归纳与整理教学创新设计

电化学的综合应用－原电池和电解池

一、《考试大纲》要求：

1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应及总的电池反应。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

二、教学目的：

1.明确原电池的工作原理，高考中通常以燃料电池、二次电池等新型化学电源为载体，判断原电池中电子、离子的流向及电极反应式的书写正误、计算电解质溶液能力、浓度及PH的变化等。

2.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能正确书写电极反应及总的电池反应。

3．理解电解的基本原理，记住电解反应中常见离子在阴、阳极的放电顺序。电化学的学习最主要的是抓住其反应原理，从而进行判断，因此掌握实质是关键。另外适当的准确的记忆也是必要的。

4.利用小组合作学习的形式，探究高考关于电化学考试的考点、知识点、解法，提升应考的能力。

三、教法及学法：启发式，小组合作学习的形式，探究总结归纳。

四、教学过程：

我们已经学习了电化学的一些知识，掌握了有关原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应及总的电池反应。今天这节课我们来共同探究高考关于电化学考试的考点、知识点、解法，以提升应考的能力。

教师：请同学们讨论：如何使图中的铁棒上析出铜，而铁的质量不变？

学生：思考后作答。可以以铁棒做原电池的正极或电解池的阴极。

教师：

很好。那么原电池和电解池的构成、工作原理等有什么异同呢？

教师出示练习并引导学生解答。

教师：

好，有了知识的准备，下面就让我们走进高考。

教师引导学生做2015、2016、2017年的全国卷电化学试题，并强调探究高考关于电化学考试的考点、知识点、解法，然后在小组内交流讨论，并以小

组为单位提交探究结果在班内交流。

学生探究讨论约20分钟左右后交流。

1.(15全国卷Ⅱ·26)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可以得到多种化工原料。有关数据如下表所示: 溶解度/(g/100 g水)

温度/℃

化合物

NH4Cl ZnCl2

化合物

Ksp近似值

回答下列问题: (1)该电池的正极反应式为

, 电池反应的离子方程式为

。

1 0 29.3 343 20 37.2 395 Zn(OH)2

10

-1740 45.8 452 60 55.3 488 Fe(OH)2

10

-1780 65.6 541 100 77.3 614 Fe(OH)3

10

-39

(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌

g。(已知F=96 500 C·mol) 【解析】(1)酸性锌锰干电池外壳为金属锌,锌是负极,电极反应式为Zn-2eZn。中间是碳棒,-++碳棒是正极,二氧化锰得到电子,则正极电极反应式为MnO2+e+HMnOOH,总反应式为Zn+2MnO2+2H2+Zn+2MnOOH。(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,则通过的电量是150 C,因此通过电子的物质的量是 =1.554×10mol,锌在反应中失去2个电子,则理论消耗Zn的质量是0.001554mol×65 g·65g/mol＝mol0.05g=0.05 g。

2-1-2+-1 -32.(14新课标卷Ⅰ) (4)H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示

(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过): ①写出阳极的电极反应式

。

②分析产品室可得到H3PO2的原因

。

③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室,其缺点是产品中混有

杂质。该杂质产生的原因是

。

【解析】(4)①电解时阳极氢氧根离子失电子生成氧气;②阳极室的氢离子通过阳膜到达产品室,

原料室中的H2P

通过阴膜进入产品室,二者生成产品;③由于阳极产生氧气,如果阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,氧气会把其氧化为P

。

答案:(4)①2H2O-4e+-O2↑+4H

+

②阳极室的H穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2P

穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2

③P

H3PO2或H2P

被氧化

3.(16全国卷Ⅱ)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是

(

) A.负极反应式为Mg-2e--Mg2+ B.正极反应式为Ag+e+-Ag Mg(OH)2+H2↑

-C.电池放电时Cl由正极向负极迁移 D.负极会发生副反应Mg+2H2O【解析】选B。根据题意,电池总反应式为Mg+2AgClMgCl2+2Ag,正极反应式为2AgCl+2e--2+2Cl+ 2Ag,负极反应式为Mg-2eMg,A项正确,B项错误;对原电池来说,在电解质溶液的内部,阴离子由正极移向负极,C项正确;由于镁是活泼金属,则负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑,D项正确。

4.(16全国高考Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na和SO2可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能4+进入中间隔室。下列叙述正确的是

(

) A.通电后中间隔室的SO24离子向正极迁移,正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C.负极反应为2H2O-4e-O2+4H,负极区溶液pH降低

+D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成

向正极区迁移,阳极上氢氧【解析】选B。电解池中阴离子向阳极移动,所以通电后中间隔室的SO24根离子放电产生氧气,溶液中氢离子浓度增大,pH减小,A项错误;电解时在负极区生成NaOH,在正极区

2

生成H2SO4,B项正确;阴极反应是氢离子得到电子生成氢气,溶液中氢氧根离子浓度增大,pH升高,C项错误;当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.25 mol的O2生成,D项错误。

5.(17全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是

A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极

C．阴极的电极反应式为：Al33eAl D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

【解析】【答案】C 。 A、根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B、不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C、阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D、电解时，阴离子移向阳极，正确。

6.(17新课标Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图

所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：

16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法错误的是

A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li+2e=3Li2S4 B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多

【解析】【答案】D。 A．原电池工作时，Li向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，随放电的进行可能发生多种反应，其中可能发生反应2Li2S6+2Li+2e=3Li2S4，故A正确；B．原电池工作时，转移0.02mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02mol，质量为0.14g，故B正确；C．石墨烯能导电，S8不能导电，利用掺有石墨烯的S8材料作电极，可提高电极a的导电性，故C正确；D．电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误。答案为A。

7．(17新课标Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是

A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

【解析】【答案】C本题使用的是外加电流的阴极保护法。A．外加强大的电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，A正确；B．通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B正确；C．高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C错误；D．外加电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，D正确。

教师：

引导学生做探究高考关于电化学考试的考点、知识点、解法以小组为单位将探究结果在班内交流。

教师总结归纳，进行方法总结。

高考考点及题型

：

1.

电化腐蚀基本原理的应用 2.电极种类和电极产物的判断 3.根据氧化还原反应书写电极反应式 4.根据电子守恒计算电极产物的量 5.根据电极反应判断金属活动性强弱 6.判断电解池或原电池中电解质溶液的酸碱性变化情况

7.加强对新科技电池的考查 8.实物图、图表类问题的分析 9.综合应用

3 +-++-

学生完成练习：

如图装置中,E为一只盛有AlCl3溶液的烧杯，C为铂棒、D为铁棒，X与Y为电源的电极，A、B中插入多孔的惰性电极。切断开关K1，闭合开关K2，通直流电一端时间后，A、B中液面如图所示，请回答

：

（1）标出电源的正、负极，X为 ______，Y为______. （2）写出电极反应：

A中： ； B中： ；

C中： ；

D中： ；

(3)电解AlCl3溶液时,下图所示的电解变化曲线合理的是( )(忽略表面皿阳极产生气体与溶液的反应)

(4)电解AlCl3溶液时,若产生沉淀1.56g时, 将A极产生的气体在常温下燃烧,生成液态水,放出8.574KJ热量,写出其燃烧热的热化学方程式. 。

练习答案：（1）X为 正极，Y为：负极_.

（2）Ａ：4H＋4ｅ＝2H２↑ Ｂ：4OH－4ｅ＝2H２O＋O２↑

－－＋－C：2Cl＋2ｅ＝Cl２↑ D：2H＋2ｅ＝H２↑

（3）A （4）H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l); △H=-285.8KJ/mol 教师总结归纳。

研读2018年高考大纲要求

★ 1、理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。

★ 2、

了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

强调：原电池、电解池中所发生的反应都是氧化还原反应，抓住这一变化实质，依据氧化还原反应中物质的氧化性、还原性的强弱，判断原电池、电解池中的电极反应，正确书写电极反应式。

书写电极反应式时注意：

把握信息，就地取材，融入环境，巧用水。

原电池—正负极—负极发生氧化反应 “负氧阳氧”

电解池—阴阳极—阳极发生氧化反应 谐音：“富养养羊”

＋－－－

4