高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四章 电化学基础综合与测试教案设计

这是一份高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四章 电化学基础综合与测试教案设计，共11页。教案主要包含了原电池，常见的化学电源，电解池，金属的腐蚀与防护等内容，欢迎下载使用。


二、常见的化学电源
1．一次电池(碱性锌锰干电池)。
正极(C)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
负极(Zn)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
总反应式：①___________________________________________________。
2．二次电池(铅蓄电池)。
放电时：
负极：Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4
正极：PbO2＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
总反应式：②__________________________________________________。
充电时：
阴极：与外接电源负极相连 PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \\al(2－,4)
阳极：与外接电源正极相连
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋
总反应式：③___________________________________________________。
3．氢氧燃料电池。
酸性电解质溶液：正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
负极：2H2－4e－===4H＋
总反应式：④__________________________________________________。
碱性电解质溶液：正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
负极：⑤______________________________________________________。
总反应式：O2＋2H2===2H2O
三、电解池
四、金属的腐蚀与防护
eq \x(\a\al(金属,的腐,蚀与,防护))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(金属,腐蚀)\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(① 腐蚀,电化学腐蚀\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(② 腐蚀,③ 腐蚀)))),\a\vs4\al(金属,防护)\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(电化学防护\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(④ 的阴极保护法,⑤ 的阴极保护法)),改变金属的内部结构或覆盖保护层等))))
【答案】
一、①活泼性不同 ②电解质溶液 ③氧化 ④还原
⑤金属的活泼性 ⑥化学反应速率
二、1.①Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH
2．②PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
③2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4
3.④O2＋2H2===2H2O
⑤2H2＋4OH－－4e－===4H2O
三、①与直流电源相连 ②电解质溶液 ③氧化
④还原
四、①化学 ②析氢 ③吸氧 ④牺牲阳极 ⑤外加电流
章末综合测评(四)
(时间45分钟，满分100分)
一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)
1．下列过程通电后才能进行的是( )
①电离 ②电解 ③电镀 ④电化学腐蚀
A．①②③B．①②④
C．②③D．全部
【解析】 电解、电镀均须外加电源才能实现电能转化为化学能；电离是电解质在水溶液中离解的过程，电化学腐蚀是原电池原理，二者不需要通电。
【答案】 C
2．下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是( )
A．电池Ⅰ中锌是正极
B．电池Ⅱ是一次性电池
C．电池Ⅲ工作时，氢气发生还原反应
D．电池Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
【解析】 电池Ⅰ中锌是负极，铜是正极，A错误；电池Ⅱ为铅蓄电池，属于二次电池，B错误；电池Ⅲ为氢氧燃料电池，H2在负极失去电子发生氧化反应，C错误；电池Ⅳ为锌锰干电池，锌为负极，碳棒为正极，电子由负极流向正极，D正确。
【答案】 D
3．下图有关电化学的示意图正确的是( )
【解析】 A项，金属性：Sn>Cu，故Sn为负极；B项，电解精炼铜装置中，精铜作阴极，粗铜作阳极；C项，铁片镀锌时，Zn作阳极，Fe作阴极；D项，电解饱和食盐水时，铁棒产生H2，碳棒电极产生Cl2，故正确。
【答案】 D
4．将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是( )
甲 乙
A．Cu电极上发生还原反应
B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C．片刻后甲池中c(SOeq \\al(2－,4))增大
D．片刻后可观察到滤纸b点变红色
【解析】 由图示装置知为Cu－Zn原电池。A项，Cu电极作正极，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，为还原反应，正确；B项，电子不能通过溶液，即不能实现a→b，错误；C项，甲池中c(SOeq \\al(2－,4))基本不变，盐桥中Cl－进入甲池，中和产生的Zn2＋所带的正电荷；D项，b点为阳极，电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，a点为阴极，电极反应：2H＋＋2e－===H2↑，故a点变红色。
【答案】 A
5．铁镍蓄电池放电时的总反应式为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法正确的是( )
A．电池的负极为Ni2O3，正极为Fe
B．电池的电解液可能是碱性溶液，也可能是酸性溶液
C．电池放电时，正极反应式为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
D．电池充电时，阳极附近溶液的pH升高
【解析】 A项，Fe发生氧化反应，Ni2O3发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极；B项，电池反应产物为Fe(OH)2、Ni(OH)2，在酸性溶液中不存在，故电池的电解液为碱性溶液；D项，电池充电时，阳极反应2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，阳极附近c(OH－)减小，pH降低。
【答案】 C
6．X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，外电路电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是 ( )
A．X>Z>W>Y B．Z>X>Y>W
C．X>Y>Z>WD．Y>W>Z>X
【解析】 在原电池中，活泼金属作原电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属或非金属导体作原电池的正极，阳离子或氧气等在正极得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反。因此，X、Y相连时，X为负极，则活动性X>Y；Z、W相连时，电流方向是W→Z，则活动性Z>W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活动性X>Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则活动性W>Y。综上所述，可以得出金属的活动性顺序：X>Z>W>Y。故正确答案为A。
【答案】 A
7．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是( )
图1 图2 图3 图4
A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图2中，发生吸氧腐蚀
C．图3中，燃烧灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁相当于原电池的正极
【解析】 钢铁吸氧腐蚀的条件为电解质溶液和氧气，故插入海水中的铁棒，越靠近底端，氧气的浓度越小，腐蚀越慢，A错误；图2中，电解质溶液为酸化的氯化钠溶液，发生析氢腐蚀，B错误；燃烧灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀，C正确；用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁失电子，发生氧化反应，作原电池的负极，D错误。
【答案】 C
8．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是( )
①X是正极，Y是负极 ②X是负极，Y是正极
③CuSO4溶液的pH逐渐减小 ④CuSO4溶液的pH不变
A．①③ B．②③
C．①④ D．②④
【解析】 b极显红色说明在b极附近溶液呈碱性，H＋在b极放电，b极为阴极，即Y为负极，则X是正极。Pt极为阳极，左边总反应为：2CuSO4＋2H2Oeq \(=====,\s\up10(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，pH逐渐减小。
【答案】 A
9．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( )
A．电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B．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－===Cu
【解析】 当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他池作电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。A.电子移动方向：电极Ⅰ→A→电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，A正确。B.原电池负极在工作中失电子，被氧化，发生氧化反应，B错误。C.原电池正极为得电子极，铜离子在电极Ⅱ上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，C错误。D.电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极Ⅱ为正极，因此电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D错误。
【答案】 A
10．电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2Oeq \\al(2－,7))时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2Oeq \\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是( )
A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．电解过程中溶液pH不会变化
C．过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D．电路中每转移12 ml电子，最多有1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)被还原
【解析】 根据电解原理写出电极反应式，然后逐一分析。
A．电解时用铁作阳极，失去电子生成具有还原性的Fe2＋，Fe2＋将废水中的Cr2Oeq \\al(2－,7)还原为Cr3＋。B.电解过程中消耗H＋，溶液的pH发生变化。C.电解过程中H2O电离出的H＋参与反应，c(OH－)增大，Cr3＋与Fe3＋都与OH－结合为沉淀。D.根据电极反应式Fe－2e－===Fe2＋，可知每转移12 ml e－生成6 ml Fe2＋，6 ml Fe2＋可还原1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)。
【答案】 B
二、非选择题(本题包括3个小题，共50分)
11．(12分)如下图所示装置中，当线路接通时，发现M(用石蕊试液浸润过的滤纸)a端显蓝色，b端显红色，且知甲中电极材料是锌、银，乙中电极材料是铂、铜，且乙中两电极不发生变化。回答：
甲 乙
(1)甲、乙分别是什么装置？________、________。
(2)写出A、B、C、D的电极名称以及电极材料和电极反应式。
A极：_________________________________________________________；
B极：_________________________________________________________；
C极：_________________________________________________________；
D极：_________________________________________________________。
【解析】 由甲中电极材料及M中现象知，甲为原电池，Zn为负极，银为正极，乙为电解池，C为阳极，D为阴极。
【答案】 (1)原电池 电解池
(2)A极(负极Zn)：Zn－2e－===Zn2＋；B极(正极Ag)：Cu2＋＋2e－===Cu；C极(阳极Pt)：2OH－－2e－===H2O＋eq \f(1,2)O2↑；D极(阴极Cu)：2H＋＋2e－===H2↑
12．(18分)已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up10(放电),\s\d9(充电))2PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4 ml电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题。
(1)A是铅蓄电池的________极，铅蓄电池正极反应式为_________________，放电过程中电解液的密度________(填“减小”、“增大”或“不变”)。
(2)Ag电极的电极反应式是________，该电极的电极产物共________g。
(3)Cu电极的电极反应式是________________________________________，
CuSO4溶液的浓度________(填“减小”、“增大”或“不变”)。
(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线，则x表示________。
a．各U形管中产生的气体的体积
b．各U形管中阳极质量的减少量
c．各U形管中阴极质量的增加
【解析】 (1)当铅蓄电池中转移0.4 ml电子时铁电极质量减少11.2 g，说明Fe电极为阳极，则B为电源正极，A为负极；铅蓄电池负极反应为Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4，总反应减去负极反应可得正极反应；放电过程中c(H2SO4)减小，故电解液密度减小。
(2)左U形管Ag电极为阴极：2H＋＋2e－===H2↑，由H2～2e－可知n(H2)＝0.2 ml，故m(H2)＝0.4 g；
(3)右U形管Cu电极为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极(Zn)：Cu2＋＋2e－===Cu，相当于电镀池，故c(CuSO4)不变。
(4)a中，右侧U形管无气体产生，故不符合；b中，左U形管阳极Fe溶解，右U形管阳极Cu溶解，且单位时间内减少量m(Cu)>m(Fe)，故符合；c中，左U形管阴极质量不变，故不符合。
【答案】 (1)负 PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O 减小
(2)2H＋＋2e－===H2↑ 0.4
(3)Cu－2e－===Cu2＋ 不变
(4)b
13．(20分)如图装置中，b电极用金属M制成，a、c、d为石墨电极，接通电源，金属M沉积于b极，同时a、d电极上产生气泡。试回答：
(1)a为________极，c极的电极反应式为______________________________。
(2)电解开始时，在B烧杯的中央，滴几滴淀粉溶液，你能观察到的现象是：__________________________________________________________________，
电解进行一段时间后，罩在c极上的试管中也收集到了气体，此时c极上的电极反应为________。
(3)当d极上收集到44.8 mL气体(标准状况)时停止电解，a极上放出了________ml气体，若b电极上沉积金属M的质量为0.432 g，则此金属的摩尔质量为________。
(4)电解停止后加蒸馏水使A烧杯中的溶液体积仍为200 mL，取这种溶液加入到25.0 mL 0.100 ml·L－1 HCl溶液中，当加入31.25 mL溶液时刚好沉淀完全。试计算：电解前A烧杯中MNO3溶液的物质的量浓度为________。
【解析】 (1)由题意知b极：M＋＋e－===M，故b极为阴极，a极为阳极；则c极为阳极，电极反应为：2I－－2e－===I2。
(2)由于c极产生I2，故c极附近溶液首先变蓝，d极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；无I2生成，故d极附近无现象；当c极I－放电完全后，OH－放电：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
(3)a极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(或4OH－－4e－===O2↑＋2H2O)，d极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)，由得失电子守恒知2H2～O2，n(O2)＝eq \f(1,2)n(H2)＝eq \f(44.8×10－3L,22.4 L·ml－1)×eq \f(1,2)＝1×10－3ml；M(M＋)＝m(M)＝0.432 g，n(M)＝n(e－)＝4×10－3 ml，则M(M)＝eq \f(0.432 g,4×10－3 ml)＝108 g·ml－1。
(4)电解后c(AgNO3)＝eq \f(0.025 L×0.1 ml·L－1,0.031 25 L)＝0.08 ml/L，n(Ag＋)＝0.08 ml/L×0.2 L＝0.016 ml，
电解前c(AgNO3)＝eq \f(0.016 ml＋0.004 ml,0.2 L)＝0.1 ml/L。
【答案】 (1)阳 2I－－2e－===I2
(2)c极附近的溶液首先变为蓝色 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(3)0.001 108 g/ml
(4)0.1 ml·L－1