高中化学人教版 (2019)选择性必修1实验活动4 简单的电镀实验练习

实验活动 4 简单的电镀实验

实验目的

1．认识电解原理及其在工业生产中的应用。

2．了解电镀的原理。实验用品烧杯、砂纸、导线、2～3 V 的直流电源、电流表。

铁制镀件、铜片、电镀液(以 CuSO4溶液为主配制)、1 mol·L－1 NaOH 溶液、20%盐酸。

实验原理

Fe 作阴极：Cu2＋＋2e－===Cu；

Cu 作阳极：Cu－2e－===Cu2＋。

实验步骤

1．把铁制镀件用砂纸打磨干净，放入 1 mol·L－1 NaOH 溶液中除去油污，然后用蒸馏水洗净。再放入 20% 盐酸中除锈，几分钟后取出，并用蒸馏水洗净。

2．把铁制镀件与 2～3 V 的直流电源的负极相连，铜片与直流电源的正极相连(如图)。将两极平行浸入电镀液中，两极间距约 5 cm, 5～10 min 后取出，观察镀件表面发生的变化。

问题和讨论

1．电镀前，如果将铜片与直流电源的负极相连，铁制镀件与直流电源的正极相连，通电后观察到的现象是什么？阴极和阳极发生的反应分别是什么？

2．查阅资料，了解工业生产中电镀质量的影响因素。

1．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )

A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子

B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子

D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子

2．欲在金属表面镀银，应把镀件挂在电镀池的阴极。下列各组中，选用的阳极金属和电镀液均正确的是

( )

3．有关电镀铜的实验，下列说法正确的是( )

A．电镀铜电解质溶液的浓度不断减小

B．硫酸铜溶液加入氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮

C．阳极材料一般选择石墨等惰性材料

D．电镀使用的电压越大，反应速率快，提高效率 4．某电镀铜实验装置(电镀池)如图所示。

请回答下列问题：

(1)铜片为________金属，铁件为________金属，硫酸铜溶液为________，含有镀层金属离子。

(2)阳极反应式为________________________________________；阴极反应式为_________________________________________。

(3)可观察到的现象是铁件表面________________，铜片________。

(4)硫酸铜溶液浓度的变化是________。

实验活动 5 制作简单的燃料电池

实验目的

1．理解燃料电池的工作原理。

2．设计和制作一个氢氧燃料电池。实验用品

U 形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)、3～6 V 的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。

1 mol·L－1 Na2SO4溶液、酚酞溶液。

实验步骤 1．电解水。在 U 形管中注入 1 mol·L－1 Na2SO4溶液，然后向其中滴入 1～2 滴酚酞溶液。在 U 形管的两边分别插入一根石墨棒，并用鳄鱼夹、导线连接电源。闭合 K1，接通直流电源开始电解，现象为：两极石墨棒均产生气泡，右侧石墨棒附近溶液变红。

2．制作一个氢氧燃料电池。当上述电解过程进行 1～2 min 后，打开 K1，断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表(或发光二极管、音乐盒等)相连，闭合 K2，现象为：电流表指针发生_________。

问题和讨论列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理。

1．关于电解水的实验说法正确的是( )

A．为了增加水的导电能力，可以加入氯化钠固体

B．电解水阳极生成氧气，电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑

C．阴极区溶液的 pH 不断减小

D．在两极滴加酚酞，与电源正极相连的一极显红色

2．关于氢氧燃料电池说法正确的是( )

A．正极发生氧化反应，负极发生还原反应

B．若电解质溶液为 H2SO4溶液，硫酸根离子移向正极

C．若电解质溶液为 KOH 溶液，随着反应的进行，溶液的 pH 不变

D．氢氧燃料电池是一种绿色电池，未来有很大的发展前景

3．将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达 80%(一般柴油发电机只有 40% 左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是(              )

A．上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质

B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用

C．乙醇燃料电池的电解质常用 KOH，该电池的负极反应为 C2H5OH－12e－===2CO2↑＋3H2O

D．以 KOH 溶液作为电解质溶液，甲烷燃料电池的正极反应为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－

4．下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为 KOH 溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。

试回答下列问题：

(1)燃料电池的优点是____________________________________________________________；

电解质溶液中的 OH－移向________(填“负”或“正”)极。

(2)写出氢氧燃料电池工作时的正极反应式：________________________________________；负极反应式：___________________________________________________________________ 总反应式：_____________________________________________________________________

研究与实践 暖贴的设计与制作

一、研究目的市场上有一种暖贴是利用金属的电化学腐蚀原理制作的，它具有发热温和、放热时间长、使用方便和安全等特点。通过收集资料、实验研究和动手制作，了解这种暖贴的发热原理，培养分析和解决实际问题的能力。二、材料阅读材料一 主要成分：铁粉、水、活性炭、蛭石、吸水性树脂、食盐等。使用方法：将暖贴的真空包装沿切入口打开，揭去后面的衬纸，贴于内衣的外侧，用手铺平即可。可贴于人体的肩部、腹部、背部、腰部、胃部及相关关节部位。材料二 使用后的暖贴，打开后有红褐色粉末。三、自制暖贴实验原料：铁粉、活性炭粉、水、食盐、蛭石、吸水性树脂、无纺布、塑料袋、双面胶、真空包装机实验步骤：

(1)将铁粉、活性炭粉、水、食盐、蛭石(保温作用)倒入烧杯搅拌；

(2)加入吸水性树脂，使混合物呈糊状；

(3)将混合物装入无纺布袋，其中一面贴上双面胶；

(4)最后放入塑料袋，真空包装。

1．为什么暖贴在用之前和用之后的固体状态不一样呢？

2．为什么暖贴要使用双层包装？

3．为什么暖贴能发热，而且能保持如此之长的时间？

4．暖贴中的化学反应原理是什么？(写出相应方程式)

本章知识体系构建与核心素养提升

化学中的化学反应，既能从宏观上观察认识电化学装置(原电池和电解池)中发生的变化现象，又能从微观的角度(电子的转移、离子的移向等)分析其反应的本质(氧化还原反应)。利用典型的原电池装置和电解池装置，分析其原理，建立相关的思维模型，并能运用模型分析解决问题，如：原电池及其正负极的判定、电解问题的分析方法、电解规律的应用、电解的计算等。伴随着绿色能源的倡导使用，新型电池技术日新月异，要学会分析认识各种新情境电池(或新型电池)问题的方法。认识电解对社会发展的重大贡献，结合金属的腐蚀与防护和废旧电池的回收利用等问题，既能关注与化学有关的社会问题，认识环境保护的重要性，具有可持续发展意识和绿色化学观念；又能运用所学的化学知识和方法对有关的热点问题作出正确的价值判断。因此，化学反应与电能知识的学习，对促进“变化观念与平衡思想”“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”化学核心素养的发展具有重要的价值。

【例 1】 (2019·全国卷Ⅰ，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时 MV2＋/MV＋在电

极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是( )

A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应 H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋

C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成 NH3

D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

【例 2】 (2019·全国卷Ⅲ，13)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状 Zn(3D－

Zn)可以高效沉积 ZnO 的特点，设计了采用强碱性电解质的 3D－Zn－NiOOH 二次电池，结构如图所示。

电池反应为 Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)

下列说法错误的是( )

A．三维多孔海绵状 Zn 具有较高的表面积，所沉积的 ZnO 分散度高

B．充电时阳极反应为 Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)

C．放电时负极反应为 Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)

D．放电过程中 OH－通过隔膜从负极区移向正极区

A．甲：Zn2＋向 Cu 电极方向移动，Cu 电极附近溶液中 H＋浓度增加

B．乙：正极的电极反应式为 Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄

D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降

【例 4】 (2019·天津，6)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌－碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(              )

A．放电时，a 电极反应为 I2Br－＋2e－===2I－＋Br－

B．放电时，溶液中离子的数目增大

C．充电时，b 电极每增重 0.65 g，溶液中有 0.02 mol I－被氧化

D．充电时，a 电极接外电源负极