人教版高中化学选择性必修1第4章微专题8原电池原理和电解池原理综合运用课件

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第四章 微专题8　原电池原理和电解池原理综合运用探究一　可充电电池可充电电池可综合考查原电池和电解池原理。 1.如图所示,装置(Ⅰ)是一种可充电电池的示意图,装置(Ⅱ)为电解池的示意图,装置(Ⅰ)的离子交换膜只允许Na+通过。电池充、放电的化学方程式为2Na2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr。当闭合K时,X极附近溶液先变红色。下列说法正确的是(　　)A.装置(Ⅰ)中电极A为正极B.电极X附近溶液变红的原因:2H2O+2e-=== 2OH-+H2↑D.给原电池充电时Na+从左向右通过离子交换膜 B解析 由题中信息可知,装置(Ⅰ)中电极A为负极,A错误;电极X附近溶液变红,说明发生反应2H2O+2e-===2OH-+H2↑,B正确;放电时,电极B为正极,电极反应为 +2e-===3Br-,C错误;给原电池充电时电极A为阴极,阳离子向阴极移动,则Na+从右向左通过离子交换膜,D错误。2.某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示,电极A为非晶硅薄膜,充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中;电极B为LiCoO2薄膜;集流体起导电作用。下列说法不正确的是(　　)A.充电时,集流体A与外接电源的负极相连B.放电时,外电路通过a mol电子时,LiPON薄膜电解质损失a mol Li+C.放电时,电极B为正极,电极反应可表示为Li1-xCoO2+xLi++xe-=== LiCoO2D.电池总反应可表示为LixSi+Li1-xCoO2 Si+LiCoO2B解析 由题中信息可知,该电池充电时Li+得电子成为Li嵌入电极A中,可知电极A在充电时作阴极,故其在放电时作电池的负极,而电极B是电池的正极。由题图可知,集流体A与电极A相连,充电时电极A作阴极,故充电时集流体A与外接电源的负极相连,A正确;放电时,外电路通过a mol电子时,内电路中有a mol Li+通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极,但是LiPON薄膜电解质没有损失Li+,B错误;放电时,电极B为正极,发生还原反应,电极反应可表示为Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2,C正确;电池放电时,嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子变成Li+,正极上Li1-xCoO2得到电子和Li+变为LiCoO2,故电池总反应可表示为LixSi+Li1-xCoO2 Si+LiCoO2,D正确。解题技巧　关于锂离子电池电极反应的书写在书写锂离子电池电极反应时,常出现化学式中含有x的情况,如Li1-xCoO2,若用化合价升降方法配平电极反应,则计算过程复杂,容易出错,若能灵活运用元素质量守恒和电荷守恒配平,则可避开化合价的复杂计算,可快速准确地得到答案。如本题中放电时的正极反应,可先确定主要反应物和产物:Li1-xCoO2→LiCoO2,根据元素守恒,反应物中需补充Li+,根据元素质量守恒可得:Li1-xCoO2+xLi+→LiCoO2,最后根据电荷守恒,需添加xe-,即电极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-=== LiCoO2。探究二　串联电路1.有外接电源电池类型的判断方法有外接电源的各电池均为电解池,若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同,则该电池为电镀池。如则甲为电镀池,乙、丙均为电解池。 2.无外接电源电池(连接化学电源)类型的判断方法(1)直接判断非常直观明显的装置,如燃料电池、铅酸蓄电池等在电路中,则其他装置为电解池。如图所示:A为原电池,B为电解池。(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断原电池一般是两种不同的金属电极或一个金属电极和一个石墨棒电极,而电解池中一般两个电极都是惰性电极,如两个铂电极或两个石墨棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示:B为原电池,A为电解池。(3)根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型。如图所示:若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极;甲是电解池,A是阳极,B是阴极。B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。视角1有外接电源的串联电路1.[根据反应现象判断电源两极]钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池,用它作电源按如图装置进行电解。通电后,a电极上一直有气泡产生;d电极附近先出现白色沉淀(CuCl),后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是(　　)A.已知钴酸锂电池放电时总反应为Li1-xCoO2+LixC6=== LiCoO2+6C,则Li1-xCoO2作负极,失电子B.当外电路中转移0.2 mol电子时,电极b处有2.24 L Cl2生成C.电极d为阴极,电解开始时的电极反应为Cu+Cl--e-=== CuClD.随着电解的进行,U形管Ⅱ中发生了如下转化CuCl+OH-=== CuOH+Cl-答案 D 解析 钴酸锂电池中LixC6作负极,Li1-xCoO2作正极,故A错误;d电极发生的变化Cu→CuCl是氧化反应,故d极为阳极,d极反应为Cu+Cl--e-===CuCl,故C错误;电极b上生成Cl2,但B选项中没有说明是不是标准状况,因此无法直接计算生成氯气的体积,故B错误;d电极先产生白色沉淀(CuCl),白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH),发生的反应是CuCl+OH-===CuOH+Cl-,故D正确。【变式设问】(1)钴酸锂电池左侧为正极还是负极? (2)写出a电极上的电极反应。 解题技巧　在多个电解池的串联电路中,电解池的阴、阳极会交替出现,如上题中a为阴极,b为阳极,c为阴极,d为阳极。 提示 负极。 提示 2H2O+2e-===H2↑+2OH-。 2.[根据电源两极分析电解池]如图为相互串联的甲、乙两个电解池,试回答以下问题:(1)若甲池为利用电解原理精炼铜的装置,则A是　　　　　极,材料是　　　　　　,电极反应为　　　　　　　　　,电解质溶液为　　　　　　。当一极有1 mol纯铜析出时,另一极溶解的铜_______　　　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)1 mol。 阴 纯铜 Cu2++2e-===Cu CuSO4溶液 小于 (2)乙池中若滴入少量酚酞溶液,电解一段时间后Fe电极附近溶液呈______　　　　色,电极反应为　 。 (3)若甲池中电解质溶液为CuSO4溶液,电解过程中阴极质量增加12.8 g,则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为　　 L;若此时乙池剩余液体为400 mL,则电解后溶液的pH为　　　　　　　。 红 2H2O+2e-===H2↑+2OH- 4.48　 14 解析 与电源负极相连的电极是电解池的阴极,与电源正极相连的电极是电解池的阳极。由图示装置知甲池中A为阴极,B为阳极,乙池中Fe为阴极,C(石墨棒)为阳极。(1)若甲池为利用电解原理精炼铜的装置,则A是阴极,材料是纯铜,电极反应为Cu2++2e-===Cu,电解质溶液可以是CuSO4溶液,阳极材料为粗铜,粗铜中比铜活泼的金属先失电子,根据电极反应和得失电子守恒知,阴极有1 mol Cu析出时,阳极溶解的铜小于1 mol。(2)乙池中实质是电解NaCl溶液,铁为阴极,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴极区溶液呈碱性,若滴入少量酚酞溶液,电解一段时间后Fe电极附近溶液呈红色。(3)若甲池电解质溶液为CuSO4溶液,阴极质量增加12.8 g,即生成铜的质量为12.8 g,其物质的量为0.2 mol,根据电极反应Cu2++2e-===Cu知,转移电子的物质的量为0.4 mol,根据得失电子守恒知乙池中阳极放出氯气的物质的量为0.2 mol,在标准状况下的体积为4.48 L;甲、乙两池串联,转移电子数相等,根据2H2O+2e-===H2↑+2OH-可知,生成OH-的物质的量为0.4 mol,溶液的视角2无外接电源(连接化学电源)的串联电路3.某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,则下列说法正确的是(　　)A.电流方向:电极Ⅳ→Ⓐ→电极ⅠB.电极Ⅰ发生还原反应C.电极Ⅱ逐渐溶解D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e-=== CuA解析 电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,因此,装置①、②与盐桥形成的原电池中Al作负极,电极Ⅱ为正极,装置③中电极Ⅲ是阳极,电极Ⅳ是阴极。电流是从正极沿导线经用电器流向负极,即电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ,A正确;电极Ⅰ的电极反应为Al-3e-===Al3+,发生氧化反应,B错误;电极Ⅱ是正极,电极反应为Cu2++2e-===Cu,故电极Ⅱ质量逐渐增大,C错误;电极Ⅲ为阳极,电极反应为Cu-2e-===Cu2+,D错误。4.认真观察下列装置图,下列说法错误的是(　　) A.装置B中PbO2上发生的电极反应为PbO2+4H++ +2e-=== PbSO4+2H2OB.电解开始时,装置A中总反应的离子方程式为Cu+2H+ Cu2++H2↑C.若在装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3,则消耗水的物质的量共为0.5 molD.若装置E的目的是在Cu材料上镀银,则极板M的材料为AgD解析 装置B和C之间通过盐桥连接,形成原电池,PbO2作正极,发生还原反应,电极反应为PbO2+4H++ +2e-===PbSO4+2H2O,A项正确;装置A为电解池,电解开始时,Cu电极为阳极,电极反应为Cu-2e-===Cu2+,Pt电极为阴极,电极反应为2H++2e-===H2↑,故装置A中总反应为Cu+2H+ Cu2++H2↑,B项正确;装置D中石墨为阴极,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,Fe电极为阳极,电极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2,随后被氧化生成Fe(OH)3:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,故装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3时,消耗水的物质的量为0.4 mol+0.1 mol=0.5 mol,C项正确;装置E中极板M为阴极,在Cu材料上镀银,应将Cu材料作阴极,Ag材料作阳极,AgNO3溶液作电解质溶液,故极板M的材料应为Cu,D项错误。归纳总结　串联电路的解题流程