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(yáng)極的放電順序。陽(yáng)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(yáng)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(shuō)，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(shuō),應(yīng)以發(fā)生的電極反應(yīng)來(lái)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↑）

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    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(yáng)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(lái)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(lái)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(yáng)極，陽(yáng)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)�，制得�?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(wú)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(shuō)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(shuō)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(yáng)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(shuō)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
    
				
	
    
		
    


    同步練習(xí)冊(cè)答案