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2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第三冊 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第一節(jié)電解原理(第二課時(shí)) ［復(fù)習(xí)鞏固］ ［投影練習(xí)］ 1.下列關(guān)于電解槽的敘述中不正確的是 A.與電源正極相連的是電解槽的陰極 B.與電源負(fù)極相連的是電解槽的陰極 C.在電解槽的陽極發(fā)生氧化反應(yīng) D.電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)線流入電解槽的陰極 2.用惰性電極電解某金屬的硫酸鹽溶液時(shí)，在陰極上析出m克金屬，同時(shí)在陽極上析出0.8 g氣體，若金屬的原子量為M，則其化合價(jià)為 A.m－M B. C. D. 3.在下圖中x,y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加，b極板處有無色無嗅氣體放出，符合這一情況的是 ［學(xué)生練習(xí)，教師巡視，并根據(jù)具體情況進(jìn)行指導(dǎo)和講解］ 解析：1.答案：A 2.本題的解題關(guān)鍵在于：分析電解硫酸鹽溶液的陰、陽極產(chǎn)物，然后根據(jù)陰、陽極反應(yīng)中得失電子數(shù)目相等來找出已知物質(zhì)間的關(guān)系式，然后進(jìn)行求解。 由題意可知，陰極析出金屬(可用R表示)，陽極是OH－放電(陰離子放電順序：OH－＞SO),產(chǎn)生O2。 設(shè)金屬R的化合價(jià)為x，根據(jù) 則陰、陽極產(chǎn)物的關(guān)系式為： 4RxO2 4M 32x m 0.8 x= 答案：B 3.本題裝置外接直流電源，是電解池。題目通過電解池兩極反應(yīng)現(xiàn)象的描述，要求做題者選擇符合現(xiàn)象的組合，考查對電解中電極反應(yīng)的掌握程度。解題時(shí)，可抓住兩極反應(yīng)現(xiàn)象，采用逐步淘汰的方法篩選。 根據(jù)金屬陽離子能在陰極得電子被還原析出而增重，可知,a極為陰極，則X電極為負(fù)極，從而否定C。在提供的四種Z溶液中涉及的陽離子是Ag＋、Cu2＋、H＋(水電離的)、Na＋，由此否定B。b極(陽極)放出無色無臭的氣體，根據(jù)四種Z溶液的陰離子分析，放電離子是 OH－(B已否定，OH－為水電離的)，從而否定D。最終確定A符合題意。 答案：A ［引言］以上我們通過練習(xí)重溫了有關(guān)電解池和電解原理的知識(shí)，本節(jié)課我們就在此基礎(chǔ)上來認(rèn)識(shí)電解原理的一些應(yīng)用。 ［板書］第一節(jié) 電解原理(第二課時(shí)) ［師］請大家分析以下裝置中的電極反應(yīng)及反應(yīng)現(xiàn)象。并寫出電極反應(yīng)式。 ［投影］ ［請一位同學(xué)上黑板寫出電極反應(yīng)式］ ［學(xué)生板書］陰極：Cu2＋＋2e－===Cu 陽極：Cu－2e－===Cu2＋ ［設(shè)問］電解一段時(shí)間后，我們能看到什么現(xiàn)象呢？ ［生］陰極銅電極(a電極)變粗，陽極銅電極(b電極)變細(xì)。 ［追問］假若陽極銅電極中含有鋅、鐵、鎳、銀、金等雜質(zhì)時(shí)，電解時(shí)又將怎樣呢？ 請大家討論后回答。 ［學(xué)生分組討論，并匯報(bào)討論結(jié)果］ 結(jié)論Ⅰ：雜質(zhì)金屬均失電子變?yōu)殛栯x子Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋、Ag＋等，根據(jù)溶液中離子的放電順序，銀、金等的離子先在陰極銅棒上得電子成為單質(zhì)析出。 結(jié)論Ⅱ：活潑金屬先失電子變?yōu)殛栯x子進(jìn)入溶液，而Ag、Au等直接以原子的形式沉積下來(可由Pt、Au為惰性電極推得)，溶液中的Cu2＋在陰極得電子被還原為銅單質(zhì)。 ［師］到底哪一種結(jié)論正確呢？ 答案在這里！ ［投影展示］電解精煉銅原理。 電解精煉銅原理 ［講解］由上圖可以看出當(dāng)含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時(shí)，金屬活動(dòng)性順序表中銅以前的金屬雜質(zhì)如Zn、Fe、Ni等，也會(huì)同時(shí)失去電子，如： ［草板書］Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e－===Ni2＋ ［講解］但是它們的陽離子比Cu2＋難以還原，所以它們并不在陰極獲得電子析出，而只是留在電解液里。而位于金屬活動(dòng)性順序銅之后的銀、金等金屬雜質(zhì)，因?yàn)榻o出電子的能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子溶解下來，當(dāng)陽極上的Cu失去電子變成離子溶解之后，它們是以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥(陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料)。 ［過渡］工業(yè)上就是通過以上電解原理來精煉銅的。 ［板書］二、銅的電解精煉 ［師］請大家閱讀課本有關(guān)銅的電解精煉的內(nèi)容，并回答以下問題： ［投影問題］ 1.火法冶煉得到的銅為什么要進(jìn)行精煉？ 2.怎樣用電解法精煉銅？ 3.精煉銅時(shí)，電解液中的Cu2＋濃度是否會(huì)發(fā)生改變？ ［學(xué)生看書后回答］ 1.一般火法冶煉得到的粗銅中含有多種雜質(zhì)(如鋅、鐵、鎳、銀、金等)，這種粗銅的導(dǎo)電性遠(yuǎn)不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線，就會(huì)大大降低導(dǎo)線的導(dǎo)電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。 2.電解時(shí)，用粗銅板作陽極，與直流電源的正極相連，用純銅片作陰極，與電源的負(fù)極相連，用CuSO4溶液(加入一定量的硫酸)作電解液。電解時(shí)，粗銅溶解，以Cu2＋的形式進(jìn)入溶液，溶液中的Cu2＋在陰極得到電子而沉積，最后在陰極得到純銅。 3.電解時(shí)，由于陽極上銅溶解的速率與陰極上銅沉積的速率相同，所以溶液中 CuSO4的濃度基本保持不變。 ［教師總結(jié)并板書］ 1.火法冶煉銅不能滿足電氣工業(yè)要求。 2.銅的精煉 陽極：Cu(粗銅)－2e－===Cu2＋ 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu(精銅) 電解液：CuSO4(含一定量H2SO4) 3.電解時(shí)，電解液的濃度基本不變。 ［講解］用電解精煉法所得到的銅叫做電解銅，它的純度很高，可以達(dá)到99.95%～99.98%。這種銅的導(dǎo)電性能良好，符合電氣工業(yè)的要求，因此電解銅被廣泛用以制作導(dǎo)線和電器等。 ［思考］若電解時(shí)，用粗銅做陰極，純銅做陽極，結(jié)果又會(huì)怎樣呢？ 答案：純銅溶解，以Cu2＋的形式進(jìn)入溶液，Cu2＋在陰極得電子變?yōu)镃u附著在粗銅表面達(dá)不到精煉銅的目的。 ［過渡］請大家看下列物品： ［展示鍍金(或銀)首飾、鍍銅(或鋅)首飾，且最好與真的金、銀首飾相比較］ ［問］僅僅憑外觀，大家能辨別出其中的真?zhèn)螁幔? ［學(xué)生搖頭］ ［引入］那么，是什么技術(shù)使這些物品達(dá)到了以假亂真的效果呢？ 那就是電鍍！ ［板書］三、電鍍 ［師］請大家看下面的實(shí)驗(yàn) ［演示實(shí)驗(yàn)］在燒杯里放入銅氨溶液，用一鐵制鑰匙(預(yù)先用酸洗凈)作陰極，銅片作陽極。通電，觀察鐵制品表面顏色的變化。結(jié)果，銀白色的鐵制品表面變成了紫紅色。 ［以上實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生上講臺(tái)演示］ ［問］產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因是什么？ ［請一位同學(xué)回答］ 答案：通電時(shí)，做為陽極的銅片失電子，以Cu2＋的形式進(jìn)入溶液，而溶液中的Cu2＋在直流電作用下，向陰極移動(dòng)，并在陰極得電子以銅單質(zhì)的形式析出來，我們剛剛看到的紫紅色，實(shí)際上就是析出來的銅。 ［師］回答得很好！以上這一過程實(shí)際上就是一個(gè)電鍍過程。 ［講解并板書］1.電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。 ［思考］比較電鍍和電解精煉銅的過程，其反應(yīng)原理是否相同？ ［學(xué)生思考后回答］相同！它們都是金屬陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極都是金屬陽離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)。 ［師］對！電解精煉銅和電鍍都是電解原理的具體應(yīng)用。 ［講解］用于電鍍的裝置我們把它叫電鍍池。所用的電解質(zhì)溶液叫電鍍液。 ［設(shè)問］電鍍時(shí)，我們對電鍍液和浸入電鍍液的電極有無什么特殊的要求呢？請大家結(jié)合電解原理進(jìn)行討論、分析。 ［學(xué)生討論后回答］ ［教師板書］ 陰極：待鍍金屬制品。 陽極：鍍層金屬。 電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液。 ［設(shè)問］電鍍的目的僅僅是為了以假亂真嗎？ ［生］不是！ ［追問］那么，電鍍的真正目的是什么？能否舉例說明？ 請大家閱讀課本有關(guān)內(nèi)容，并回答。 ［板書］2.電鍍的目的。 ［學(xué)生閱讀后回答］ 電鍍可以使金屬更加美觀耐用，增強(qiáng)防銹抗腐能力。 例如：自行車的把手及車圈，鍍上一層鉻后，既美觀又耐蝕，鐵制水龍頭鍍上耐蝕鍍層后，可延長其使用壽命。 在鐵、鋁等的表面鍍上金、銀，不但物美價(jià)廉，而且可以節(jié)省資源。 ［教師評(píng)價(jià)］很好！ ［講解］鍍銅是一種應(yīng)用最廣的電鍍方法。其除了可直接用作金屬制品的表層外，通常則主要用于電鍍其他金屬前的預(yù)鍍層。例如，在鋼鐵表面電鍍其他金屬時(shí)，往往要預(yù)先鍍上一薄層銅，然后再鍍所需鍍的金屬，這樣可以使鍍層更加牢固和光亮。 ［引導(dǎo)學(xué)生看課本彩圖中的電鍍制品］ ［展示形狀一樣的一電鍍過的水龍頭和一鐵制水龍頭］ ［問］大家能否把這一鐵制水龍頭變成這般模樣(指電鍍水龍頭)？若能，怎樣操作？ ［生］能。用鐵制水龍頭做陰極，用鍍層金屬做陽極，用含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液為電鍍液，通入直流電即可。 ［反問］真的就這么簡單嗎？ ［講解］從原理上講，上述結(jié)論是正確的。但實(shí)際操作卻要復(fù)雜得多。為了使鍍層致密、堅(jiān)固和光亮，生產(chǎn)中還要采取很多措施。 例如，在電鍍前要對鍍件進(jìn)行拋光、除油、酸洗、水洗等預(yù)處理，并且還常在電鍍液中加入一些鹽類，以增加溶液的導(dǎo)電性，促進(jìn)陽極的溶解，還要在電鍍液中加入一些添加劑；在電鍍時(shí)，要不斷攪拌，并控制溫度、電流、電壓和使電解液的pH在一定范圍之內(nèi)。 ［過渡］我們看待任何事物都應(yīng)持一分為二的觀點(diǎn)。關(guān)于電鍍，也不例外。 ［板書］3.一分為二看電鍍。 ［師］請大家看下面的資料。 ［投影展示］ 資料一： 鉻是銀白色的金屬，難熔(熔點(diǎn)1800℃)，比重為7.1，和鐵差不多。鉻是最硬的金屬。 通常的鉻都很脆，因?yàn)槠渲泻袣浠蛭⒘康难趸?。極純的鉻不脆，富有展性。 鉻的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，在常溫下，放在空氣中或浸在水里，不會(huì)生銹。手表的外殼常是銀閃閃的。一些眼鏡的金屬架子，表帶、汽車燈、自行車車把與鋼圈、鐵欄桿、照像機(jī)架子等，也都常鍍一層鉻，不僅美觀，而且防銹。所鍍的鉻層越薄，越是會(huì)緊貼在金屬的表面，不易脫掉。在一些炮筒、槍管內(nèi)壁，所鍍的鉻層僅有0.005毫米厚，但是，發(fā)射了千百發(fā)炮彈、子彈以后，鉻層依然還在。 資料二： 鉻是一種銀白色、有光澤、堅(jiān)硬而耐腐蝕的金屬。鉻化合物以二價(jià)(如氧化亞鉻CrO)、三價(jià)(如三氧化二鉻Cr2O3)、六價(jià)(如鉻酸酐CrO3、鉻酸鉀K2CrO4、重鉻酸鉀K2Cr2O7等)的形式存在。 在天然水源中一般不含鉻，如發(fā)現(xiàn)鉻的化合物，則系由工業(yè)廢水所污染。在含鉻廢水中鉻以六價(jià)和三價(jià)兩種形式存在。六價(jià)鉻主要來源于機(jī)械、航空、儀表、電氣和醫(yī)療器械制造工業(yè)的鍍鉻，其次生產(chǎn)鉻酸鹽和三氧化二鉻的工廠也排出含六價(jià)鉻的廢水。三價(jià)鉻主要來源于皮革廠的鉻鞣車間、染料廠的印花車間、制藥廠的對硝基苯甲酸車間和香料廠等。 在鉻的化合物中，六價(jià)鉻的毒性最強(qiáng)，三價(jià)鉻次之，二價(jià)鉻和鉻本身的毒性很小或無毒。 由于鉻具有強(qiáng)氧化作用，所以中毒癥狀常以局部損害為主。經(jīng)呼吸道侵入人體者，首先侵害上呼吸道，引起鼻炎、咽炎、喉炎、支氣管炎等。長期作用，進(jìn)而可引起肺部病變，如肺硬化、肺氣腫、支氣管擴(kuò)張等。 資料三： 含鎘、汞廢水是世界上危害較大的工業(yè)廢水之一?；瘜W(xué)工業(yè)、冶煉、電鍍等生產(chǎn)部門是含鎘、汞廢水的重要來源。鎘進(jìn)入人體后，造成積累性中毒，它首先引起腎臟損害，使腎小管再吸收不全，過多的鈣長期從尿中損失得不到補(bǔ)充，就從骨骼中奪取鈣，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和骨骼軟化，患者有無法忍受的骨痛感，故名“骨痛病”。汞進(jìn)入人體后，也會(huì)逐漸積累起來。水俁(音ｙǔ)病的特征是以腦損害為主要特征。因水俁病最早發(fā)現(xiàn)于日本九州一小鎮(zhèn)——小俁而得名。病因是甲基汞中毒。汞中毒的病象：口腔炎、齒齦炎、神經(jīng)過敏、頭痛、發(fā)抖、腹瀉、作嘔和貧血等。 資料四： 在電鍍、煤氣、焦化、冶金、金屬加工、制革、化纖、塑料、農(nóng)藥等工業(yè)部門的生產(chǎn)中，使用或生產(chǎn)大量的氰類化合物，因此常有許多含氰的廢水排出。氫氰酸(HCN)、氰化物都是劇毒物質(zhì)，人體如吸入、口服或經(jīng)皮膚浸入含氰的水、蒸氣與粉塵，均能引起中毒。急性中毒時(shí)，輕者有粘膜刺激癥狀、唇舌麻木、頭痛、眩暈、下肢無力、胸部壓迫感、惡心、嘔吐、心悸、血壓上升、氣喘、瞳孔散大等；重者呼吸不規(guī)則，意識(shí)逐漸昏迷痙攣，大小便失禁，血壓下降等，以致死亡。 ［講解］由以上資料可以看出。 在電鍍工業(yè)的廢水中常含有劇毒物質(zhì)，如氰化物、重金屬等。這些有毒物質(zhì)如隨廢水流入自然水域，會(huì)嚴(yán)重污染水體。氰化物會(huì)毒死水中生物，而重金屬會(huì)被貝類等吸收，最終危害人類健康。因此，絕不允許將電鍍廢水直接排入自然水域，必須經(jīng)過處理，回收其中的有用成分，把有毒有害物質(zhì)的濃度降低到符合工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。減小電鍍污染的另一重要途徑是改進(jìn)電鍍工藝，盡量使用污染少的原料，如改變電鍍液成分，采用無氰電鍍工藝等。 ［小結(jié)］本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了電解原理在具體實(shí)踐中的應(yīng)用——精煉銅和電鍍。同時(shí)了解了電鍍廢水對人類的危害。 ［布置作業(yè)］ 習(xí)題：一、2 二、2 三、1 ●板書設(shè)計(jì) 第一節(jié) 電解原理(第二課時(shí)) 二、銅的電解精煉 1.火法冶煉銅不能滿足電氣工業(yè)要求。 2.銅的精煉 陽極：Cu(粗銅)－2e－===Cu2＋ 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu(精銅) 電解液：CuSO4(含一定量H2SO4) 3.電解時(shí)，電解液的濃度基本不變。 三、電鍍 1.電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。 陰極：待鍍金屬制品 陽極：鍍層金屬 電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液。 2.電鍍的目的 3.一分為二看電鍍。 ●教學(xué)說明 本課時(shí)教授時(shí)，重點(diǎn)突出了以金屬電極為陽極的電解原理，這可以促使學(xué)生從本質(zhì)上去認(rèn)識(shí)精煉銅和電鍍的知識(shí)，也更有利于學(xué)生對舊知識(shí)的鞏固和對新知識(shí)的掌握。本節(jié)課主要運(yùn)用了引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究的●教學(xué)方法，這可以很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，另外，本節(jié)課還以實(shí)物為輔助以加深學(xué)生對這部分知識(shí)內(nèi)容的理解。在介紹重金屬離子對人類的危害時(shí)，提供了一些資料以擴(kuò)大學(xué)生的視野，教師在講授時(shí)，可根據(jù)具體情況而進(jìn)行選用。 ●綜合能力訓(xùn)練題 1.工業(yè)上處理含Cr2O酸性工業(yè)廢水用以下方法：①往工業(yè)廢水中加入適量的NaCl，攪拌均勻；②用Fe為電極進(jìn)行電解，經(jīng)過一段時(shí)間有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀產(chǎn)生；③過濾回收沉淀，廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。試回答： (1)電解時(shí)的電極反應(yīng)：陽極_________，陰極_________。 (2)寫出Cr2O轉(zhuǎn)變成Cr3＋的離子反應(yīng)方程式： 。 (3)電解過程中Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀是怎樣產(chǎn)生的？ 。 (4)能否將Fe電極改成石墨電極？為什么？ 解析：此題是電極反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、水解反應(yīng)等方面知識(shí)的綜合題，也是理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用題。 根據(jù)電解原理可判斷：陽極為非惰性材料Fe,發(fā)生氧化反應(yīng)Fe－2e===Fe2＋。廢水呈酸性，［H＋］濃度較大，陰極發(fā)生還原反應(yīng)2H＋＋2e===H2↑。 在酸性溶液中，陽極溶解下來的Fe2＋將Cr2O還原成Cr3＋,Fe2＋被氧化成Fe3＋。 隨著電解的不斷進(jìn)行，［H＋］減小，Cr3＋、Fe3＋在溶液中的水解程度增大，以至從溶液中析出沉淀Cr(OH)3和Fe(OH)3。 廢水中先加入適量的NaCl，是為增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性。若Fe電極改成石墨電極(惰性電極)，則溶液中的Cl－在陽極放電2Cl－－2e===Cl2↑，溶液中無Fe2＋，也就無法將廢水中的Cr2O還原而除去。 答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋,2H＋＋2e－===H2↑ (2)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O (3)不能。若將Fe電極改成石墨電極，則溶液中的Cl－在陽極放電(2Cl－－2e－===Cl2↑)，溶液中無Fe2＋，也就無法將廢水中的Cr2O還原而除去。 2.如下圖為電解水的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，閉合開關(guān)S后，觀察到電壓表的示數(shù)為6.0 V，毫安表的示數(shù)為100 mA。 (1)此時(shí)A管內(nèi)生成 氣，B管內(nèi)生成 氣。 (2)請寫出電解水的化學(xué)方程式： (3)通電過程中，A極、B極各發(fā)生何種反應(yīng)(用電極反應(yīng)式表示)? (4)為了加快電解水的速率，可在水中加入 (填序號(hào)) A.H2SO4 B.HCl C.NaOH D.NaCl (5)在實(shí)驗(yàn)過程中消耗了何種形式的能量，產(chǎn)生了何種形式的能量? (6)若通電10 min，A管中將生成 mL氣體(每個(gè)電子帶電1.610－19C)。 (7)已知每摩爾水被電解消耗280.8 kJ能量，則10 min內(nèi)增加了多少化學(xué)能? 。在電解池中產(chǎn)生了多少內(nèi)能，在該實(shí)驗(yàn)中兩極間流體的電阻是多大? 。 解析：本題為化學(xué)、物理知識(shí)的綜合題，考查學(xué)生對所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用的能力。 由實(shí)驗(yàn)裝置圖可以看出，A電極與電源負(fù)極相連，為陰極，水電離出的H＋向陰極移動(dòng)，在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)2H＋＋2e－===H2↑，故A管內(nèi)生成氫氣；B電極與電源正極相連，為陽極，水電離出的OH－移向B電極，發(fā)生反應(yīng)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故B管內(nèi)生成氧氣，電極總反應(yīng)式為：2H2O2H2↑＋O2↑。 為了使水的電解速率加快，可在水中加入強(qiáng)電解質(zhì)，選項(xiàng)中的H2SO4、HCl、NaOH、NaCl均為強(qiáng)電解質(zhì)，但加入NaCl或HCl時(shí)，Cl－優(yōu)先在惰性陽極上放電(2Cl－－2e－===Cl2↑)而生成氯氣，不是氧氣，故B、D選項(xiàng)不合題意，加入H2SO4、NaOH可達(dá)到目的。 問題(5)從能量守恒的角度理解回答即可。 (6)要計(jì)算A管中通電10 min所生成H2的量，須先求出10 min通過電路的電量。 由于Q=It=0.1 A1060 s=60 C 由2H＋ ＋ 2e－ === H2↑ 26．0210231．610－19C 1 mol 60 C n(H2) n(H2)=3.1110－4 mol V(H2)=3.1110－4 mol22.4 Lmol－1 ＝6．9710－3 L=6.97 mL (7)E化=3.1110－4 mol280．8 kJmol－1＝8．7310－2 kJ＝87．3J 由能量守恒求得電解池中產(chǎn)生的內(nèi)能為： Q=E電－E化=UIt－E化 =6 V0．1 A600 s－87.3 J=272.7 J 由焦耳定律可得電解池內(nèi)兩極間的電阻為： R===45.5 Ω 答案：(1)氫 氧 (2)2H2O2H2↑＋O2↑ (3)A極：4H＋＋4e－===2H2↑ B極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (4)AC (5)在電解水的過程中消耗了電能，產(chǎn)生了化學(xué)能和內(nèi)能。 (6)6.97 mL (7)87.3 J；45.5 Ω 3.Na－S電池(如圖)是當(dāng)前開發(fā)的一種高能蓄電池，它所貯存的能量為常用鉛蓄電池的5倍(按相同質(zhì)量計(jì))，它具有運(yùn)行無聲、無污染、價(jià)廉、安全、使用壽命長以及維修費(fèi)低廉等優(yōu)點(diǎn)。常用的電池是由一個(gè)液體電解質(zhì)將兩個(gè)固體電極隔開，而Na－S電池正相反，它是由固體電解質(zhì)將兩個(gè)液體電極隔開：一個(gè)由Na－β－Al2O3固體電解質(zhì)做成的中心管，將內(nèi)室的熔融鈉(熔點(diǎn)98℃)和外室的熔融硫(熔點(diǎn)119℃)隔開，并允許Na＋離子通過。整個(gè)裝置密封于不銹鋼容器內(nèi)，此容器又兼作硫電極的集流器。在電池內(nèi)部，Na＋離子穿過固體電解質(zhì)和硫反應(yīng)從而傳遞電流。350℃時(shí)，Na－S電池的斷路電壓為2.08 V。已知硫的化學(xué)式為S8，在外電路中被還原成多硫離子。 (1)寫出Na－S蓄電池的充放電的化學(xué)反應(yīng)； (2)指明Na－S蓄電池放電時(shí)的正、負(fù)極； (3)Na－S電池的外室填充有多孔石墨，為什么？ (4)當(dāng)充電完全時(shí)，硫電極內(nèi)部何種物質(zhì)會(huì)增加？完全放電后電池內(nèi)室又是什么物質(zhì)？當(dāng)再次充電時(shí)，中心室是什么物質(zhì)？為什么？ (5)如何判斷Na－S電池充放電完全？請?zhí)岢瞿愕脑O(shè)計(jì)方案。 分析及解答：本題考查蓄電池的一些性質(zhì)，充電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，作電解池；放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，作原電池。由于反應(yīng)可逆，反應(yīng)物和生成物可以相互轉(zhuǎn)化，以此解決本題的問題。 (1)Na－S蓄電池的充放電反應(yīng)為：2Na(l)＋S8(l) Na2Sn。 (2)Na－S電池放電時(shí)為原電池，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)的為正極，因此放電時(shí)，S為正極，Na為負(fù)極。 (3)由于中心管內(nèi)室的熔融Na放出電子，通過外電路將S8還原成多硫離子，但由于硫是絕緣體，故在外室填充多孔石墨以保證有效電導(dǎo)。 (4)由反應(yīng)式看，當(dāng)充電完全時(shí)，硫電極內(nèi)局部地為硫所填充；完全放電后，則全部容積充滿多硫化鈉Na2Sn；再次充電時(shí)電池的極化作用正好相反，通電流迫使Na＋重新回到中心室，并在此放電成為Na原子。 (5)由于Na－S電池在350℃時(shí)的斷路電壓為2.08 V,即電池的電動(dòng)勢為2.08 V，我們可以用伏特表測定Na－S電池的電動(dòng)勢：放電時(shí)，電動(dòng)勢降至某額定限量即充電；充電時(shí)電動(dòng)勢上升達(dá)某一額定限量(2.08 V)即停止充電。 4.氨是最重要的氮肥，是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一。我們在課本里學(xué)到的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國人哈伯在1905年發(fā)明的。他因此獲得了1918年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。哈伯法合成氨需要20～50 MPa的高壓和500℃的高溫，并采用鐵催化劑。近一個(gè)世紀(jì)了，全世界都這樣生產(chǎn)氨。合成氨需要高溫高壓，似乎是天經(jīng)地義了。然而，最近有兩位希臘化學(xué)家在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，在常壓下把氫氣和用氦稀釋的氮?dú)夥謩e通入一個(gè)加熱到570℃的電解池(如圖)，氫氣和氮?dú)庠陔姌O上合成了氨，而且轉(zhuǎn)化率達(dá)到了78%！對比哈伯法合成氨轉(zhuǎn)化率僅10%～15%，聽起來真像天方夜譚。 合成氨電解池 請根據(jù)以上材料回答下列問題： (1)新法合成氨的電解池中能否用水溶液作電解質(zhì)？為什么？ (2)新法合成氨中所用的電解質(zhì)(如上圖中黑色細(xì)點(diǎn)表示)能傳導(dǎo)H＋，試寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。 分析及解答：題中有很多新信息，解題者只要抓住新信息，從新信息入手，就可以找到解題思路。 (1)新法合成氨是在常壓、570℃條件下進(jìn)行的，聯(lián)想到水在常壓下沸點(diǎn)只有100℃，所以不能用水溶液作電解質(zhì)(實(shí)際上是用某種固體電解質(zhì)，xx年高考理科綜合能力測試卷中曾出現(xiàn)了固體電解質(zhì))。 (2)從題示信息可知，新法合成氨的原料仍是氮?dú)夂蜌錃?，產(chǎn)物仍是氨。為了達(dá)到合成氨的目的，氫氣應(yīng)通入電解池的陽極，氮?dú)鈶?yīng)通入電解池的陰極。從題示新信息還可得到，所用電解池中的電解質(zhì)能傳導(dǎo)H＋，所以書寫電極反應(yīng)式時(shí)可以用H＋配平。綜合以上幾點(diǎn)可寫出電極反應(yīng)式為： 陽極：3H2－6e－===6H＋(生成的H＋通過電解質(zhì)傳導(dǎo)到陰極)。 陰極：N2＋6H＋＋6e－===2NH3 電解池的總反應(yīng)式為：3H2＋N22NH3