原电池电解池教案

教学过程

一、复习预习

“电”的确是一件很奇妙的”事物“，在我们的日常生活中电池几乎无处不在：手机、遥控器、电动车、甚至是汽车都要用到各式各样的电池

二、知识讲解

原电池

考点1 原电池

以铜、锌原电池为例

1.定义：原电池是利用氧化还原反应原理将化学能转化电能的装置。

2.装置：（观察电子和电流的流向）

3.电极反应

锌片负极，发生氧化反应电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋

铜片正极，发生还原反应电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu

总电极反应式为：Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋

4．构成条件

两个活泼性不同的电极，较活泼的做负极；电解质溶液；形成闭合回路；能自发地发生氧化还原反应

电极材料：活泼性不同的两种金属（铜锌原电池）

金属和非金属（锌锰干电池，锌片做负极，石墨棒做正极）

金属和化合物（铅蓄电池，铅作负极，二氧化铅做正极）

惰性电极（氢氧燃料电池，两电极都是Pt）

电解质溶液：一般选择与负极反应的

溶解物质能与负极反应（O2）

两个容器中进行的，两容器中电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子的

盐溶液

考点2 一次电池和二次电池

1.一次电池(碱性锌锰电池)

(1)构成：负极Zn，正极MnO2，电解质KOH。

(2)电极反应：负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO+H2O

正极：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn（OH）2＋2OH－

总反应：Zn＋MnO2＋H2O===Mn（OH）2＋ZnO

2.二次电池(蓄电池)

(1)构成：负极Pb、正极PbO2，电解质H2SO4溶液

(2)工作原理

①放电：负极：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)

正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)

②充电时

铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。

阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)；

阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)；

总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。

上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：

Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。

考点3 燃料电池

(1)工作原理

①连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能。

②电极材料本身不发生氧化还原反应。

③工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。

(2)氢氧燃料电池

①电极材料Pt ，酸性电解质。

②电极反应：负极：H 2－2e －===2H ＋

正极：12

O 2＋2H ＋＋2e －

===H 2O

总反应：H 2＋1

2O 2===H 2O

考点4 电极反应式的书写方法

1. 原电池或一次电池及燃料电池等电极反应式的书写。

负极：活泼金属或H 2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。如铅蓄电池，负极：Pb ＋SO 2－

4－2e －

===PbSO 4。

正极：阳离子得到电子生成单质，或O 2得到电子。若反应物是O 2，则： 电解质是碱性或中性溶液：O 2＋2H 2O ＋4e －

===4OH －

。 电解质是酸性溶液：O 2＋4H ＋

＋4e －

===2H 2O 。 正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。 2．给出总反应式，写电极反应式

分析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)→选择一个简单的变化情况去写电极反应式→另一极的电极反应直接写出或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果

以2H 2＋O 2=2H 2O 为例，当电解质溶液为KOH 溶液时的电极反应式的书写步骤如下： (1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H 2失掉4 mol 电子，初步确定负极反应式为2H 2－4e －

===4H ＋

。

(2)根据电解质溶液为碱性，与H ＋

不能共存，反应生成水，推出OH －

应写入负极反应式

中，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。

(3)用总反应式2H2＋O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

3．可充电电池电极反应式的书写

在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。

(1)原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高。

(2)原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。

书写电极反应式应注意电解质溶液的影响。

(1)中性溶液反应物中无H＋或OH－。

(2)酸性溶液反应物，生成物均无OH－。

(3)碱性溶液反应物，生成物中均无H＋。

(4)水溶液不能出现O2－。

电解池

考点1 电解原理

1.装置：电解氯化铜溶液

CuCl2溶液的电解

2．实验现象和结论

3.实验原理分析

(1)通电前，Cu2＋、H＋、Cl－以及OH－在溶液中作自由运动通电时，在电场的作用下，这些自由运动的离子改作定向运动即Cl－、OH－等阴离子趋向阳极，Cu2＋、H＋等阳离子趋向阴极。

(2)两个电极上的反应和总反应：

阳极(与电源正极相连)：2Cl－－2e－===Cl2↑。

阴极(与电源负极相连)：Cu2＋＋2e－===Cu。

总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑。

(3)结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。

4.电解题型中解题规律的总结

（1）电解池的电极和电极反应

（2）电解时电极产物的判断

阳极产物的判断

①活性金属电极：金属电极失电子，被溶解，生成对应金属阳离子。

②惰性电极(Pt、Au、C)：阴离子失电子，生成对应非金属单质。

阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。

阴极产物的判断

与电极材料无关，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＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

考点2 氯碱工业

1．电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气

（1）装置

(2)原理

阳极(C)：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)

阴极(Fe)：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)

总反应：2NaCl＋2H2O 2NaOH+ Cl2↑＋H2↑

(3)现象：阴极：有无色气泡产生，电解前若向溶液中滴入酚酞，阴极区溶液变红；阳极有黄绿色气体生成，该气体可使湿润的淀粉KI试纸变蓝。

考点3 粗铜精炼

（1）装置

(2)原理：(以电解精炼铜为例)

阳极(粗铜)：Cu－2e－===Cu2＋(主要反应)

阴极(精铜)：Cu2＋＋2e－===Cu

(3)特点：阳极粗铜中的铜(以及比铜活泼的锌、铁、镍等)被氧化，阴极Cu2＋被还原；其他Zn2＋、Fe2＋留在溶液中，而比铜活泼性弱的银、金等金属沉积在阳极下面，形成阳极泥。电解质溶液的浓度会逐渐减小。

考点4 电镀

（1）装置

(2)原理(以金属制品上镀银为例)

阴极：Ag＋＋e－===Ag

阳极：Ag－e－===Ag＋

(3)特点：一多、一少、一不变。一多指阴极上有镀层金属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解；一不变指电镀液浓度不变。

考点5电解反应的类型

考点6 金属的腐蚀及防护

1.金属的腐蚀

金属腐蚀是指金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应化学腐蚀

2.电化学腐蚀

(1)析氢腐蚀含义：金属表面的电解质溶液酸性较强。腐蚀

过程有H2放出电极反应负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：2H＋＋2e－===H2↑总反应：Fe＋2H ＋===Fe2＋＋H

↑

2

(2)吸氧腐蚀含义：钢铁表面吸附的水膜，酸性很弱或呈中性、碱性时，氧气参加电极反应电极

反应负极：2Fe－4e－===2Fe2＋正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2

3.金属防锈的方法

（1）.牺牲阳极的阴极保护法

应用原电池原理，让被保护金属作正极，另找一种活泼性较强的金属作负极。

例如轮船的船底要镶锌块，并定期更换

（2）．外加电流的阴极保护法

利用电解池原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者在电解质溶液里，接外加直流电源。

（3）其它：如刷漆、搪瓷、制成不锈钢等

三、例题精析

【例题1】有如图所示的两个原电池装置，下列说法不正确的是()

A．A池中负极的电极反应为Mg－2e－===Mg2＋

B．Mg在A池中为负极，在B池中为正极

C．B池中电子的流向：Mg→Al

D．原电池工作一段时间后，A池溶液的pH会增大

【例题2】(1)今有2H2＋O2=====2H2O反应，构成氢氧化钾碱性燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是______，电极反应式分别为______________、______________。

(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为__________________、_____________________。(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？___________________。

(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：________________、_______。

【例题3】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)

下列说法错误的是()

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋2OH－(aq) C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g

【例题4】现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol/L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－===Cu

C．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，SO2－4不参与电极反应

【例题5】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∶2

D．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

四、课堂运用

【基础】

1.有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：

①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A为负极；

②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D→导线→C；

③A、C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡；

④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是()

A．A＞B＞C＞D B．A＞C＞D＞B

C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A

2.下图中能组成原电池产生电流的是()

3.关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是()

A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色

D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

4．关于铅蓄电池的说法正确的是()

A．在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)＋2e－

B．在放电时，该电池的负极材料是铅板

C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小

D．在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)

【巩固】

1.下列有关电池的说法不正确的是()

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

2、下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法正确的是()

A．电解过程中阴极质量不断增加

B．电解过程中溶液的pH不断升高

C．此时向溶液中加入适量的Ag2O固体不能使溶液恢复至电解前的状况

D．电解后两极产生的气体体积比为2∶1

3．关于铅蓄电池的说法正确的是()

A．在放电时，正极发生的反应是：Pb(s)＋SO2－4(aq)===PbSO4(s)＋2e－

B．在放电时，该电池的负极材料是铅板

C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小

D．在充电时，阳极发生的反应是：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)

【拔高】

1.某高二化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果如下。试根据下表中的实验现象回答下列问题：

(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同？

(2)写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。

(3)实验4中Al作正极还是作负极？为什么？写出Al电极的电极反应式。

(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。

(5)根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极受到哪些因素的影响？2.科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事目的。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨化为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：

(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是_____________________________。

(2)此电池的正极发生的电极反应式是________，负极发生的电极反应式是__________。

(3)电解液中的H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。

(4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是________。

4、下列关于电解池的叙述中正确的是()

A．电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的

B．金属导线中电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极C．在电解质溶液中，阴离子向阴极运动，阳离子向阳极运动

D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等

5、下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是()

6、如图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()

A ．②①③④

B ．④③①②

C ．④②①③

D ．③②④①

课程小结

本堂课主要进行了原电池和化学电源的工作原理 ????

?

①一次电池如普通锌锰电池——干电池②二次电池如铅蓄电池③燃料电池如氢氧燃料电池

课后作业

【基础】

1.由A 、B 、C 、D 四种金属按下表中装置图进行实验。

根据实验现象回答下列问题：

(1)装置甲中负极的电极反应式是_________________________。 (2)装置乙中正极的电极反应式_________________________。 (3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。

(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_____________________________。 2．下列说法正确的是( )

A ．原电池是把电能转化为化学能的装置

B ．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应

C．原电池的两极发生的反应均为氧化还原反应

D．形成原电池后，原电池中的阳离子向正极移动

。

3．按照下图接通线路，反应一段时间后，回答下列问题(假设所提供的电能可以保证电解反应的顺利进行)：

(1)U形管内可观察到________，写出有关反应的化学方程________________________。

(2)在小烧杯a、b中分别有什么现象产生？________________________________。

(3)如果小烧杯中有0.508 g碘析出，那么烧杯c中负极的质量减轻________g。

4．铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为稀硫酸，工作(放电)时该电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。试根据上述情况判断：

(1)蓄电池的负极材料是________。

(2)工作时，正极反应为_______________________________________________。

(3)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向________极。

(5)电流方向从________极流向________极。

【巩固】

1.利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2设计一个原电池。画出实验装置图，并指出正极材料为________，电极反应式为_______________________；负极材料为________，电极反应式为。

2.控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()

甲乙

A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原

C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极

3．一种甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的新型手机电池，可连续使用一个月，其电池反应为：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－3＋6H2O，则有关说法正确的是() A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极

B．放电时负极的电极反应为CH3OH＋8O H－－6e－===CO2－3＋6H2O

C．标准状况下，通入5.6 L O2并完全反应后，有0.5 mol电子转移

D．放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的pH降低

【拔高】

1.一个原电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的正确组成是()

n

2.不久前，美国一个海军航空站安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池。该电池可同时供应电和蒸气，其燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，工作温度为600～800 ℃。已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应为H2＋CO2－3－2e－===H2O＋CO2。下列推断正确的是()

A．正极反应为4OH－－4e－===O2＋2H2O

B．放电时，CO2－3向负极移动

C．电池供应1 mol水蒸气，转移的电子的物质的量4 mol

D．放电时，CO2－3向正极移动

3、如下图所示，下列有关实验现象的描述正确的是()

a电极质量增加，b电极放出无色气体