综合专题02-电解与电池.doc

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1、第二节电解与电池考点透视电解是高中化学中的一个重要知识点，与电量紧密联系。由法拉第定律：在电解过程中，电流通过电解质溶液时，在电极上起反应的物质的量（或电积出的量）与所通过的电量成正比，即与通过电解池的电流强度和通过的时间乘积成正比。根据电解过程中电子转移的数目，可得出电路中通过的电量。由于电子的电量e＝1.602×10－19C，因此1mol电子6.023×1023个的电量为9.65×104C。因此我们可得出电解中的常用公式Q＝It＝nF，其中Q是电量，以库仑（C）为单位；n是阴极（或阳极）得（失）电子的物

2、质的量，以mol为单位；F是法拉第常数，即F＝9.65×104C·mol－1；I是通过电解池的电流，单位为安培（A）；t是电解电流通过电解池的时间，单位为秒（s）。电池是一种能将化学能直接转变成电能的装置。化学电池使用面广，品种繁多，按照其使用性质可分为：干电池、蓄电池、燃料电池。按电池中电解质性质分为：碱性电池、酸性电池、中性电池。①干电池也称一次电池，即电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了。现在所用的一次电池主要有：锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银扣式电池。②蓄电池是可以反复使用、放

3、电后可以充电使活性物质复原、以便再重新放电的电池，也称二次电池。该类电池主要有：铅蓄电池、碱式镍镉电池、氢镍电池。③燃料电池在工作时不断从外界输入氧化剂和还原剂，同时将电极反应产物不断排出电池。燃料电池是直接将燃烧反应的化学能转化为电能的装置，能量转化率高，具有节约燃料、减小污染的特点。④新型高能电池。随着科技发展，在原有原始电池基础上，发展了一些新型高性能电池并已在社会生产生活各方面广泛应用，如：锂－二氧化锰非水电解质电池、钠－硫电池、海洋电池。例题解析例题1．取Pt和Zn为电极材料埋入人体内作为心脏起搏

4、器的能源，它跟人体的体液中含有一定浓度的溶解O2、H+和Zn2+进行作用。1．其正极的反应式为；负极的反应式为。2．该电池在0.8V、40uw条件下进行工作，则工作电流为A。3．将5g锌埋入人体内，则可维持多少年才需要第二次手术进行更换（取二位有效数字）？【解析】本题考查电极反应、电功率与电解定律。电流强度可由P＝UI求解；5g完全耗尽转化为Zn2＋，转移电子物质的量为n＝0.154mol，即可提供电量Q＝nF＝1.48×104C，再由Q＝It，可求出时间。【参考答案】1．负极反应式为：2Zn－4e＝2Zn

5、2+；正极反应式为：O2＋4H+＋4e＝2H2O2．工作电流：5.0×10－5A3．在Zn反应完毕之前要进行第二次手术更换Zn，反应完毕所需要的时间为t＝2.96×108s＝9.386年。考虑实际情况，答案应取9.3年。【评述】了解常见的电池，会根据材料书写电极反应和总反应，会应用常用的电学公式，会根据法拉第定律和公式进行简单的计算。例题2．由实验得知，用电解法将电解液中的金属离子还原为金属单质时，电极所通过的电量Q正比于金属的物质的量n和金属离子化合价a的乘积，其比例系数F是一个恒量，称为法拉第常数，它与

6、金属的种类无关。已知：阿伏加德罗常数NA＝6.023×1023mol－1；电子电量：e＝1.60×10－19C；Cu的原子量：64×10－3kg·mol－1。1．试求出法拉第常数F（电量以库仑为单位，保留三位有效数字）。2．现代工业上使用的铜对纯度要求很高，为此，需要对含杂质的铜用电解法再进行精炼。若用硫酸铜溶液做电解液，请画出其装置的原理简图（在图上标明阳极和阴极所用的材料）。如果电解硫酸铜溶液获得1kg的金属铜，通过电解槽的电量是多少？3．用电镀的方法在半径为R的铜球壳表面均匀镀上厚度为d的锌层，在电镀

7、槽中铜球是阳极还是阴极？另一电极是什么材料？若电流强度为I，锌的原子量为A，金属锌的密度为ρ，求通电的时间（用本大题中的符号表示）。【解析】本题以电解问题为背景，综合了中学化学、物理两学科的知识内容，涉及判断、推理、分析、实验等多种能力的综合运用。【参考答案】1．F＝eNA＝9.64×104C/mol2．装置简图如右图所示：Q＝Fna＝3.0×106C3．铜球是阴极，阳极材料是锌。故通电时间t＝8πFρdR2/IA【评述】本题是电解法精炼的化学原理和法拉第电解定律的综合应用，将电解和电镀过程中的化学量与电学

8、量结合起来，通过定性分析和定量计算解决实际问题。值得注意的是法拉第电解定律是从物理概念和电解的物理过程的实质出发，作为题设已知条件提出的，只要对恒定电流的概念和离子导电的物理过程比较清楚，应用电学知识，通过数学计算，完全可以正确解决化学反应中的电解电镀问题。例题3．被誉为改变未来世界的十大科技之一的燃料电池是一种新型的无污染、无噪音、高效率的汽车动力和发电设备，正以势不可挡之势挤入汽车工业和电力工业。它是一种不经