【2017年整理】选修4化学反应原理第四章第三节电解池教案、人教版

【2017年整理】选修4化学反应原理第四章第三节电解池 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 、人教版 电解原理 [重点难点] 1(理解电解的基本概念和原理。 2(了解铜的电解精炼、电镀铜。 3(会写电极反应式、电解方程式，掌握围绕电解的计算。 [知识点讲解] ,基础知识导引, 1(电解 电解CuCl 2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。如用惰性电极电解CuCl2 溶液时，电极反应式: —— 阳极 2Cl—2e=Cl?(氧化反应) 2 2+— 阴极 Cu+2e=Cu(还原反应) 电解方程式为:CuClCu+Cl? 22 2(电解池 把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。 电解池与直流电源的连接 其中跟直流电源或原电池的负极相连的电极是电解池的阴极;跟直流电源或原电池的正极相连的电极 是电解池的阳极。 3(铜的电解精炼和电镀铜 ?铜的精炼 以粗铜做阳极，精铜做阴极，硫酸铜(加入一定量的硫酸)做电解液，如图: 电解精炼铜原理 两极反应式如下: —2+ 阳极Cu—2e,Cu 2+— 阴极Cu+2e=Cu ?电镀铜 电镀铜和精炼铜的原理是一致的，但阴、阳两极材料略有差别: 1、精炼铜时，粗铜板作阳极，纯铜片作阴极，用CuSO溶液(加入一定量的硫酸)作电解液。 4 、电镀铜时，镀层金属(铜片)作阳极，待镀件(铁片)作阴极，用含有镀层金属离子的电解质(CuSO) 24配成电镀液。 镀铜 ,重点难点点拨, 一、电解原理 1(电解质溶液的导电 我们知道，金属导电时，是金属内部的自由电子发生的定向移动，而电解质溶液的导电与金属导电不同。 通电前电解质溶液中阴、阳离子在溶液中自由地移动;通电后在电场的作用下，这些自由移动的离子改作定向移动，带负电荷的阴离子由于静电作用向阳极移动，带正电荷的阳离子则向阴极移动，并在两极上发生氧化还原反应。我们把: 借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转化为化学能的装置叫电解池。 电解池中与直流电源负极相连的电极叫阴极，与直流电源正极相连的电极叫阳极。 物质能否导电是由其内部能否形成定向移动的自由电荷所决定的，对金属就是自由电子，而对电解质溶液就是自由移动的阴阳离子。 2(电解 (1)概念: 使电流流过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。 (2)电子流动的方向: 电子从外接直流电源的负极流出，经导线到达电解池的阴极，电解池溶液中的阳离子移向阴极，并在阴极获得电子而被还原，发生还原反应;与此同时，电解池溶液中的阴离子移向阳极，并在阳极上失去电子(也可能是阳极很活泼而本身失去电子)而被氧化，发生氧化反应。这样，电子又从电解池的阳极流出，沿导线而流回外接直流电源的正极。 (3)电极反应的类型: 阳极反应为氧化反应，阴极反应为还原反应，故而阴极处于被保护的状态，而阳极则有可能被腐蚀。 3、电极名称的进一步理解 原电池: 根据电子流动的方向可以把电极分成正、负极。流出电子的电极(或发生氧化反应的电极)为负极、流入电子的电极为(或发生还原反应的电极)正极; 电解池:根据离子的迁移方向可以把电极分成阳极、阴极。阳离子移向的电极(或与直流电源负极相连的电极)为阴极、阴离子移向的电极(或与直流电源正极相连的电极)为阳极。 ?在原电池中，称正极、负极，其中负极流出电子 ?在电解池中，称阳极、阴极，其中阴极流入电子 ?电解池的阳极与原电池的正极相连，电解池的阴极与原电池的负极相连 4、电极反应式和电解方程式的 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 写 <1>化学变化的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示表示方法 为了表示化学变化的不同侧面，化学变化主要用化学方程式表示。具体分类如下: ?(普通)化学方程式 氧化还原方程式(标出电子转移方向、数目等) ? ?离子方程式 ?电离方程式 ?水解方程式 ?热化学方程式(标明反应物、生成物的状态及对应的热效应) ?电极反应式 ?电解方程式 <2>电极反应式与电解方程式的书写 书写电极反应，首先要搞清楚电极材料，然后分析溶液中离子情况，再根据阴、阳极放电的规律，得出相应的结论。 电解过程总反应方程式叫电解方程式(指电解时总的化学方程式或离子方程式)。要正确书写电解方程式，首先要正确写出电极反应式，然后分析参加电极反应的离子来自何种物质，这样才能正确写出反应物、生成物，配平且在等号上方注明“电解”或“通电”。 书写的具体步骤: ?先查阳极电极材料和确定溶液中的离子种类 2+2—+-如用C电极电解CuSO溶液:溶液中有CuSO=Cu+SO;HO H+OH。 4442 2++—2—溶液中存在Cu、H、OH、SO共4种离子。 4 ?由放电顺序确定放电产物和电极反应 C电极为惰性电极，不参加反应。 2++2+放电能力 Cu,H Cu放电生成Cu ——2—OH,SO，OH放电生成O42 电极反应: 2+—阴极 2Cu+4e=2Cu ——阳极 4OH-4e,2HO+O? 22 +2—溶液中余下的H和SO结合成新物质HSO。 424 ?由电极反应产物，写出总反应式――电解方程式 如上述反应中的反应物为CuSO和HO，产物是Cu、O和HSO，电解方程式为:2CuSO+2HO 4222442 2Cu+O?+2HSO224 5、电离、水解和电解的比较 发生条件 变化实质 实 例 ?适用于电解质 电解质分离成自由移?电离是盐类发 2+2-电离 ?在溶液或熔化状态动的离子(在水溶液生水解反应和电CuSO=Cu+SO 44 中发生 中形在水合离子) 解反应的先决条 件 组成盐的酸根阴离子?与水电离产生的H+?电解要通入直或金属阳离子(包括--CN+HOHCN+OH 或OH-结合成难电离2流电才能发生 +水解 NH)和水电离出的4物质等 ?一般说，盐类的+—H或OH结合成弱电2++Cu+2HOCu(OH)+2H ?在水溶液中发生 22水解反应是可逆解质 的、微弱的;其他?只有电解质处于熔在直流电作用下，组物质(如CaC、2融状态或溶液中才能成电解质的阴、阳离醇钠、卤代烃、酯、+电解 发生 +2HO2CuSO子(或水中的H、42多糖、蛋白质等)—?要通入直流电，才发OH)在电极上发生2Cu+O?+2HSO 224的水解程度与物生电解 氧化还原反应 质自身有关。 6、电离方程式、离子方程式和电极反应式、电解方程式的比较 表示内容 书写特点 实 例 ++2-NaHSO=Na+H+SO 44 强电解质完全电离，用 +- HS+HOHO+HS“=”表示，弱电解质不完223 表示电解质在 全电离，用“”表示。-+2- 熔融状态或溶HS+HOHO+S23电离方程式 +- 液中的离解的多元酸、碱分步电离分NaHCO=Na+HCO33 式子 步书写(中学阶段中多 -+2- 元弱碱的电离可一步书HCOH+CO33 写) 3+-Al(OH)Al+3OH 3 反应物、生成物中易溶 -+且易电离的写离子形式NH+OHNH?+HO 432 (包括弱酸、弱碱、难表示弱电解质+-电离物质等);其他物NH+OH NH?HO 432等在溶液中的+2+ 质写分子式。方程式两Cu+2Ag=2Ag+Cu离子方程式 反应。可以表边原子个数和电荷均应示同一类的反3++ 守恒，固态物质间反应Al+3HOAl(OH)+3H23应 3+-不用离子方程式表示Fe+3SCN=Fe(SCN)3 +2-2+-(浓溶液间的反应一般2H+SO+Ba+2OH=BaSO?+2HO 442 -- 也不用) CHCHCl+OH CHCHOH+Cl3232 -- CHO+CO+HO CHOH+HCO6522653 --CHCOOCHCH+OH CHCOO+CHCHOH 323323 2+-CaC+2HO Ca+2OH+CH? 2222 ++4Ag+2HO4Ag+O?+4H 22 ? 用惰性电极电解CuSO溶液 4 --阳极 4OH—4e=2HO+O? 22 2+-阴极 Cu+2e=Cu 表示原电池或? 钢铁的吸氧腐蚀(铁本身是活泼电极，参加反应) 要注明电极名称，得—2+ 电极反应式 电解池中的电负极Fe—2e=Fe(失)电子数 -- 极反应 正极O+2HO+4e=4OH22 ? 电解饱和食盐水(用惰性电极) --阳极:2Cl-2e=Cl? 2+-阴极:2H+2e=H? 2 用惰性电极电解硫酸铜时: 表示电解时物2CuSO+2HO2HSO+2Cu+O? 42242电解方程式 质变化的化学条件是“电解” 用惰性电极电解饱和食盐水时: 方程式 2NaCl+2HO2NaOH+H?+Cl? 2227、原电池、电解池和电镀池的比较 原电池 电解池 电镀池 应用电解原理在某些金属或非金属定 义 将化学能转变成电能的装置 将电能转变成化学能的装置 表面镀上一层其他金属合金的装置 装置举例 ? 活动性不同的两电极(连接) ? 两电极接直流电源 ? 镀层金属接电源正极，镀件接电? 电解质溶液(电极插入其中形成条件 ? 两电极插入电解质溶液 源负极 并与电极自发反应) ? 形成闭合回路 ?电镀液必须含有镀层金属的离子 ?形成闭合回路 负极 较活泼金属(电子流出的名称同电解池的命名，但有限制 极) 阴极 与电源泉负极相连的极 电极名称 阳极 必须是镀层金属 正极 较不活泼金属或能导电的阳极 与电源正极相连的极 阴极 镀件 非金属(电子流入的极) 负极 氧化反应;金属或还原性气阳极 氧化反应;溶液中的阴离子失电阳极 金属电极失电子 电极反应 体失电子 子，或电极金属失电子 阴极 电镀液中阳离子得电子 正极 还原反应;溶液中的阳离子阴极 还原反应;溶液中的阳离子得电 得电子或者氧化性气体得电子子 (吸氧腐蚀) 外电路: 同电解池 外电路: 电子流向 能量转变 化学能转变为电能 电能转化为化学能 电能转化为化学能 有外接直流电源，阳极为活泼金属且装置特点 无外接直流电源 有外接直流电源 与电解液中阳离子为同一金属 相似之处 均能发生氧化还原反应，且同一装置中两个电极在反应过程中转移电子总数相等。 举 例 ?铜锌原电池;?氢氧燃烧电池 ?氯碱工业装置;?电解精炼铜 镀锌装置 8、电解时电极放电顺序的判断 离子在电极上得失电子的能力与离子的性质、溶液的浓度和温度、电流的大小、电极的材料及电极间的距离等都有关系。中学阶段我们一般只讨论电极材料的性质、离子的氧化性强弱和还原性强弱对它们得失电子能力的影响。 ?阳极放电顺序 1 看电极，如果是活性电极(指金属活动顺序表Ag及Ag以前的金属)则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。 2 如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中的阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。 2———————3 阴离子放电顺序:S,I,Br,Cl,OH,含氧酸根,F(实际上在水溶液中的电解，OH后面的 —离子是不可能放电的，因为水提供的OH会放电) ?阴极放电顺序 +3+2+2+2+阴极本身被保护，直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序:Ag,Fe,Cu,Fe,Zn +3+2+++,H,Al,Mg(类似，在水溶液中的电解，H后面的离子一般是不放电的，因为水提供的H会放电;离子的放电顺序往往还与溶液的酸碱性、温度、离子的浓度等有关) 9、电解质溶液的电解规律(惰性电极) 被电电解质实解的阴 极 阳 极 总方程式 备注 溶液的pH 例 物质 强碱的含电解质 +---氧酸盐不变 起导电HO 4H+4e=2H? 4OH-4e=O?+2HO 22222HO2H?，O? 222作用，NaSO 24 含氧酸其量不降低 变，水HSO 24 减少 升高 强碱KOH 具体看金属阳离 子水解能力与生 弱碱的非成的气体溶于水 含氧酸盐后的反应。此处相当于2+---+2e=Cu? 2Cl-2e=Cl? Cu2CuClCu+Cl? (氟化物除Cl溶于水的酸性22电解2电解质2+外)CuCl 强于Cu水解的质自2分解， 酸性，所以pH下身 水不参 降 加反应 非含氧酸 +---升高 (HF除2H+2e=H? 2Br-2e=Br 222HBrBr+H? 22外)HBr 强碱的非 +---含氧酸盐2NaCl+2HO升高 2H+2e=H? 2Cl-2e=Cl? 2电解22 NaCl 2NaOH+H?+Cl? 质自22产生碱身和或酸 弱碱的含 2+---水 氧酸盐降低 +42e=2Cu? 4OH-4e=O?+2HO 2CuSO+2HOCu2242 CuSO 2HSO+2Cu+O? 4242 10、电解质溶液电解时(均为惰性电极)，pH变化情况，电解液复原所需加入物质及电解类型(与上面的9相互对照补充) (1)分解水型: 含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、HSO、KSO等)的电解。 2424 +-阴极:4H+4e=2H? 2 --阳极:4OH-4e=O?+2HO 22 总反应:2HO2H?+O? 222 阴极产物:H;阳极产物:O。 22 电解质溶液复原加入物质:HO。 2 pH变化情况:原来酸性的溶液pH变小，原来碱性的溶液pH变大，强酸(含氧酸)强碱的正盐溶液pH不变。 (2)分解电解质型: 无氧酸(除HF外)、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)的电解，如HCl、CuCl等。 2 2+-阴极:Cu+2e=Cu --阳极:2Cl-2e=Cl? 2 总反应:CuClCu+Cl? 22 阴极产物:酸为H，盐为金属;阳极产物:卤素等非金属单质。 2 电解液复原加入物质为原溶质，如电解CuCl溶液，需加CuCl。 22 pH变化情况:如电解无氧酸溶液pH变大但不会超过7;如为盐溶液的电解则视无氧酸根的情况而定(如: 2+电解CuCl溶液时，由于生成的Cl溶于水产生的酸性强于Cu水解产生的酸性，所以pH下降;电解NaS222溶液时，由于生成NaOH使pH升高)。 (3)放氢生碱型: 活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解，如NaCl、MgBr等。 2 +-阴极:2H+2e=H? 2--阳极:2Cl-2e=Cl? 2 总反应:2NaCl+2HO2NaOH+H?+Cl? 222 阴极产物:碱和H;阳极产物:卤素等非金属单质。电解饱和食盐水的产物分别为NaOH和H以及Cl。 222 电解液复原加入物质为卤化氢。电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需加入HCl。 pH变化情况:电解液pH显著变大 (4)放氧生酸型: 不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如CuSO、AgNO等。 43 2+-阴极:2Cu+4e=Cu --阳极:4OH-4e=O?+2HO 22 总反应:2CuSO+2HO2Cu+O?+2HSO42224 阴极产物:析出不活泼金属单质;阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气，本例中分别是Cu以及HSO、24O。 2 电解液复原加入物质为不活泼金属的氧化物(金属价态与原盐中相同)。如电解CuSO溶液，复原需加入4CuO。 pH变化情况:溶液pH显著变小。 11、实验分析:电解CuCl溶液 2 (1)电极材料 阴极可用惰性电极，甚至较活泼的金属，但阳极需使用惰性电极，否则会发生氧化反应而溶解。 (2)惰性电极一般指金、铂、石墨电极，而银、铜等均是活性电极。 (3)实验现象:通电后，电流表指针发生偏转，阴极石墨棒上析出一层红色固体，阳极表面有气泡放出， 可闻到刺激性气味。 (4)淀粉碘化钾试纸的作用:检验阳极产物是否为Cl。使用时应先润湿并缠于玻棒端或用镊子夹持，作2 用时间不宜太久，否则变蓝后的试纸又会失去蓝色。 12、电解原理的应用 ?氯碱工业 如电解饱和食盐水可制得NaOH、Cl、H，而电解稀NaCl溶液可制备NaClO。 22 2NaCl+2HO2NaOH+H?+Cl? 222 ?电镀 利用电解原理进行设计 镀 件 电镀与一般的电解本质相同，但在电极材料、电极反应(是同种金属的得失电子，宏观上无新物质生成)、溶液浓度(电解过程浓度一般会发生变化，但电镀则不变)的变化等均有差别。 ?精炼铜 ?电解法冶炼金属 一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼，如Na、Mg、Al等金属(这是因为这些金属的阳离子的氧化性很弱，难以找到经济实用的还原剂，从这个意义上看，电源的负极是最强的还原剂)。 例如:用石墨作电极电解熔融的氧化铝 ?原料 由铝土矿提纯得到纯AlO23 ?设备 3+2—?原理 在熔化条件下 AlO=2Al+3O 23 3+—阴极 4Al+12e=4Al 2——阳极 6O—12e=3O? 2 总反应式 注意: ?冰晶石作熔剂，降低AlO的熔点;?电解过程中，定期补充阳极碳块;?由铝矾土制备纯AlO。 2323二、铜的电解精炼 原理:电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连;用纯铜板作阴极，与电源的负极相连，用CuSO溶液(加入一定量的硫酸)作电解液。 42++-+2+2+--2-CuSO溶液中主要有Cu、SO、H、OH，通电后H和Cu移向阴极，并在阴极发生Cu+2e=Cu;OH44 和SO移向阳极，但阳极因为是活性电极故而阴离子并不放电，主要为阳极(活泼及较活泼金属)发生 -2+氧化反应而溶解，阳极反应:Cu-2e=Cu。 电解过程中，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶 2+-解，此时阴极仍发生Cu+2e=Cu，这会导致电解液中硫酸铜的浓度不发生变化;Ag、Au不如Cu易失电子，Cu溶解时它们以阳极泥形式沉积下来，可供提炼Au、Ag等贵金属。 结论:该过程实现了提纯铜的目的。 三、电镀铜 1( 原理: 电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液;把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出。 电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。 工业上电镀常使用有毒电镀液，因此电镀废水应回收有用物质、降低有害物质含量后，达标排放，以防污染环境。 2(实验分析:电镀铜实验 (1)待镀件需酸洗去除表面的锈。 2+(2)电镀液CuSO中加氨水制成铜氨溶液以降低Cu浓度使镀层光亮。 4 [典型例题剖析] 例1(用两支惰性电极插入500mL的AgNO溶液中，通电电解。当电解质溶液的pH由6.0变为3.03 时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，则电极上析出银的质量是( ) A(27mg B(54mg C(108mg D(216mg [分析]根据离子放电顺序，先写出两极的电极反应式: --阳极:4OH-4e=O?+2HO ? 22 +-阴极:4Ag+4e=4Ag ? -++ 其中OH来自水，所以总的电解反应式:4Ag+2HO4Ag+O?+4H22 或4AgNO+2HO4Ag+ O?+4HNO3223 -3-6-3因为有HNO生成，所以pH要变小。生成HNO的物质的量为(10-10)×0.5?0.5×10mol，所以析出33-3银的质量为0.5×10mol×108g/mol=54mg 答案:B 例2(如图所示A为一张浸透淀粉碘化钾溶液并滴有酚酞试剂的滤纸，a、b为两张紧贴在滤纸上的铂片，并用导线和直流电源M、N两极相连接，通电后，在a周围观察到无色溶液变为蓝色。 (1)电源哪一个极是正极,哪极是负极, (2)b周围可观察到什么现象,为什么, -[分析]本题装置实际上是电解KI溶液，由于a、b为铂电极是惰性电极，则在阳极上放电的应是I， --++-+其电极反应为:2I-2e=I;阴极是水电离出来的H放电，其电极反应为:2H+2e=H?，由于H在阴极上22 -不断放电，破坏了水的电离平衡，使阴极附近OH浓度增大。从题给条件分析可知，a周围观察到蓝色，说明有I生成，所以a为阳极、b为阴极，而与之相连中的电源M极为正极，N极为负极，b周围酚酞试液2 变红色。 答案: (1)M是电源的正极，N为负极， +-+(2)b极周围可看到溶液红色，因为b极为阴极，其电极反应为2H+2e=H?，由于H不断放电破坏2-了水的电离平衡，c(OH)增大，使得b极附近碱性增大，酚酞变红。 例3(若在铁片上镀锌，以下叙述中错误的是( ) A(可把铁片与电源的正极相连 B(电解质必须用含有锌离子的可溶性盐 C(锌极发生氧化反应 2+-D(铁极的电极反应式为Zn+2e=Zn [分析]电镀的实质就是以非惰性电极为阳极的一种特殊的电解。电镀时一般以镀层金属为电解池的阳极，待镀件为阴极，含镀层金属离子的电解溶液为电镀液。电镀过程中镀层金属发生氧化反应而成为离子溶入电解液，其离子则在待镀件上发生还原反应而析出，且电解质溶液浓度一般不变。故而本题只有A项不正确。 答案:A -1例4(串联电路中的四个电解池分别装有0.1mol?L的下列溶液，用铂电极电解，连接直流电源一段时间后，溶液的pH最小的是( ) A(CuCl 2 B(NaCl C(AgNO 3 D(KNO3 [分析] 本题主要考查电解原理、离子放电顺序及电解后溶液pH变化等问题。理解电解原理并熟悉掌 +-握阴、阳离子的放电顺序是解本题的关键，在电解时，如果H或OH在电极上放电往往会导致电极附近溶 +-+-液H或OH浓度发生改变，从而引起电极附近pH变化。对于电解CuCl溶液，尽管H或OH都没有在阴2 极或阳极上放电，但由于CuCl是强酸弱碱盐，水解后溶液呈酸性，因此若CuCl完全电解后，如果不考22 虑Cl溶于水生成HCl和HClO，溶液呈中性，pH增大(实际上由于生成HCl、HClO， 溶液呈微酸性)。2 +--+-电解NaCl溶液H在阴极上放电，阴极附近OH浓度增大;阳极上Cl放电，阳极区域H、OH浓度基本不 +-+变，因而电解后整个溶液pH会变大，电解AgNO溶液，阴极Ag放电;阳极是OH放电，阳极区域H浓3 度变大，溶液pH会显著变小(相当于生成稀HNO)。电解KNO实质是电解水，pH不变。 33 答案:C 例5(将两个铂电极插入500mL CuSO(aq)中进行电解，通电一段时间后，某一电极上增重0.064g(设4 电解时无H放出，且不考虑水解和溶液体积的变化)，此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为( ) 2 -3-1A(1×10mol?L -3-1 B(4×10mol?L -3-1C(2×10mol?L -7-1 D(1×10 mol?L ++[分析]由于最后溶液中的H主要由电解CuSO溶液产生，所以要计算c(H)，可依据电解的离子方程4 2++式2Cu+2HO2Cu+O?+4H进行解题。题中电极增重0.064g必为阴极反应生成Cu所致，即22 -1n(Cu)=0.064g?64g?mol=0.0010mol，然后依据离子方程式中各物质之间的化学计量数之比，求出生成的+c(H)。 2++2Cu+2HO2Cu +O?+4H 22 2mol 4mol + 0.0010mol c(H)×0.50L +-3-1 c(H)==4.0×10mol?L 答案:B 例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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的要点 如下: ?用直流电电解氯化铜溶液(所用仪器如图4—5: ?在电流强度为IA，通过时间为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是_______。(选填下列操作步骤的编号) ?称量电解前电极质量 ?刮下电解后电极上的铜并清洗 ?用蒸馏水清洗电解后的电极 ?低温烘干电极后称量 ?低温烘干刮下的铜后称量 ?再次低温烘干后称量至恒重 —19(4)已知电子的电量为1.6×10C。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式:N,_______。 A [解析] 本题综合考查学生设计实验的能力，并注意了与物理学科的交叉和渗透。 本题解题要点如下: ? 图中U型电解槽外接的试管G，是用来吸收阳极放出的Cl，由此判断A为阴极，该极应2 通过电流计接在蓄电池的负极上; ? 欲精确测量电极上析出铜的质量，宜采用称量电极在电解前后质量差的方法，而不能用“刮 下”的方法; ? 根据电量相等:，可求得阿伏加德罗常数。 答案: (1)D A B ; F B A D E ————(2)2Cl—2e,Cl? 变蓝色 Cl+2I,2Cl+I222 (3)???? (4) 例7((04广东、11)pH=a的某电解质溶液中，插入两支惰性电极通直流电一段时间后， 溶液的pH>a，则该电解质可能是( ) A(NaOH B(HSO C(AgNO D(NaSO24324 答案:A 解析:用惰性电极NaSO溶液，pH不变，电解HSO溶液和AgNO溶液，pH减小，故选24243 A。 05天津、12)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可例8(( ，，，222用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知:氧化性Fe,Ni,Cu)( ) ，,2A(阳极发生还原反应，其电极反应式:Ni，2e,Ni B(电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 ，，22 C(电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe和Zn D(电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 答案:D 2+提示:根据电解精炼铜原理知，电解制备高纯度Ni时要用NiSO做电解质溶液，且电解前后Ni浓度基。 4 例9((04全国?、28)(14分) 在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内 还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如图。接通电源，阳极周围的液 体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。 静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。 根据上述实验回答: (1)阳极上的电极反应式为________________________________。 (2)阴极上的电极反应式为________________________________。 (3)原上层液体是_______________________________________。 (4)原下层液体是_______________________________________。 (5)搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是:________________________________。 (6)要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是:________________，现象是:__________________。 答案: --(1)2I-2e ,I2 +-(2)2H+2e ,H? 2 (3)KI(或NaI等)水溶液 (4)CCl(或CHCl等) 43 (5)I在CCl中的溶解度大于在水中溶解度，所以绝大部分I都转移到CCl中 2424 (6)焰色反应 透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色(其它合理答案同样给分。例如，若?中答NaI 水溶液，这里答火焰呈黄色。) 2006-2011年普通高等学校招生考试理科综合物理部分(四川卷)之2009物理部 分 第?卷 二、选择题(本题包括8小题。每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 14.关于电磁波，下列说法正确的是 A.雷达是用X光来测定物体位置的设备 B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调 C.用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光 D.变化的电场可以产生变化的磁场 答案:D 解析:雷达是根据超声波测定物体位置的，A错;使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，B错;用紫外线照射时大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光，利用紫外线的荧光效应，C错;根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场可以产生变化的磁场、变化的磁场产生电场，D对。 15.据报道，2009年4月29日，美国亚利桑那州一天文观测机构发现一颗与太阳系其它行星 逆向运行的小行星，代号为2009HC82。该小行星绕太阳一周的时间为3.39年，直径 ,3千米，其轨道平面与地球轨道平面呈155?的倾斜。假定该小行星与地球均以太阳为 2 中心做匀速圆周运动，则小行星和地球绕太阳运动的速度大小的比值为 1213,,32233.393.393.393.3.9A. B. C. D. 答案:A GMm解析:小行星和地球绕太阳作圆周运动，都是由万有引力提供向心力，有,2R 2T2,213mR()，可知小行星和地球绕太阳运行轨道半径之比为R:R,，又根据V,122TT2 TGM11T1133，联立解得V:V,，已知,，则V:V,。 1212T3.39R3.39T22 16.关于热力学定律，下列说法正确的是 A.在一定条件下物体的温度可以降到0 K B.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 C.吸收了热量的物体，其内能一定增加 D.压缩气体总能使气体的温度升高 答案:B 解析:根据热力学第三定律的绝对零度不可能达到可知A错;物体从外够外界吸收热量、对外做功，根据热力学第一定律可知内能可能增加、减小和不变，C错;压缩气体，外界对气体作正功，可能向外解放热，内能可能减少、温度降低，D错;物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功而引起其他变化是可能的，B对。 17.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，R,20 ，R,30 ，C为 ,,12电容器。已知通过R的正弦交流电如图乙所示，则( ) 1 A.交流电的频率为0.02 Hz B.原线圈输入电压的最大值为200 V 2 C.电阻R的电功率约为6.67 W 2 D.通过R的电流始终为零 3 答案:C 解析:根据变压器原理可知原副线圈中电流的周期、频率相同，周期 为0.02s、频率为50赫兹，A错。由图乙可知通过R的电流最大值1 为I,1A、根据欧姆定律可知其最大电压为U,20V，再根据原副线圈的电压之比等于匝mm 数之比可知原线圈输入电压的最大值为200 V、B错;因为电容器有通交流、阻直流的作用，则有电流通过R和电容器，D错;根据正弦交流电的峰值和有效值关系并联电路特点可知3 IRm1电阻R的电流有效值为I,、电压有效值为U,U/V，电阻R的电功率为P,22m222R2 20UI,W、C对。 3 18.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n,4的能级向n,2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n,3的能级向n,2的能级跃迁时辐射出可见光b，则( ) A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出,射线 B.氢原子从n,4的能级向n,3的能级跃迁时会辐射出紫外线 C.在水中传播时，a光较b光的速度小 D.氢原子在n,2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离 答案:C ,解析:射线的产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产生的， A错;根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差，从n,4的能级向n,3的能级跃迁时会辐射出的光子能量小于a光子的能量、不可能为紫外线，B错;根据跃迁规律可知从n,4向n,2跃迁时辐射光子的能量大于从n,3向n,2跃迁时辐射光子的能量，则可见光a的光子能量大于b，又根据光子能量E,hγ可得a光子的频率大于b，则a的折射率大于b，又V,C/n可得在水中传播时，a光较b光的速度小，B对;欲使在n,2的能级的氢原子发生电离，吸收的能量一定不小于3.4eV，D错。 19.图示为一列沿x轴负方向传播的简谐横波，实线为t,0时刻的波形图，虚线为t,0.6 s 时的波形图，波的周期T,0.6 s，则( ) A.波的周期为2.4 s B.在t,0.9 s时，P点沿y轴正方向运动 C.经过0.4 s，P点经过的路程为4 m D.在t,0.5s时，Q点到达波峰位置 答案:D 3解析:根据题意应用平移法可知T,0.6s，解得T,0.8s，A错;由图可知振幅A,0.2m、4 11波长λ,8m。t,0.9s,1T，此时P点沿y轴负方向运动，B错;0.4s,T，运动路程为82 5112A,0.4m，C错; t,0.5s,T,T，T，波形图中Q正在向下振动，从平衡位置向下828 111振动了T，经T到波谷，再过T到波峰，D对。 882 20.如图所示，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方O点处有一正点电荷，带负电的小物体以初速度V从M点沿斜面上滑，到达N点时速度为零，然后下滑回到M点，此时速度为V(V122,V)。若小物体电荷量保持不变，OM,ON，则( ) 1 22VV，12A(小物体上升的最大高度为 4g B(从N到M的过程中，小物体的电势能逐渐减小 C(从M到N的过程中，电场力对小物体先做负功后做正功 D(从N到M的过程中，小物体受到的摩擦力和电场力均是先增大后减小 答案:AD 解析:设斜面倾角为θ、上升过程沿斜面运动的最大距离为L。 因为OM,ON，则MN两点电势相等，小物体从M到N、从N到M电场力做功均为0。上滑和下滑经过同一个位置时，垂直斜面方向上电场力的分力相等，则经过相等的一小段位移在上滑和下滑过程中电场力分力对应的摩擦力所作的功均为相等的负功，所以上滑和下滑过程克服电场力产生的摩擦力所作的功相等、并设为W。在上滑和下滑过程，对小物体，1 2mV1应用动能定理分别有:,mgsinθL,μmgcosθL,W,,和mgsinθL,μmgcosθL,W112 222mVVV，212,，上两式相减可得sinθL,，A对;由OM,ON，可知电场力对小物体先24g 作正功后作负功，电势能先减小后增大，BC错;从N到M的过程中，小物体受到的电场力垂直斜面的分力先增大后减小，而重力分力不变，则摩擦力先增大后减小，在此过程中小物体到O的距离先减小后增大，根据库仑定律可知小物体受到的电场力先增大后减小，D对。 21.如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R， 2R,r。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则( ) 3A.n可能为 B.n可能为2 22rC.t可能为 c 4.8rD.t可能为 c 答案:AB 解析:只经过两次全反射可知第一次入射角为45?，反射光路图 1如右图所示。根据全反射可知临界角C?45?，再根据n,可sinC 知n?;光在透明柱体中运动路程为L,4r，运动时间为t,2 L/V,4nr/c，则t?4r/c，CD均错。 2 第?卷 本卷共10题，共174分。 22.(17分) (1)在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长(或缩短)的 长度的比值，叫做弹簧的劲度系数。为了测量一轻弹簧的 劲度系数，某同学进行了如下实验设计:如图所示，将两 平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中，金属杆 ab与导轨接触良好，水平放置的轻弹簧一端固定于O点， 另一端与金属杆连接并保持绝缘。在金属杆滑动的过程中， 弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直，弹簧的形变始终在弹性限度内，通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹簧形变较大时读数等方法，使摩擦对实验结果的影响可忽略不计。 请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题。 ?帮助该同学完成实验设计。请你用低压直流电源()、滑动变阻器()、电流表()、开关()设计一电路图，画在图中虚线框内，并正确连在导轨的C、D两端。 ?若已知导轨间的距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,正确连接电路后，闭合开关，使金属杆随挡板缓慢移动，当移开挡板且金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I,记下金属1杆的位置，断开开关，测出弹簧对应的长度为x;改变滑动变阻器的阻值，再次让金属杆静1 止时，测出通过金属杆的电流为I,弹簧对应的长度为x,则弹簧的劲度系数k=__________. 22 (2)气垫导轨(如图甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均 为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带 相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常 工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的 速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某 次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间 距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s、s和s.若题中各物理量的123 单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_________、_________，两滑块 的总动量大小为_________;碰撞后两滑块的总动量大小为_________。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。 答案:(1)?设计的电路如图。 BdIIBdII()(),,1221?(3分) 或xxxx,,1221 (2)0.2abs 0.2abs(两空可互换)，0.2ab(s-s); 0.4abs 31132 解析: (1)?低压直流电源E、滑动变阻器R、电流表、开关S串接在CD两点之间，如右图所示。 ?设弹簧原长为L，应用胡克定律有K(X,L),BId、K(X,L),BId， 0101202 BdII(),12两式相减可得K(X,X),B(I,I)d，解得K,; 1212xx,12 ,FBdII(),12法2、根据胡克定律F,KX可得ΔF,KΔX，则K,,; ,xxx,12 (2)动量P,mV，根据V,S/(5T)可知两滑块碰前的速度分别为V,0.2Sb、V,0.2Sb，1123则碰前动量分别为0.2abs和0.2abs，总动量大小为aV,aV,0.2ab(s-s);碰撞后两滑块131213的总动量大小为2aV,2a s/(5T),0.4abs。 22 23.(16分) 图示为修建高层建筑常用的塔式起重机。在起重机将 3质量m=5×10 kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静 2止开始向上作匀加速直线运动，加速度a=0.2 m/s，当 起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率 2直到重物做v=1.02 m/s的匀速运动。取g=10 m/s,不m 计额外功。求: (1) 起重机允许输出的最大功率。 (2) 重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2秒末的输出功率。 解析: (1)设起重机允许输出的最大功率为P，重物达到最大速度时，拉力F等于重力。 00 P,Fv? 00m P,mg? 0 4代入数据，有:P,5.1×10W ? 0 (2)匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v，匀加速运动经历时间为t,有: 11 P,Fv? 001 F,mg,ma? V,at? 11 由????，代入数据，得:t,5 s ? 1 T,2 s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v，输出功率为P，则 2 v,at ? 2 P,Fv ? 2 4由???，代入数据，得:P,2.04×10W。 24.(19分) 如图所示，直线形挡板ppp与半径为r的圆弧形挡板ppp平滑连接并安装在水平台面123345 bbbb上，挡板与台面均固定不动。线圈ccc的匝数为n,其端点c、c通过导线分别与123412313电阻R和平行板电容器相连，电容器两极板间的距离为d,电阻R的阻值是线圈ccc阻值11123的2倍，其余电阻不计，线圈ccc内有一面积为S、方向垂直于线圈平面向上的匀强磁场，123 磁场的磁感应强度B随时间均匀增大。质量为m的小滑块带正电，电荷量始终保持为q,在水平台面上以初速度v从p位置出发，沿挡板运动并通过p位置。若电容器两板间的电场015 为匀强电场，p、p在电场外，间距为L,其间小滑块与台面的动摩擦因数为μ，其余部分的12 摩擦不计，重力加速度为g. 求: (1)小滑块通过p位置时的速2 度大小。 (2)电容器两极板间电场强度的 取值范围。 (3)经过时间t,磁感应强度变化 量的取值范围。 解析: (1)小滑块运动到位置p时速度为v，由动能定理有: 21 1122mvmv,,umgL,? 1022 2vugL,2v,? 1 0 (2)由题意可知，电场方向如图，若小滑块能通过位置p，则小滑块可沿挡板运动且通过位置p，设小滑块在位置p的速度为v，受到的挡板的弹力为N，匀强电场的电场强度为E，5 由动能定理有: 1122mvmv,,umgL,2rEqs, ? 1022 2v当滑块在位置p时，由牛顿第二定律有:N+Eq,m? r 由题意有:N?0? 2mvugL(2),0由以上三式可得:E?? 5qr 2mvugL(2),0E的取值范围:0, E? ? 5qr (3)设线圈产生的电动势为E，其电阻为R，平行板电容器两端的电压为U，t时间内磁1 感应强度的变化量为B，得: ? , U,Ed ,BS由法拉第电磁感应定律得E,n ? 1t 由全电路的欧姆定律得E,I(R+2R) ? 1 U,2RI 23(2)mdvgL,,0经过时间t，磁感应强度变化量的取值范围:0,?。 ,Bt10nsqr25.(20分) 如图所示，轻弹簧一端连于固定点O，可在竖直平面内自由转动，另一端 -2连接一带电小球P,其质量m=2×10 kg,电荷量q=0.2 C.将弹簧拉至水平后，以初速度V=20 m/s竖直向下射出小球P,小球P到达O点的正下方O点时01速度恰好水平，其大小V=15 m/s.若O、O相距R=1.5 m,小球P在O点与11-1另一由细绳悬挂的、不带电的、质量M=1.6×10 kg的静止绝缘小球N相碰。碰后瞬间，小球P脱离弹簧，小球N脱离细绳，同时在空间加上竖直向上的匀强电场E和垂直于纸面的磁感应强度B=1T的弱强磁场。此后，小球P在竖直平面内做半径r=0.5 m的圆周运动。小球P、N均可视为质点， 2小球P的电荷量保持不变，不计空气阻力，取g=10 m/s。那么， (1)弹簧从水平摆至竖直位置的过程中，其弹力做功为多少, (2)请通过计算并比较相关物理量，判断小球P、N碰撞后能否在某一时刻具有相同的速 度。 (3)若题中各量为变量，在保证小球P、N碰撞后某一时刻具有相同速度的前提下，请推导 出r的表达式(要求用B、q、m、θ表示，其中θ为小球N的运动速度与水平方向的夹角)。 解析: (1)设弹簧的弹力做功为W，有: 1122mgRWmvmv，,, ? 022 ,2.05代入数据，得:W,J ? (2)由题给条件知，N碰后作平抛运动，P所受电场力和重力平衡， N碰后的速度大小分别为vP带正电荷。设P、和V，并令水平向1 mvmvMV,,，右为正方向，有: ? 1 Bqrv,而: ? 1m 若P、N碰后速度同向时，计算可得V