选修四第四章导学案doc.docx
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选修四第四章导学案doc
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第四章电化学基础
第一节原电池
【学习目标】
1.让学生体验化学能与电能相互转化的探究过程。
2．使学生进一步了解原电池的工作原理和构成原电池的条件。
3．能够写出电极反应式和电池反应方程式。
【基础知识】
一．原电池
1．原电池定义
将直接转变成的装置。
2．原电池原理
（1）原电池是利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。
【实验4—1】教材P71
实验现象：
①有盐桥时电流计指针偏移。
②锌片溶解。
③铜片增重。
④取出盐桥后，电流计指针回到零点。
（2）锌半电池
锌原子失电子，被氧化。
锌为负极，即电子流出极，电极反应式为。
（3）铜半电池
Cu2+从铜片上得电子，被还原为铜。
铜为正极，即电子流入极，电极反应式为。
注意：
①盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。
②盐桥的作用
A．使整个装置构成通路的作用。
B．可使由它连接的两溶液保持电中性。
【思考题1】所有化学反应的化学能均能直接转化为电能吗？
3．原电池的正、负极和反应
（1）电极
正极：
电子流入的电极，通常是不活泼金属或石墨材料电极。
负极：
电子流出的电极，通常是活泼金属一端。
（2）电极反应
正极：
。
负极：
。
4．原电池产生电流的本质原因
电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移。
5．原电池正、负极的判断方法
（1）根据电极材料判断
一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
【思考题2】原电池中活泼金属一定是负极吗？
（2）根据电流方向（或电子流动方向）判断
电流是正极流向负极，电子流动的方向是由负极流向正极。
（3）根据离子的定向移动方向判断
在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极为负极。
（4）根据发生的反应来判断
正极发生还原反应，负极发生氧化反应。
6．原电池形成的条件
（1）电极材料
活泼性不同的两种金属（或金属与石墨构成两极或金属与金属氧化物等）。
（2）两电极必须浸在电解质溶液中
（3）两电极之间要用导线连接或直接接触，形成闭合回路
（4）能自发地发生氧化还原反应
7．原电池的基本类型
（1）负极参与反应的原电池
活泼金属作电极构成原电池，被腐蚀的金属为负极，如：
Cu—Zn原电池。
（2）两极都参加反应的原电池
可充电电池是两个电极都参与反应的原电池，如：
铅蓄电池、锂电池和锌银电池等。
（3）两个电极都不参加反应的原电池
用惰性材料（如Au、Pt和石墨等）作电极（称为惰性电极），电极本身不发生任何反应，而是引入两极上的适当的物质发生氧化、还原反应，如：
燃料电池。
注意：
①非常活泼的金属如K、Ca等不可作原电池的电极。
②不要误认为原电池两极的活泼性一定不同：
如在燃料电池中正、负电极都可以用石墨棒，这是因为在燃料电池中，石墨棒仅仅是电极材料，起到导电作用，并不参与电极反应。
③太阳能电池不属于原电池，它是将太阳能转化为电能。
二．原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
例如：
在锌与稀硫酸反应时，加入少量硫酸铜溶液能使产生氢气的速率加快。
2．制作原电池
例如：
根据反应Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2设计一个原电池。
分析：
Cu作负极，C（或Pt）作正极，FeCl3溶液作电解质溶液，用导线连接构成闭合回路，即构成原电池。
负极反应式为，正极反应式为。
3．揭示钢铁腐蚀的主要原因
金属腐蚀的本质是：
M－ne-=Mn+发生氧化反应，氧化金属（如Fe）的最主要的氧化剂是空气中的O2，其次是酸性电解质溶液中的H+。
4．由原电池来判定金属性强弱
一般情况下，原电池中，活泼性强的金属为负极，活泼性弱的金属为正极。
【典型例题】
例1．判断下列哪些装置能构成原电池？
若能构成原电池，请判定出原电池正负极。
例2．写出以下原电池的电极反应式和总反应式。
Fe
Cu
FeSO4CuSO4
例3．如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（）
A．铁圈和银圈左右摇摆不定
B．保持平衡状态
C．铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜
D．银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜
例4．如图所示的装置中,在产生电流时,以下说法不正确的是（）
A．Fe是负极，C是正极
B．负极反应式为：
Fe-3e-=Fe3+
C．内电路中阴离子移向FeCl2溶液
D．电流由石墨电极流向Fe电极
例5．某原电池的总反应的离子方程式为：
2Fe3++Fe=3Fe2+，不能实现该反应的原电池组成
是（）
A．正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl3溶液
B．正极为碳，负极为铁，电解质溶液为Fe（NO3）3溶液
C．正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe2（SO4）3溶液
D．正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO4溶液
例6．把a、b、c、d四块金属片浸入稀酸中，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顺序为（）
A．a＞b＞c＞dB．a＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞dD．b＞d＞c＞a
【衔接高考】
1．（08广东）用铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3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AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A．①②B．②③C．②④D．③④
2．（09广东）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。
下列说法正确的是（）
A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：
Al＋3OH－－3e-＝Al（OH）3↓
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
【过关训练】
1．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（）
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大D．产生气泡的速率甲比乙慢
2．X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。
X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（ ）
A．X＞Y＞ZB.X＞Z＞Y
C.Y＞X＞ZD.Y＞Z＞X
3．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。
下列说法中不正确的是（）
A．由Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，其负极反应式为：
Al－3e－＝Al3+
B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为：
Al－3e－＋4OH－＝AlO2－＋2H2O
C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为：
Cu－2e－＝Cu2+
D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为：
Cu－2e－＝Cu2+
4．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（D）
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
5．原电池的总反应的方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该反应的原电池的组成正确的是（）
A
B
C
D
正极
Zn
Ag
Cu
Cu
负极
Cu
Cu
Zn
Zn
电解质溶液
CuCl2
H2SO4
CuSO4
FeCl2
6．某原电池构造如右图所示。
下列有关叙述正确的是（）
A．在外电路中，电子由银电极流向铜电极
B．取出盐桥后，电流计的指针仍发生偏转
C．外电路中每通过0.1mol电子，铜的质量理论上减小6.4g
D．原电池的总反应式为Cu+2AgNO3＝2Ag+Cu（NO3）2
7．已知空气-锌电池的电极反应为：
锌粒：
Zn+2OH——2e—=ZnO+H2O
石墨：
O2+2H2O+4e—=4OH—。
根据判断，锌片是（）
A．正极，并被还原B．正极，并被氧化
C．负极，并被还原D．负极，并被氧化
8．根据下式所表示的氧化还原反应设计一个能持续产生电流的原电池装置。
Zn（s）+Fe2+（aq）=Zn2+（aq）+Fe（s）
（1）画出此原电池的装置简图。
（2）写出两电极上的电极反应式。
9．某同学设计实验探究构成原电池的条件，装置如下：
实验一：
实验探究电极的构成〈甲图〉
①A、B两极均选用石墨作电极，发现电流计指针不偏转；②A、B两极均选用铜片作电极，发现电流计指针不偏转；③A极用锌片，B极用铜片，发现电流计指针向左偏转；④A极用锌片，B极用石墨，发现电流计指针向左偏转。
结论一：
________。
实验二：
探究溶液的构成〈甲图，A极用锌片，B极用铜片〉①液体采用无水乙醇，发现电流计指针不偏转；②改用硫酸溶液，发现电流计指针偏转，B极上有气体产生。
结论二：
____________________________________。
实验三：
对比实验，探究乙图装置能否构成原电池
将锌、铜两电极分别放入稀硫酸溶液中，发现锌片上有气泡产生，铜片上无明显现象，电流计指针不发生偏转。
结论三：
____________________________________。
思考：
对该同学的实验，同学乙提出了如下疑问，请你帮助解决。
（1）在甲图装置中，若A为镁片，B为铝片，电解质溶液为NaOH溶液，电流计的指针应向_______偏转。
（2）一根金属丝两端分别放在图乙的两个烧杯之中，电流计指针_______（填“能”或“不能”）偏转。
10．Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4—SOCl2。
电池的总反应可表示为：
4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2。
请回答下列问题：
（1）电池的负极材料为 ，发生的电极反应为 。
（2）电池正极发生的电极反应为 。
（3）SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。
如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是 ，反应的化学方程式为 。
（4）组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是
。
【问题与收获】
。
班级姓名第小组小组评价教师评价
第二节化学电源
【学习目标】
1.一次电池与二次电池的区别。
2.掌握一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理、性能及其应用。
【基础知识】
一.一次电池
1．概念
一次电池的活性物质（发生氧化还原的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。
电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。
如普通锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。
2．常见的一次电池
（1）碱性锌锰电池
负极材料：
Zn，正极材料：
MnO2，电解质溶液：
KOH溶液。
负极反应：
。
正极反应：
。
总反应：
。
（2）银锌电池
负极材料：
Zn，正极材料：
Ag2O，电解质溶液：
KOH溶液。
负极反应：
。
正极反应：
。
总反应：
。
（3）锂电池
负极材料：
Li，正极材料：
MnO2、CuO、FeS2等。
电解质溶液：
LiAlCl4（四氯化铝锂）溶解在SOCl2（亚硫酰氯）中。
负极反应：
。
正极反应：
。
总反应：
。
二.二次电池
二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称充电电池或蓄电池。
1.铅蓄电池的构造
负极材料：
Pb，正极材料：
PbO2，电解质溶液：
H2SO4溶液。
2.工作原理
（1）放电时
负极反应：
（氧化反应）。
正极反应：
（还原反应）。
总反应：
。
（2）充电时
阴极反应：
（还原反应）。
阳极反应：
（氧化反应）。
总反应：
。
上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：
。
注意：
但该反应不是可逆反应。
3.性能及应用
电压稳定，使用方便、安全可靠、价格低廉、生产生活中应用广泛，缺点是比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
三.燃料电池
1.燃料电池的工作原理
（1）连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。
（2）电极材料本身不参与氧化还原反应。
（3）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，生成物不断地被排出。
2.燃料电池的优点
（1）能量转化率高
燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程（能量转化率仅30%多）。
（2）节约资源，污染少。
3.常见燃料电池
（1）铝—空气燃料电池
负极材料：
Al，正极材料：
Pt，电解质溶液：
海水。
负极反应：
。
正极反应：
。
电池反应：
。
（2）H2—O2燃料电池
负极材料：
Pt，正极材料：
Pt，电解质溶液：
Na2SO4溶液。
负极反应：
。
正极反应：
。
电池反应：
。
负极材料：
Pt，正极材料：
Pt，电解质溶液：
稀H2SO4。
负极反应：
。
正极反应：
。
电池反应：
。
负极材料：
Pt，正极材料：
Pt，电解质溶液：
NaOH溶液。
负极反应：
。
正极反应：
。
电池反应：
。
（3）CH4—O2燃料电池
负极材料：
Pt，正极材料：
Pt，电解质溶液：
KOH溶液。
负极反应：
。
正极反应：
。
电池反应：
。
（4）CH3OH—O2燃料电池
负极材料：
Pt，正极材料：
Pt，电解质溶液：
KOH溶液。
负极反应：
。
正极反应：
。
电池反应：
。
四.原电池中电极反应和原电池总反应式的写法
1.负极失e－，正极得e－，两级得失电子相等。
2.电极反应式中若有气体生成，需加“↑”，若析出固体，一般不加“↓”。
3.电极反应式常用“=”，不用“→”。
4.原电池总反应的离子方程式：
一般把正极和负极的电极反应式相加而得。
若电解质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。
由铜—锌和CH3COOH形成的原电池的离子方程式为：
Zn+2CH3COOH=Zn2++2CH3COO-+H2↑
由铜—锌和稀H2SO4形成的原电池的离子方程式为：
Zn+2H+=Zn2++H2↑
5.要注意电解质溶液对产物存在形式的影响。
6.对于可逆电池的反应，需要看清楚“充电”、“放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。
7.常用惰性电极材料：
石墨（C）、Pt、Au等。
【典型例题】
例1.LiFePO4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：
FePO4+LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨和锂，含Li+导
电固体为电解质。
下列有关LiFePO4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.放电时电池负极反应为：
FePO4+Li++e-=LiFePO4
例2.电子计算机所用钮扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应是：
Zn+2OH--2e-＝ZnO+H2OAg2O+H2O+2e-＝2Ag+2OH-
下列判断正确的是（）
A．锌为正极，Ag2O为负极
B．锌为负极，Ag2O为正极
C．原电池工作时，正极区溶液pH减小
D．原电池工作时，负极区溶液pH增大
例3.美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型
的化学电池，其构造如图所示；两个电极均由多孔性碳制成，通
入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。
（1）a极是极，b极是极，电极
反应式分别为，。
（2）氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。
常用的燃料，往往是某些碳氢化合物，如甲烷（天然气）、汽油等。
请写出将图中H2换成CH4时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式：
。
此时电池内总的反应方程式为。
【衔接高考】
（09天津）
氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：
（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ，在导线中电子流动方向为
（用a、b表示）。
（2）负极反应式为 。
（3）电极表面镀铂粉的原因为 。
（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。
因此，大量安全储氢是关键技术之一。
金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li+H2
2LiH
Ⅱ.LiH+H2O=LiOH+H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是 ，反应Ⅱ中的氧化剂是 。
②已知LiH固体密度为0.82g/cm3。
用锂吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为 。
③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80％，则导线中通过电子的物质的量为 mol。
【过关训练】
1．下列有关化学电池的说法不正确的是（ ）
A.化学电池是将化学能变成电能的装置
B.一次电池的活性物质消耗到一定程度就不能使用了
C.二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，故可多次重复使用
D.燃料电池是将燃料燃烧所放出的能量转化为化学能装置
2.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
（aq）
PbSO4（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PbSO4（s）+2e-
Pb（s）+SO
（aq）
3．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为
2Ag+Zn（OH）2Ag2O+Zn+H2O
在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）
A．Ag
B.Zn（OH）2
C.Ag2O
D.Zn
4．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。
电池负极反应为（）
A.H2＋2OH－－2e－＝2H2O
B.O2＋4H＋＋4e－＝2H2O
C.H2－2e－＝2H＋
D.O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
5．有人设计以铂和锌为电极材料，埋入人体作某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。
（1）正极材料是，电极反应为。
（2）负极材料是，电极反应为。
6.据报道，摩托罗拉公司开发的一种以甲醇为原料，以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可持续使用一个月。
（1）关于该电池的叙述错误的是（）
A．放电时，正极反应为式：
O2＋4e-+4H+=2H2O
B．放电时，负极反应为式：
CH3OH－6e-+8OH-=CO32-+6H2O
C．充电时，原电池的负极与电源的正极相连接
D．充电时，阴极反应式为：
4OH-－4e-=2H2O+O2↑
（2）若以熔融的K2CO3为电解质，正极充入CO2与O2的混合气体。
试写出该燃料电池的电极反应式：
负极 ，正极 。
【问题与收获】
。
班级姓名第小组小组评价教师评价
第三节电解池
（1）
【学习目标】
1.使学生理解电解的基本原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法。
2．明确原电池和电解池的区别和联系。
【学习重点难点】
重点：
电解原理。
难点：
离子放电实质。
【基础知识】
一.电解原理
1.电解CuCl2溶液
CuCl2溶液
（1）电极反应式
阴极：
（还原反应）。
阳极：
（氧化反应）。
电解的总方程式：
。
（2）电子流向
电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子定向移动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。
（3）结论
电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。
注意：
电解质溶液的导电过程发生化学变化。
2.电解的概念
使电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。
注意：
①电流必须是直流而不是交流。
②熔融态的电解质也能被电解。
3.电解池的概念
借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。
4.构成电解池的条件
（1）与电源相连的两个电极：
与电源的正极相连的电极叫做阳极，与电源负极相连的电极叫做阴极。
（2）电解质溶液（或熔化的电解质）。
（3）形成闭合回路。
5.电解池反应原理
与电源正极相连
发生氧化反应
阴离子移向
阳极
发生还原反应
阳离子移向
阴极
与电源负极相连
电解结果：
在两极上有新物质生成。
注意：
电解池的阴阳极取决于外接电源的负正极，与电极材料的金属活动性无关。
6.电解时电解产物的判断
（1）阳离子得到电子或阴离子失去电子而使离子所带电荷数目降低的过程叫做放电。
（2）用石墨、金、铂等还原性很弱材料制作的电极叫做惰性电极，理由是它们在一般的通电条件下不发生化学反应。
用铁、锌、铜、银等还原性较强的材料制作的电极叫做活泼电极，它们做电解池的阳极时，先于其他物质发生氧化反应。
（3）在一般的电解条件下，水溶液中含有多种阳离子时，它们在阴极上放电的先后顺序是：
Ag+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Fe2+＞Zn2+……；
在水溶液中含有多种阴离子时，它们在惰性阳极上放电的先后顺序是：
S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞高价含氧酸根（NO3-、SO42-等）＞F-。
（4）以惰性电极电解电解质水溶液，分析电极反应的一般步骤为：
①全析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组。
②分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两级上的电极反应式。
③合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
【典型例题】
把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中（如图所示平面图），经过一段时
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