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专题六化学能与电能的转化,化学（浙江选考专用）,考点一原电池原理及其应用,考点清单,知识梳理 一、原电池 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都可设计成原电池。,3.工作原理 Cu-Zn原电池示意图如下所示:,特别提醒在原电池中阳离子移向正极,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。可以简记为“正正负负”,即带正电荷的离子移向正极,带负电荷的离子移向负极。,二、常见的化学电源,三、原电池原理的应用 1.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.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.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.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。 温馨提示1.电极材料的选择 在原电池中,一般选择活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属或非金属作正极,并且原电池的电极必须能导电。一般来说,负极材料应该能跟电解质溶液发生反应。 2.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(如溶解于溶液中的氧气)能与负极材料发生反应。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对应的阳离子。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。,考点二电解原理及其应用,知识梳理 一、电解原理 1.相关概念 电解:在直流电的作用下,在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 电解池:将电能转化为化学能的装置。 阳极:与电源的正极相连的电极。 阴极:与电源的负极相连的电极。 2.电解池的构成条件 (1)直流电源;(2)两个电极(活性电极或惰性电极);(3)电解质溶液(或熔融电解质);(4)构成闭合回路。,3.电子流向 4.电解结果 在两极上发生氧化、还原反应,产生新的物质。 阳极上发生氧化反应;阴极上发生还原反应。 特别提醒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即电解,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溶液(或熔融态电解质)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”。 二、电解原理的应用 1.氯碱工业电解饱和食盐水 (1)生产原理 阳极反应(石墨):2Cl-2e- Cl2 阴极反应(Fe ):2H+2e- H2 总反应:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,(2)生产过程,2.电镀和电解精炼铜,3.电冶金 针对金属活动性顺序中KAl范围内的活泼金属,应该用非水溶液电解法冶炼。例如:,考点三金属的腐蚀与防护,知识梳理 一、金属的腐蚀 1.本质 金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。,2.类型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀,(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例,二、金属的防护 1.电化学防护 (1)牺牲阳极的阴极保护法原电池原理,负极:比被保护金属活泼的金属 正极:被保护的金属设备 (2)外加电流的阴极保护法电解原理 阴极:被保护的金属设备 阳极:惰性金属 2.改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。 3.在金属表面覆盖保护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。,方法1电极反应式的书写方法 1.一般电极反应式的书写,突破方法,反应式=总反应式-较简单一极 电极反应式 如CH4酸性燃料电池中,负极反应式书写步骤为: CH4+2O2 CO2+2H2O总反应式 2O2+8H+8e- 4H2O正极反应式 由“负极反应式=总反应式-正极反应式”得: CH4+2H2O-8e- CO2+8H+负极反应式 例1(2017浙江宁波镇海中学单元检测)(1)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池如图1所示,测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,反应过程中有红棕色气体产生。,2.复杂电极反应式的书写 总体思路:复杂电极,0t1时,原电池的负极是Al片,此时,正极的电极反应式是,溶液中的H+向极移动,t1后原电池中电子流动方向发生改变,其原因是。,(2)以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成耐酸氧化膜,阳极电极反应式为。 (3)用Al单质作阳极,石墨作阴极,NaHCO3溶液作电解液进行电解,生成难溶物R,写出阳极生成R的电极反应式:。 解析(1)在0t1时,铝片作负极被氧化,依题意,正极上浓硝酸被还原为红棕色的NO2,电极反应式为2H+N+e- NO2+H2O;在电场作用 下,阳离子向正极移动;从图2可以看出t1后电流方向发生改变,原因是Al表面因发生钝化不能进一步反应,浓硝酸还可以与铜发生反应,t1后铜片作负极,铝片作正极。(2)依据信息知阳极形成的氧化膜一定为Al2O3,Al失电子生成Al2O3,Al2O3中的氧元素是由水提供的,结合溶液显酸性,知有,H+生成。(3)Al作阳极,失电子,生成Al3+,Al3+水解使溶液显酸性,溶液中的HC水解使溶液显碱性,两者水解互相促进,生成Al(OH)3和CO2。 答案(1)2H+N+e- NO2+H2O正Al在浓硝酸中发生钝化, 氧化膜阻止了Al进一步反应 (2)2Al-6e-+3H2O Al2O3+6H+ (3)Al+3HC-3e- Al(OH)3+3CO2 1-1全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池。其电池总反应为:V3+VO2+H2O V+2H+V2+。下列说法正确的是() A.放电时正极反应为:V+2H+e- VO2+H2O B.充电时阴极反应为:V2+-e- V3+ C.放电过程中电子由负极经外电路移向正极,再由正极经电解质溶液移,向负极 D.充电过程中,H+由阴极区向阳极区迁移 答案A 解析放电时,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,负极反应为:V2+-e- V3+,正极反应为:V+2H+e- VO2+H2O,A正确;充电时,阴极反 应为:V3+e- V2+,B错误;充电时,阳极反应为:VO2+H2O-e- V+2 H+,H+在阳极区生成,由阳极区向阴极区迁移,D错误;C项中电解质溶液导电是靠离子的定向移动。,方法2电解池相关问题的处理方法 1.电极产物的判断和电极反应式的书写 (1)电解时电极产物的判断 (2)电极反应式的书写 定电极 标得失选离子 配电荷配个数,巧用水两式加 验总式 a.判断阴、阳极,分析电极材料,判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。阳极为金属活性电极时,电极材料放电。 b.根据离子放电顺序,确定放电的离子种类,分析电极反应,并判断电极产物,按照“阳极氧化、阴极还原”写出电极反应式。 c.电解水溶液时,应注意水电离出的H+、OH-放电时电极反应式的书写。,2.以惰性电极电解电解质溶液的类型,温馨提示(1)对于强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐,用惰性电极电解它们的水溶液时,实际上是电解H2O,溶质的质量分数增大,浓度增大。 (2)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,需加适量的某物质,要考虑溶质的量,也要考虑水的量。例如用惰性电极电解足量CuSO4溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水的量增加。 3.关于电解池的计算 (1)根据得失电子守恒计算 先判断电解池的电极和电极反应,再分别找出得失电子的量,运用得失电子守恒进行计算。,(2)根据总反应式计算 先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式计算。 (3)根据关系式计算 对于多个电解池串联的装置,通过每个电极的电子数相等,可据此找出已知量和未知量之间的关系式进行计算。 例2如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题:,(1)甲烷燃料电池负极反应式是。 (2)石墨(C)极的电极反应式为。 (3)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为L;丙装置中阴极析出铜的质量为g。,(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置如图所示。 若用于制漂白液,a为电池的极,电解质溶液最好用。 若用于制Fe(OH)2,使用硫酸钠作电解质溶液,阳极选用作电极。 解析(1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应,即甲烷在负极上被氧化,在KOH溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾,负极反应式为CH4-8e-+10,OH- C+7H2O。(2)原电池的负极与电解池的阴极相接,铁极为阴 极,则C极为阳极,在C极上发生氧化反应,电极反应式为2Cl-2e- Cl2。 (3)n(O2)=0.1 mol,甲装置中正极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,经过甲、乙、丙装置的电子的物质的量为0.4 mol。铁极 为阴极,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2,n(H2)= =0.2 mol,V(H2)=0.2 mol22.4 Lmol-1=4.48 L。丙装置中精铜为阴 极,发生还原反应,电极反应式为Cu2+2e- Cu,n(Cu)=0.2 mol, m(Cu)=0.2 mol64 gmol-1=12.8 g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸钠,制备原理是2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2+H2,Cl2+2OH- Cl-+ClO-+H2O,气体与液体反应,气体应在下端产生,所以该装置的B端为阳极,A端,为阴极,阴极与电源负极相连,故a极为负极;电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。若制备氢氧化亚铁,用硫酸钠溶液作电解质溶液,应选用铁作阳极。 答案(1)CH4-8e-+10OH- C+7H2O (2)2Cl-2e- Cl2 (3)4.4812.8 (4)负饱和氯化钠溶液或食盐水铁 2-1电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液制氢的装置示意图如下(电解池中隔膜仅阻止气体通过,a、b极均为惰性电极)。下列说法正确的是(),A.电解时,b极是阴极,放出H2,发生氧化反应 B.溶液中OH-逐渐向b极移动 C.电解时,a极的电极反应式为:CO(NH2)2+8OH-6e- C+N2+6H2O D.若在b极产生标准状况下224 mL氢气,则消耗尿素2 g,答案C 解析从所给装置图可知b极上H+得电子发生还原反应而放出H2,A错;b极上H+放电,b极附近溶液中OH-浓度增大,OH-向a极移动,B错;a极是电解池的阳极,a极上CO(NH2)2中-3价的N失电子被氧化为N2,C元素在碱性条件下以C形式存在,电极反应式为CO(NH2)2+8OH-6e- C+N2+ 6H2O,C正确;b极产生标准状况下224 mL氢气时,电路中通过的电子为0.01 mol2=0.02 mol,则消耗尿素:0.02 mol=0.2 g,D错。,
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