化学人教版选修四第四章学案(学生)

第四章电化学基础

第一节原电池

学习目标：

1.知道原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2.能初步根据氧化还原反应设计原电池。

教学重点：原电池的工作原理。

教学难点：根据氧化还原反应设计原电池。

课时划分：一课时

教学过程：

一、原电池工作原理

[实验]在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液，将两个烧杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥（如充满KCl饱和溶液和琼脂制成的胶冻）连接起来，再用导线将锌片和铜片联接，并在导线中串联一个电流计，观察现象：

[现象]（1）

（2）。

（3）取出盐桥，指针回到零点，说明盐桥起了沟通电路的作用。

锌片：反应；

铜片：反应

总反应式：

[思考]根据铜锌原电池的组成，如何利用一个现有氧化还原反应设计成为原电池？

二、设计原电池

设计原理：

[例题1]根据下列氧化还原反应，设计原电池，指出正负极，写出电极反应。

① Cu+2Fe3＋==2Fe2＋+Cu2＋

② 2Fe3＋+2I-==2Fe2＋+I2

[例题2]在理论上不能用于设计原电池的化学反应是

A.HCl ＋NaOH====NaCl ＋H 2O △H ＜0

B.2CH 3OH （1）＋3O 2（g ）??→

?点燃

2CO 2（g ）＋4H 2O （1） △H ＜0 C.4Fe （OH ）2（s ）＋2H 2O （1）＋O 2（g ）====4Fe （OH ）3（s ） △H ＜0

D.2H 2（g ）＋O 2（g ）＝2H 2O （1） △H ＜0

[课堂练习]

1.家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应

A.4Fe(OH)2＋2H 2O ＋O 2===4Fe(OH)3

B.2Fe ＋2H

2O ＋O 2===2Fe(OH)2

C.2H 2O ＋O 2＋4e －===4OH －

D.Fe －3e －===Fe 3＋

2.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首

（ ）

A.

B.

C.

D.

3.铁棒与石墨棒用导线连接后浸入0.01 mol ·L －1

A.铁棒附近产生OH －

B.

C.石墨棒上放出Cl 2

D.石墨棒上放出O 2

4.某原电池总反应的离子方程式为2Fe 3＋＋Fe===3Fe 2＋，不能实现该反应的原电池组成是

（ ）

A.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl

3

B.正极为碳，负极为铁，电解质溶液为Fe(NO

3)3

C.正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe

2(SO 4)3

D.正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO

4

5.以下现象与电化腐蚀无关的是 （ ）

A.

B.

C.铁质器件附有铜质配件

D.

6.据报道，美国正在研究的新电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，它具有容量大等优点，其

电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气，则下列叙述正确的是（）

A. B.负极反应为Zn－2e－===Zn2＋

C. D.

7.如右图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使

之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO

4

（1）片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈）。

A. B.

C. D.

（2）产生上述现象的原因是。

第二节化学电源

学习目标：

1.通过查阅资料知道常见化学电源的种类及其工作原理。

2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。

教学重点、难点：知道常见化学电源的种类及其工作原理。

课时划分：一课时

教学过程：

[学与问]在日常生活中，你用过那些电池？你知道电池的其它应用吗？

[交流结果]干电池、蓄电池、纽扣电池、燃料电池，电池可用于照明、电动车动力、手机电源、手表电源等。

化学电池是。

化学电源的分类：。

电池与其他能源相比，其优点有那些？

图4-2电池及其用途

[问题]面对许多原电池，我们怎样判断其优劣或适合某种需要？

一、一次电池

1、碱性锌锰干电池：

负极（锌筒）：Zn +2OH－—2e—= Zn（OH）2；

正极（石墨）：2MnO2+2H2O+2e－= 2MnOOH+2OH－

电池的总反应式为：Zn +2MnO2+2H2O= 2MnOOH+ Zn（OH）2

优点：比普通锌锰干电池好，比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电，是民用电池更新换代产品。

2、银锌电池：

负极：Zn +2OH－—2e—= Zn（OH）

；

2

正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-

银锌电池充电和放电的总化学方程式为：

Zn+Ag2O+H2O 2Ag+ Zn（OH）2

正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。优点：比能量大、电压稳定、储存时间长，适用于小电流和连续放电，常制成微型电池或纽扣电池等，如电子表或计算器上的电池。

[练习1]锂电池是新一代的高能电池，它以质轻、高能而受到普遍重视．目前已经研制成功了多种锂电池．某种锂电池的总反应可表示为：Li＋MnO2＝LiMnO2．若该电池提供5库仑(C)电量(其他损耗忽略不计)，则消耗的正极材料的质量约为(相对分子质量和

相对原子质量Li：7，MnO2：87，电子电量取1.60×10－19C)

A．3.5×103g B．7×10-4g C． 4.52×10-3g D．4.52×10-2g

[练习2]1958年世界上第一个心脏起搏器在瑞典植入人体成功，使用寿命长达

10年之久．这种能源起搏器中安装了寿命最长、可靠性最高的锂—碳电池．这种电

池容量大，电压稳定，能在－56.7～71.1℃温度范围内正常工作，现已在火箭、移动

电话、笔记本电脑中广泛使用．它采用锂和石墨作电极，四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解

在亚硫酰氯中(SOCl2)组成电解质溶液．电池总反应为：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3

＋2S．

（1）此电池中________作负极，电极反应为________，________作正极．

（2）该电池用于心脏起搏器时，在生理上的作用是_______ 。

二、二次电池

铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极

板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两

极间用橡胶或微孔塑料隔开。

1、铅蓄电池

负极：Pb-2e-+SO42－=PbSO4

正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

蓄电池充电和放电的总化学方程式为：

Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O

当放电进行到硫酸的浓度降低，溶液的密度达到1.18g/cm3时应停止使用，需充电，充电时起电解池的作用。

资料：随着人们生活水平的提高和现代化通信业的发展，人们使用电池的机会愈

来愈多，手机、寻呼机、随身听、袖珍收音机等都需要大量的二次电池作电源。可重

复充电使用的二次电池市场主要包括镍镉、镍氢、锂离子和铝箔包装的锂高分子电池

等4种。

三、燃料电池

按电解质划分，燃料电池大致上可分为五类：碱性燃料电池（AFC）、磷酸型

燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和质

子交换膜燃料电池（PEMFC）。

氢氧燃料电池。（碱性）

电极反应：

负极：2H 2+4OH ——4e —=4H 2O

正极：O 2+2H 2O+4e —=4OH —

电池的总反应为：2H 2 + O 2 = 2H 2O

[练习3]新型燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH 溶液中作电极，又在两极上分别

通甲烷和氧气。写出电极反应式：

废旧电池中含有汞、铅、镉、镍等重金属及酸、碱等电解质溶液，对人体及生态环境有

不同程度的危害。如当成资源，加以回收利用，即可减少对环境污染，又可节约能源。

[课堂练习]

1．据报道，美国正在研究的锌电池可能取代目前广泛使用的铅酸蓄电池，锌电

池具有容量大，污染少等优点，电池反应为2Zn ＋O 2＝2ZnO ，原料为锌粒、电解液和

空气．下列叙述正确的是

A ．锌为正极，空气进入负极反应

B ．负极反应为：Zn －Ze -＝Zn 2+

C ．正极发生氧化反应

D ．电解质溶液肯定不是酸溶液

2．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用

（1）目前常用的镍（Ni ）镉（Cd ）电池，其电池总反应可表示为：

已知22)OH (Cd Ni(OH)和均难溶于水但溶于酸，以下说法正确的是

①以上反应是可逆反应 ②以上反应不是可逆反应

③充电时化学能转化为电能 ④放电时化学能转化为电能

A ．①③

B ．②④

C ．①④

D ．②③

（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍电池可以使一

平方米面积耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为

_____________。

（3）另一种常用的电池是锂电池（锂是一种碱金属元素，其相对原子质量为7），由

于它的比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大而广泛应用于心脏起搏器，

一般使用时间可达十年。它的负极用金属锂制成，电池总反应可表示为：

22LiMnO MnO Li ?→?+

试回答：锂电池比容量特别大的原因是_____________。锂电池中的电解质溶液需用

非水溶剂制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因。

第三节电解池

学习目的

1.知道电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2.学生记住氯碱工业、电镀工业、电冶金工业的化学原理。

教学重点、难点：电解原理

课时划分：两课时

教学过程

第一课时

一、电解原理

1、电解原理

［实验４—2］（将Ｕ型管改为小烧杯），并观察、记录实验现象。

现象阴极：。

阳极：。

两极产物阴极——阳极——

［小结］电解质溶液在导电过程中有新物质产生，是化学变化。

叫做电解池或电解槽。

２、电解池的两极

电解池的两极是由与之相连的电源电极决定的。

阴极：。（发生还原反应）

阳极：。（发生氧化反应）

３、电解池中的电子的移动方向

电源负极→电解池阴极→电解液中的阳离子（被还原）

电解池中阴离子（被氧化）→电解池阳极→电源正极

［提问］CuCl2溶液中存在的离子有哪些？

［设疑］为什么电解时，只有Cu２＋和Cl－放电呢？

离子的放电顺序

阳离子：Ag+＞Hg2＋＞Cu2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋＞Al3＋＞Na＋＞K＋

阴离子：S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根

电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里氧化性最强的阳离子和还原性最强的阴离子。

原电池和电解池知识总结比较表

第二课时

练习：

一、用惰性电极电解下列电解质溶液，请你分析下列问题（注意得失电子的顺序）

1、CuCl2

阴极：阳极

总方程式：电解质浓度，pH 电解对象：，要把电解质溶液复原，加。

2、HCl:

阴极：阳极

总方程式：电解质浓度，pH 电解对象：，要把电解质溶液复原，加。

小结：经过总方程式发现以上两个电解池反应的电解对象都是，这一类电解反应称为电解电解质型

3、NaCl：

阴极：阳极

总方程式：电解质浓度，pH 电解对象：，要把电解质溶液复原，加。

小结：经过总方程式发现该电解池反应的电解对象是，这一类电解反应称为放H2生碱型。

4、CuSO4

阴极：阳极

总方程式：电解质浓度

总方程式：电解质浓度，pH 电解对象：，要把电解质溶液复原，加。

小结：经过总方程式发现该电解池反应的电解对象是，这一类电解反应称为放O2生酸型。

5、NaOH:

阴极：阳极

总方程式：电解质浓度，pH 6、H2SO4:

阴极：阳极

总方程式：电解质浓度，pH 7、Na2SO4:

阴极：阳极

总方程式：电解质浓度，pH

小结：经过总方程式发现以上三个电解池反应的电解对象都是，要把电解质溶液复原，加。这一类电解反应称为电解水型。

二、电解原理的应用：

1、氯碱工业：电解制、和。

电极反应方程式：

阳极：

阴极：

总方程式

该电解池中阳极用电极（金属、惰性）

2、电镀：

电镀时，通常把作阴极，把作阳极，

用含有作电镀液。

3、铜的精炼

电解时，通常把作阴极，把作阳极，

用含有作电镀液。

粗铜中的多数杂质沉积在电解槽底部，形成

4、电冶金

对于、、、这样活泼的金属，工业上用电解法冶炼。

工业上用电解的方法制取金属钠，方程式

工业上用电解的方法制取金属镁，方程式

工业上用电解的方法制取金属铝，方程式

练习：电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y 是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：

（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则

①电解池中X极上的电极反应式为。在X 极附近观察到的现象是。

② Y电极上的电极反应式为，检验该电极反应产物的方法是。

（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则

① X电极的材料是，电极反应式是。

② Y电极的材料是，电极反应式是。（说明：杂质发生的电极反应不必写出）

[课堂练习]

1.如下图所示两个装置中，溶液体积均为200 mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.1 mol·L－1，工作一段时间后，测得导线上通过0.02 mol电子，若不考虑盐水解和溶液体积的变化，则下列叙述正确的是

A. B.

C.溶液的pH

D.

①阳极：4OH －－4e －===2H 2O ＋O 22H ＋＋2e －===H 2

2.甲、乙两个电解池均以Pt 为电极，且互相串联，甲池盛有AgNO 3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池中电极质量增加2.16 g ，乙池中电极上析出0.64 g

A.C ｕSO 4

B.MgSO 4

C.Al （NO 3）3

D.Na 2SO 4

3.用石墨电极电解100 mL H 2SO 4与CuSO 4的混合溶液，通电一段时间后，两极均收集

到2.24 L 气体（标准状况），则原混合溶液中Cu 2＋

A.1 mol ·L －1

B.2 mol ·L －1

C.3 mol ·L －1

D.4 mol ·L －1

4.用惰性电极电解V L ＭSO 4的水溶液，当阴极上有m ｇ金属析出(阴极上无气体产生)时，阳极上产生ｘ L 气体(标准状况)，同时溶液的pH 由原来的6.5变为2.0(设电解前后溶液体积不变)。则M

A.V m 100

B.V m 200

C.x m 4.22

D.x

m 2.11 5.用Pt 电极电解C ｕCl 2溶液，当电流强度为a A ，通电时间为ｔ ｍｉｎ时，阴极质量增加ｍ ｇ，阳极上生成标准状况下纯净气体V L ，电极上产生的气体在水中的溶解忽略不计，且以ｑ表示1个电子的电量，Ｍ表示铜的相对原子质量，则阿伏加德罗常数可表示为 A.Vq at 672 B.Vqm at 64 C.mq Mat 60 D.不能确定

第四节 金属的电化学腐蚀与防护

学习目标：

1.能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害。

2.通过实验探究防止金属腐蚀的措施。

教学重点：电化腐蚀的原因．

教学难点：析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式．

课时划分：一课时

教学过程

一、金属腐蚀

金属腐蚀：的过程。

金属腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀

1、化学腐蚀：

特点：无电流生成，生活中少见。

2、电化学腐蚀

电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。特点：有电流生成，生活中常见。

钢铁的电化学腐蚀包括吸氧腐蚀与析氢腐蚀：

吸氧腐蚀与析氢腐蚀：发生条件、正负极反应、总反应。

[实验4-3]将经过酸洗除去铁锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中，观察导管中水柱变化，并思考原因？

[现象及解释]导管内水柱上升，因为发生了吸氧腐蚀，试管内空气减少。

3、化学腐蚀与电化腐蚀的对比

（1）本质：相同：金属原子失电子而被氧化

M – ne == M n+

(2) 腐蚀过程不同：

（3）相互关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。

二、金属的电化学保护

电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。

1、牺牲阳极的阴极保护法

牺牲阳极的阴极保护法是将比被保护金属活泼的金属或合金固定在被护金属上，形成原电池，被保护金属作为正极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。如闸门、轮船连上锌块或锌皮等。

2、外加电流的阴极保护法

将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。

3、金属防护的其它方法：

[课堂练习]

1．把a、b、c、d4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成几个原电池。若a、b相连时a为负极；c、d相连时电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡；

b、d相连时b上有大量气泡产生；则四种金属的活动性顺序由强到弱为： .

2．烧过菜的铁锅未及时洗去含有NaCl的残液，过一段时间便出现红棕色的铁锈斑点，已知该锈斑为Fe(OH)3失水的产物。表示Fe(OH)3生成的电极反应式、离子方程式和化学方程式分别为；（1）负极，正极；（2）；（3）。

3.有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠人体内血液种含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。它的两极电极反应式分别为：。