1、1化学能与电能的转化温故知新新知预习一、原电池的工作原理1.原电池工作原理原电池是把_能转化为_能的装置。原电池原理是把_进行，还原剂在_极上失去电子发生_反应，电子通过导线流向_极；氧化剂在_极上得到电子发生_反应。2.原电池的构成条件_；_；_。3.原电池下图是_装置，a 是_，b 是_。外电 路电子由_通过导线流向_；内电路_离子向 a 极移动，_离子向 b 极移动。请分别写出电极反应式和总反应方程式。a 极：_，b 极：_总反应方程式：_二、化学电源1.根据原电池的反应原理，人们设计和生产了多种化学电源，包括_、_和_等。常见的银锌钮扣电池属于_（填类别） ，其特点是_。常见的蓄电池属
2、于_（填类别）又叫_。其特点是：_。2.碱性锌锰电池负极是_，正极是_，电解质是_。电极反应为：负极：_，正极：_总反应式：_ _。3.铅蓄电池是常见的_，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有_，负极板上覆盖有_，电解质是_。放电时电极反应为：负极：_，正极：_放电时总反应式：_。三、电解池的工作原理及应用1.电解的概念在_作用下，在两个电极上分别发生_和_的过程叫电解。22.电解池的概念借助于电流引起_的装置，也就是把_转化为_的装置叫电解池，也可叫电解槽。3.电解池的构成条件（1）_。（2）两个固体电极，与电源正极相连的叫_，与电源负极相连的叫_。（3）_。4.电极反应（1）电极上
3、进行的_叫做电极反应。（2）阳极发生_反应，阴极发生_反应。（3）电解熔融 NaCl 时的电极反应式为阳极：_（氧化反应）阴极：_（还原反应）知识回顾知识链接1.氧化还原反应氧化反应：简称氧化，物质（分子、原子或离子）失去电子或电子对偏离的反应。在氧化反应中物质所含的元素化合价升高，这是判断氧化反应的依据。还原反应：简称还原，物质（分子、原子或离子）得到电子或电子对偏向的反应。在还原反应中物质所含的元素化合价降低，这是判断还原反应的依据。2.金属还原性的强弱判断金属还原性的强弱与金属在周期表中的位置有关，在同一周期中，左边的金属比右边的金属还原性强，对应离子的氧化性则较弱；在同一主族中，下边的
4、金属比上边的金属还原性强，对应离子的氧化性则较弱。另外一个判断金属还原性强弱的方法就是看金属在金属活动顺序表中的位置，越左边的金属还原性越强，对应离子的氧化性越弱。从实验中判断的依据是与水或酸反应越容易、越剧烈的金属的金属性越强，金属最高价氧化物对应的水化物的碱性越强，金属的金属性就越强。3.电解质溶液（1）电解质：在溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。常见物质有：金属氧化物、酸、碱、盐、H 2O（2）非电解质：在溶液中或熔融状态下不能导电的化合物。常见物质有：大多数有机物，大多数非金属氧化物。（3）强电解质：在水溶液中完全电离的电解质。常见物质有；强酸、强碱和绝大部分盐。（4）弱电解质：在水
5、溶液中部分电离的电解质。常见物质有：弱酸、弱碱、少部分盐（如 HgCl2、 （CH 3COO） 2Pb） 。4.电解质导电的实质电解质溶液是靠自由移动的离子导电；熔融态电解质的导电也是靠阴、阳离子。背景链接海洋电池简介3海洋电池，是以铝合金为电池负极，金属（Pt、Fe）网为正极，用取之不尽的海水为电解质溶液，它靠海水中的溶解氧与铝反应产生电能的。我们知道，海水中只含有 0.5%的溶解氧，为获得这部分氧，科学家把正极制成仿鱼鳃的网状结构，以增大表面积，吸收海水中的微量溶解氧。这些氧在海水电解液作用下与铝反应，源源不断地产生电能。海洋电池，以海水为电解质溶液，不存在污染，是海洋用电设施的能源新秀。
6、互动课堂疏导引导知识点 1：原电池的工作原理1.原电池的判定（1）先分析有无外接电源，无外接电源才有可能为原电源；然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：看电极两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极） ；看溶液两极插入电解质溶液中；看回路形成闭合回路或两极直接接触；看本质有无氧化还原反应发生。（2）多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看作电解池。2.原电池正、负极的判定（1）由两极的相对活泼性确定：相对活泼性较强的金属为负极（一般地，负极材料与电解质溶液要发生反应） ，相对活泼性较差的金属或导电的非金属为正极。如 MgAlHCl 溶
7、液构成的原电池中，负极为 Mg；但MgAlNaOH 溶液构成的原电池中，负极为 Al。 （思考：AlCuHCl，AlCu 浓 HNO3溶液构成的原电池中的负极分别是什么？）（2）由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，则此电极为负极；若某一电极上有气体产生，电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，则此电极为正极，燃料电池除外。如：ZnCCuSO 4溶液构成的原电池中，C 电极上会析出紫红色固体物质，则 C 为此原电池的正极。（3）根据某些显色现象确定：一般可以根据电极附近指示剂（石蕊、酚酞、湿润的淀粉等）的显色情况来分析推断该电极发生的反应情况，是氧化反
8、应还是还原反应，是 H+还是 OH-或 I-等放电，从而确定正、负极。3.电极反应式的书写（1）负极：负极电极是还原材料失去电子被氧化发生氧化反应。（2）正极：正极电极反应要分析电极材料的性质；若电极材料是强氧化性材料，则是电极材料得电子被还原，发生还原反应；若电极材料是惰性的，再考虑电解质溶液中的阳离子是否能与负极材料反应，能则是溶液中的阳离子得电子，发生还原反应；若不能与负极材料反应，则考虑空气中的氧气，由氧气得电子，发生还原反应。（3）原电池反应：电解质溶液中，正负极上发生的两极反应的电子得失要相等，或直接写电极材料与电解质溶液间发生的氧化还原反应。综上所述：负极 氧化反应 失去电子的反
9、应正极 还原反应 得到电子的反应4.原电池的设计方法以氧化还原反应为基础，确定原电池的正负极、电解质溶液及电极反应，参考 ZnCuH2SO4原电池模型处理4问题。如根据反应 Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2设计一个原电池。即 Cu 作负极，C（或 Pt）作正极，FeCl3作电解质溶液，负极反应 Cu-2e- Cu2+，正极反应为 2Fe3+2e- 2Fe2+。 知识点 2：化学电源1.一次电池与二次电池有何不同一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了；如普通的锌锰电池，碱性锌锰电池等都是一次电池。二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性
10、物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电池等。2.一次电池（1）锌银电池锌银电池的负极是锌，正极是 Ag2O，电解质是 KOH，其电极反应为：负极：Zn+2OH -2e-=ZnO+H2O正极：Ag 2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应方程式：Zn+Ag 2O=2Ag+ZnO在使用过程中，电池负极区溶液 pH 减小。特点：此种电池能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。（2）锂电池锂电池用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl 4）溶解在亚硫酰氯（SOCl2）中组成。锂电池的主要反应为：负极：8Li-8e - 8Li+正极：3SOCl 2+8e-
11、 +2S+6Cl-23SO总反应式为：8Li+3SOCl 2=6LiCl+Li2SO3+2S特点：锂电池是一种高能电池，具有质量轻，电压稳定，工作效率高和贮存寿命长的优点。3.二次电池铅蓄电池的特点是：电压稳定使用方便、安全、可靠，又可以循环使用。规律小结：电化学上把发生氧化反应的电极叫做阳极，发生还原反应的电极叫做阴极。4.燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能转换成电能的化学电池。燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应，只是一个催化转化元件。它工作时，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，于是电池就连续不断地提供电能。CH4燃料电池用导线相连的
12、两个铂电极插入 KOH 溶液中，然后向两极分别通入 CH4、O 2。负极：CH 4+10OH-8e- +7H2O3C正极：2O 2+4H2O+8e- 8OH-总离子方程式：CH 4+2O2+2OH-= +3H2O35特点：能量转化高，可持续使用，无噪音，不污染环境。规律小结：负极 氧化反应 还原剂正极 还原反应 氧化剂知识点 3：电解池的工作原理及应用1.电解池的工作原理（1）电解的原理我们已知道，离子在电场中的定向移动是电解质溶液和熔融电解质导电的原因。在电场作用下，熔融氯化钠中的 Na+和 Cl-分别移向与电源负极和正极相连的电极。与电源负极相连的电极带有负电荷，Na +在这个电极上得到电
13、子，被还原成钠原子：Na+e- Na而与电源正极相连的电极带有正电荷，Cl -将电子转移给这个电极，自身被氧化为氯原子，最终生成氯气：2Cl- Cl2+2e -将两个电极上所发生的反应组合起来，就是电解氯化钠制备金属钠的化学反应：2NaCl 2Na+Cl2 通 电 这种在直流电的作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。在电解过程中，电源向反应体系提供电能，电能转化成化学能而“储存”在反应物中。这种将电能转化为化学能的装置叫做电解池。电解池由直流电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质组成。（2）电解质导电的实质对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导
14、线流入电解池的阴极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融状态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融态电解质） ，所以电解质溶液（或熔融态电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。（3）电解时电极产物的判断阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极（除 Au、Pt、石墨以外的材料作电极） ，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极（Pt、Au、石墨） ，则要再看溶液中阴离
15、子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子放电顺序：S 2-I -Br -Cl -OH -含氧酸根（ 、24SO等）F -。3NO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 +Hg 2+Fe 3+Cu 2+H +（H +浓度较大时）Pb 2+Sn 2+Fe 2+Zn 2+H +（H +浓 度较小时）Al 3+Mg 2+Na +Ca 2+K +（4）电解池中电极反应式和总反应式的书写阳极电子流出失去电子发生氧化反应阴极电子流入得到电子发生还原反应根据给出的两个电极反应式，写出总反应式6方法：使两个电极反应式得、失电子数相等后，将两式相加，消去相同化学式即可。给
16、出总反应式，写出电极反应式书写电极反应式的步骤一般分为四步：列物质、标得失；选离子、配电荷；配个数、巧用水；两式加、验总式。2.电解的应用（1）电解熔融盐制活泼金属如金属钠、铝的制取。（2）电解精炼，如：精炼铜。（3）电镀。（4）电解食盐水制烧碱。知识点 4：电解池的应用1.电解饱和食盐水来制造烧碱、氯气和氢气反应原理阳极（放电顺序：Cl -OH -）：2Cl - Cl2+2e -（氧化反应）阴极（放电顺序：H +Na +）：2H +2e- H2（还原反应）在上述反应中，由于 H+在阴极上得到电子而生成 H2，破坏了阴极附近水的电离平衡，促进了水继续电离，结果在阴极区溶液里 OH-的浓度增大而
17、呈碱性。总反应式：2NaCl+2H 2O 电 解 2NaOH+H2+Cl 22.电镀（1）定义：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。（2）电镀池的组成：待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液（即电镀液） 。（3）电镀时，理论上电解质溶液的浓度保持不变。3.电解精炼电解精炼铜时，用纯铜极作阴极，粗铜极作阳极，用 CuSO4(或 CuCl2)溶液作电解液，当通以直流电时，粗铜逐渐溶解，在阴极上析出纯铜，粗铜中的多数杂质（阳极泥）沉积于电解槽底部。这样可得纯度达 99.95%99.98%的铜。电极反应式为阳极：Cu Cu2+2e-阴极：u 2+
18、2e- Cu知识点 5：原电池和电解池的比较装置 原电池 电解池实例原理 使氧化还原反应中电子的转移做定向移动，从而形成电流。这种把化学能 使电流通过电解质溶液在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。这种7转变为电能的装置叫做原电池 把电能转变为化学能的装置叫做电解池形成条件 两个电极；电解质溶液；形成闭合回路；自发发生氧化还原反应 电源；电极（惰性或非惰性） ；电解质（水溶液或熔化状态）电极名称由电极本身决定：正极：流入电子，发生还原反应负极：流出电子，发生氧化反应由外电源决定：阳极：连电源正极阴极：连电源负极电子流向 负极流向正极阳极 电源正极 e阴极 电源负极 电流方向 正极流向负极
19、阳极 电源正极 I阴极 电源负极 I电极反应负极：Zn-2e - Zn2+(氧化反应)正极：2H +2e- H2（还原反应）阴极：Cu 2+2e- Cu（还原反应）阳极：2Cl -2e- Cl2（氧化反应）能量转化 化学能电能 电能化学能应用 防止金属的电化学腐蚀；实用电池电解食盐水（氯碱工业） ；电镀（镀铜） ；电冶（冶炼 Na、Mg、Al） ；精炼（精铜）活学巧用1.在下图 4 个装置中，属于原电池的是（ ）解析：构成原电池要有四个基本条件：电解质溶液；两个电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼。两个电极直接或间接地连接在一起，并插入电解质溶液中；能自发地发生氧化还原反应；形成闭合电
20、路。答案：D点评：构成原电池的四个基本条件是相互联系的，不能孤立、片面地看待其中任何一个。在四个基本条件中，氧化还原反应是其核心。判断某装置是否为原电池，要以构成原电池的基本条件为标准判断，不能仅凭装置的外形下结论。构成原电池的基本条件，还是进行原电池设计的基本依据。2.有 A、B、C、D 四种金属，将 A 与 B 用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B 不易腐蚀。将 A、D 分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D 比 A 反应剧烈。将铜浸入 B 的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入 C 的盐溶液里，有金属 C 析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是_。解析：根据原电池原理：活泼金属作负极，被腐
21、蚀，所以 A、B 中活泼性 AB;A、D 与等浓度盐酸反应时8D 比 A 剧烈，所以 DA;铜与 B 的盐溶液不反应，而与 C 反应置换出 C，说明活泼性 BC。即答案为DABC。答案：DABC点评：本题旨在应用原电池原理，判断金属活动性的强弱。解此类题首先要明确判断金属活动性的方法，抓其规律，中学阶段主要有以下几条：应用原电池原理，作负极的金属的活动性比作正极的金属强；与同浓度同种酸反应，反应剧烈的活泼性强；金属之间的置换，即金属活动顺序；依据元素在元素周期表中的位置。学生应学会从多个角度比较判断金属单质金属性的强弱，理清思路，要培养解决综合性题目的能力，减少失误。3.选择适宜的材料和试剂设
22、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式。解析：根据形成原电池的条件，必须选择两个电极和电解质溶液。在反应 2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2中，Cu 是被氧化的，应该是电池的负极上发生的反应，Cu 作负极材料最适宜，而正极只能是不如 Cu 活泼的金属（如 Ag、Pt）或碳棒；Fe 3+在正极上被还原，所以应选 FeCl3的溶液作电解质溶液，最后再选择盐桥。答案：原电池示意图如下：正极：2Fe 3+2e- 2Fe2+负极：Cu Cu2+2e-4.用两根铂丝作电极插入 KOH 溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧
23、气，可形成原电池燃料电池，该电池放电时发生的反应为 CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O，下列说法错误的是（ ）A.通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极B.放电时，通入 O2一极附近溶液的 pH 升高C.放电一段时间后，KOH 的物质的量不发生变化D.通甲烷极的电极反应式是：CH 4+10OH-8e- +7H2O3C解析：原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，由总反应式知，此燃料电池的电极反应式是：正极：2O 2+4H2O+8e- 8OH-;负极：CH 4+10OH-8e- +7H2O。由此可见 A、B、D 正确，错误的3为 C。答案：C点评：本题将原电池原理与化学电源放电原
24、理结合在一起，也是一道理论与实践相结合的题目。5.(2005 山西太原测试题)电工操作中规定不能把铜线和铝线拧在一起连接线路，这是因为（ ）A.延伸性相差大，易折断 B.铝线上的氧化膜电阻大9C.铝线很快被腐蚀 D.电阻率不同拧在一起要发热解析： 铝、铜拧在一起发生原电池腐蚀，铝作负极，易被腐蚀。答案：C6.阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池总反应为：2H 2+O2=2H2O，电解质溶液为 KOH 溶液，其电极反应式分别为：负极_，正极_。若电解质溶液改为稀 H2SO4，其电极反应式分别为：负极_，正极_。解析：电解质溶液为碱性，在书写电极反应式时可出现 OH-，但不能出现 H+；同
25、时，电解质溶液为酸性，在书写电极反应式时可出现 H+，但不能出现 OH-。答案：H 2-2e-+2OH- 2H2OO2+2H2O+4e- 4OH-H2-2e- 2H+O2+4e-+4H+ 2H2O点评：根据原电池总反应方程式解答问题的一般步骤：据总反应方程式中物质的存在形式，判定电解质溶液的酸碱性，并写出较易书写的负极的电极反应式。书写时应注意：酸性电解质溶液，电极反应式中不要出现 OH-，碱性电解质溶液，电极反应中不要出现H+。据电池总反应方程式和负极反应的电极反应式，写出正极的电极反应式。据电极反应方程式回答相关问题。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
26、 电极质量增加 D.电解过程中，氯离子浓度不变解析：电流从电源的正极流出，故 a 为电源的正极，b 为负极；与电源正极相连的 c 为阳极，与电源负极相连的 d 为阴极。 A、B 均不正确。在电解过程中，因 Cu2+是阳离子，移向阴极 d，在阴极放电析出 Cu，所以 d 电极质量增加；Cl -是阴离子，移向阳极 c，在阳极放电析出 Cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。故 C 对，D 错。答案： C7.如下图所示是电解 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，
27、氯离子浓度不变解析：电流从电源的正极流出，故 a 为电源的正极，b 为负极；与电源正极相连的 c 为阳极，与电源负极相连的 d 为阴极。A、B 均不正确。在电解过程中，因 Cu2+是阳离子，移向阴极 d，在阴极放电析出 Cu，所以 d 电极质量增加；Cl -是阴离子，移向阳极 c，在阳极放电析出 Cl2，会导致溶液中氯离子浓度降低。故 C 对，D 错。10答案：C8下列关于铜电极的叙述中正确的是（ ）A.铜锌原电池中铜是负极B.用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极C.在铁上电镀铜时用铜作阴极D.电解稀硫酸时用铜作阳极，阳极产物为氧气解析： 在原电池中，活泼金属失去电子作负极，故铜锌原电池中，锌作负极，
28、铜作正极；在电解池中，粗铜作阳极，失电子溶解。电镀池可看作电解池的一种（精炼铜时就可以看作电镀池） ，在电镀池中用待镀金属作阳极，镀件作阴极。答案： B9.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解析： 电解食盐水时发生的反应：阳极：2Cl -2e- Cl2阴极：2H 2O+2e- H2+2OH -总反应：2NaCl+2H 2O=2NaOH+H2+Cl 2对照分析选项，A 错误；
29、阳极附近的溶液中会溶有少量的 Cl2，滴加 KI 溶液后发生反应：Cl 2+2I-=I2+2Cl-，溶液呈棕色，B 正确；阴极附近产生大量的 OH-，滴加酚酞后变红色，C 错误；电解后生成NaOH，溶液呈碱性，D 错误。答案： B10.用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（ ）A.电解稀硫酸溶液，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 12D.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 11解析： 电解稀 H2SO4，实质是电解水，因溶剂减少，H 2SO4浓度将增大，故溶液的 pH 变小；电解稀 NaOH溶液，虽然 OH-在阳极放电，但 H+同时也在阴极放电，其实质同样是电解水，溶液的浓度也将变大，故溶液的 pH 变大；电解 Na2SO4溶液，其实质也是电解水，在阴极和阳极分别析出 H2和 O2，二者的物质的量之比为 21，而非 12，电解 CuCl2溶液，在阴、阳两极上分别析出 Cu 和 Cl2，二者的物质的量之比为11。答案： D11.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使 Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如右图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（ ）
