第四章 化学反应与电能 “学为中心“学案 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

“学为中心”探究式学习高效课堂导学案 年级： 高二 班别： 姓名： 制作人： 化学备课组 科目： 化学 高二化学 第四章 化学反应与电能 考点1：原电池 一、概念：将化学能转变为电能的装置叫做原电池。 二、Cu-Zn、稀硫酸组成的原电池： 电极 电极材料 电极反应 反应类型 电子流动方向 负极 正极 外电路：电子流动方向：负极 正极 电流流动方向：正极 负极 三、判断原电池正负极的方法： 1、由组成原电池的两极材料判断： 负极：一般是活泼的金属 正极：活泼性较弱的金属或能导电的非金属（如：C） 2、根据电流方向或电子流动方向判断： 电流：由正极流向负极； 电子：由负极流向正极。 3、根据原电池两极发生的变化来判断： 负极：失电子发生氧化反应， 正极：得电子发生还原反应。 4、电极反应现象： 负极：不断溶解，质量减少； 正极：有气体产生,或质量增加或不变。 5、据电解质溶液内离子的定向移动判断： 阳离子流向正极，阴离子流向负极。 4、 化学电源 1、一次电池 常见类型：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等。 电池 电极反应（负极：Zn正极：MnO2电解质：KOH） 碱性锌锰电池 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2； 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 电池 电极反应（负极：Zn正极：Ag2O电解质：KOH） 锌银电池 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag； 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 2、二次电池的充放电 常见类型：铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。 电池 电极反应（负极：Pb正极：PbO2电解质：H2SO4） 铅酸蓄电池（放电） 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O； 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4； 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 铅酸蓄电池（充电） 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO ；（与放电时的负极反应相反） 阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ；（与正极反应相反） 充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作：“正接正作阳极，负接负作阴极”。 3、燃料电池 工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出。 氢氧燃料电池 酸性 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋； 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 碱性 总反应：2H2＋O2===2H2O 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 4、燃料电池的负极反应式：①燃烧方程式②负极失电子③电荷守恒，原子守恒 环境 甲烷 氢气 酸性环境 CH4+2H2O－8e－CO2+8H+ H2－2e－2H+ 碱性环境 CH4+10OH－－8e－CO32－+7H2O H2－2e－+2OH－2H2O 环境 甲醇 肼 酸性环境 CH3OH+H2O－6e－CO2↑+6H+ N2H4－4e－N2↑+4H+ 碱性环境 CH3OH+8OH－－6e－CO32－+6H2O N2H4－4e－+4OH－ N2↑+4H2O 注意：若是电解质传递O2－，则正极反应为：O2 ＋ 4e－===2O2－ 若是电解质为熔融的碳酸盐，则正极反应为：O2 ＋ 4e－ + 2CO2===2CO32－ 【对点练习】 1.在如图装置中，观察到图1装置铜电极上产生大量无色气泡，而图2装置中铜电极上无气泡产生，铬电极上产生大量有色气泡。下列叙述不正确的是（ ） A．图1装置中 Cu 电极上电极反应式是   B．图2装置中 Cu 电极上发生的电极反应为   C．图2装置中 Cr电极上电极反应式为   D．两个装置中，电子均由 Cr电极经导线流向 Cu 电极 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，充电时得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为薄膜；集流体起导电作用，充放电过程为：。下列说法正确的是（ ）    A．放电时非晶硅薄膜是正极 B．中硅元素的化合价是+4 C．放电时，外电路通过amol电子时，LiPON薄膜电解质损失 D．放电时正极反应为 3.如图所示是一种以液态肼()为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。已知：在工作温度高达时，可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质，下列说法正确的是（ ）    A．电池内的由电极乙移向电极甲 B．电池的总反应为 C．当电极甲上消耗时，电极乙上有参与反应 D．该电池的能量转化效率可能为 4.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构如图所示(假设M，N两电极均为惰性电极)，下列说法正确的是（ ） A．N电极为正极，发生还原反应 B．电池工作时，外电路中电子的流动方向：M电极→导线→N电极 C．M电极上的电极反应式： D．电路中每转移1.2mol电子，此时生成CO2的体积为6.72L 考点2：电解池 一、原电池与电解池比较： 装置 原电池 电解池 电极反应 负极： 正极： 阳极： 阴极： 离子流向 阳离子→ 阴离子→ 阳离子→ 阴离子→ 电子流向 电源负极→ ， 电解池阳极→ 二、离子放电顺序：（记熟常考的物质或者离子放电电极式的书写） 1、阳极产物的判断（阴离子放电顺序）： 金属单质＞S2– >I–> Br– > Cl– > OH– (水)> (NO3－、SO42– 等)含氧酸根 > F－ Fe-2e-=Fe2+ 2Cl--2e-=Cl- Cu-2e-=Cu2+ 4OH--4e-=O2↑+2H2O Ag-e-=Ag+ 或2H2O-4e-=O2↑+4H+ 2、阴极产物的判断（阳离子放电顺序）： Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > H+（水） > Pb2+ > Sn2+ > Fe2+ >Zn2+ > Al3+ > Mg2+ > Na+ > Ca2+ > Ba2+ > K+ Ag++e-=Ag 2H++2e-=H2↑ Cu2++2e-=Cu 或2H2O+2e-=H2↑+2OH- 三、电解规律： 1、电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液。 例如：电解硫酸钠溶液 阳极 ：2H2O－4e－＝4H++O2↑ 阴极： 4H2O +4e－＝2H2↑+4OH－ 总反应：2H2O ＝ O2↑ +2H2↑ 实质：电解水，电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要回复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。 2、电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的无氧酸盐溶液，如电解盐酸、CuCl2溶液等。 例如：电解盐酸 阳极： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极： 2H+ +2e－＝ H2 ↑ 总反应：2HCl ＝ Cl2↑ + H2↑ 实质：电解质本身被电解，电解后溶液中溶质的质量分数减少，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质（通入一定量的HCl气体）。 3、电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都有一部分被电解，如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。 例如：电解CuSO4溶液 阳极 ：2H2O－4e－＝4H++O2↑ 阴极： 2Cu2+ +4e－＝2Cu 总反应：2CuSO4 +2H2O ＝ 2Cu+O2↑+2H2SO4 实质：电解后原溶液中溶质的质量分数减少，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。 4、电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解。 例如：电解NaCl溶液（氯碱工业） 阳极 (C)：2Cl－－2e－＝Cl2↑ 阴极 (C)：4H2O +4e－＝2H2↑+4OH－ 总反应：2NaCl+2H2O＝＝2NaOH+ Cl2↑+ H2↑ 实质：电解后原溶液中溶质的质量分数减少，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl气体。 练习：以石墨作电极，电解下列溶液，写出电极反应及电解总反应式。 AgNO3溶液 四、书写电解方程式的注意事项： 1、首先看阳极材料，若阳极是活性电极，阳极本身失去电子被氧化，若阳极是惰性电极，阴离子在阳极放电。 2、找出溶液中所有离子。 3、按放电顺序写出阴阳极反应。 4、加和得到总反应。 五、电镀：利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的方法。 1、电镀材料的选择： 阴极→待镀金属 阳极→镀层金属 电镀液→含有镀层金属离子的溶液 例如：铁上镀铜 阴极（铁棒）：Cu2++2e-=Cu 阳极（铜棒）：Cu-2e-=Cu2+ 2、电镀特点： 阳极参加反应，电镀液CuSO4的浓度基本不变。 六、铜的电解精炼： 粗铜：含杂质（Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等） 阳极（粗铜）：Zn ：Zn – 2e– = Zn2+ Fe ：Fe – 2e– = Fe2+ Ni ：Ni – 2e– = Ni2+ Cu ：Cu – 2e– = Cu2+ 阳极泥：Ag、Au 阴极（精铜）：Cu2+ + 2e– = Cu 电解完后，CuSO4溶液的浓度减小后不变。 七、电冶金 1、金属冶炼的本质： Mn＋＋ne－===M。 2、实例—电解熔融的NaCl冶炼Na 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===Na 总反应：2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑。 八、金属腐蚀： 1、化学腐蚀 2、电化学腐蚀：(以钢铁腐蚀为例) 负极：Fe-2e-=Fe2+ （1）析氢腐蚀：（水膜酸性较强） 正极：2H++2e-=H2↑ 总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑ （2）吸氧腐蚀：（水膜酸性很弱或呈中性） 正极：2H2O+O2+4e-=4OH- 总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 九、金属的电化学防腐： 1、牺牲阳极法：形成原电池反应，让被保护的金属做正极，活泼金属做负极。应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。 2、外加电流法：电解池原理，被保护金属做阴极，另一导电物质做阳极，使阴极得到保护。 3、Fe2＋的检验 试剂：K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液（黄色） 原理：Fe2＋+[Fe(CN)6]3—+K+==KFe[Fe(CN)6]↓（特征蓝色沉淀） 4、 腐蚀的速率：电解池阳极引起的腐蚀＞原电池负极引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有一般防护条件的防腐＞牺牲阳极法防腐＞外加电流法防腐 【对点练习】 5.用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解溶液制氨。工作时，在双极膜界面处被催化解离成和，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是（ ） A. 电解总反应： B. 每生成，双极膜处有的解离 C. 电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变 D. 相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率 6.负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是（ ） A. 作原电池正极 B. 电子由经活性炭流向 C. 表面发生的电极反应： D. 每消耗标准状况下的，最多去除 7.在熔融盐体系中，通过电解和获得电池材料，电解装置如图，下列说法正确的是（ ） A. 石墨电极为阴极，发生氧化反应 B. 电极A的电极反应： C. 该体系中，石墨优先于参与反应 D. 电解时，阳离子向石墨电极移动 8.回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下。 下列说法不正确的是（ ） A. 废气中排放到大气中会形成酸雨 B. 装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度 C. 装置a中溶液的作用是吸收废气中的和 D. 装置中的总反应为 9.利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是（ ） A. b电极为电池正极 B. 电池工作时，海水中的向a电极移动 C. 电池工作时，紧邻a电极区域海水呈强碱性 D. 每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量 10.为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。 回答下列问题： (1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 mol·L−1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、______________________________________________________(从下列图中选择，写出名称)。 (2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________________作为电解质。 阳离子 u∞×108/(m2·s−1·V−1) 阴离子 u∞×108/(m2·s−1·V−1) Li+ 4.07 4.61 Na+ 5.19 7.40 Ca2+ 6.59 Cl− 7.91 K+ 7.62 8.27 (3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入____________电极溶液中。 (4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L−1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=__________________________。 (5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为____________________________，铁电极的电极反应式为__________________________。因此，验证了Fe2+氧化性小于_____________，还原性小于______________。 (6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是_________________________。 高二化学 第四章 化学反应与电能复习学案参考答案 1.D【分析】观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡，说明图1中，Cr为负极，铜为正极，正极上析出氢气，而图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜被氧化应为负极，正极上应是硝酸被还原生成二氧化氮气体。 【详解】A．图1为原电池装置，铜为正极，氢离子得电子生成氢气，电极反应式是2H++2e-=H2↑，选项A正确； B．图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜为负极，铬电极为正极，负极发生Cu-2e-=Cu2+，选项B正确； C．图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，正极上应是硝酸被还原生成二氧化氮气体，电极反应式为NO+e-+2H+=NO2↑+H2O，选项C正确； D．图1中，电子由Cr经导线流向Cu，图2中电子由Cu极经导线流向Cr，选项D不正确； 2.D【分析】由题中信息可知，该电池充电时得电子成为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； 【详解】A．由题述信息，放电时非晶硅薄膜是负极，选项A错误； B．中锂和硅是单质状态，选项B错误； C．放电时外电路通过amol时，负极产生，内电路中有通过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，选项C错误； D．放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为，选项D正确； 3.A【分析】由图可知，通入肼的电极甲为燃料电池的负极，肼在负极失去电子发生氧化反应生成氮气和水，电极乙为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子。 【详解】A．由分析可知，电极甲为负极、电极乙为正极，阴离子氧离子由电极乙移向电极甲，故A正确； B．由分析可知，通入肼的电极甲为燃料电池的负极，肼在负极失去电子发生氧化反应生成氮气和水，电极乙为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电池的总反应为，故B错误； C．缺标准状况下，无法计算消耗1mol肼时消耗氧气的体积，故C错误； D．燃料电池工作时，化学能不可能完全转化为电能，故D错误； 4.C【分析】由图可知，M极为微生物燃料电池的正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2+4H++4e—=2H2O，N电极为负极，水分子作用下葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为C6H12O6—24e—+6H2O=6CO2+24H+。 【详解】A．由分析可知，N电极为微生物燃料电池的负极，水分子作用下葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，故A错误； B．由分析可知，M极为微生物燃料电池的正极，N电极为负极，则电池工作时，外电路中电子的流动方向：N电极→导线→M电极，故B错误； C．由分析可知，M极为微生物燃料电池的正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2+4H++4e—=2H2O，故C正确； D．缺标准状况，无法计算电路中每转移1.2mol电子时反应生成二氧化碳的体积，故D错误； 5.B【分析】由信息大电流催化电解溶液制氨可知，在电极a处放电生成，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为，电极b为阳极，电极方程式为，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。 【详解】A．由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为，故A正确； B．每生成，阴极得8mol e－，同时双极膜处有8mol 进入阴极室，即有8mol的解离，故B错误； C．电解过程中，阳极室每消耗4mol ，同时有4mol 通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确； D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于被催化解离成和，可提高氨生成速率，故D正确； 6.B【分析】在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极。 【详解】A．由分析可知，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误； B．电子由负极经活性炭流向正极，B正确； C．溶液为酸性，故表面发生的电极反应为，C错误； D．每消耗标准状况下的，转移电子2mol，而失去2mol电子，故最多去除，D错误。 7.C【分析】由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，和获得电子产生电池材料，电极反应为。 【详解】A．在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，选项A错误； B．电极A的电极反应为，选项B错误； C．根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于参与反应，选项C正确； D．电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，选项D错误； 8.C【详解】A．是酸性氧化物，废气中排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确； B．装置a中溶液的溶质为，溶液显碱性，说明的水解程度大于电离程度，故B正确； C．装置a中溶液的作用是吸收气体，与溶液不反应，不能吸收，故C错误； D．由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为，故D正确； 9.A【分析】铝为活泼金属，发生氧化反应为负极，则石墨为正极； 【详解】A．由分析可知，b电极为电池正极，A正确； B．电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的向b电极移动，B错误； C．电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子，铝离子水解显酸性，C错误； D．由C分析可知，每消耗1kgAl（为），电池最多向外提供mol电子的电量，D错误； 10.(1). 烧杯、量筒、托盘天平 (2). KCl (3). 石墨 (4). 0.09mol/L (5). Fe3++e-=Fe2+ (6). Fe-2e-=Fe2+ (7). Fe3+ (8). Fe (9). 取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成 【分析】(1)根据物质的量浓度溶液的配制步骤选择所用仪器；(2)~(5)根据题给信息选择合适的物质，根据原电池工作的原理书写电极反应式，并进行计算，由此判断氧化性、还原性的强弱；(6)根据刻蚀活化的原理分析作答。 【详解】(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L-1FeSO4溶液的步骤为计算、称量、溶解并冷却至室温、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签，由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L-1FeSO4溶液需要的仪器有药匙、托盘天平、合适的量筒、烧杯、玻璃棒、合适的容量瓶、胶头滴管，故答案为：烧杯、量筒、托盘天平。 (2)Fe2+、Fe3+能与反应，Ca2+能与反应，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下能与Fe2+反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择、，阳离子不可以选择Ca2+，另盐桥中阴、阳离子的迁移率（u∞）应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质，故答案为：KCl。 (3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极为负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，则盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中，故答案为：石墨。 (4)根据(3)的分析，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2+）增加了0.02mol/L，根据得失电子守恒，石墨电极溶液中c（Fe2+）增加0.04mol/L，石墨电极溶液中c（Fe2+）=0.05mol/L+0.04mol/L=0.09mol/L，故答案为：0.09mol/L。 (5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+；电池总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+，根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物，则验证了Fe2+氧化性小于Fe3+，还原性小于Fe，故答案为：Fe3++e-=Fe2+ ，Fe-2e-=Fe2+ ，Fe3+，Fe。 (6)在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化，发生的反应为Fe+ Fe2(SO4)3=3FeSO4，要检验活化反应完成，只要检验溶液中不含Fe3+即可，检验活化反应完成的方法是：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成，故答案为：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不变红，说明活化反应完成。 第四章 化学反应与电能复习学案1 学科网（北京）股份有限公司 $$