高三化學(xué)教案：《電離平衡和電化學(xué)》教學(xué)設(shè)計

　　“高三化學(xué)教案：電離平衡和電化學(xué)”，希望可以給大家的學(xué)習(xí)或教學(xué)提供更多的幫助。

　　(1)理解鹽類水解的原理.了解鹽溶液的酸堿性。理解影響弱電解質(zhì)電離平衡的因素。理解弱電解質(zhì)的電離跟鹽的水解的內(nèi)在聯(lián)系，能根據(jù)這種聯(lián)結(jié)關(guān)系進(jìn)行辯證分析。

　　(2)能用電離原理、鹽類水解原理分析比較溶液的酸堿性強弱，判斷溶液中某些離子間濃度大小，解決一些實際問題。

　　(3)理解原電池原理及構(gòu)成原電池的條件。理解原電池反應(yīng)和一般氧化還原反應(yīng)的異同。能分析常見化學(xué)電源的化學(xué)原理。

　　(4)理解化學(xué)腐蝕和電化腐蝕、析氫腐蝕和吸氧腐蝕的異同。了解生產(chǎn)實際中常見的金屬防腐方法的化學(xué)原理和金屬防腐的一般方法。

　　(5)理解電解的基本原理。記住電解反應(yīng)中常見離子在陰、陽極的放電順序。陽極上失電子順序為Al>Zn>Fe>Sn>Pb>(H)>Cu>Hg>Ag>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-??;陰極上得電子順序為O2>Cl2>Br2>I2>S>Ag+>Hg2+>Cu2+>(H+)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>……

　　(6)電解原理的應(yīng)用：氯堿工業(yè)、冶煉鋁、電鍍、精煉銅等。

　　近幾年考查這方面內(nèi)容的試題在高考所占的比例較大，在理科綜合試題每年都會2-3道選題、一道大題，在化學(xué)單科試題也常會有大題出現(xiàn)。

　　[復(fù)習(xí)重點]

　　1.本章內(nèi)容的核心是實質(zhì)是化學(xué)平衡移動原理的具體應(yīng)用，電離平衡、水解平衡、原電池反應(yīng)、電解反應(yīng)中都涉及到化學(xué)平衡移動原理。下表列舉了這部分內(nèi)容中的跟平衡移動有關(guān)的一些實例：

　　表：化學(xué)平衡與其它各類平衡的關(guān)系

　　知識內(nèi)容與化學(xué)平衡之間的聯(lián)系

　　弱電解質(zhì)的電離電離平衡實質(zhì)上就是一種化學(xué)平衡，可以用化學(xué)平衡移動原理對弱電解質(zhì)的電離平衡作定性的、或定量的分析。根據(jù)電離度大小可比較弱電解質(zhì)相對強弱，根據(jù)相應(yīng)鹽的水解程度也可比較弱電解質(zhì)的相對強弱。

　　水的電離水是一種很弱的電解質(zhì)，加酸、加堿會抑制水的電離，升高溫度會促進(jìn)水的電離。Kw=[OH-][H+]是水的電離平衡的定量表現(xiàn)，H+、OH-濃度可以用這個關(guān)系進(jìn)行換算。

　　鹽類水解鹽類水解(如F-+H2OHF+OH-)實質(zhì)上可看成是兩個電離平衡移動的綜合結(jié)果：①水的電離平衡向正方向移動(H2OH++OH-)，②另一種弱電解質(zhì)的電離平衡向逆方向移動(HFF-+H+)。也可以看成是中和反應(yīng)的逆反應(yīng)，升高溫度會促進(jìn)水解。

　　中和滴定水的電離程度很小，H++OH-=H2O的反應(yīng)程度很大，所以可以利用這個反應(yīng)進(jìn)行中和滴定實驗，測定酸或堿溶液的濃度。

　　原電池反應(yīng)和電解反應(yīng)原電池反應(yīng)和電解反應(yīng)實質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，其特點是一個氧化還原反應(yīng)分成了兩個電極反應(yīng)(卻氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)分別在不同的電極上發(fā)生反應(yīng))。一些原電池的電極反應(yīng)(如鋼鐵的吸氧腐蝕正極的電極反應(yīng)O2+2H2O+4e=4OH-)涉及到水的電離平衡移動造成pH變化。電解硫酸、氫氧化鈉、氯化鈉等溶液過程中，在陰極或陽極附近由于電極反應(yīng)而使水的電離平衡發(fā)生移動造成pH變化。

　　2.本部分內(nèi)容的知識體系

　　3.原電池

　　(1)原電池的構(gòu)成條件：這是一種把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置.從理論上說，任何一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計成原電池。

　　a.負(fù)極與正極：作負(fù)極的一般是較活潑的金屬材料，作正極的材料用一般導(dǎo)體即可

　　b.電解質(zhì)溶液：

　　c.閉合回路

　　注意：通常兩種不同金屬在電解溶液中構(gòu)成原電池時,較活潑的金屬作負(fù)極,但也不是絕對的,嚴(yán)格地說,應(yīng)以發(fā)生的電極反應(yīng)來定.例如，Mg-Al合金放入稀鹽酸中,Mg比Al易失去電子,Mg作負(fù)極;將Mg-Al合金放入燒堿溶液中，由于發(fā)生電極反應(yīng)的是Al,故Al作負(fù)極。

　　(2)原電池的工作原理：

　　(1)電極反應(yīng)(以銅鋅原電池為例)：負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+(氧化反應(yīng))

　　正極：2H++2e-=H2↑(還原反應(yīng))

　　(2)電子流向：從負(fù)極(Zn)流向正極(Cu)

　　(3)電流方向：從正極(Cu)流向負(fù)極(Zn)

　　(4)能量轉(zhuǎn)變：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能

　　(3)電極反應(yīng)：

　　在正、負(fù)極上發(fā)生電極反應(yīng)不是孤立的，它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系。如氫-氧燃料電池，它的負(fù)極是多孔的鎳電極，正極為覆蓋氧化鎳的鎳電極，電解質(zhì)溶液是KOH溶液，在負(fù)極通入H2，正極通入O2，電極反應(yīng)：

　　負(fù)極：2H2+4OH--4e-=4H2O

　　正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

　　負(fù)極的反應(yīng)我們不能寫成：2H2-4e-=4H+。因生成的H+會迅速與OH-生成H2O。

　　(4)金屬的腐蝕：

　　金屬的腐蝕分為兩類：

　　(1)化學(xué)腐蝕：金屬或合金直接與周圍介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。

　　(2)電化腐蝕：不純的金屬或合金因發(fā)生原電池反應(yīng)而造成的腐蝕。

　　最普遍的鋼鐵腐蝕是：負(fù)極：2Fe-4e-=2Fe2+

　　正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

　　(注：在少數(shù)情況下，若周圍介質(zhì)的酸性較強，正極的反應(yīng)是：2H++2e-=H2↑)

　　金屬的腐蝕以電化腐蝕為主.例如,鋼鐵生銹的主要過程為:

　　2Fe-4e-=2Fe2+

　　O2+2H2O+4e-=4OH-

　　2Fe(OH)3=Fe2O3?nH2O+(3-n)H2O

　　(5)金屬的防護

　　一般有三條途徑：其一是改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金，其二是涂保護層，其三是電化學(xué)保護法。例如在鐵表面鍍上鋅或錫，即成白鐵與馬口鐵，但一旦破損，因原電池反應(yīng)，白鐵外面的鋅可進(jìn)一步起保護作用，而馬口鐵外面的錫反而會加速腐蝕(鐵作負(fù)極被溶解)。

　　4.電解原理及其應(yīng)用

　　直流電通過電解質(zhì)溶液時使陰陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程。電解是一個電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。

　　從參加反應(yīng)的物質(zhì)來分電解反應(yīng)可分成五類：

　　(1)H2O型：實質(zhì)是電解水。如電解硝酸鈉、氫氧化鈉、硫酸等溶液。

　　(2)溶質(zhì)型：溶質(zhì)所電離出來的離子發(fā)生氧化還原，如電解氯化銅、溴化氫等溶液。

　　(3)硫酸銅溶液型：電解產(chǎn)物是金屬、氧氣與酸。如電解硫酸銅溶液生成單質(zhì)銅、氧氣和硫酸，電解硝酸銀溶液時生成單質(zhì)銀、氧氣和硝酸。

　　(4)氯化鈉溶液型：電解產(chǎn)物是非金屬單質(zhì)、氫氣與堿。如電解氯化鈉溶液時生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉，電解溴化鉀溶液時生成溴單質(zhì)、氫氣和氫氧化鉀。

　　(5)電鍍型：鍍層金屬作陽極，陽極反應(yīng)是：M-ne-=Mn+，鍍件作陰極，陰極反應(yīng)是：Mn++ne-=M。(電解精煉與電鍍，實質(zhì)上是相同的)

　　[典型題析]

　　[例1]熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混和物作電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)�，空氣與CO2的混和氣為正極助燃?xì)�，制得�?50℃下工作的燃料電池。完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：

　　負(fù)極反應(yīng)式：2CO+2CO32--4e-=4CO2

　　正極反應(yīng)式：

　　總電池反應(yīng)式：

　　[解析]本題屬于那種源于教材又高于教材的題型，從通常原電池的電解質(zhì)溶液，一下過渡到熔融鹽，不少人無法適應(yīng)，當(dāng)年高考失分也很嚴(yán)重。其實，我們只要從最基本的一點-燃料電池分析，其總電池反應(yīng)式應(yīng)為：2CO+O2=2CO2，然后逆向思考正極反應(yīng)式-應(yīng)為總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式，就可得出結(jié)果：O2+2CO2+4e-=2CO32-。

　　[例2]普通干電池中裝有二氧化錳和其它物質(zhì)，二氧化錳的作用是()

　　A.和正極作用把碳變成CO2

　　B.把正極附近生成的H2氧化成水

　　C.電池中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的催化劑

　　D.和負(fù)極作用，將鋅變成鋅離子Zn2+

　　[解析]鋅錳干電池的負(fù)極材料是鋅，故負(fù)極反應(yīng)是Zn-2e-=Zn2+。正極導(dǎo)電材料是石墨棒。兩極間為MnO2、NH4Cl、ZnCl2的糊狀物。正極NH4+發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3和(H)，繼而被MnO2氧化為水，使碳極附近不致產(chǎn)生H2氣泡而使電極極化，故MnO2也可稱為正極的去極劑，使正極附近生成的H2氧化為水。正極反應(yīng)：

　　2MnO2+2NH4++2e-==Mn2O3+2NH3+H2O

　　電池總反應(yīng)為：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O

　　本題答案為B。

　　[例3]將0.lmol?醋酸溶液加水稀釋，下列說法正確的是()

　　A.溶液中c(H+)和c(OH-)都減小B.溶液中c(H+)增大

　　C.醋酸電離平衡向左移動D.溶液的pH增大

　　[解析]答案為D。

　　主要考查電離平衡知識。弱酸的電離可聯(lián)系到溶液的pH、物質(zhì)的量濃度、水的電離平衡等基礎(chǔ)知識，要用到化學(xué)平衡移動原理。要注意酸溶液稀釋時，溶液的c(OH-)增大，同樣堿溶液稀釋時溶液中的c(H+)增大。

　　[例4]已知0.1mol?L-1的二元酸H2A溶液的pH=4.0，則下列說法中正確的是()

　　A.在Na2A、NaHA兩溶液中，離子種類不相同

　　B.在溶質(zhì)物質(zhì)的量相等的Na2A、NaHA兩溶液中，陰離子總數(shù)相等

　　C.在NaHA溶液中一定有：c(Na+)+c(H+)=c(HA-)+c(OH-)+2c(A2-)

　　D.在Na2A溶液中一定有：c(Na+)>c(A2-)>c(H+)>c(OH-)

　　[解析]答案選C。

　　主要考查電離平衡、鹽類水解等理論知識。弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽類的水解平衡都會反映到溶液中各種離子濃度的關(guān)系之中，從分析離子關(guān)系角度考查電離平衡和鹽類水解平衡理論知識，可以較好地區(qū)分學(xué)生對相關(guān)理論內(nèi)容的理解水平。

　　根據(jù)題給條件可判斷，H2A的第一級電離就較弱，屬于弱酸。所以在Na2A、NaHA溶液中由于水解和電離，兩溶液中所含離子種類數(shù)肯定相同。在Na2A溶液中，由于A2-水解，陰離子總數(shù)增加，在NaHA溶液中由于HA-水解陰離子總數(shù)要減小，所以兩溶液中陰離子總數(shù)前者多。任何溶液中，陽離子所帶正電荷總數(shù)跟陰離子所帶負(fù)電荷總數(shù)必定相等。所以，在Na2A溶液中H+濃度小于OH-離子濃度。

　　[例5]剪長約6cm、寬2cm的銅片、鋁片各一片，分別用接線柱平行地固定在一塊塑料板上(間隔2cm)。將銅片與鋁片分別和電流表的“+”、“-”端相連接，電流表指針調(diào)到中間位置。取兩個50mL的小燒杯，在一個燒杯中注入約40mL的濃硝酸，在另一只燒杯中注入40mL0.5mol/L的硫酸溶液。試回答下列問題：

　　(1)兩電極同時插入稀硫酸中，電流表指針偏向(填“鋁”或“銅”)極，鋁片上電極反應(yīng)式為;

　　(2)兩電極同時插入濃硝酸時，電流表指針偏向(填“鋁”或“銅”)極，此時鋁是(填“正”或“負(fù)”)極，鋁片上電極反應(yīng)式為。

　　[解析]電極的確定依賴于具體的電極反應(yīng)，在這個問題上，學(xué)生易受思維定勢的影響，以為金屬越活潑，便一定是負(fù)極，殊不知，在濃硝酸中，Al表面產(chǎn)生了鈍化，發(fā)生反應(yīng)的是Cu。因此，當(dāng)Al、Cu同時插入稀硫酸時，電流表指針偏向Al。(電流方向從正極到負(fù)極)。電極反應(yīng)式為：Al-3e-=Al3+。而當(dāng)Al、Cu同時插入濃硝酸時，電流表指針偏向Cu，Al作正極，且電極反應(yīng)式為：NO3-+4H++3e-=NO+2H2O。

　　[預(yù)測與訓(xùn)練]

　　1.0.100mol?L-1的Na2S的溶液中，下列關(guān)系不正確的是()

　　A.c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)=0.1B.c(Na+)+c(H+)=2c(S2-)+c(HS-)+c(OH-)

　　C.c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)D.c(Na+)+c(H+)=c(S2-)+c(HS-)+c(OH-)

　　2.在某未知溶液中再溶入CH3COONa晶體，測得[Na+]與[CH3COO-]幾乎相等，則原溶液可能是()

　　A.HCl溶液B.NaOH溶液C.KCl溶液D.KOH溶液

　　3.已知同溫同濃度時①H2CO3比H2S電離度大，②H2S比HCO3-電離度大，則下列反應(yīng)不正確的是()

　　(A)Na2CO3+H2S=NaHCO3+NaHS

　　(B)Na2S+H2O+CO2=NaHS+NaHCO3

　　(C)2NaHCO3+H2S=Na2S+2H2O+2CO2

　　(D)2NaHS+H2O+CO2=Na2CO3+2H2S

　　4.將0.03molCl2緩緩?fù)ㄈ牒?.02molH2SO3和0.02molHBr的混和溶液中，在此過程中，溶液中的[H+]與Cl2用量的關(guān)系示意圖是(溶液的體積不變)()

　　ABCD

　　5.下列操作中，能使電離平衡H2OH++OH-，向右移動且溶液呈酸性的是()

　　(A)向水中加入NaHSO4溶液(B)向水中加入Al2(SO4)3溶液

　　(C)向水中加入Na2CO3溶液(D)將水加熱到100℃，使pH=6

　　6.要使水的電離平衡向右移動，且使pH<7，可采取的措施是()

　　A加少量NaOHB加少量NH4ClC加少量鹽酸D加熱

　　7.在室溫下，0.1mol/L100ml的醋酸溶液中，欲使其溶液的pH減小，但又要使醋酸電離度減少，應(yīng)采取()

　　A加入少量CH3COONa固體B通入少量氯化氫氣體

　　C提高溫度D加入少量純醋酸

　　8.下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是()

　　A.a電極是負(fù)極

　　B.b電極的電極反應(yīng)為：4OH-—4e-=2H2O+O2↑

　　C.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源

　　D.氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置

　　9.電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個電解池，裝有電解液a;X、Y是兩電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。回答以下問題：

　　(1)若X、Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則

　�、匐娊獬刂蠿極上的電極反應(yīng)式為。在X極附近觀察到的現(xiàn)象是。

　�、赮電極的電極反應(yīng)式為,檢驗該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是。

　　(2)如要用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則

　�、賆的電極材料是，電極反應(yīng)式為。

　　②Y電極的材料是,電極反應(yīng)式為。

　　(說明：雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出)

　　10.某種胃藥片的制酸劑為碳酸鈣，其中所含的制酸劑質(zhì)量的測定如下：

　�、傩枧渲�0.1mol?L-1的鹽酸和0.1mol?L-1的氫氧化鈉溶液;

　�、诿看稳∫涣�(藥片質(zhì)量均相同)0.2g的此胃藥片，磨碎后加入20.00mL蒸餾水;

　�、垡苑犹獮橹甘緞�，用0.1mol?L-1的氫氧化鈉溶液滴定，需用去VmL達(dá)滴定終點;

　�、芗尤�25.00mL0.1mol?L-1的鹽酸溶液。

　　(1)寫出實驗過程的步驟(寫編號順序)______________。

　　(2)下圖所示的儀器中配制0.1mol?L-1鹽酸溶液和0.1mol?L-1氫氧化鈉溶液肯定不需要的儀器是(填序號)_________，配制上述溶液還需要的玻璃儀器是(填儀器名稱)__________。

　　(3)配制上述溶液應(yīng)選用的容量瓶的規(guī)格是(填字母)__________________。

　　(A)50mL、50mL(B)100mL、100mL

　　(C)100mL、150mL(D)250mL、250mL

　　(4)寫出有關(guān)的化學(xué)方程式_____________________________。

　　(5)胃藥中含碳酸鈣的質(zhì)量是________。

　　11.將0.05mol/L的鹽酸溶液和未知濃度的NaOH溶液以1︰2的體積比混和，所得溶液的pH=12，用上述NaOH溶液滴定pH=3的某一元弱酸溶液20mL，達(dá)到終點時消耗NaOH溶液12.5mL，試求：

　　(1)NaOH溶液的物質(zhì)的量的濃度;

　　(2)此一元弱酸的物質(zhì)的量的濃度;

　　[參考答案]

　　1D。2D。3CD。4A。5B。6BD。76B。8B。

　　9.(1)①2H++2e-=H2↑放出氣體，溶液變紅。

　�、�2Cl--2e-=Cl2↑把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極附近，試紙變藍(lán)色。

　　(2)①純銅Cu2++2e-=Cu②粗銅Cu-2e-=Cu2+

　　10.(1)這一問主要是為了考查學(xué)生對中和滴定實驗過程的理解和掌握情況而設(shè)問的。為了保證所得滴定結(jié)果的準(zhǔn)確度，同一樣品溶液要重復(fù)滴定2次以上。所以操作步驟應(yīng)為：①②④③②④③(或②①④③②④③)。

　　但有好多學(xué)生沒有想到要重復(fù)滴定一次，回答成①②④③。

　　(2)第(2)問的回答也是要從中和滴定實驗操作過程去聯(lián)想回憶。答案為：A、C;玻璃棒、燒杯。

　　(3)要滴定2次以上，所以樣品溶液的總體積應(yīng)超過75mL，應(yīng)選B。

　　(4)CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2OHCl+NaOH=NaCl+H2O

　　11.(1)0.04mol/L(2)0.025mol/L(3)4.0%