高三化学一轮知识点系列大全：考点五 化学能与电能（一） Word版含解析

 www.ks5u.com考点五  化学能与电能

Ⅰ.课标要求

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。

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（标准状况），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。

考点五“化学能与电能”参考答案

1C2B3C4D5B6CD7AD8BD9AD10CD

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。