2012届高三化学第一轮复习考点详析：考点5 化学能与电能

考点五化学能与电能

Ⅰ.课标要求

1．能举例说明化学能和电能的转化关系及其应用。

2．认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。

Ⅱ.考纲要求

1．了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。

2．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。

Ⅲ.教材精讲

1．原电池

2．金属的腐蚀（以钢铁腐蚀为例）

4．电解池

5．原电池原理的应用——几种常见化学电源

（1）酸性锌锰干电池

①构造：正极：石墨碳棒；负极：锌皮；电解质溶液：糊状氯化铵。

②电极反应：负极：Zn = Zn2++2e-

正极：MnO2+ NH4+ + e-→MnO(OH) + NH3

电池反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2＝ZnCl2＋2MnO(OH) + 2NH3

（2）碱性锌锰干电池

碱性锌锰干电池与酸性锌锰干电池的区别在于：以氢氧化钾代替氯化铵做电解质。其电极反应如下：

负极：Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e-

正极：2MnO2 + H2O +2e-→Mn2O3 + 2OH-

电池反应：Zn + 2MnO2 + H2O = Zn(OH)2 + Mn2O3

（3）铅蓄电池

①构造：负极：铅；正极：二氧化铅；电解质溶液：硫酸溶液。

②电极反应：

负极：Pb + SO42-→ PbSO4+2e-

正极：PbO2 + 2e- + 4H+ + SO42-→ PbSO4 + 2H2O

电池反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

③优点：铅蓄电池是二次电池，可多次充电，反复利用。

PbO2 + Pb + 2H2SO4放电

充电2PbSO4 + 2H2O

（4）氢氧燃料电池

①构造：负极：氢气；正极：氧气；电解质溶液：氢氧化钾溶液。

②电极反应：

负极：2H2 + 4OH- → 4H2O+4e-

正极：O2 + 4e- + 2H2O → 4OH-

电池反应：2H2 + O2 = 2H2O

③优点：能量利用率高

6．电解原理的应用

（1）电解食盐水

①装置：立体隔膜电解槽

H2

②电解前食盐水的精制

粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-、Fe3+，Fe3+、Ca2+、Mg2+在电解过程中生成Fe(OH)3、Ca(OH)2、Mg(OH)2，

而堵塞石棉隔膜空隙，SO42-影响产品的纯度，所以这些杂质离子必须除去。除去杂质离子的操作及加入试剂的顺序是：

BaCl2——NaOH——Na2CO3——过滤——HCl

或NaOH ——BaCl2——Na2CO3——过滤——HCl

③电极反应

阴极：2H+ + 2e- → H2↑（或2H2O+ 2e- → H2↑+2OH-）

阳极：2Cl- → Cl2↑+ 2e-（或2Cl- - 2e-→ Cl2↑）

④电解反应：

通电

2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH

（2）电解法精炼铜

①粗铜的成分：铜（锌、铁、镍、银、金、铂等）

②电极的连接：粗铜做阳极，和外加电源的正极相连；纯铜做阴极，和外加电源

的负极相连。

③电解液：硫酸铜或硝酸铜溶液

④电极反应

阳极：Cu → Cu2++2e-，Zn→ Zn2++2e-，Ni→ Ni2++2e-

阴极：Cu2+ + 2e-→ Cu

⑤Ag、Au、Pt不发生反应，沉积到阳极底部，叫做阳极泥。

（3）电镀

利用电解原理，在金属表面上镀上一层其它金属或合金的过程叫电镀。

①电极的连接：镀层金属或惰性电极做阳极，和外加电源的正极相连；镀件金属做阴极，和

外加电源的负极相连。如铁上镀铜，铜（或石墨）做阳极，铁做阴极。

②电镀液的选择：选择含有镀层金属离子的溶液做电镀液，如铁上镀铜，选择硫酸铜溶液做

电镀液。

③电极反应：阳极：Cu=Cu2+ +2e-，阴极：Cu2+ +2e- =Cu

④电镀的特点：若镀层金属做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度不变；若用惰性电极做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度减小。

Ⅳ.典型例题

例1.某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3︰1，用石墨电极电解该混合液。下列叙述不正确的是

A．阴极自始至终均析出H2。B．阳极先析出Cl2，后析出O2。

C ．电解最后阶段为电解水。

D ．溶液pH 不断增大，最后为7。

【解析】电解质溶液中n(Na +):n(Cl -):n(H +):n(SO 42-)=3:3:2:1，电解过程明显分为三个阶段： 第一阶段相当于电解盐酸：通电

2HCl

H 2 + Cl 2

第二阶段相当于电解氯化钠溶液：通电

2NaCl + 2H 2O H 2 + Cl 2 + 2NaOH

第三阶段相当于电解水：通电

2H 2O 2H 2 + O 2

可见只有D 不正确。

例2.在100mlH 2SO 4与CuSO 4的混合液中，用石墨作电极电解一段时间，两极上均收集到2.24L 气体（标准状况），则原溶液中Cu 2+物质的量浓度为（ ）

A ．1molL -1

B ．2molL -1

C ．3molL -1

D ．4molL -1 【解析】

阳极电极反应式为：4OH - - 4e - = 2H 2O + O 2↑

阴极电极反应式为：（开始）Cu 2+ + 2e - = Cu （最后）2H + + 2e - = H2↑ 根据电子得失守恒：

21.0)(24.2224.244.2224.221

1⨯⨯+⨯=⨯+

--L Cu c Lmol

L Lmol L 121)(-+=molL Cu c 。所以选相为A 。

例3.某粗铜中各成分的质量分数分别为：Cu ：64%，Fe ：5.6%，Zn ：6.5%，Ni ：5.9%，其余为Ag 和Au ，利用该粗铜电解精炼铜，电解液选择1L 1mol/L 的硫酸铜溶液，当通电30min （电流强度5.36A ）(1oml 电子的电量为96500库仑)，问：

（1）阴极质量增重多少克？ （2）阳极质量减轻多少克？

（3）此时溶液中铜离子的物质的量浓度为__________mol/L 。（假设电解前后溶液体积相同） （4）此时溶液中Fe 2+的物质的量浓度为____________mol/L 。（假设电解前后溶液体积相同） 【解析】阳极：Zn - 2e - = Zn 2+，Ni - 2e - =Ni 2+，Cu - 2e - = Cu 2+

阴极：Cu 2+ + 2e - = Cu

（1）mol mol C s

A e n 1.0/96500180036.5)(=⨯=

-

阴极质量增重：g mol g mol 2.3/641.02

1

=⨯⨯

（2）粗铜中1:1:1:1059

9.5:655.6:566.5:6464)(:)(:)(:)(==

Ni n Zn n Fe n Cu n 阳极上溶解的铜的质量：g mol g mol 46.2/6405.013

10

=⨯⨯