自主学习导学案.

学生自主学习导学案
课题：电化学基础年级：高二科目：化学主编教师：审核教师：时间：2014.11.11
学习目标1、了解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电极反应方程式。

2、了解化学电源的分类，会写常见化学电源的电极反应式。

3、了解电解池的原理及应用，知道一般情况下的电极放电顺序。

4、理解电镀、电解精炼铜原理，会写电极反应式。

5、了解金属的两种常见电化学腐蚀及原理，掌握金属的防护方法。

6、掌握电化学中的一般计算方法。

重
点
原电池、电解池的工作原理及其应用。

难
点
电极反应方程式和电极反应式的书写。

自主学习基础知识整理：
研究化学能与电能相互转化的装置、过程和效率的科学，叫做__________。

一、回顾：原电池的组成
1. 原电池是转化为的装置，其本质是反应。

2. 原电池结构。

指出内外电路的位置并写出有关电极反应式
总反应方程式：
3. 相关概念
1）电路外电路电子流向
电流方向
内电路阴离子流向
阳离子流向
2）电极正极
负极
4. 练习：
1）下列哪几个装置能形成原电池？
自
主
学
习
3）某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是
A.Mg
B.Fe
C.Al
D.Cu
4）由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH
A.不变B先变大后变小C逐渐变大 D.逐渐变小
5）把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。

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的为
A．a > b > c > d B．a > c > d > b
C．c > a > b .> d D．b > d > c > a
一、进一步探究原电池的工作原理
课本74页实验4-1
实验现象：
盐桥的作用：
电极反应式负极：
正极：
总反应（离子方程）
讨论：
写出以下原电池的电极反应式和总反应式
Fe
Cu
FeSO4CuSO4
[逆向思维] 思考如下问题，通过讨论回答。

w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
1、总方程式对你有什么用处？你利用它能首先确定什么? 之后呢？
4、电解质溶液和电极材料的选择
电解质溶液一般要能够与发生反应。

但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的
电池的电极材料需要能
三、原电池的主要应用：
1. 比较金属活动性强弱
例1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强
2.比较反应速率（加快化学反应速率）
例2：下列制氢气的反应速率最快的是
A. 纯锌和1mol/L 硫酸；
B. 纯锌和18 mol/L 硫酸；
C. 粗锌和1mol/L 盐酸；
D. 粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。

3. 比较金属腐蚀的快慢（金属腐蚀的防护）
例3：下列各情况，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
4. 判断溶液pH值变化
例4：在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为mol,溶液的pH值变_________？（溶液体积变化忽略不计）
5.制作化学电源
四、化学电源
化
学
电
源
分
类
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
放电
充电
1、一次电池（又称干电池）
如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。

（1）碱性锌锰电池，电解质是KOH ，其电极反应：
负极（Zn ）： 正极（MnO 2）： 总反应： （2）锌银电池的负极是Zn ，正极是Ag 2O ，电解质是KOH ，其电极总反应如下：
Zn + Ag 2O = ZnO + 2Ag
则：负极( )：
正极( )：
2、二次电池（又称充电电池或蓄电池） 如：铅蓄电池。

反应方程式如下式： Pb (s)+ PbO 2(s) +2H 2SO 4(aq) 2PbSO 4(s) +2H 2O(l) ①其放电电极反应：
负极( )： 正极( )： ②其充电反应是上述反应的逆过程，则电极反应：
（电化学上规定：发生氧化反应的电极为阳极，发生还原反应的电极为阴极）
阴极： 阳极： 由此可以知道，二次电池放电时的阴极就是充电时的
3、燃料电池
燃料电池是一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。

它与一般的化学电源不同，一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包括活性物质，只是一个催化转化元件。

如：氢氧燃料电池。

①中性介质时，电极反应：
负极： 正极： 总反应：
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
②酸性介质时，电极反应：
C C
CH3CH2OH
稀H2SO4
C
C
稀H2SO4
F
C
稀H2SO4
玻璃棒
玻璃棒
稀H2SO4
C
C
程。

所用电流一般为直流电还是交流电较好？！
该过程中能转化为能！这是一个物理过程还是一个化学过程？
过程！
显然：电解质溶液的导电过程就是的过程。

3、电解池：将能转化为能的装置。

构成电解池的条件：
①②
③④
判断下列装置是否属于电解池：
4、原电池与电解池的比较
装置类别原电池电解池
原理（能量转化）使氧化还原反应中电子的
转移做定向移动，从而形
成电流。

把能转化为
能的装置叫原电
池
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。

把能转化为
能的装置叫电解池
举例（图）
形成条件①
②
③电极名称
反应类型
电极反应
装置特征
异
同
是否自发
进行
电子流向
溶液中离
子的移动
六、电解电极反应的分析w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
1.基本原理：
2、放电顺序
阴极上：
由于阴极上要电子，不管阴极材料是金属还是石墨，此时都不能得电子，因此只能是溶液中的得电子。

阳离子氧化性越强就越得电子。

金属越不活泼，对应阳离子氧化性越，越得电子。

由此根据金属活动顺序表，分析下列离子得电子能力的强弱：
金属活动顺序表
Ag+Cu2+H+(酸) Pb2+Fe2+Zn2+H+(水) Al3＋…
、、、等活泼金属阳离子在水溶液中电解时不得电子。

w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
阳极上：
①活性材料作电极时：金属在阳极电子被成离子进人溶液
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序（由难到易）是：
S2－I－Br－Cl－OH－（水或碱）最高价含氧酸根离子F－
3. 电解质溶液电解规律
实例电极反应PH
变化使电解质溶液复原
电解溶剂含氧酸H2SO4阴极：
阳极：强碱NaOH
型活泼金属的含
氧酸盐
Na2SO4
总反应：
电解溶质型无氧酸HCl 阴极：
阳极：
总反应：不活泼金属的
无氧酸盐
CuCl2
阴极：
阳极：
总反应：
溶剂和溶质均被电解型活泼金属的无
氧酸盐
NaCl
阴极：
阳极：
总反应：不活泼金属的
含氧酸盐
CuSO4
阴极：
阳极：
总反应：
4、电极方程式的书写（以电解CuSO4为例）w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
①标出电极名称—阴极或阳极；分析、比较出阴阳极的放电离子
②写出电极方程式：
阳极：；反应类型：反应。

阴极：；反应类型：反应。

阴、阳两极中得、失电子的总数要，每一极上都要满足和守恒，
③两极半反应相加得总方程式；
练习：用石墨电极电解下列电解质溶液，写出其电极反应式（注意得失电子的顺序）
1、ZnSO4:
阴极：阳极
总方程式：
2、KCl
阴极：阳极
总方程式：
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
七、电解原理的应用：
1、氯碱工业：电解制、和。

食盐溶液中，含有的离子包括
根据离子放电顺序：阳离子：
阴离子：
现象：
阳极：
阴极：
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：
电镀定义：
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，粗铜中通常含有（Zn、Fe、Ni、Ag、Au等金属）把作阳极，用含有作电镀液。

电极反应：阳极：阴极：
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
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
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。

②Y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
①X电极的材料是，电极反应式是。

②Y电极的材料是，电极反应式是。

八、金属的电化学腐蚀
1、金属的腐蚀是金属与周围的气体或者液体物质发生而引起损耗的现象。

一般可分为腐蚀和腐蚀。

化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体（如、、等）或非电解质液体（如）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。

如：钢管被原油中的腐蚀，温度越高，化学腐蚀越。

电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时。

会发生反应，的金属失去电子而被。

如在潮湿的空气中生锈。

两种腐蚀往往发生，但腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。

2、化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点：
电化腐蚀化学腐蚀
与直接接触条件不纯金属或合金与接
触
有无电流产
生
本质的金属被氧化金属被氧化
联系
3、电化学腐蚀(以钢铁为例)
4. 影响金属腐蚀快慢的因素
本性：w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
（1）金属的活动性：金属越 ，越容易被腐蚀
（2）纯度：不纯的金属比纯金属跟 腐蚀，如纯铁比钢 腐蚀。

（难、易）
电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越 ，活泼金属被腐蚀得越快。

（3）氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，那么会保护内层金属，如 、
如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如 外因：
介质：环境（腐蚀性气体，电解质溶液）
练习：1、如右图所示，铁处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同的环境中，铁被腐蚀的速率由大到小的顺序
是（填序号） 。

w.w.w.k.s.5.u.c.o.m 九、金属的防护
1、金属的防护
覆盖保护膜如 、 、 等
改变金属的内部结构 如
2. 电化学保护
1）牺牲阳极阴极保护法
原理：形成原电池反应时，让 金属做正极，不反应，起到保护作用；而 金属充当负极，反应受到腐蚀。

2）外加电流阴极保护法
空气 水 Fe C Fe Zn Fe
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
原理：将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使的金属作为阴极，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、海水及水中金属设备的腐蚀。

练习：1.如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观
察
1）若液面上升，则溶液呈性，
发生腐蚀。

电极反应式为;
阳极：
阴极：
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
2）若液面下降，则溶液呈性，
发生腐蚀。

电极反应式为;
阳极：
阴极：
基础过关练习：
1、下列关于原电池的叙述中正确的是( )
Ａ．原电池能将化学能转变为电能
Ｂ．原电池负极发生的电极反应是还原反应
Ｃ．原电池在工作时其正极不断产生电子并经外电路流向负极
Ｄ．原电池的电极只能由两种不同的金属构成
2、下列烧杯中盛放的都是稀H2SO4，在Cu电极上产生大量气泡的是( )
3、锌和足量的稀HCl反应时，加入少量CuSO4固体，下列叙述正确的是
A．反应速率减慢，产生H2的量不变B．反应速率加快，产生H2的量不变C．反应速率不变，产生H2的量增加D．反应速率加快，产生H2的量减少
4、下图容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A．4＞2＞1＞3 B．2＞1＞3＞4
C．4＞2＞3＞1 D．3＞2＞4＞1
5、铅蓄电池效率低，污染大，现在研究用碱性电池代替它，其原料为锌，空气和
注意：要考虑溶液中的离子与电极直接产物之间的反应，写成最终在溶液中的存在形式。

3.电解（镀）池：
阳极：（1）若阳极是由活性材料（除C、Pt、Au等以外的其它金属）做成，阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子；
（2）若阳极是由C、Pt、Au等惰性材料做成，阳极反应则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。

阴离子失去电子能力大小顺序为：I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。

阴极：阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应，阳离子得电子能力大小顺序为：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。

必须注意的是，电镀时通过控制条件，Fe2+和Zn2+得电子的能力强于H+。

三、金属腐蚀快慢规律
①活泼性不同的两种金属构成两个电极,活泼性差别越大,活泼性强的金属腐蚀得越快。

②同种金属中，电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。

四、电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。

不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
①根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

②根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。

③根据关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。

巩固提高练习：
1．下列关于能量转换的认识中不正确的是（）
A．电解水生成氢气和氧气时，电能转化成化学能
B．煤燃烧时化学能主要转变成热能
C．绿色植物光合作用过程中太阳能转变成化学能
D．白炽灯工作时电能全部转变成光能
2．下列关于铜电极的叙述，正确的是（）
A．铜锌原电池中铜是正极
B．用电解法精炼粗铜时铜作阳极
C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极
D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
3．在理论上可用于设计原电池的化学反应是（）
A．2Al(s)十2NaOH(aq)+2H2O(1)＝2NaAlO2(aq)+3H2(g)；△H <O
B．Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)＝BaCl2(aq)+2NH3·H2O(aq)+8H2O(1)；△H >0 C．CaC2(s)+2H2O(1)→Ca(OH)2(s)+C2H2(g)；△H <0
D．FeCl3(aq)十3H2O(1)Fe(OH)3(s)+3HCl(aq)；△H >0
4．在如图所示的装置中，a的金属性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是（）
A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，外电路中，电流从a极到b极
D．a极上发生了氧化反应
5．通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1，则下列表述正确的是( )
A．在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比为1∶1
B．在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C．硝酸亚汞的分子式为HgNO3
D．硝酸亚汞的分子式为Hg2(NO3)2
6．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述不正确的是
A. 放电时负极反应为：Zn－2e-＋2OH-＝Zn(OH)2
B. 充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e-＋5OH-＝FeO42—＋4H2O
C. 放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D. 放电时正极附近溶液的碱性增强
7．下列叙述正确的是
A．在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应
B．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：2
C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1 mol电子转移，则生成1 molNaOH
D ．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
8．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
A ．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B ．当镀锡铁制品的镀层破损时，镶层仍能对铁制品起保护作用
C ．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D ．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
9．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) +SO 42—(aq)= PbSO 4(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 PbSO 4(s)+2e —= Pb(s)+ SO 42—(aq)
10．LiFePO 4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。

电池反应为：FePO 4+Li LiFePO 4，电池的正极材料是LiFePO 4，负极材料是石墨，含Li ＋
导电固体为电解质。

下列有关LiFePO 4电池说法正确的是
A ．可加入硫酸以提高电解质的导电性
B ．放电时电池内部Li ＋向负极移动
C ．充电过程中，电池正极材料的质量减少
D ．放电时电池正极反应为：FePO 4+Li ++e -=LiFePO 4
11．镍镉（Ni —Cd ）可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质
溶液为KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H 2O
放电充电Cd(OH)2
+ 2Ni(OH)2。

有关该电池的说法正确的是
A ．充电时阳极反应：Ni(OH)2 －e — + OH - == NiOOH + H 2O
B ．充电过程是化学能转化为电能的过程
C ．放电时负极附近溶液的碱性不变
D ．放电时电解质溶液中的OH -向正极移动 12．用铜片、银片、Cu (NO 3)2溶液、AgNO 3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO 3的U 型管）构成一个原电池。

以下有关该原电池的叙述正确的是
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极
②正极反应为：Ag ++e -=Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO 3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A ．①②
B ．②③
C ．②④
D ．③④
13．右图是一个化学过程的示意图。

已知甲池的总反应式为：
放电
充电
2CH3OH+3O2+4KOH 2K2CO3+6H2O
（1）请回答图中甲、乙两池的名称。

甲电池是装置，乙池是装置。

（2）请回答下列电极的名称：通入CH3OH的电极名称是，B（石墨）电极的名称是。

（3）写出电极反应式：通入O2的电极的电极反应式是。

A（Fe）电极的电极反应式为，
（4）乙池中反应的化学方程式为。

（5）当乙池中A（Fe）极的质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2mL（标准状况下）
反思与感悟：。