智能考点五 化学能与电能
Ⅰ.课标
要求
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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
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。
Ⅲ.教材精讲
1． 原电池
2．金属的腐蚀（以钢铁腐蚀为例）
3．金属的防护
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
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
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：
（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
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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(SO42-)=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：
第二阶段相当于电解氯化钠溶液：
第三阶段相当于电解水：
可见只有D不正确。
例2.在100mlH2SO4与CuSO4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（
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状况），则原溶液中Cu2+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- = 2H2O + O2↑
阴极电极反应式为：（开始）Cu2+ + 2e- = Cu （最后）2H+ + 2e- = H2↑
根据电子得失守恒：
。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Fe2+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- = Zn2+，Ni - 2e- =Ni2+，Cu - 2e- = Cu2+
阴极：Cu2+ + 2e- = Cu
（1）
阴极质量增重：
（2）粗铜中
阳极上溶解的铜的质量：
阳极质量减少：
（3）
（4）阳极上溶解铁的物质的量：
Ⅴ.跟踪训练
一、选择题（单选题）
1、①白铁（铁上镀锌）②马口铁（铁上镀锡）③铜质奖章（铁上镀铜），当镀层破坏后，铁腐蚀速率由快到慢的顺序是
A．③①② B．②①③ C．③②① D．①②③
2、在一定温度下，以惰性电极电解硫酸钾饱和溶液，当阳极产生a摩气体时，溶液中析出W克晶体(不含结晶水)，设电解过程中温度保持不变，则剩余溶液的溶质的质量分数为
A. B.
C. D.
3、用Pt作电极，电解串联电路中分装在甲、乙两个烧杯中的200mL0.3molL-1 NaCl溶液和300ml0.3molL-1的AgNO3溶液，当产生0.56L（标准状况）Cl2时停止电解，取出电极，将两杯溶液混合，混合液的pH为（设混合后总体积为500mL）
A．1.4 B．5.6 C．7 D．12.6
4、用二根铂丝作电极插入KOH溶液中，分别向两极通入甲烷和氧气，可作为一种燃料电池的模拟装置。试判断下列说法正确的是
(A) 通氧气的铂极为负极
(B) 此电池反应为CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
(C) 此电池放电时，KOH浓度不变。
(D) 此电池放电时，KOH浓度减小。
5、下列判断正确的是
A．以镁和铝为电极，氢氧化钠溶液为电解质溶液，镁做负极。
B．以铜和铝为电极，浓硝酸为电解质溶液，铜做负极。
C．Cu + 2H2O = Cu(OH)2 + H2反应，在任何条件下都不能发生。
D．电镀时，电解质的浓度一定保持不变。
二、选择题（双选题）
6、下列电极反应
书
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写正确的是
A．碱性氢氧燃料电池负极的电极反应：H2 + 2OH- + 2e- → 2H2O
B．铅蓄电池正极的电极反应：Pb + SO42- → PbSO4+2e-
C．吸氧腐蚀正极的电极反应：2H2O + O2 + 4e- → 4OH-
D．锌锰干电池负极的电极反应：Zn → Zn2+ + 2e-
7、下列关于原电池和电解池的描述正确的是
A．无论原电池还是电解池，阴离子总是向发生氧化反应的电极迁移。
B．原电池是将电能转化为化学能，电解池是将化学能转化为电能。
C．原电池工作时，电流由负极流向正极。
D．原电池工作过程是一个自发过程，电解池工作过程是一个非自发过程。
8、 某电解质溶液pH=a，向其中插入两根惰性电极通电一段时间后再测知溶液的pH=b，若b≤a，该电解质可能是
A．Na2S B．CuSO4 C．NaCl D．Na2SO4
9、某电解池内盛有硫酸铜溶液，插入两根电极，接通直流电源，欲达到如下要求：①阳极质量不变，②阴极质量增加，③电解液pH减小，则应选用的电极是
A．阴阳两极都是石墨 B．铜作阳极，铁做阴极。
C．铁作阳极，铜做阴极。 D．铂作阳极，铜做阴极。
10、用石墨作电极，电解1L0.1mol/LCuSO4溶液，电解一段时间后，CuSO4浓度会减少。为了恢复电解液仍为1L0.1mol/L（假定电解过程中，水份无蒸发损失），应向溶液中加入
A、Cu（OH）2 B、无水CuSO4 C、CuCO3 D、 CuO
三、填空题
11、金属腐蚀的本质是__________________________________________。切完咸菜的刀生锈时，发生的是___________腐蚀，此时为______负极，电极反应为______________________，__________为正极，电极反应为____________________________。
12、从H+、Cu2+、Na+、SO42-、Cl-五种离子中恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：
（1）以石墨为电极，使电解质质量减少，水量不变进行电解，则采用的电解质是__________。
（2）以石墨为电极，使电解质质量不变，水量减少进行电解，则采用的电解质是__________。
（3）以石墨为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水质量都减少进行电解，则采用的电解质是__________。
13、下图所示的装置：
（1）当A键断开，B、C两键闭合时，甲为__________池，乙为__________池。甲池中各电极反应式为______________________________、______________________________。
（2）将乙中两极都换成石墨，硫酸铜溶液换成稀硫酸。断开B、C两键，闭合A键，甲为__________池，乙为__________池。当甲中锌减轻时，乙中共放出气体（标准状况）_______________ml。
四、实验题
14、以石墨做阳极，铁网做阴极，用离子隔膜法电解饱和食盐水。请回答下列问题：
（1）写出在电解过程中，与电源正极相连的电极上的电极反应式 。
（2）电解前食盐水要精制，目的是除去粗盐中Ca2+、Mg2+、SO
等杂质离子。使用的试剂有：a.Na2CO3溶液，b.Ba(OH)2溶液，c.盐酸。其合理的加入顺序是____________________。
（3）如果电解前食盐水的体积为10L，通电1min在阴极产生11.2L（标准状况）气体。
此时电极反接，再通电0.5min，这时溶液pH是（设体积维持不变） 。
（4）若采取无隔膜法电解饱和食盐水，电解反应为： 。
（5）Cl2常用于自来水的消毒，现有一种新型消毒剂ClO2，若它们在杀菌过程中的还原产物均为Cl-，消毒等量的自来水，所需Cl2和ClO2的物质的量之比为
15、某学生试图用电解法根据电极上析出的物质的量质量来验证阿佛加德罗常数值，其实验方案的要点为：①用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如右图：②在电流强度为I安培，通电时间为t秒种后，精确测得某电极上析出的铜的质量为m克。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。实验线路中的电流方向为 → → →C→ →
(2)写出B电极上发生反应的电极反应式 ， G试管中淀粉KI溶液变化的现象为 ，相应的离子方程式是 。
（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应是 。（选填下列操作步骤的编号）①称量电解前电极质量 ②刮下电解后电极上的铜并清洗 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）已知电子的电量为1.6×10-19库仑。试列出阿佛加德罗常数的计算表达式：
NA
智能考点五“化学能与电能”参考答案
1C 2B 3C 4D 5B 6CD 7AD 8BD 9AD 10CD
11、金属原子失电子被氧化。吸氧，Fe，Fe – 2e- = Fe2+，C，2H2O + O2 + 4e- = 4OH-。
12、（1）HCl CuCl2（2）H2SO4 Na2SO4 NaHSO4（3）NaCl CuSO4
13、（1）原电，电解，Zn → Zn2+ + 2e-，2H+ + 2e- → H2↑。（2）原电，电解，3360。
14（1）2Cl- → Cl2↑+2e-（2）bac（3）13（4）
（5）5：2
15（1）E接D，C接A，B接F；F→B→A→C→D→E
（2）2Cl- → Cl2↑+2e-，变蓝色，
Cl2 + 2I- = I2 + 2Cl-
（3）①③④⑥
（4）
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