高考一轮复习 电化学及应用

高三化学总复习高三化学总复习电化学电化学一、原电池一、原电池构成原电池的基本条件是什么？构成原电池的基本条件是什么？ （1 1）必须自发进行氧化还原反应必须自发进行氧化还原反应 （3 3）两个电极必须插入两个电极必须插入电解质溶液中电解质溶液中或或熔融熔融 的电解质中的电解质中；（4 4）两个电极必须两个电极必须相连相连并形成并形成闭合回路闭合回路。（2 2）必须有必须有两种活泼性不同的两种活泼性不同的导电材料导电材料作电极；作电极；把把化学能化学能转化为转化为电能电能的装置。的装置。下列反应中理论上不能设计成原电池的是下列反应中理论上不能设计成原电池的是（ ）A.HCl ( aq ) + NaOH ( aq ) = NaCl ( aq ) + H2O ( l );H 0B.2CH3OH ( l ) +3O2 ( g ) = 2CO2 ( g ) + 4H2O ( l ); H 0C.2Fe Cl3 ( aq) +Fe ( s ) + = 3Fe Cl2( aq) ; H 0D. 2H2 ( g ) + O2 ( g ) = 2H2O ( l ) ; H 正极正极(3)加快某些化学反应的反应速率；加快某些化学反应的反应速率；例如：在锌与硫酸的反应中加入硫酸铜，可以例如：在锌与硫酸的反应中加入硫酸铜，可以加快反应速率。加快反应速率。(1)制做化学电源；制做化学电源；(4)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。金属的电化学腐蚀金属的电化学腐蚀（一）金属腐蚀（一）金属腐蚀1.1.概念：概念：金属或合金与周围接触到的气体或液体进金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。行化学反应而腐蚀损耗的过程。2.2.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成阳离子而损耗金属原子失去电子变成阳离子而损耗3.3.金属腐蚀的分类：金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较项目比较项目化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀发生条件发生条件共同点共同点是否构成原电池是否构成原电池有无电流有无电流实质实质化学腐蚀化学腐蚀与与电电化学腐蚀化学腐蚀的比较的比较电化学电化学腐蚀腐蚀比比化学腐蚀化学腐蚀普遍得多普遍得多金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质直接发生化学反应直接发生化学反应不纯金属跟接触的电解不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应质溶液发生原电池反应无电流无电流无原电池无原电池构成无数微小原电池构成无数微小原电池有弱电流有弱电流金属被腐蚀金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀金属原子失去电子变成阳离子而损耗金属原子失去电子变成阳离子而损耗钢铁的电化学腐蚀钢铁的电化学腐蚀比较项目比较项目析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀发生条件发生条件电电极极反反应应负极负极正极正极总反应总反应钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较強时性较強时Fe Fe2+ + 2e- 2H+ + 2e- H2Fe+ 2H+ Fe2+ H2钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时性较弱或呈中性时Fe Fe2+ +2e- O22H2O4e- 4OH-Fe2+2OH- Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈铁锈)+(3-x)H2O吸氧吸氧腐蚀腐蚀比比析氢析氢腐蚀腐蚀普遍得多普遍得多金属的防护金属的防护方方 法：法：1.1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）2.2.在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷）在表面烧制搪瓷 ；（5）使金属表面形成致密的氧化膜）使金属表面形成致密的氧化膜 。3 3. .电化学保护法电化学保护法 ：（1）牺牲阳极的阴极保护法）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴极保护法）外加电流的阴极保护法 金属的电化学防护金属的电化学防护例如在船体上接锌块，保护船身不被腐蚀。 ee1、下列各情况，在其中、下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由 快快到到慢慢的顺序是的顺序是规律规律在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起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腐措施的腐蚀的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀 防腐措施由好到坏的顺序如下：防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲阳极的外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件保护无阴极保护法有一般防腐条件保护无防腐条件防腐条件2、下列事实不能用电化学理论解释的是、下列事实不能用电化学理论解释的是 A轮船水线以下的船壳上装一定数量的轮船水线以下的船壳上装一定数量的 锌块锌块B铝片不用特殊方法保护铝片不用特殊方法保护C纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸 铜溶液后速率加快铜溶液后速率加快D镀锌铁比镀锡铁耐用镀锌铁比镀锡铁耐用3、家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现、家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是化学反应是A.4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3B.2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2C.2H2OO24e 4OHD.Fe Fe3 3e3e- -二、常见的化学电池二、常见的化学电池干电池干电池电极电极: :ZnZn为负极为负极, ,碳棒为正极碳棒为正极电解液电解液：NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和和淀粉糊淀粉糊 另有黑色的另有黑色的MnOMnO2 2粉末，吸收正极产生的粉末，吸收正极产生的H H2 2，防止产生极化现象。防止产生极化现象。电极方程式：电极方程式：负极负极( (ZnZn):):Zn ZnZn Zn2 2 2e2e- -正极：正极：2 2MnOMnO2 2 + 2NH + 2NH4 4+ + + 2e + 2e- - Mn Mn2 2O O3 3 + 2NH + 2NH3 3 +H +H2 2O O银锌电池银锌电池ZnZn为负极为负极, ,AgAg2 2O O为正极为正极 电解液电解液: : KOHKOH溶液溶液电极反应式电极反应式: : 负极负极: :ZnZn2OH2OH Zn(OH) Zn(OH)2 2 2e2e- - 正极正极: :AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e- - 2Ag 2Ag2OH2OH总反应式总反应式: : ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2铅蓄电池铅蓄电池: : 电极：电极：PbPb为负极为负极, , PbOPbO2 2为正极为正极. . 电解液电解液: : 30%30%的的H H2 2SOSO4 4溶液溶液 电极反应式电极反应式: :放电时：放电时： 负极负极( (PbPb) ) ： PbPbSOSO4 42 2- - PbSO PbSO4 4 2e2e- - 正极正极( (PbOPbO2 2) ) PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22e2e- - PbSO PbSO4 42H2H2 2O O总电池反应总电池反应: : PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O充电时：充电时： 阴极阴极( (PbPb) )： PbSOPbSO4 4 2e2e- - PbPbSOSO4 42 2- - 阳极阳极( (PbOPbO2 2) ) PbSOPbSO4 42H2H2 2O PbOO PbO2 24H4HSOSO4 42 2 2e2e- -总电解反应总电解反应: :2 2PbSOPbSO4 42H2H2 2O O PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 4通电通电铝铝空气空气海水电池海水电池负极：负极：4 4Al Al 4Al4Al3+ 3+ +12e- 正极：正极：3 3O O2 2 + 6H+ 6H2 20 + 12e0 + 12e- - 120H 120H- -电池总反应式为：电池总反应式为：4 4Al+3OAl+3O2 2+6H+6H2 20=4Al0=4Al( (OHOH) )3 319911991年，我国首创以铝年，我国首创以铝- -空气空气- -海水为材料组成的新型海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质电池，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质燃料电池燃料电池 (1)电极电极:Pt制作的惰性电极制作的惰性电极 (2)电解质溶液电解质溶液:KOH溶液溶液 (4)反应原理反应原理: 负极负极: 2H2+4OH - 4H2O +4e- 正极正极: O22H2O 4e- 4OH - 总反应：总反应：2H2O22H2O 电极反应：负极：电极反应：负极：CH4 + 10OH- CO32- + 7H2O +8e- 正极：正极： O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 总反应式：总反应式： CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O 以甲烷作燃料的燃料电池以甲烷作燃料的燃料电池 电极为金属铂，电解质为电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。在两极分别通入甲烷和氧气。组成电解池的条件组成电解池的条件：(1)外接直流电源外接直流电源(2)电极电极(金属或惰性电极金属或惰性电极)(3)电解质溶液或熔融的电解质电解质溶液或熔融的电解质 (4)形成闭合回路形成闭合回路 阳极阳极 氧化反应氧化反应 阴极阴极 还原反应还原反应e-e-电解池电解池阳阳极极阴阴极极 阴离子阴离子阳离子阳离子氧化反应氧化反应还原反应还原反应 Nm+me- NeeRn R +ne非惰性电极：非惰性电极：M Mn+ne-（电极本身溶解）电极本身溶解）电子流电子流动方向动方向电解质溶液电解质溶液电源负极电源负极电解池阴极电解池阴极电源正极电源正极电解池阳极电解池阳极 在惰性电极上离子放电顺序：在惰性电极上离子放电顺序： 阴极阴极(与电极材料无关与电极材料无关)：Ag+Fe3+ Cu2+ H+Pb2+ Fe2+ Zn2+ Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+ 得到电子得到电子 由易到难由易到难 阳极阳极(与电极材料有关与电极材料有关)：在水溶液中在水溶液中SOSO4 42-2-，NONO3 3- -等不会放电。等不会放电。 金属金属 S2-I- Br- Cl- OH- NO3- SO42- F- 失去电子由易到难失去电子由易到难电极反应电极反应 阳极阳极 活泼金属作电极活泼金属作电极 由电极本身失电子由电极本身失电子 R Rn+ +ne- 惰性电极惰性电极 溶液中较易失电子的溶液中较易失电子的 阴离子优先放电阴离子优先放电阴极阴极 一定是溶液中易得电子的阳离子优先放电一定是溶液中易得电子的阳离子优先放电 Rn+ + ne- R 电解时电极产物的判断电解时电极产物的判断Rn- R +ne- （Pt、Au、石墨）石墨）电解原理的应用电解原理的应用铜的电解精炼铜的电解精炼粗铜粗铜纯铜纯铜 CuSO4溶液溶液阳极：阳极：粗铜粗铜阴极：阴极：纯铜薄片纯铜薄片电解质溶液：电解质溶液：CuSO4溶液溶液Cu= Cu2+2e 比铜活泼的杂质也会同时失去电比铜活泼的杂质也会同时失去电子而溶解：子而溶解：Zn= Zn2+ + 2eFe= Fe2+ + 2e Ni= Ni2+ + 2e 比铜不活泼的杂质（比铜不活泼的杂质（Au、Ag）不会溶解不会溶解而从阳极上脱落下来而形成而从阳极上脱落下来而形成阳极泥阳极泥。Cu2+ 2e= Cu提炼金、银等贵重金属。提炼金、银等贵重金属。 电镀铜电镀铜阳极：阳极：铜片铜片阴极：阴极：待镀铁制品待镀铁制品Cu Cu2+ + 2e Cu2+ 2e CuCuSO4溶液的浓度保持不变。溶液的浓度保持不变。实验结果：实验结果：在铁制品上镀上了一层铜在铁制品上镀上了一层铜利用电解原理在某些金属的表面镀上一利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或合金的过程叫薄层其它金属或合金的过程叫电镀电镀。电镀电镀电镀的目的：电镀的目的：（1）增强防锈抗腐能力；）增强防锈抗腐能力；（2）增加美观和表面硬度。）增加美观和表面硬度。阳极阳极镀层金属镀层金属:M Mn ne-阴极阴极镀件镀件: Mn ne-M电解液电解液:含镀层金属阳离子的盐溶液含镀层金属阳离子的盐溶液电镀槽电镀槽特特点点（1）阳极本身溶解；）阳极本身溶解；（2）电解液浓度保持不变。）电解液浓度保持不变。 有关电解的计算有关电解的计算原则原则: 电化学的反应是氧化一还原反应电化学的反应是氧化一还原反应,各电各电极上转移电子的物质的量相等极上转移电子的物质的量相等,无论是单一电无论是单一电池还是串联电解池池还是串联电解池,均可抓住均可抓住电子守恒电子守恒计算计算.关键关键: 电极名称要区分清楚电极名称要区分清楚. 电极产物要判断准确电极产物要判断准确. 各产物间量的关系遵循电子得失守恒各产物间量的关系遵循电子得失守恒. 电化学方法处理污水电化学方法处理污水电化学方法处理污水电化学方法处理污水电化学方法处理污水电化学方法处理污水 电化学方法处理污水电化学方法处理污水电化学方法处理污水电化学方法处理污水例例 用下图装置进行电解实验用下图装置进行电解实验(a、b、c、d均为铂电极均为铂电极),供选择供选择的有的有4组电解液组电解液,要满足下列要求要满足下列要求: 工作一段时间后工作一段时间后A槽槽pH值上升值上升,B槽的槽的pH下降下降.b、c两极上反应的离子的物质的量相等两极上反应的离子的物质的量相等(1)应选择的电解质是上述四组中的第应选择的电解质是上述四组中的第_组组(2)该组电解过程中各电极上的电极反应为该组电解过程中各电极上的电极反应为a极极_ _ b极极_ _ c极极_ _ d极极_ _(3)当当b极上析出极上析出7.1g电解产物时电解产物时,a极上析出产物的质量为极上析出产物的质量为_g;若若B槽电解质溶液槽电解质溶液500mL，且忽略电解前后电解液的体且忽略电解前后电解液的体积变化，则此时积变化，则此时B槽中的槽中的H比电解前增加了比电解前增加了_mol/L.44H4e-2H24Cl2Cl2+ 4e-4Ag 4e- 4Ag4OH2H2OO2+ 4e-0.20.4例：例：用两支惰性电极插入用两支惰性电极插入1000mL CuSO4溶液，通电电解，当电解液的溶液，通电电解，当电解液的PH由由6.0变变为为3.0时，下列叙述正确的是时，下列叙述正确的是 A、阴极上析出阴极上析出11.2mL氢气（标况）氢气（标况） B、阴极上析出阴极上析出32mg铜铜 C、阳极和阴极质量都没有变化阳极和阴极质量都没有变化 D、阳极上析出阳极上析出5.6mL氧气（标况）氧气（标况） BD