原电池与电解

　

教学目标

知识技能：通过复习掌握原电池、电解、电镀、金属的腐蚀和防护原理。

能力培养：根据知识点的复习培养总结、归纳的能力，培养应用所学知识解决实际问题的能力。

科学思想：应用电化学的知识综合、归纳，理论联系实际。

科学方法：应用实验研究问题的方法。

重点、难点　 　原电池与电解池的比较。

　

教学过程设计

　

教师活动

一、电化学知识点的复习

【设问】

电化学中有哪些知识点是重点要掌握的呢？

学生活动

回答：

原电池与电解池的不同点；原电池的工作原理以及电解池的工作原理；两极反应的判断和书写；电化学的应用。

很好，我们可以将电化学的知识归纳在网络图中，哪一个同学能够写出？

【投影】知识点的归纳，网络图

学生打出投影：

1．常见的电池

【设问】

①构成原电池的材料是什么呢？

②原电池的原理是什么呢？

③它的原理与电解池有什么不同？

④常见的电池的类型？

看录像或投影：

回答：

①原电池是由金属与金属或非金属，电解质溶液构成的。

②原电池是由化学能转化为电能的装置。

③它的原理与电解池不同，因为电解池是由电能转化为化学能的装置。

④常见的电池有：干电池；蓄电池。

几种电池示意图：

【设问】

根据示意图你能说明电池的种类吗？

回答：

锌锰电池（干电池）、铅蓄电池、燃烧电池（氢氧燃烧电池、甲烷燃烧电池）等。

【设问】

①电池的两极各发生了什么反应？

②电池正、负两极应该如何确定？

它的两极与电解池的两极有什么不同点？

③在可逆电池中，充电、放电过程是应用了原电池的原理还是电解池的原理？

回答：

①活泼的金属为负极，发生氧化反应。

不活泼的金属为正极，发生还原反应。

②原电池与电解池的两极不相同，表现在：原电池活泼金属是负极，而电解池与电源负极相互联结的就是负极（阴极）。

原电池两极金属的金属活动性必须不同，而电解池两极可以是惰性电极，也可以是金属电极。

③放电的过程是应用了原电池的原理，而充电过程应用了电解池的原理。

【讲解】

电池可以分为可逆电池和不可逆电池，比如：干电池、燃烧电池等都是不可逆电池，它们在发生反应时有气体或生成的物质无法在相同的条件下返回，所以，称为不可逆电池。

【设问1】

请举例说明不可逆电池（展示学生解剖的干电池）？

干电池的两极材料是什么？

电解质溶液是什么？

两极反应式如何书写？

总反应如何书写？

回答1：

如：锌-锰电池

两极材料是Zn、MnO2

电解质溶液是：NH4Cl

负极：Zn-2e=Zn2+

总反应：Zn+2NH4=Zn2++2NH3↑+2H2↑

【评价】纠正学生的错误，写出正确的反应。

【设问2】

还有什么实例呢？

两极材料是什么呢？

电解质溶液是什么呢？

回答2：

再如：锌-铜电池，负极-Zn，正极-Cu。

负极：Zn-2e=Zn2+，电解质溶液——稀硫酸。

正极：2H++2e=2H=H2

总反应：2H++Zn=H2↑+Zn2+

什么是可逆电池呢？（看前面的图）

谁能写出两极反应式？

总反应式又如何书写呢？

（教师指导学生书写）

铅蓄电池是可逆电池

两极反应式：

负极：Pb-2e=Pb2+

总反应：

【练习】

书写两极反应式。

若有：

（1）铜、锌、稀硫酸

（2）铜、铁在潮湿的空气中的腐蚀

（3）锌、铁放在食盐水中

（4）氢、氧燃烧电池（电池的产物负极为H2O，正极则有大量的氢氧根生成）

（5）甲烷燃烧电池（电池负极甲烷燃烧失去电子，在碱性条件下

根据信息写出（4）、（5）的电池总反应式。

板演：

（1）负极：Zn-2e=Zn2+

正极：2H++2e=2H=H2

（2）负极：2Fe-4e=2Fe2+

正极：O2+4e+2H2O=4OH-

（3）负极：2Zn-4e=2Zn2+

正极：O2+4e+2H2O=4OH-

（4）负极：2H2+4OH--4e=4H2O

正极：O2+4e+2H2O=4OH-

总反应：2H2+O2=2H2O</PGN0097.TXT/PGN>

正极：2O2+8e+4H2O=8OH-

【设问】

谁能够将燃烧电池小结一下呢？

回答：

在燃烧电池反应中确定哪一极发生的是什么反应的关键是：

负极发生氧化反应，化合价升高，失去电子；

总反应式为：两极反应的加合；

书写反应时，还应该注意得失电子数目应该守恒。

【评价】回答的很好。

燃烧电池反应中确定哪一极发生的是什么反应的关键是：

负极：化合价升高，失去电子，发生氧化反应；

正极：化合价降低，得到电子发生还原反应。

2．分析电解应用的主要方法和思路

【设问】

电解质在通电前、通电后的关键点是什么呢？

在电解时离子的放电规律是什么呢？

电解的结果：溶液的浓度、酸碱性有无变化？

回答：

通电前：电解质溶液的电离（它包括了电解质的电离也包括了水的电离）。

通电后：离子才有定向的移动（阴离子移向阳极，阳离子移向阴极）。

放电规律：

阳极：

金属阳极＞S2-＞I-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根

阴极：

Ag+＞Cu2+＞Pb2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Mg2+

溶液的离子浓度可能发生变化如：电解氯化铜、盐酸等离子浓度发生了变化。

因为溶液中的氢离子或氢氧根离子放电，所以酸碱性可能发生改变。

请同学们看下列的归纳表格。

3．原电池、电解池、电镀池的判

断规律

（1）若无外接电源，可能是原电池，依据原电池的形成条件判断，主要有“三看”。

【设问】看什么呢？

回答：

看电极；看溶液；看回路。

【投影】

先看电极：两极为导体且活泼性不同，有一个先发生化学反应。

再看溶液：两极插入电解质溶液中。

【设问】

这样就可以形成电池了吗？

回答：

不能。

对，还应该看回路：形成闭合回路或者两极板相接触。

【设问】

若有外接电源，两极插入电解质溶液，并有回路，可能是什么池？

回答：

是电解池。

【评价】不完全正确。（纠正后看投影）

（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液，可能是电解池或者是电镀池。

【设问】为什么呢？

回答：

当阳极金属与电解质溶液中的阳离子相同时，则为电镀池，其余的情况是电解池。

【评价】很好，根据电解液、根据阳极的电极材料，确定电解或电镀。

二、电化学的应用

1．原电池原理的应用

【设问】

请同学们根据已经复习的知识回答原电池原理的应用及依据？

回答：

应用到实际中有：

（1）由电极反应现象确定原电池的正极和负极，用来判断电极金属活动性强弱。

（2）分析判断金属腐蚀的快慢程度。

（3）由电池反应分析判断新的化学能源的变化，判断放电、充电。

【投影】

【评价】学生总结的很好，看以下归纳。

根据学生的回答小结：

原电池原理的三个应用和依据：

（1）电极反应现象判断正极和负极，以确定金属的活动性。其依据是：原电池的正极上现象是：有气体产生，电极质量不变或增加；负极上的现象是：电极不断溶解，质量减少。

（2）分析判断金属腐蚀的速率，分析判断的依据，对某一个指定金属其腐蚀快慢顺序是：

作电解池的阳极＞作原电池的负极＞非电池中的该金属＞作原电池的正极＞作电解池的阴极。

判断依据：

（1）根据反应现象原电池中溶解的一方为负极，金属活动性强。

（2）根据反应的速度判断强弱。

（3）根据反应的条件判断强弱。</PGN0100.TXT/PGN>

（3）由电池反应分析判断新的化学能源的变化，分析的思路是先分析电池反应有关物质化合价的变化，确定原电池的正极和负极，然后根据两极的变化分析其它指定物质的变化。

【练习】

1．下列五个烧杯中均有天然水

铁被腐蚀由快到慢的顺序是：______。

回答：

从图和复习归纳的方法可以分析，有外接电源时铁放在电源的正极，铁被腐蚀的最快；若放在负极腐蚀的最慢；原电池中，两极的金属活动性差别越大，反应越快，但若有活动性强于铁的金属存在则铁不被腐蚀（保护了铁），所以此题的答案是：

（4）、（2）、（1）、（3）、（5）。

2．电解规律的应用

【设问】

电解规律的应用有什么内容？

回答：

主要应用是：依据电解的基本原理分析判断电解质溶液。

【设问】

如何恢复电解液的浓度呢？（举例说明）

回答：

电解液应先看pH的变化，再看电极产物。欲使电解液恢复一般是：

电解出什么物质就应该加入什么，如：电解饱和食盐水在溶液中减少的是氯气和氢气，所以应该加入的是氯化氢。</PGN0101.TXT/PGN>

【设问】

如果电解硫酸铜时，要恢复原来的浓度应该加入什么呢？

回答：

因为电解硫酸铜时，生成的是铜和氧气，所以应该向溶液中加入氧化铜。

【设问】

电解在应用中还应该注意什么呢？

回答：

在分析应用问题中还应该注意：

一要：不仅考虑阴极、阳极放电的先后顺序，还应该注意电极材料（特别是阳极）的影响；二要：熟悉用惰性电极电解各类电解质溶液的规律。

【练习】

用石墨电极电解1mol/L的下列溶液，溶液的pH不变的是______。

（1）HCl　　　　　　　　　　　 （2）NaOH

（3）Na2SO4　　　　　　　　　　 （4）NaCl

回答：

盐酸溶液电解产生氯气和氢气，溶液的pH升高。

氢氧化钠溶液电解产生氢气和氧气，溶液的pH升高。

硫酸钠溶液电解产生氢气和氧气，溶液的pH不变。

氯化钠溶液电解产生氢氧化钠、氢气和氯气，溶液的pH升高。

所以（1）、（2）、（4）溶液的pH都增大。

答案：pH不变的是（3）。

以上的四种溶液电解后，如何使其浓度恢复到原来的浓度呢？

回答：

在（1）中应该加入氯化氢。

在（2）中应该加入一定量的水。

在（3）中应该加入一定量的水。

在（4）中应该加入一定量的氯化氢。

3．综合利用——实用电池与可逆电池

常见的电池应用是：

①干电池（Zn-Mn电池）

日常生活和照明。

②铅蓄电池

应用于国防、科技、交通、化学电源等。

③锂电池

密度小，寿命长应用于电脑、手表、心脏起搏器、火箭、导弹的电源。

④燃烧电池

污染小、能量转化高，应用于高科技研究。

⑤其它电池

铝电池：能量高、不污染环境应用于照明、野营作业。

回答：

应用在手电、心脏起搏器、海洋照明、航标电源。

今后我们还可以根据原理设计出更多更好的实用电池。

三、典型习题分析

【投影】

例题1如图2-17，E为沾有Na2SO4溶液的滤纸，并加入几滴酚酞。A，B分别为Pt片，压在滤纸两端，R、S为电池的电极。M、N是用多微孔的Ni的电极材料，它在碱溶液中可以视为惰性电极。G为电流计，K为开关。C、D和电解池中都充满浓KOH溶液。若在滤纸中央点上一滴紫色的KMnO4溶液，K打开，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生。

（1）外电源的正、负极分别是R为____，S为_____。

（2）A附近溶液的现象是_______，B附近发生的电极反应式为_____。

（3）滤纸上的紫色点向哪方移动____。

（4）当C、D里的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间，C、D中气体逐渐减少，主要因为____，有关的反应式为_____。

根据图分析回答：

（1）C、D产生气体的体积是不相同的，由此可以判断C端的气体是氢气，D端产生的气体是氧气，所以确定R为负极而S端是正极。

（2）A附近的变化是变为红色，因为D端放氧气，N端为阳极，而A端为阴极，吸引阳离子，阳离子放电2H+-2e=H2。因为，电解破坏了水的电离平衡，所以，此处OH-浓度增大，溶液显红色。而在B端发生OH-放电，其反应为：4OH--4e=2H2O+O2。

（4）氢气和氧气在碱的环境下发生的是电池反应，（类似燃烧电池），消耗了氢气和氧气。

（-）2H2+4OH--4e=4H2O

（+）O2+2H2O+4e=4OH-

【评价】此题是一道比较综合的题，它考察了电化学知识的大部分内容。

此题的突破点是，示意图中的两种气体的体积，由此确定电源的正、负极，使题中所有问题迎刃而解。这位同学分析得非常好，我们应该认真的读题，抓住题中的突破口。

【投影】

例题2 　用石墨电极电解100mLH2SO4和CuSO4混合溶液，通电一段时间后，两极各出现气体2.24L（标准状况），求原来溶液中CuSO4的浓度。

请同学们分析后给出答案。

回答：

阳极产生的氧气为2.24L，阴极产生的氢气为2.24L。

由CuSO4电解时放出的氧气为0.05mol，计算是：

2Cu2+～O2

2/y=1/0.05　　　　　 y=0.1mol

c（Cu2+）=0.1/0.1=（mol/L）

【评价】

此题的突破口是根据题意分析出两极各产生的气体为2.24L；根据得失电子守恒。

同学们的分析是非常正确的。

【投影】

例题3 　人工生成铝表面的氧化铝保护膜的方法是将表面光洁的铝制品作为阳极放入盛18％H2SO4溶液的电解槽。通电一定时间，设阳极氧气全部与铝反应。

思考后回答：

通过的电量为1A×3600s=3600C（库仑）。由3600C/96500C/mol等于0.037mol的电子。

今有表面积约1.0dm2的铝制品，放入电解槽，通入1A的电流1h（小时），已知氧化铝膜的密度为2.67g/cm3，则生成均匀的氧化膜的厚度是多少？

请同学们分析：

在从2molAl与1.5mol氧气反应产生氧化铝可知，得失电子为6mol。根据此反应计算出氧化铝的物质的量，再根据氧化铝的密度和表面求出氧化膜的厚度。

此题的答案是：24μm（微米）。

【评价】

同学们分析的比较清楚，在作此题时应该抓住时间、表面积、电量、物质的量的相互关系，应用数学方法得到正确的答案。

请同学们通过练习巩固复习的知识，提高解题的能力，以适合生活、生产、科技的需要。

　

精选题

　

一、选择题

1．银锌电池广泛应用各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：

反应的物质是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [　　　 ]

A．Ag

B．Zn（OH）2

C．Ag2O

D．Zn

2．应用惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解，当电解溶液的pH从6变为3时（设阴极没有H2析出，电解前后的溶液体积不变），电极上析出银的质量是　　　　　　　　　　　　　　　 [　　　 ]

A．27mg

B．54mg

C．108mg

D．216mg

二、非选择题

离子组成符合下列情况的电解质，进行电解（各离子只能使用一次）。

（1）以碳棒为电极进行电解，电解质的含量减少，水量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为____，电解的电极反应____，电解的总方程式是____。

（2）以铂丝为电极进行电解，水量减少，电解质的含量保持不变，两极都有气体生成，气体体积为2∶1，则该电解质的化学式为____，电极反应式为____。

（3）惰性电解，电解质的含量减少，水的含量也减少，pH下降，则电解质的化学式为____，电解总的方程式____。

4．正在研究应用锌顶替铅的电池，它可以减少环境污染容量又很大，其电池反应为2Zn+O2=ZnO，其原料为锌和电解质溶液、空气。请写出：

（1）电极反应____，____。

（2）估计该电解质溶液应该用____（强的酸或强的碱）。

5．定温下，将一定量饱和Na2SO4溶液用铂电极通电电解。当阳极逸出amol气体时，同时从溶液中析出mgNa2SO4·10H2O晶体，则原来饱和Na2SO4溶液的质量分数是____。

6．某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值，其实验方案的要点为：

①用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如图2-18。

②在电流强度为IA，通电时间为ts后，精确测得某电极上析出的铜的质量为mg。试回答：

（1）连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注仪器接线柱的英文字母表示。下同）E接____，C接____，接F____。

实验电路中的电流方向为____→____→____→C→____→____。

（2）写出B电极上发生反应的离子方程式______。

G试管中淀粉KI溶液变化的现象为______，相应的离子方程式为______。

（3）为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序是______。

①称量电解前电极质量

②刮下电解后电极上的铜并洗净

③用蒸馏水清洗电解后电极

④低温烘干电极后称量

⑤低温烘干刮下的铜后称量

⑥再次低温烘干后称量至恒重

（4）已知电子电量为1.6×10-19C，试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：N=______。

　

答　 案

　

一、选择题

1．D　 2．B

二、非选择题

3．（1）HCl 阳极：2Cl-—2e→Cl2↑阴极：2H++2e→H2↑

总反应式：2HCl H2↑+Cl2↑

（2）KOH 阳极：4OH--4e→2H2O+O2↑阴极：4H++4e→2H2↑

（3）CuSO4总反应式：2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑

4．（1）负极：Zn—2e→Zn2+正极：O2+4e+2H2O→4OH-

（2）强碱

6．（1）D、A、B F→B→A→C→D→E

（2）2Cl-—2e=Cl2，变蓝色，2I-+Cl2=I2+2Cl-

（3）①③④⑥