化學專題輔導4

專題四：電離平衡和電化學的梳理和綜合

[命題趨向]

《考試大綱》中對這部分內容的要求可以總結成如下幾條：

（1）理解鹽類水解的原理．了解鹽溶液的酸堿性。理解影響弱電解質電離平衡的因素。理解弱電解質的電離跟鹽的水解的內在聯系，能根據這種聯結關系進行辯證分析。

（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成原電池的條件。理解原電池反應和一般氧化還原反應的異同。能分析常見化學電源的化學原理。

（4）理解化學腐蝕和電化腐蝕、析氫腐蝕和吸氧腐蝕的異同。了解生產實際中常見的金屬防腐方法的化學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）電解原理的應用：氯堿工業(yè)、冶煉鋁、電鍍、精煉銅等。

近幾年考查這方面內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，在化學單科試題也常會有大題出現。

[知識體系和復習重點]

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

表：化學平衡與其它各類平衡的關系

知識內容

與化學平衡之間的聯系

弱電解質的電離

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

水的電離

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

鹽類水解

鹽類水解（如F- + H2O HF +  OH-）實質上可看成是兩個電離平衡移動的綜合結果：①水的電離平衡向正方向移動（H2OH++OH-），②另一種弱電解質的電離平衡向逆方向移動（HF F-+H+）。也可以看成是中和反應的逆反應，升高溫度會促進水解。

中和滴定

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

原電池反應和電解反應

原電池反應和電解反應實質是氧化還原反應，其特點是一個氧化還原反應分成了兩個電極反應（卻氧化反應、還原反應分別在不同的電極上發(fā)生反應）。一些原電池的電極反應（如鋼鐵的吸氧腐蝕正極的電極反應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而使水的電離平衡發(fā)生移動造成pH變化。

2．本部分內容的知識體系

3．原電池

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

a.       負極與正極：作負極的一般是較活潑的金屬材料，作正極的材料用一般導體即可

b.       電解質溶液：

c.       閉合回路

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

（2）原電池的工作原理：

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

正極：2H++2e-=H2↑（還原反應）

   （2）電子流向：從負極（Zn）流向正極（Cu）

   （3）電流方向：從正極（Cu）流向負極（Zn）

   （4）能量轉變：將化學能轉變成電能

（3）電極反應：

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

負極：2H2+4OH-－4e-=4H2O   

正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

負極的反應我們不能寫成：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）   化學腐蝕：金屬或合金直接與周圍介質發(fā)生反應而產生的腐蝕。

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

最普遍的鋼鐵腐蝕是：負極：2Fe-4e-=2Fe2+

正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

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

｛

  • 
   
    
    
    
    
    
    Fe2++2OH-=Fe(OH)2            
    4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
     
    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：其一是改變金屬內部結構，如制成合金，其二是涂保護層，其三是電化學保護法。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，白鐵外面的鋅可進一步起保護作用，而馬口鐵外面的錫反而會加速腐蝕（鐵作負極被溶解）。
    4．電解原理及其應用
    直流電通過電解質溶液時使陰陽兩極發(fā)生氧化還原反應的過程。電解是一個電能轉化為化學能的過程。
    從參加反應的物質來分電解反應可分成五類：
    （1）H2O型：實質是電解水。如電解硝酸鈉、氫氧化鈉、硫酸等溶液。
    （2）溶質型：溶質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：電解產物是金屬、氧氣與酸。如電解硫酸銅溶液生成單質銅、氧氣和硫酸，電解硝酸銀溶液時生成單質銀、氧氣和硝酸。
    （4）氯化鈉溶液型：電解產物是非金屬單質、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、氫氣和氫氧化鉀。
    （5）電鍍型：鍍層金屬作陽極，陽極反應是：M- ne-=Mn+，鍍件作陰極，陰極反應是：Mn++ne-=M。（電解精煉與電鍍，實質上是相同的）
    [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，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混和氣為正極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池。完成有關的電池反應式：
    負極反應式：2CO+2CO32-－4e－＝ 4CO2
    正極反應式：                          

    總電池反應式：                        

    [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溶液，一下過渡到熔融鹽，不少人無法適應，當年高考失分也很嚴重。其實，我們只要從最基本的一點－燃料電池分析，其總電池反應式應為：2CO+O2=2CO2，然后逆向思考正極反應式－應為總反應式減去負極反應式，就可得出結果：  O2+2CO2+4e－=2CO32-。
    [例2]普通干電池中裝有二氧化錳和其它物質，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)生化學反應的催化劑
    D.      
和負極作用，將鋅變成鋅離子Zn2+
    [解析]鋅錳干電池的負極材料是鋅，故負極反應是Zn－2e－=Zn2+。正極導電材料是石墨棒。兩極間為MnO2、NH4Cl、ZnCl2的糊狀物。正極NH4+發(fā)生還原反應生成NH3和（H），繼而被MnO2氧化為水，使碳極附近不致產生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：
    2MnO2+2NH4++2e－==Mn2O3+2NH3+H2O
    電池總反應為：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O
    本題答案為B。
    [例3] （2004年湖北高考理綜試題）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。弱酸的電離可聯系到溶液的pH、物質的量濃度、水的電離平衡等基礎知識，要用到化學平衡移動原理。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]（2004年北京高考理綜試題）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．在溶質物質的量相等的Na2A、NaHA兩溶液中，陰離子總數相等
    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系之中，從分析離子關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)分學生對相關理論內容的理解水平。
    根據題給條件可判斷，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肯定相同。在Na2A溶液中，由于A2-水解，陰離子總數增加，在NaHA溶液中由于HA-水解陰離子總數要減小，所以兩溶液中陰離子總數前者多。任何溶液中，陽離子所帶正電荷總數跟陰離子所帶負電荷總數必定相等。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”）極，鋁片上電極反應式為                     
。
    [解析]電極的確定依賴于具體的電極反應，在這個問題上，學生易受思維定勢的影響，以為金屬越活潑，便一定是負極，殊不知，在濃硝酸中，Al表面產生了鈍化，發(fā)生反應的是Cu。因此，當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極）。電極反應式為：Al-3e－=Al3+。而當Al、Cu同時插入濃硝酸時，電流表指針偏向Cu，Al作正極，且電極反應式為：NO3-+4H++3e－=NO+2H2O。
     

     
    [考題預測與專題訓練]
    1．0.100 mol?L-1的Na2S的溶液中，下列關系不正確的是（  ）
    A．c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)=0.1         B．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緩緩通入含0.02molH2SO3和 0.02molHBr的混和溶液中，在此過程中，溶液中的[H＋]與Cl2用量的關系示意圖是（溶液的體積不變）（  ）
          
    A               
B               
C               
D
    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NaOH    B  加少量NH4Cl   
C  加少量鹽酸    D  加熱
    7．在室溫下，0.1mol/L 100ml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，應采�。�  ）
    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電極是負極
    B．b電極的電極反應為：4OH- ― 4e-=2H2O+O2↑
    C．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源
    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的新型發(fā)電裝置
    9．電解原理在化學工業(yè)中有廣泛應用。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
    ①電解池中X極上的電極反應式為           
    。在X極附近觀察到的現象是                          
。
    ②Y電極的電極反應式為    ,檢驗該電極反應產物的方法是   。
    （2）如要用電解方法精煉粗銅，電解液a選用CuSO4溶液，則
    ①X的電極材料是       ，電極反應式為             
。
    ②Y電極的材料是              
,電極反應式為                       
。
    （說明：雜質發(fā)生的電極反應不必寫出）
    10．某種胃藥片的制酸劑為碳酸鈣，其中所含的制酸劑質量的測定如下：
    ①需配制0.1 mol?L-1 的鹽酸和0.1mol?L-1 的氫氧化鈉溶液；
    ②每次取一粒（藥片質量均相同）0.2g的此胃藥片，磨碎后加入20.00mL蒸餾水；
    ③以酚酞為指示劑，用0.1mol?L-1 的氫氧化鈉溶液滴定，需用去VmL達滴定終點；
    ④加入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）寫出有關的化學方程式_____________________________。
    （5）胃藥中含碳酸鈣的質量是________。
    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，達到終點時消耗NaOH溶液12.5mL，試求：
    （1）NaOH溶液的物質的量的濃度         
；
    （2）此一元弱酸的物質的量的濃度         
；
    12．右圖為20mL未知濃度的鹽酸用一標準濃度NaOH溶液滴定時的滴定曲線。則兩種溶液的物質的量濃度分別是：
    [HCl]＝         
，[NaOH]＝         
。
     
    1D。2D。3CD。4A。5B。6BD。76B。8B。
    9．（1）①2H++2e-=H2↑    放出氣體，溶液變紅。
    ②2Cl--2e-=Cl2↑ 把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在Y電極附近，試紙變藍色。
    （2）①純銅  Cu2++2e-=Cu  ②粗銅  Cu-2e-=Cu2+
    10．（1）這一問主要是為了考查學生對中和滴定實驗過程的理解和掌握情況而設問的。為了保證所得滴定結果的準確度，同一樣品溶液要重復滴定2次以上。所以操作步驟應為：①②④③②④③（或②①④③②④③）。
    但有好多學生沒有想到要重復滴定一次，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超過75mL，應選B。
    （4）CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O   HCl+NaOH=NaCl+H2O
    （5）
    11．（1）0.04mol/L  （2）0.025mol/L  （3）4.0%
    12．1mol/L  0.5mol/L
    
				
	
    
		
    


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