使用过程中，电流由极经外电路流向极

C. 在使用过程中，Zn电极发生还原反应，电极发生氧化反应

D. 外电路中每通过电子，正极的质量理论上减小1.6g

  2. 一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（）的氧化锆（）晶体，在熔融状态下能传导。下列对该燃料电池说法正确的是

       A. 在熔融电解质中，由负极移向正极

B. 电池的总反应是：

C. 通入空气的一极是负极，电极反应为：

D. 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：

  3. 电瓶车所用电池一般为铅蓄电池，这是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：

则下列说法正确的是

       A. 放电时：电子流动方向由B到A

B. 放电时：正极反应是

C. 充电时：铅蓄电池的负极应与充电器电源的正极相连

D. 充电时：阳极反应是

  4. 一种大型蓄电系统的电池总反应为：，电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜（在电池放电和充电时该膜允许钠离子通过）；放电前，被膜隔开的电解质为和，放电后，分别变为和。下列说法正确的是

       A. 充电过程中，离子的流向为从右到左

B. 充电过程中，阳极的电极反应为：

C. 放电前，左侧电解质为，右侧电解质为

D. 放电过程中，电子由负极通过外电路流向正极

  5. 锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为

负极反应：（表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料）

正极反应：表示含锂的过渡金属氧化物

下列有关说法正确的是

       A. 锂离子电池充电时电池反应为：

B. 电池反应中，锂、锌、银、铅各失去电子，金属锂所消耗的质量最大

C. 锂离子电池放电时电池内部向负极移动

D. 锂离子电池充电时阴极反应为：

  6. 高铁电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH，电池的总反应式为：，下列叙述正确的是

       A. 放电时负极反应为：

B. 放电时向正极移动

C. 充电时每转移电子，阳极有被还原

D. 充电时阴极反应式为：

  7. 下列叙述中不正确的是

       A. 电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应

B. 原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极

C. 电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应

D. 电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气，可使酚酞首先变红

  8. 若某装置（电解池或原电池）中发生反应的离子方程式是：。则该装置

       A. 可能是原电池，也可能是电解池

B. 只能是原电池，且电解质溶液为硝酸

C. 只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极

D. 只能是电解池，电解质溶液可以是硝酸

  9. 和的混合溶液中，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为，下列说法正确的是

       A. 原混合溶液中为

B. 上述电解过程中共转移电子

C. 电解得到的的物质的量为

D. 电解后溶液中为

  10. 下图中，铁腐蚀由快到慢的顺序是（试管中除（2）外均为水）_____________________。

  11. 下图中X是直流电源。Y槽中c、d为石墨棒，Z槽中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。

（1）①电源上b为________极。（用“正”、“负”、“阴”、“阳”填空）

②Z槽中e为________极（同上）

③连接Y、Z槽线路中，电子流动的方向是d ________e（用“”或“”填空）。

（2）①写出c极上反应的电极反应式________________；

②写出Y槽中总反应化学方程式________________；

③写出Z槽中e极上反应的电极反应式________________。

（3）①电解后，取出、f，洗净、烘干、称量，质量差为，在通电过程中，电路中通过的电子为________mol。

②若Y槽中溶液体积为（电解后可视为不变），槽中电解反应的速率v

=________。

  12. 铝的阳极氧化，是一种常用的金属表面处理技术，它能使铝的表面生成一层致密的氧化膜，该氧化膜不溶于稀硫酸。某化学研究小组在实验室中按下列步骤模拟该生产过程。填写下列空白：

（1）配制实验用的溶液。要配制密度为的溶质质量分数为16%的溶液，需要称取_______g固体。

（2）把铝片浸入热的16%溶液中约半分钟左右洗去油污，除去表面的氧化膜，取出用水冲洗。写出除去氧化膜的离子方程式____________________________。

（3）如图，组装好仪器，接通开关K，通电约。在阳极生成氧化铝，阴极产生气体。写出该过程中的电极反应式：

阳极：_________________________________________________；

阴极：_________________________________________________。

（4）断开电路，取出铝片，用1%稀氨水中和表面的酸液，再用水冲洗干净。写出该过程发生反应的离子方程式____________________________。

  13. 铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：

请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）

（1）放电时，正极的电极反应式是____________________；电解液中的浓度将变__________；当外电路通过电子时，理论上负极板的质量增加__________g。

（2）在完全放电耗尽和时，若按下图连接，电解一段时间后，则A电极上生成__________、B电极上生成__________，此时铅蓄电池的正负极的极性将__________。

  14. 现有、、、、两两组成的电解质溶液若干种，可选用铜电极、铂电极、锌电极进行电解实验。

（1）以__________作阳极电解__________溶液时，溶液的pH明显升高，且溶液保持澄清，电解的反应式为______________________________。

（2）以__________作阳极电解__________溶液时，溶液的pH明显下降。

（3）为使电解过程中溶液的浓度保持不变，应以铜为阳极电解__________溶液，或以__________为阳极电解__________溶液。

（4）以铜为阳极电解__________或__________溶液，均可得到氢氧化物沉淀。

（5）要使电解过程中溶质的组成和质量不变，而溶液浓度增大，又无浑浊，应以__________为阳极电解__________溶液，化学方程式为______________________________。

（6）要使电解过程中溶液浓度改变，而溶剂质量不变，应以铂电极为阳极电解__________溶液，或以__________为阳极电解__________溶液，反应的化学方程式是____________________。

（7）使反应得以进行而不发生其他反应，可选用__________为阳极电解__________或__________溶液。

（8）以铜为阳极电解溶液，阴极上一般有__________逸出，在__________极区首先会有__________色沉淀，电解时间较长时，会有__________色沉淀出现。

  15. 将铝件与另一种材料作电极，以某种溶液作电解液进行电解，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成一层薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使分解，从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。某校课外兴趣小组根据上述原理，以铝件和铁棒为电极，一定浓度的溶液为电解液进行实验。

（1）铝件表面形成的电极反应式是：______________________________。

（2）电解过程中，必须使电解液pH保持相对稳定（不能太大，也不能太小）的原因是______________________________。

（3）用溶液作电解液，会减缓阴极区溶液pH的增大，能说明这一原理的离子方程式为________________________________________。

  16. 据报道，摩托罗拉公司开发了一种以甲醇为原料，以为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可连续使用一个月。下图是一个电化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为：

请填空：

（1）充电时：①原电池的负极与电源_________极相连。

②阳极的电极反应为__________________。

（2）放电时：负极的电极反应式为_________。

（3）在此过程中若完全反应，乙池中A极的质量升高648g，则甲池中理论上消耗_________L（标准状况下）。

（4）若在常温常压下，燃烧生成和液态时放热，表示该反应的热化学方程式为____________________________________。

  17. 在如图用石墨作电极的电解池中，放入含一种溶质的某蓝色溶液进行电解，观察到A电极表面有红色的固态物质生成，B电极有无色气体生成；当溶液中的原有溶质完全电解后，停止电解，取出A电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6g。请回答下列问题：

（1）B电极发生反应的电极反应式____________。

（2）写出电解时反应的离子方程式____________。

（3）电解后溶液的pH为____________，要使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入____________，其质量为____________。（假设电解前后溶液的体积不变）

（4）请你设计实验确定原溶液中可能所含的酸根离子，要求：提出两种可能的假设，分别写出论证这两种假设的操作步骤、实验现象和实验结论。

①假设一：________________________________________________。

②假设二：________________________________________________。

 

 

【试题答案】

  1. BD         2. B        3. AD      4. BD      5. D        6. AD      7. B        8. C        9. AB

  10.

（5）>（4）>（1）>（2）>（3）>（6）

  11. （1）①负   ②阳       ③

（2）①       ②

③

（3）①0.02   ②0.02

  12.

（1）     （2）或

（3）       

（4）

  13.

（1）       小    48   

（2）            对换

  14.（1）铂            

（2）铂        

（3）                （或）

（4）         

（5）铂                      

（6）         （或） 

（7）           

（8）       阴           白           蓝

  15. （1）（或，）

（2）、具有两性，电解液的酸性或碱性过强，都会使所形成的薄膜溶解

（3）

  16.

（1）①负     ②

（2）

（3）

（4）（1）+；△H=

  17.

（1）

（2）

（3）         2g

（4）①假设原溶液中的酸根离子为。取电解后的溶液少量放入试管中，向其中加入溶液，若有白色沉淀产生，则原溶液中含。

②假设原溶液中的酸根离子为。取电解后的溶液少量放入试管中，向其中加入微热，若溶解，并有无色气体生成，在空气中变为红棕色，则含有。