高考化学基础知识复习课件21《化学能与电能的转换》

欢迎进入化学课堂 一 原电池原理1 概念 把转变成 的装置叫做原电池 2 原电池的电极和电极反应 正极 符号 电子 发生 负极 符号 电子 发生 3 原电池形成的一般条件 1 两个 的电极 在一定条件下较活泼的电极作为负极 2 溶液 电极必须与电解质溶液接触 电能 得到 还原反应 失去 氧化反应 活泼性不同 电解质 化学能 3 形成 回路 外电路由导线构成通道 内电路由电解质构成通道 4 自发的 反应 4 工作特点 1 原电池在放电时 负极上 较强的物质 负极本身或与负极紧密接触的物质 的 经过导线流向正极 而正极上 较强的物质 正极本身或与正极紧密接触的物质 电子 两极之间再通过盐桥及池内溶液中的 定向运动形成的内电路构成有稳定电流的闭合回路 负极 电子 发生 反应 正极 电子 发生 反应 还原 氧化 流入 流出 阴 阳离子 得到 氧化性 电子 氧化还原 闭合 还原性 2 原电池工作的本质是 理论上 任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池 铜锌原电池 电解液H2SO4溶液 的工作原理和电子流向可用下列图示表示 Zn 2e Zn2 阴离子向负极移动 阳离子向正极移动2H 2e H2 氧化还原反应 5 化学电源 1 酸性锌锰干电池 构造 正极 石墨碳棒 负极 锌皮 电解质溶液 糊状氯化铵 电极反应 负极 ZnZn2 2e 正极 MnO2 NH e MnO OH NH3电池反应 Zn 2NH4Cl 2MnO2ZnCl2 2MnO OH 2NH3 2 碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池与酸性锌锰干电池的区别在于 以氢氧化钾代替氯化铵做电解质 其电极反应如下 负极 Zn 2OH Zn OH 2 2e 正极 2MnO2 H2O 2e Mn2O3 2OH 电池反应 Zn 2MnO2 H2OZn OH 2 Mn2O3 3 铅蓄电池 构造 负极 铅 正极 二氧化铅 电解质溶液 硫酸溶液 电极反应 负极 Pb SOPbSO4 2e 正极 PbO2 2e 4H PbSO4 2H2O电池反应 PbO2 Pb 2H2SO42PbSO4 2H2O 优点 铅蓄电池是二次电池 可多次充电 反复利用 PbO2 Pb 2H2SO42PbSO4 2H2O 4 氢氧燃料电池 构造 负极 氢气 正极 氧气 电解质溶液 氢氧化钾溶液 电极反应 负极 2H2 4OH 4H2O 4e 正极 O2 4e 2H2O4OH 电池反应 2H2 O22H2O 优点 能量利用率高 二 电解的原理1 概念 使电流通过电解质溶液 或熔化的电解质 而在阴 阳两极引起氧化还原反应的过程 几个层面理解 是电解质 熔融或溶液 的导电过程 是一个发生氧化还原反应的过程 是一个阴阳离子定向移动的过程 是一个电能转化为化学能的过程 2 电解池构成的条件 1 与电源相连的两个电极 2 电解质溶液 或熔化的电解质 3 形成闭合回路 3 电解原理 电解的电路工作原理 导线上 外电路 电子从电源的负极流出经导线流向电解池的阴极 电解池的阳极上产生电子经导线流入电源的正极 溶液中 内电路 阴离子移向 失去电子 阳离子移向 得到电子 4 电解反应中反应物的判断 放电顺序 1 阴极阴极材料 金属或石墨 总是受到保护 2 阳离子得电子顺序 K Ca2 Na Mg2 Al3 Zn2 Fe2 Sn2 Pb2 H Cu2 Hg2 Ag 阳离子放电顺序与浓度有关 并不绝对 阳极 阴极 3 阳极阳极材料是惰性电极 C Pt Au Ti等 时 阴离子失电子 S2 I Br Cl OH NO等含氧酸根离子 F 4 阳极是活泼电极时 电极本身被氧化 溶液中的离子不放电 5 电解反应方程式的书写步骤 分析电解质溶液中存在的离子 分析离子的放电顺序 确定电极 写出电极反应式 写出电解方程式 如 1 电解NaCl溶液 2NaCl 2H2OH2 Cl2 2NaOH 溶质 溶剂均发生电解反应 pH增大 2 电解CuSO4溶液 2CuSO4 2H2O2Cu O2 2H2SO4 溶质 溶剂均发生电解反应 pH减小 3 电解CuCl2溶液 CuCl2Cu Cl2 电解盐酸 2HClH2 Cl2 溶剂不变 实际上是电解溶质 pH增大 电解 电解 电解 电解 4 电解稀H2SO4 NaOH溶液 Na2SO4溶液 2H2O2H2 O2 溶质不变 实际上是电解水 pH分别减小 增大 不变 酸 碱 盐的加入增加了溶液导电性 从而加快电解速率 不是起催化作用 5 用铜电极电解Na2SO4溶液 Cu 2H2OCu OH 2 H2 注意 不是电解水 电解 电解 6 电解原理的应用 1 电解食盐水氯碱工业 装置 立体隔膜电解槽 电解前食盐水的精制粗盐中含有Ca2 Mg2 Fe2 Fe3 Ca2 Mg2 在电解过程中生成Fe OH 3 Ca OH 2 Mg OH 2 而堵塞石棉隔膜空隙 SO影响产品的纯度 所以这些杂质离子必须除去 除去杂质离子的操作及加入试剂的顺序是 BaCl2 NaOH Na2CO3 过滤 HCl或NaOH BaCl2 Na2CO3 过滤 HCl 电极反应阴极 2H 2e H2 或2H2O 2e H2 2OH 阳极 2Cl Cl2 2e 或2Cl 2e Cl2 电解方程式 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 2 电解法精炼铜 粗铜的成分 铜 锌 铁 镍 银 金 铂等 电极的连接 粗铜做阳极 和外加电源的正极相连 纯铜做阴极 和外加电源的负极相连 电解液 硫酸铜或硝酸铜溶液 电极反应阳极 CuCu2 2e ZnZn2 2e NiNi2 2e 阴极 Cu2 2e Cu Ag Au Pt不发生反应 沉积到阳极底部 叫做阳极泥 3 电镀利用电解原理 在金属表面上镀上一层其他金属或合金的过程叫电镀 电极的连接 镀层金属或惰性电极作阳极 和外加电源的正极相连 镀件金属作阴极 和外加电源的负极相连 如铁上镀铜 铜 或石墨 作阳极 铁作阴极 电镀液的选择 选择含有镀层金属离子的溶液作电镀液 如铁上镀铜 选择硫酸铜溶液作电镀液 电极反应 阳极 CuCu2 2e 阴极 Cu2 2e Cu 电镀的特点 若镀层金属作阳极 电镀过程中溶液中阳离子浓度不变 若用惰性电极作阳极 电镀过程中溶液中阳离子浓度减小 原电池基本原理 例1 2010 广东 铜锌原电池工作时 下列叙述正确的是 A 正极反应为Zn 2e Zn2 B 电池反应为Zn Cu2 Zn2 CuC 在外电路中 电子从负极流向正极D 盐桥中的K 移向ZnSO4溶液 BC 解释 Zn是负极 故A错 电池总反应和没有形成原电池时的氧化还原反应相同 故B正确 根据闭合回路的电流方向 在外电路中 电子由负极流向正极 故C正确 在溶液中 阳离子往正极移动 故D错误 迁移训练1 市场上经常见到的标记为Li ion的电池称为 锂离子电池 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料 碳作为金属锂的载体 电解质为一种能传导Li 的高分子材料 这种锂离子电池的电池反应式为 Li 2Li0 35NiO2放电充电2Li0 85NiO2下列说法不正确的是 A 放电时 负极的电极反应式 Li e Li B 充电时 Li0 85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C 可加入硫酸以提高电解质的导电性D 充电过程中 电池负极材料的质量增加 C 解释 A项 Li从零价升至正价 失去电子 作为负极 正确 B项 反应逆向进行时 反应物只有一种 故化合价既有升 又有降 所以既发生氧化反应又发生还原反应 正确 C项 由于Li可以与硫酸反应 故错 D项 充电时阴极上生成Li 正确 新型化学电源 例2 学军中学 长安汽车宣布 首款纯电动汽车试生产正式下线 电动汽车电池有LiFePO4电池和高铁电池 已知LiFePO4电池反应为 FePO4 Li放电充电LiFePO4 电池的正极材料是LiFePO4 负极材料是石墨 导电固体为电解质 高铁酸钾 锌电池反应 3Zn 2K2FeO4 8H2O3Zn OH 2 2Fe OH 3 4KOH 下列有关电动汽车电池说法正确的是 A 高铁电池放电时每转移3mol电子 正极有1molK2FeO4被氧化B 高铁电池放电时电池内部FeO向正极移动C LiFePO4电池充电过程中 电池正极材料的质量保持不变D LiFePO4电池放电时电池正极反应为FePO4 Li e LiFePO4 D 解释 高铁电池放电时 K2FeO4为氧化剂 被还原 A错 高铁电池放电时 电池内部FeO需要得到电子 使铁元素化合价降低 因此向负极移动 B错 LiFePO4电池充电过程中 电池正极材料LiFePO4转化为FePO4和Li 质量减小 C错 LiFePO4电池放电时电池正极反应为 FePO4 Li e LiFePO4 D正确 迁移训练2 2010 江苏 下图是一种航天器能量储存系统原理示意图 下列说法正确的是 A 该系统中只存在3种形式的能量转化B 装置Y中负极的电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH C 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D 装置X Y形成的子系统能实现物质的零排放 并能实现化学能与电能间的完全转化 C 解释 本题主要考查的是电化学知识 A项 在该装置系统中 有四种能量转化的关系 即太阳能 电能 化学能和机械能之间的相互转化 B项 装置Y为氢氧燃料电池 负极电极反应为H2 2e 2OH 2H2O C项 相当于用光能分解水 产生H2和O2 实现燃料 H2 和氧化剂 O2 的再生 D项 在反应过程中 有能量的损耗和热效应的产生 不可能实现化学能和电能的完全转化 综上分析可知 本题选C项 电解原理 例3 成都石室中学 如图所示 a b c均为石墨电极 d为碳钢电极 通电进行电解 假设在电解过程中产生的气体全部逸出 下列说法正确的是 A 甲 乙两烧杯中溶液的pH均升高B 当b极增重5 4g时 d极产生的气体为2 24L 标准状况 C 当电解一段时间后 将甲 乙两溶液混合 一定会生成沉淀D 乙烧杯中c的电极反应式为2Cl 2e Cl2 B 解释 接通电源以后 a b c d得到的产物依次为O2 Ag Cl2 H2 甲烧杯中氢离子浓度增加 pH降低 乙烧杯中pH升高 A错 b极增重5 4g d极放出气体0 56L B错 电解一段时间后 当Ag 全部转化为Ag时 将两溶液混合看不到沉淀 C错 乙烧杯中c的电极反应式为2Cl 2e Cl2 D正确 迁移训练3 某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4 它们的物质的量之比为3 1 用石墨电极电解该混合液 下列叙述不正确的是 A 阴极自始至终均析出H2B 阳极先析出Cl2 后析出O2C 电解最后阶段为电解水D 溶液pH不断增大 最后为7 D 解释 电解质溶液中n Na n Cl n H n SO 3 3 2 1 电解过程明显分为三个阶段 第一阶段相当于电解盐酸 2HClH2 Cl2 第二阶段相当于电解氯化钠溶液 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 第三阶段相当于电解水 2H2O2H2 O2 可见只有D不正确 通电 通电 通电 与电解相关的基本计算 例4 图中电极a b分别为Ag电极和Pt电极 电极c d都是石墨电极 通电一段时间后 在c d两极上共收集到336mL 标准状态 气体 回答 1 直流电源中 M为 极 2 Pt电极上生成的物质是 其质量为 g 4 AgNO3溶液的浓度 填 增大 减小 或 不变 下同 AgNO3溶液的pH H2SO4溶液的浓度 H2SO4溶液的pH 5 若H2SO4溶液的质量分数由5 00 变为5 02 则原有5 00 的H2SO4溶液为 g 解释 电解5 00 的稀硫酸 实际上是电解其中的水 阴极产生H2 阳极产生O2 且V H2 V O2 2 1 据此可确定d极是阴极 则电源的N极为负极 V H2 336mL 2 3 224mL 即为0 01mol V O2 336mL 1 3 112mL 即为0 005mol 说明电路上有0 02mol电子转移 因此在b极 Pt 阴极 产生的Ag 0 02 108 2 16g 即0 02molAg 则n e n Ag n O2 n H2 0 02 0 02 0 005 0 01 2 2 1 2 1 由Ag电极 阳极 Pt电极 阴极 和AgNO3溶液组成是电镀池 因此电镀液AgNO3溶液的浓度不变 pH也不变 电解5 00 的稀硫酸 由于是电解其中的水 因此硫酸溶液的浓度增大 pH减小 设原5 00 的稀硫酸的质量为xg 电解消耗水的质量为0 01 18 0 18g 则5 00 x 5 02 x 0 18 解得 x 45 18g 答案 1 正 2 Ag2 16 3 20 51 4 不变不变增大减小 5 45 18 迁移训练4 温州二模 在100mLH2SO4与CuSO4的混合液中 用石墨作电极电解一段时间 两极上均收集到2 24L气体 标准状况 则原溶液中Cu2 物质的量浓度为 A 1mol L 1B 2mol L 1C 3mol L 1D 4mol L 1 A 解释 阳极电极反应式为 4OH 4e 2H2O O2 阴极电极反应式为 开始 Cu2 2e Cu 最后 2H 2e H2 根据电子得失守恒 c Cu2 1mol L 1 所以选项为A 电解原理的应用 例5 氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下 完成下列填空 1 在电解过程中 与电源正极相连的电极上的电极反应式为 与电源负极相连的电极附近溶液pH 填 不变 升高 或 下降 2 工业食盐含Ca2 Mg2 等杂质 精制过程发生反应的离子方程式为 3 如果粗盐中SO含量较高 必须添加钡试剂除去SO 该钡试剂可以是 选填 A B 或 C A Ba OH 2B Ba NO3 2C BaCl2 4 为有效除去Ca2 Mg2 SO 加入试剂的合理顺序为 选填 A B 或 C A 先加NaOH 后加Na2CO3 再加钡试剂B 先加NaOH 后加钡试剂 再加Na2CO3C 先加钡试剂 后加NaOH 再加Na2CO3 5 脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异 通过 冷却 填写操作名称 除去NaCl 6 在隔膜法电解食盐水时 电解槽分隔为阳极区和阴极区 防止Cl2与NaOH反应 采用无隔膜电解冷的食盐水时 Cl2与NaOH充分接触 产物仅是NaClO和H2 无隔膜电解食盐水的总的化学方程式为 解释 第 1 问要熟练运用电解原理 与电源正极相连的电极是电解池的阳极 应是溶液中的Cl 发生氧化反应 而电解池的阴极反应为2H 2e H2 阴极附近c H 减小 导致水的电离平衡破坏 使周围c OH 增大 第 2 问中如何除Ca2 Mg2 由题中信息 这步加入了NaOH Na2CO3溶液 根据Ca2 Mg2 的特性 加NaOH是与Mg2 生成Mg OH 2沉淀 加Na2CO3是与Ca2 生成CaCO3沉淀 第 3 问要遵循除杂质不能带进新的杂质的原则 因此Ba NO3 2不能加入 而题中BaCl2 Ba OH 2两种试剂皆可 第 4 问考虑问题的出发点是为使杂质离子 除净 所加试剂均应 稍过量 为使后加试剂有利于除去先加试剂的过量离子 应把加入Na2CO3放在加入钡试剂之后 而钡试剂与NaOH加入的先后顺序可以颠倒 第 5 问的实验操作是什么 分析题中信息 脱盐前为10 NaOH 16 NaCl溶液 脱盐后为50 NaOH溶液和NaCl晶体 显然需要蒸发 过滤 第 6 问 因电解得到的Cl2与NaOH反应 可将NaCl电解方程式与Cl2和NaOH反应的方程式合并 答案 1 2Cl 2e Cl2 升高 2 Ca2 COCaCO3 Mg2 2OH Mg OH 2 3 AC 4 BC 5 蒸发过滤 6 NaCl H2ONaClO H2 迁移训练5 2009 山东 金属铝的生产是以Al2O3为原料 在熔融状态下进行电解 2Al2O34Al 3O2 请回答下列问题 1 冰晶石 Na3AlF6 的作用是 2 电解生成的金属铝是在熔融液的 填 上层 或 下层 3 阴极和阳极均由 材料做成 电解时不断消耗的电极是 填 阳极 或 阴极 750 970 通电Na3AlF6 4 铝是高耗能产品 废旧铝材的回收利用十分重要 在工业上 最能体现节能减排思想的是将回收铝做成 填代号 a 冰晶石b 氧化铝c 铝锭d 硫酸铝 C 解释 1 Al2O3的熔点很高 熔化得需要较多能量 加入助熔剂就可节约能量 降低熔化温度 2 由于冰晶石 Na3AlF6 与氧化铝熔融物密度比铝的小 所以铝在熔融液的下层 3 电解时阳极的碳棒被生成的氧气氧化 4 电解产生的铝要尽量以单质形式存在 所以将回收铝做成铝锭最好 1 2010 全国 下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图 电池的一个电极由有机光敏染料 S 涂覆在TiO2纳米晶体表面制成 另一电极由导电玻璃镀铂构成 电池中发生的反应为 TiO2 STiO2 S 激发态 TiO2 S TiO2 S e I 2e 3I 2TiO2 S 3I 2TiO2 S I 1 下列关于该电池叙述错误的是 A 电池工作时 是将太阳能转化为电能B 电池工作时 I 在镀铂导电玻璃电极上放电C 电池中镀铂导电玻璃为正极D 电池的电解质溶液中I 和I的浓度不会减少 解释 B选项错误 从示意图可看出在外电路中电子由负极流向正极 即镀铂电极作正极 发生还原反应 2e 3I B 2 用惰性电极电解某溶液时 发现两极只有H2和O2生成 则电解一段时间后 下列有关该溶液 与电解前同温度 的说法中 正确的有 1 该溶液的pH可能增大 2 该溶液的pH可能减小 3 该溶液的pH可能不变 4 该溶液的浓度可能增大 5 该溶液的浓度可能不变 6 该溶液的浓度可能减小 A 三种B 四种C 五种D 六种 C 3 若电解的是不饱和的强碱 如NaOH 溶液 则电解后溶液的pH增大 浓度增大 若电解的是不饱和的非还原性的含氧酸 如H2SO4 则对应溶液的pH将降低 浓度增大 若电解的是活泼金属的含氧酸盐 如Na2SO4 的饱和溶液 则溶液pH保持不变 浓度不变 3 某同学按图所示的装置进行电解实验 下列说法正确的是 A 电解过程中 铜电极上有H2产生B 电解初期 主反应方程式为 Cu H2SO4CuSO4 H2 C 电解一定时间后 石墨电极上有铜析出D 整个电解过程中 H 的浓度不断增大 解释 阳极为铜电极 始终为Cu失电子变为Cu2 故A错 阴极为石墨 先是H 得电子放出H2 后是Cu2 得电子析出Cu 故B C对 在电解过程中消耗H 因此浓度变小 故D错 BC 4 甲 乙两个容器中 分别加入0 1mol LNaCl溶液与0 1mol LAgNO3溶液后 以Pt为电极进行电解时 在A B C D各电极上生成物的物质的量之比为 2 2 4 1 解释 此装置相当于两个电解槽串联到一起 在整个电路中电子转移总数相等 首先判断各极是阳极还是阴极 即电极名称 再分析各极发生的反应 A极 阴极 反应 2H 2e H2 B极 阳极 反应 2Cl 2e Cl2 C极 阴极 反应 Ag e Ag D极 阳极 反应 4OH 4e 2H2O O2 根据电子守恒法可知 若整个电路中有4mol电子转移 生成H2 Cl2 Ag O2的物质的量分别为 2mol 2mol 4mol 1mol因此各电极上生成物的物质的量之比为 2 2 4 1 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全