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专题十一电化学,高考化学（天津专用）,考点一原电池工作原理及应用 基础知识 1.原电池的概念 把化学能转化为电能的装置。 2.构成条件 (1)有两个活泼性不同的电极。 (2)将电极插入电解质溶液中并形成闭合回路。 (3)能自发进行的氧化还原反应一般都可设计成原电池。,考点清单,3.工作原理 下图是Cu-Zn原电池示意图,4.原电池原理的应用 (1)应用一:比较金属的活动性强弱 原电池中,一般活动性相对较强的金属作负极,而活动性相对较弱的金属(或导电的非金属)作正极。 (2)应用二:加快化学反应速率 由于形成了原电池,导致反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原电池,加快反应速率。 (3)应用三:用于金属的防护 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。,(4)应用四:设计制作原电池 设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件: a.必须是能自发进行的氧化还原反应。 b.根据氧化还原反应找出正、负极材料(负极就是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液。 c.形成闭合回路。,重点难点 1.在原电池内电路中,阳离子移向正极,阴离子移向负极(包括盐桥中的阴、阳离子)。这是因为负极发生的是失电子的反应,致使该极附近有大量正电荷,所以溶液中的阴离子要移向负极;正极发生的是得电子的反应,致使该极附近有大量负电荷,所以溶液中的阳离子要移向正极。 2.电极材料的选择 在原电池中,一般选择活动性相对较强的金属作负极;活动性相对较弱的金属或导电的非金属作正极。,3.电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极材料发生反应(如溶解于溶液中的氧气)。如果两个 半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶液应含有相应电极材料的阳离子。如在Cu-Zn原电池中,负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。,考点二电解原理及应用 基础知识 1.电解原理 (1)相关概念 使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。 将电能转化为化学能的装置叫电解池。 (2)电解池的构成条件 直流电源,两个电极,电解质(熔融态或溶液),闭合回路。,(3)电解池的工作原理以电解CuCl2溶液为例,2.电解原理的应用 (1)氯碱工业电解饱和食盐水,阳极(放电顺序:Cl-OH-):2Cl-2e- Cl2(氧化反应) 阴极(放电顺序:H+Na+):2H+2e- H2(还原反应) 总反应:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2 离子方程式:2Cl-+2H2O 2OH-+H2+Cl2,(2)电镀和电解精炼铜,续表,(3)电冶金 a.原理:利用电解原理使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来。 b.适用范围:制取活泼金属单质,如电解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al,化学方程式分别为2NaCl(熔融) 2Na+Cl2, MgCl2(熔融) Mg+Cl2,2Al2O3(熔融) 4Al+3O2。,重点难点 (1)电解质溶液导电时一定发生化学反应,因为电解质溶液导电的过程 即电解的过程,电解池的两极分别发生氧化反应、还原反应,有新物质 生成。金属导电是物理变化。 (2)原电池和电解池中,阴、阳离子一定在电解质(熔融态或溶液)中移动,电子一定在导线中移动。可简记为“离子不上岸,电子不下水”。,考点三金属的腐蚀与防护 基础知识 1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀,3.金属的防护 (1)在金属表面覆盖保护层 a.涂矿物质油脂、油漆等; b.镀抗腐蚀金属电镀、热镀、喷镀法; c.用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜,如烤蓝。 (2)改变金属内部组成、结构而增强抗腐蚀能力,如制成不锈钢。,(3)电化学防护 a.牺牲阳极的阴极保护法:形成原电池时,让被保护金属作正极,不反应,起到保护作用;活泼金属反应而被腐蚀。 b.外加电流的阴极保护法:将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两极,使被保护的金属作阴极,在外加直流电的作用下使其得到 重点难点 在同一电解质溶液中,金属腐蚀的快慢可用下列规律判断:电解原理引 起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。,保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。,方法1原电池正、负极的判断及电极反应式的书写 1.原电池正、负极的判断,方法技巧,注意原电池的正、负极不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性质有关,如Mg、Al在稀硫酸中构成原电池时,Mg作负极,Al作正极,但若以NaOH溶液为电解质溶液,则Al为负极,Mg为正极。 2.原电池电极反应式的书写 (1)一般电极反应式的书写,(2)复杂电极反应式的书写 总体思路:复杂电极反应式=总反应式-较简单一极电极反应式 (3)燃料电池电极反应式的书写 .正极反应式的书写 正极通入的气体一般是氧气,根据电解质的不同,分以下几种情况: 在酸性溶液中生成水: O2+4H+4e- 2H2O; 在碱性溶液中生成氢氧根离子: O2+2H2O+4e- 4OH-; 在固体电解质(高温下能传导O2-)中生成O2-: O2+4e- 2O2-;,在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)中生成碳酸根离子: O2+2CO2+4e- 2C。 .负极反应式的书写 负极通入的是燃料,发生氧化反应,负极生成的离子一般与正极产物结合,有以下几种情况: 若负极通入的气体是氢气,则 a.酸性溶液中:H2-2e- 2H+; b.碱性溶液中:H2-2e-+2OH- 2H2O; c.熔融氧化物中:H2-2e-+O2- H2O。 若负极通入的气体为含碳的化合物,如CO、CH4、CH3OH等,碳元素均转化为+4价碳的化合物,在酸性溶液中生成CO2,在碱性溶液中生成,C ,熔融碳酸盐中生成CO2,熔融氧化物中生成C,含有的氢元素最终 生成水。如CH3OH燃料电池负极反应式在酸性溶液中为CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+,在碱性溶液中为CH3OH-6e-+8OH- C+6H2O。 3.书写电极反应式时应注意的问题 (1)两电极得失电子数目相等。 (2)电极反应式常用“”而不用“”表示。 (3)书写电极反应式时要保证电荷守恒、原子守恒。 例1锂空气电池由于具有较高的比能量而成为未来电动汽车的希望,其原理模型如图所示。下列说法中不正确的是(),A.可以用LiOH溶液作电解质溶液 B.锂既是负极材料又是负极反应物 C.正极反应式为2Li+O2+2e- Li2O2 D.正极采用多孔碳材料是为了更好地吸附空气,根据离子的移动方向确定正、负极,明确各电极上发生的电极反应是解题的关键。 解析锂和水反应生成氢氧化锂和氢气,所以不能采用水性电解液,故A错误;该电池负极上锂失电子发生氧化反应,所以锂既是负极材料又是负极反应物,故B正确;正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为 2Li+O2+2e- Li2O2,故C正确;多孔碳材料表面积大,正极采用多孔碳 材料是为了更好地吸附空气,故D正确。 答案A,解题导引,方法2电解池中阴、阳极的判断与电极反应式的书写 1.阴、阳极的判断方法 (1)根据电源的正负极、离子移动的方向、发生反应的类型判断 (2)依据电极质量变化判断 一般,电极质量减轻的是阳极,电极质量增加的是阴极。,(3)依据电极产物判断 产生Cl2或O2的电极是阳极;产生H2的电极是阴极。 (4)依据溶液变化判断 如果电解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)时某极附近溶液能使酚酞呈红色,则它是阴极(H+放电,OH-浓度增大)。 2.电解时电极产物的判断,3.电极反应式的书写 (1)首先判断阴、阳极,分析电极材料,阳极为金属活性电极时,电极材料放电。 (2)再分析溶液中的离子种类,根据离子放电顺序,分析电极反应并判断电极产物,写出电极反应式。 (3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+(水)、OH-之后的离子一般不参与放电。 4.电解总方程式的书写 (1)必须在连接号上标明通电或电解。,(2)若只是电解质被电解,电解总方程式中只写电解质及电解产物。如电解CuCl2溶液:CuCl2 Cu+Cl2。 (3)若只有水被电解,只写水及电解产物即可。如电解稀硫酸、NaOH溶液、Na2SO4溶液时,电解总方程式应写为2H2O 2H2+O2。 (4)若电解质、水同时被电解,则都要写进电解总方程式。如电解饱和食盐水:2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH。 例2铅蓄电池反应原理为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2 H2O(l),下列说法中正确的是() A.放电时,负极的电极反应式为Pb-2e- Pb2+ B.放电时,正极得电子的物质是PbO2,C.充电时,电解质溶液中硫酸浓度减小 D.充电时,阴极的电极反应式为PbSO4-2e-+2H2O PbO2+4H+S 放电时Pb作负极,充电时Pb与外加电源负极相接作阴极。 解析A项,放电时铅蓄电池中铅是负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为Pb(s)-2e-+S(aq) PbSO4(s);B项,放电时铅蓄电池中PbO2 是正极,得到电子发生还原反应;C项,充电时生成硫酸,电解质溶液中硫酸的浓度增大;D项,充电时,阴极上PbSO4得到电子发生还原反应,即Pb-SO4(s)+2e- Pb(s)+S(aq)。 答案B,解题导引,
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