苏教版选修四化学新素养导学课件:专题1 化学反应与能量变化 微型专题重点突破(二)
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1、,微型专题重点突破(二),专题1 化学反应与能量变化,核心素养发展目标 HEXINSUYANGFAZHANMUBIAO,1.创新意识:能从多角度理解原电池的原理,认识化学能转化为电能方式的多样性,学会新型电池原理的分析方法,增强创新意识。 2.模型认知:进一步理解电解的原理,构建电解应用与计算的相关思维模型,并能应用其模型解决实际问题。,微型专题 克难解疑 精准高效,考题精选 精练深思 触类旁通,内容索引 NEIRONGSUOYIN,01,微型专题,例1 热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出
2、电能。该电池总反应为PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有关说法正确的是 A.正极反应式:Ca2Cl2e=CaCl2 B.放电过程中,Li向负极移动 C.每转移0.1 mol电子,理论上生成20.7 g Pb D.常温下,在正、负极间接上电流计,指针不偏转,一、原电池原理的多角度考查,解析 正极发生还原反应,故为PbSO42e=Pb ,A项错误;,放电过程为原电池,故阳离子向正极移动,B项错误; 每转移0.1 mol电子,生成0.05 mol Pb为10.35 g,C项错误; 常温下,电解质不能熔化,不能形成原电池,故指针不偏转,D项正确。,归纳总结,常从如下方面考查原电
3、池的原理: (1)判断原电池正极和负极,或确定其电极材料; (2)判断电极反应类型,负极发生氧化反应,正极发生还原反应; (3)判断离子迁移方向,电解质溶液中阴离子移向负极,阳离子移向正极; (4)判断电子流向,电子从负极流出经外电路流向正极; (5)电极反应式的正误判断,要特别注意电极产物是否与电解质溶液反应。,变式1 水泥在固化过程中自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理化学特点,科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示,反应的总方程式为2CuAg2O=Cu2O2Ag。下列说法正确的是 A.负极材料是银 B.负极的电极反应式为2Cu2OH2e=Cu2OH2O C.测量原
4、理示意图中,电流从Cu经过导线流向Ag2O D.电池工作时,溶液中OH向正极移动,解析 在该氧化还原反应中还原剂是铜,铜作负极,A错误; 铜为负极、Ag2O为正极,负极的电极反应式为2Cu2OH2e=Cu2OH2O,电流从Ag2O经过导线流向铜,B正确,C错误; 电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,D错误。,多角度认识原电池 原电池是将化学能转化为电能的装置。可以从以下几个角度来认识原电池: (1)反应角度 当原电池工作时,负极失电子,发生氧化反应;正极得电子,发生还原反应。从这个角度我们可以知道,只有氧化还原反应才能被设计成原电池。但需要注意:与正常的氧化还原反应不同,原电池中存
5、在的氧化反应与还原反应是分开进行的。 原电池中的氧化还原反应必须是自发的。若不能自发发生反应,则不能形成原电池。必须注意,这里所说的自发发生氧化还原反应不一定是电极与电解质溶液反应,也可能是电极与溶液中溶解的氧气等发生反应,如将铁与石墨相连插入食盐水中。,(2)能量角度 氧化还原反应有放热反应也有吸热反应,一般放热反应才能将化学能转化为电能,产生电流。 (3)组成角度 要有两个电极。这两个电极的活泼性一般是不同的。一般情况下,负极是活泼性较强的金属,正极是活泼性较弱的金属或能导电的材料(包括非金属或某些氧化物,如石墨、PbO2),但要求负极能与电解质溶液自发发生氧化还原反应。 两电极必须插入电
6、解质溶液中。非电解质由于不导电,不能参与形成原电池。,必须形成闭合回路。闭合回路的形式是多种多样的,最常见的就是通过导线将正、负极相连,也可以将两种金属材料相接触再插入电解质溶液中,日常生活中的合金则是两种材料相互熔合在一起形成正、负极的,因此在判断是否形成闭合回路时,不能只看是否有导线。常见闭合回路的形式如下图所示:,(4)转移角度 原电池工作时,能够发生电子、离子的定向移动,能够形成外电路与内电路。在原电池中,外电路通过电子的定向移动形成电流,电子从负极流出,从正极流入,电流的方向与此相反;内电路中的电流通过离子的定向移动来形成(阳离子移向正极,而阴离子移向负极)。因此,电子的流向仅限于外
7、电路,电解质溶液中没有电子流过,而电流则在内、外电路同时形成。,(5)形式角度 任何原电池从本质上都属于如下两种形式中的一种:,A.充电时,阴极的电极反应为Ni(OH)2OHe=NiO(OH)H2O B.放电时,负极的电极反应为H22e2OH=2H2O C.放电时,OH移向镍电极 D.充电时,将电池的碳电极与外电源的正极相连,例2 用吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池原理如图所示,下列说法正确的是,二、新型二次电池的分析,解析 放电时相当于原电池,负极失去电子,氢气在负极放电,B项正确; 放电时OH等阴离子向负极移动,结合图示电子流向可确定碳电极为负极,即OH向碳电极移动,C项错误; 充
8、电时相当于电解池,阴极发生还原反应,A项错误; 充电时电池的碳电极与外电源的负极相连,D项错误。,规律方法,新型电池“放电”“充电”时电极反应式正误判断方法 (1)新型电池放电 若给出新型电池的装置图:先找出电池的正、负极,即找出氧化剂和还原剂;再结合电解质确定出还原产物和氧化产物;最后判断相应的电极反应式的正误。 若给出新型电池的总反应式:分析总反应式中各元素化合价的变化情况,找出氧化剂及其对应的还原产物,还原剂及其对应的氧化产物,最后考虑电解质是否参加反应,判断电极反应式的正误。,(2)新型电池充电 充电时阴极的电极反应式是该电池放电时的负极反应式的“逆反应”。 充电时阳极的电极反应式是该
9、电池放电时的正极反应式的“逆反应”。,变式2 铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2。 下列有关该电池的说法不正确的是 A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3,负极为Fe B.电池放电时,负极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2 C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低 D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O,解析 该充电电池中活泼金属Fe失去电子,为负极,得到电子的Ni2O3为正极,因为放电时电极产物为氢氧化物,可以判断电解液为碱性溶液,选项A正确; 放电时,负极铁失去电子生成Fe2,因为电
10、解液为碱性溶液,所以负极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2,选项B正确; 充电时,阴极发生还原反应:Fe(OH)22e=Fe2OH,所以阴极附近溶液的pH增大,选项C错误; 电池充电时,阳极发生氧化反应,Ni(OH)2转化为Ni2O3,电极反应为2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O,选项D正确。,例3 近年来,加“碘”食盐中添加较多的是碘酸钾(KIO3),碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极材料,以KI溶液为电解液,在一定条件下进行电解,反应的化学方程式为KI3H2O KIO33H2。下列有关说法不正确的是 A.转移3 mol电子,理论上可制得107 g KIO3 B
11、.电解时,石墨作阳极,不锈钢作阴极 C.阳极的电极反应式为I3H2O6e= 6H D.电解过程中,电解液的pH减小,三、电解问题的分析方法,解析 根据电解的总反应方程式可知,转移6 mol电子,生成1 mol碘酸钾,则转移3 mol电子,理论上可得到0.5 mol(即107 g)KIO3,A项正确; 根据电解的总反应方程式可知,阳极应为惰性电极,所以电解时石墨作阳极,不锈钢作阴极,B项正确;,电解时,阳极发生氧化反应,电极反应式为I3H2O6e= 6H,C项正确;,根据电解的总反应方程式可知,电解过程中电解液的pH基本不变,D项错误。,规律方法,解答电解问题的五步分析法 第一步:看。先看清楚电
12、极材料,对于惰性电极如石墨、铂等,不参与阳极的氧化反应;对于铜、银等活泼电极,阳极参与电极反应。 第二步:离。写出溶液中所有的电离方程式,包括水的电离方程式。 第三步:分。将离子分成阳离子组、阴离子组,阳离子向阴极迁移,阴离子向阳极迁移。 第四步:写。按发生还原反应、氧化反应的顺序写出电极反应式。阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。 第五步:判。根据电极反应式分析判断电解结果:电极产物、两极现象、离子浓度、溶液酸碱性及pH变化等。,变式3 用氢氧化钠溶液吸收二氧化硫,将所得的混合液进行电解循环再生,其中阴阳膜组合循环再生机理如图所示,下列有关说法不正确的是,A.阳极区酸性增强 B.阴极的电极反
13、应为2H2e=H2 C.该过程中的副产品主要为H2SO4 D.电解时两个电极都只能用惰性电极,电解池中,阴极区是溶液中的H放电,产生H2,电极反应为2H2e=H2,B项正确; 该过程中的副产品主要为H2SO4,C项正确; 阴极区阳离子的放电顺序与电极材料无关,故阴极区电极可以为活性电极,D项错误。,例4 如图所示, a、b为石墨电极,通电一段时间后,b极附近显红色。下列说法不正确的是 A.b电极反应式为2H2e=H2 B.a电极反应式为2Cl2e=Cl2 C.铜电极反应式为4OH4e=O22H2O D.铁电极反应式为Cu22e=Cu,四、电解池中电极反应式的书写与判断,解析 由题意可知,b电极
14、为阴极, a电极为阳极,则铁为阴极,铜为阳极,铜电极反应式为Cu2e=Cu2。,规律方法,“三看”法快速书写电极反应式 (1)一看电极材料,若是金属(金、铂除外)作阳极,金属一定被氧化(注意:一般情况下,铁失去电子被氧化为Fe2)。 (2)二看电解质是否参与电极反应。对于碱性电解质,常用OH和H2O来配平电荷与原子数;对于酸性电解质,常用H和H2O来配平电荷与原子数。 (3)三看电解物质状态,若是熔融金属氧化物或盐,一般就是金属冶炼。,变式4 用石墨电极完成下列电解实验。,下列对实验现象的解释或推测不合理的是 A.a、d处:2H2O2e=H22OH B.b处:2Cl2e=Cl2 C.c处发生了
15、反应:Fe2e=Fe2 D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜,解析 根据实验一的实验现象可判断出c为阳极,d为阴极,a、d处的电极反应均为2H2O2e=H22OH,c处的电极反应为Fe2e=Fe2,由于Fe2的颜色较浅,短时间观察不到明显的现象。“b处变红”,说明有H生成,则发生了电极反应2H2O4e=4HO2;“局部褪色”说明在该电极上Cl放电生成了Cl2,电极反应为2Cl2e=Cl2。实验二中每个铜珠的左侧为阳极,右侧为阴极,其中铜珠的左侧铜放电变成铜离子,铜离子移动到m处,在m处放电变成铜析出。,电解池中电极反应式的书写,特别提示 (1)阳极:首先看阳极材料是否为活性电极,若为活性
16、电极,则阳极材料放电;若为惰性电极,则依据阴离子的放电顺序判断谁先放电。 (2)阴极:不论阴极材料是什么,均按照阳离子的放电顺序判断谁先放电。,例5 将含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液1 L,用惰性电极电解一段时间后,在一电极上析出19.2 g Cu;此时,在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解) A.3.36 L B.5.6 L C.6.72 L D.13.44 L,五、关于电解的计算,解析 根据电解原理,阴极的电极反应为Cu22e=Cu,由题意知,在阴极上析出0.3 mol Cu,则转移0.6 mol 电子;阳极的电极反应
17、为2Cl2e=Cl2,Cl完全放电时,转移的电子数为0.4 mol,生成Cl2 0.2 mol,故根据得失电子守恒分析,阳极上Cl放电完全后,OH放电,即4OH4e=2H2OO2,转移的电子的物质的量为0.2 mol时,生成O2 0.05 mol,故阳极放出气体的体积为(0.2 mol0.05 mol)22.4 Lmol15.6 L。,规律方法,关系式法在电解计算中的应用 (1)先明确各电极产物: 确定电解池的阴极和阳极,写出其电极反应式,明确电极产物(要注意阳极材料对电解结果的影响)。 (2)再建立关系式求解: 根据得失电子守恒,在已知量与未知量之间建立计算关系式,如: 4e4H2H22Cu
18、22Cu4OHO22Cl2,解析 题中只是给出“以等质量的铂棒和铜棒作电极”,应有两种可能: 如果Cu作阴极,Pt作阳极,本实验为电解硫酸铜溶液,Cu棒增重,而Pt棒的质量不变,因此二者的质量差为a g。 如果Cu作阳极,Cu是活泼电极,Cu棒本身参与反应,即Cu2e=Cu2,因此Cu极减重;Pt作阴极,此时溶液中的Cu2被还原而使阴极增重,即Cu22e=Cu,综合两极情况后,可得出阴极增加质量的数值应等于阳极铜棒失重的数值,因此两极质量相差2a g。,变式5 以等质量的铂棒和铜棒作电极,电解硫酸铜溶液,通电一段时间后,其中一极增加质量为a g,此时两极的质量差为 a g 2a g g 无法判
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