化學(xué)專題輔導(dǎo)4

專題四:電離平衡和電化學(xué)的梳理和綜合

[命題趨向]

《考試大綱》中對(duì)這部分內(nèi)容的要求可以總結(jié)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(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(qiáng)弱,判斷溶液中某些離子間濃度大小,解決一些實(shí)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(shí)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?yàn)椤瑼l>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?yàn)镺2> 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(huì)2-3道選題、一道大題,在化學(xué)單科試題也常會(huì)有大題出現(xiàn)。

[知識(shí)體系和復(fù)習(xí)重點(diǎn)]

1.本章內(nèi)容的核心是實(shí)質(zhì)是化學(xué)平衡移動(dòng)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(dòng)原理。下表列舉了這部分內(nèi)容中的跟平衡移動(dòng)有關(guān)的一些實(shí)例:

表:化學(xué)平衡與其它各類平衡的關(guān)系

知識(shí)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(shí)質(zhì)上就是一種化學(xué)平衡,可以用化學(xué)平衡移動(dòng)原理對(duì)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(duì)強(qiáng)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(duì)強(qiáng)弱。

水的電離

水是一種很弱的電解質(zhì),加酸、加堿會(huì)抑制水的電離,升高溫度會(huì)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(gè)關(guān)系進(jìn)行換算。

鹽類水解

鹽類水解(如F- + H2O HF +  OH-)實(shí)質(zhì)上可看成是兩個(gè)電離平衡移動(dòng)的綜合結(jié)果:①水的電離平衡向正方向移動(dòng)(H2OH++OH-),②另一種弱電解質(zhì)的電離平衡向逆方向移動(dòng)(HF F-+H+)。也可以看成是中和反應(yīng)的逆反應(yīng),升高溫度會(huì)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(gè)反應(yīng)進(jìn)行中和滴定實(shí)驗(yàn),測(cè)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(shí)質(zhì)是氧化還原反應(yīng),其特點(diǎn)是一個(gè)氧化還原反應(yīng)分成了兩個(gè)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(dòng)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(dòng)造成pH變化。

2.本部分內(nèi)容的知識(shí)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(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計(jì)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(shí),較活潑的金屬作負(fù)極,但也不是絕對(duì)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(huì)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(qiáng),正極的反應(yīng)是:2H++2e-=H2↑)

  1. 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(hù)

    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(hù)層,其三是電化學(xué)保護(hù)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(hù)作用,而馬口鐵外面的錫反而會(huì)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(shí)使陰陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程。電解是一個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉,電解溴化鉀溶液時(shí)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(shí)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)猓频迷?st1:chmetcnv UnitName="℃" SourceValue="650" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">650℃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(shí),我們只要從最基本的一點(diǎn)-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] (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(dòng)              D.溶液的pH增大

    [解析]答案為D。

    主要考查電離平衡知識(shí)。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(shí),要用到化學(xué)平衡移動(dòng)原理。要注意酸溶液稀釋時(shí),溶液的c(OH-)增大,同樣堿溶液稀釋時(shí)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(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(shí)。弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽類的水解平衡都會(huì)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(shí),可以較好地區(qū)分學(xué)生對(duì)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(jí)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(zhǎng)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(gè)50mL的小燒杯,在一個(gè)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(shí)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(shí)插入濃硝酸時(shí),電流表指針偏向         (填“鋁”或“銅”)極,此時(shí)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(gè)問題上,學(xué)生易受思維定勢(shì)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(shí)插入稀硫酸時(shí),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(shí)插入濃硝酸時(shí),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。

     

     

    [考題預(yù)測(cè)與專題訓(xùn)練]

    1.0.100 mol?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-)=0.1         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(cè)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(shí)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)(  )

          

    A                B                C                D

    5.下列操作中,能使電離平衡H2OH++OH-,向右移動(dòng)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(dòng),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(yīng)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(chǎn)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?jī)?chǔ)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(gè)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;卮鹨韵聠栴}:

    (1)若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實(shí)驗(yàn)開始時(shí),同時(shí)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(yīng)式為                。在X極附近觀察到的現(xiàn)象是                           。

    ②Y電極的電極反應(yīng)式為    ,檢驗(yàn)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

    ①X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(cè)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(zhì)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(dá)滴定終點(diǎn);

    ④加入25.00mL0.1mol?L-1 的鹽酸溶液。

    (1)寫出實(shí)驗(yàn)過程的步驟(寫編號(hào)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(hào))_________,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(diǎn)時(shí)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          ;

    12.右圖為20mL未知濃度的鹽酸用一標(biāo)準(zhǔn)濃度NaOH溶液滴定時(shí)的滴定曲線。則兩種溶液的物質(zhì)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(rùn)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-=Cu  ②粗銅  Cu-2e-=Cu2+

    10.(1)這一問主要是為了考查學(xué)生對(duì)中和滴定實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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+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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