高中化学总复习课件第2单元第7讲 电化学基础

欢迎进入化学课堂 2 热点知识剖析电化学基础知识是高考中常考的知识点 这部分知识的主要考点有原电池和电解池的工作原理 电极的判断 电极反应式的书写以及与氧化还原反应 离子反应 化学计算等知识相综合的问题 试题常常以生产 生活中的问题为切入点 以新的角度来考查运用电化学知识分析问题的能力 在复习中 要从氧化还原反应的原理和规律上理解原电池和电解池的反应原理 并注意归纳和总结这两种装置的基本类型 学会运用守恒的规律解决定量计算的问题 3 基础知识回顾1 原电池是利用氧化还原反应 将 转化为电能的装置 由铜 锌和稀硫酸组成的原电池 锌为负极 发生氧化反应 电子从负 或锌 极通过导线流向正 或铜 极 溶液中的氢离子获得电子被还原成氢气 正极电极反应式是 负极电极反应式是 4 化学 能 2H 2e H2 Zn 2e Zn2 2 化学电源主要包括一次电池 二次电池 燃料电池等几大类 常见的普通锌锰电池 碱性锌锰电池属于一次电池 又叫干电池 其特点是一次电池的活性物质消耗到一定程度 就不能再用了 常见的蓄电池属于二次电池 又叫充电电池或蓄电池 其特点是放电后可以再充电使活性物质获得再生 燃料电池是一种连续将燃料和氧化剂的化学能转化成电能的化学电池 燃料电池的电极本身不包含活性物质 只是一个催化转化元件 它工作时燃料和氧化剂连续由外部供给 在电极上不断地进行反应 生成物不断被排出 从而使电池可连续不断地提供电能 5 3 电解池是将转化为的装置 电解时 电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极 该电极上发生还原反应的同时 阳极上发生氧化反应 电子又从电解池的阳极流出回到电源正极 6 电能 化学能 4 当电极材料为惰性电极 如Pt C 电解电解质溶液时 在阴极区氧化性强的阳离子先电子 被 在阳极区还原性强的阴离子先电子被 例如 阳离子Ag H Na Al3 Cu2 在阴极得电子难易顺序为Ag Cu2 H Al3 Na 阴离子OH Cl 含氧酸根在阳极上失电子难易顺序为Cl OH 含氧酸根 7 得到 还原 失去 氧化 5 当电极材料为金属时 阳极通常是电极参加反应被氧化 阴极金属不参加反应 例如 要在铁片上镀银 如图 8 阳极 Ag e Ag 阴极 Ag e Ag电镀时 通常把待镀的金属制品作阴极 把镀层金属作极 用含有的电解质溶液作电镀液 阳 镀层金属离子 6 金属腐蚀的本质是金属原子失去电子变成金属阳离子 金属腐蚀一般可分为腐蚀和腐蚀 这两种腐蚀的主要差别是一个以原电池原理反应 一个是直接的化学反应不形成原电池 9 电化学 化学 钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀 常有吸氧腐蚀和析氢腐蚀 它们具有的共同点是两种腐蚀都是铁作负极 被氧化失去电子成为亚铁离子 电极反应 Fe 2e Fe2 不同点是吸氧腐蚀是在酸性不强的条件下 析氢腐蚀是在酸性条件下 两者形成原电池的正极反应不同 吸氧反应正极上发生 析氢反应正极上发生 10 O2 2H2O 4e 4OH 2H 2e H2 7 金属的防护方法有很多 牺牲阳极的阴极保护法的特点是在被保护的金属附近加装更具活性的金属 使被保护的金属变成正极 外加电流的阴极保护法的特点是向被保护金属通电而使其成为阴极 还可以通过许多物理方法和化学方法防护金属 11 重点知识归纳1 原电池 1 原电池的装置特点 利用氧化还原反应将化学能转化为电能 2 原电池的形成的一般条件 电极 电解质溶液 形成闭合回路 12 3 反应原理负极 失去电子 向外电路提供电子 发生氧化反应 正极 得到电子 从外电路获得电子 发生还原反应 电极反应与电子流向 以铜锌原电池为例 总反应 Zn H2SO4ZnSO4 H2 13 电极 4 原电池正负极的判断判断原电池正负极最根本的方法是根据电极发生的氧化还原反应 即发生氧化反应的电极为负极 发生还原反应的电极为正极 下列方法也可以作为一般的辅助判断方法 14 根据电极的材料判断 一般来说较活泼的金属作负极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属作正极 但有的有特殊性 例如 当Mg和Al两个电极与稀硫酸形成原电池时 Mg为负极 Al为正极 而当Mg和Al两个电极与氢氧化钠溶液形成原电池时 由于Al与氢氧化钠溶液反应失去电子 Mg不与氢氧化钠溶液反应 故Al为负极 Mg为正极 15 根据电极反应表现的现象判断 电极若不断溶解或质量不断减少 该电极发生氧化反应 此电极为负极 电极的质量若不断增加或不变 该电极发生还原反应 此电极为正极 还可以通过电极附近溶液颜色的变化来判断反应的类型 进一步判断电极的正负极 根据电流 电子流动 的方向判断 从外电路看 电流是从正极流向负极 电子是从负极流向正极 根据总反应判断 在电池总反应中 元素化合价升高的物质所在电极为负极 化合价降低的物质所在电极为正极 16 5 电极反应式的书写书写原电池的电极反应 有以下两种基本的思路 如果题目给定的是原电池的装置图 一般先正确分析正 负极 根据电极和电解质溶液正确判断得失电子的元素和反应前后的价态变化 在此基础上写出电极反应式 如果题目给定的是总反应式 先分析元素化合价的变化把反应分成氧化反应 失电子 和还原反应 得电子 选择一个变化简单的电极写出电极反应 再推断另一个电极的电极反应 17 6 常见化学电源 18 续表 19 2 电解池 1 电解池的装置特点利用外加电源将电能转化为化学能 2 电解池的形成条件 直流电源 两个电极 电解质溶液 或熔化的电解质 形成闭合回路 20 3 反应原理阳极 与直流电源正极相连的电极叫阳极 电极发生氧化反应 阴极 与直流电源负极相连的电极叫阴极 电极发生还原反应 21 电极 电极反应及电子流向 以电解氯化钠溶液为例总反应 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 电解 4 电极产物的判断电解池的阳极上一定失去电子发生氧化反应 阴极上一定得到电子发生还原反应 电极上得失电子的物质与得失电子的能力有关 阳极 如果电极为活泼电极 如 Fe Cu等 则电极材料失去电子 电极溶解 如果电极为惰性电极 Pt Au 石墨 则是溶液中的阴离子失去电子 阴离子失去电子强弱 即还原性 的顺序为S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 22 阴极 电极不参与反应 电解液中的阳离子得到电子 阳离子得电子强弱 即氧化性 的顺序为Ag Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H Al3 Mg2 Na 注意 上面顺序中有两个H 其中前面的H 一般指酸提供的氢离子 即浓度较大时 后者一般是指水提供的氢离子 即浓度较小时 23 5 电解的类型举例 电极为惰性电极 碳棒或铂等材料为电极 电极不参与反应特点 溶质中的阳离子得电子 阴离子失电子 溶质的量减少阴极 Cu2 2e Cu阳极 2Cl 2e Cl2 总反应 CuCl2Cu Cl2 24 CuCl2型 电解 特点 溶质中的阳离子得电子 水中的氢氧根离子失电子 溶液pH减小阴极 Cu2 2e Cu阳极 4OH 4e 2H2O O2 总反应 2CuSO4 2H2O 25 CuSO4型 电解 2Cu 2H2SO4 O2 特点 水中的氢离子得电子 阴离子失电子 溶液pH增大阴极 2H 2e H2 阳极 2Cl 2e Cl2 总反应 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 26 NaCl型 电解 特点 水中的氢离子得电子 水中的氢氧根离子失电子 溶液浓度增阴极 2H 2e H2 阳极 4OH 4e 2H2O O2 总反应 2H2O2H2 O2 Na2SO4型 电解 活泼电极 阳极上为活泼电极 电极失去电子参与反应特点 活泼金属失去电子 溶液中的金属离子得到电子 理论上电镀液浓度不变阳极 镀层金属阴极 镀件电镀液 含镀层金属离子的可溶性溶液 27 电镀 6 电解的应用 电镀 目的是使金属增强抗腐蚀能力 增加美观和表面硬度 电镀时待镀金属作阴极 镀层金属作阳极 含镀层金属离子的盐溶液作电镀液 精炼铜 以粗铜 粗铜中含有Zn Fe Ag Au等杂质 作阳极 精铜作阴极 含铜离子的盐溶液为电解质 可以提纯粗铜 氯碱工业 用碳棒作阳极 铁棒作阴极 电解氯化钠溶液 可制得氢氧化钠 氢气 氯气等化工原料 28 冶炼活泼的金属 Na Mg Al等较活泼的金属很难用还原剂将其还原出来 工业日常采用电解熔融态物质的方法 制得这些金属单质 例如 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 MgCl2 熔融 Mg Cl2 2NaCl 熔融 2Na Cl2 29 通电 冰晶石 通电 通电 3 金属的腐蚀与防护 1 腐蚀的本质 金属原子失去电子被氧化 即M ne Mn 2 金属腐蚀的类型 化学腐蚀 金属与接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀 电化学腐蚀 不纯的金属因构成原电池发生氧化还原反应而引起的腐蚀 30 钢铁腐蚀主要是电化学腐蚀 并有以下两种情况 吸氧腐蚀 电解质溶液呈弱碱性 中性或弱酸性时发生吸氧腐蚀 主要反应如下 负极 Fe Fe 2e Fe2 正极 C O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2Fe O2 2H2O2Fe OH 2后继反应 4Fe OH 2 O2 2H2O4Fe OH 32Fe OH 3Fe2O3 3H2O 31 析氢腐蚀 电解质溶液呈酸性时发生析氢腐蚀 主要反应如下 负极 Fe Fe 2e Fe2 正极 C 2H 2e H2 总反应 Fe 2H Fe2 H2 3 金属腐蚀快慢规律 活泼性不同的两种金属构成两个电极 活泼性差别越大 活泼性强的金属腐蚀得越快 同种金属中 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 32 4 金属的防护 影响腐蚀的因素一是金属本身的活泼性 二是金属存在的环境 金属的防护的主要方法有 改变金属的内部组织结构 如合金钢 覆盖保护层 如电镀 涂油漆等 电化学保护法 牺牲阳极的阴极保护法 即在要保护的金属上连接一个更活泼的金属 和外加电流的阴极保护法 即把要保护的金属连接在电源的负极上 33 34 35 方法指导 考查新型原电池 原电池的两电极反应式 电子流向与电流流向 太阳能电池的工作原理 原电池的总反应式等 还考查考生变通能力和心理素质 能否适应陌生的情境下应用所学知识解决新的问题等 36 考查电化腐蚀的知识 为了避免青铜器生成铜绿 以下方法不正确的是 A 将青铜器放在铁质托盘上B 将青铜器保存在干燥的环境中C 将青铜器保存在潮湿的空气中D 在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜 37 C 铜绿是生活中常见的现象 反应原理为2Cu O2 CO2 H2OCu2CO3 OH 2 故青铜器应保存在干燥的环境中或表面覆盖一层防渗的高分子膜防止被腐蚀 放在铁质托盘上 会构成原电池反应 但铜为正极被保护 方法指导 原电池原理在解决能源的利用和金属材料防腐等问题中应用较广 要学会运用原电池的反应原理分析社会和生活中的具体问题 38 考查电化学的计算问题 将分别盛有熔融的氯化钾 氯化镁 氧化铝的三个电解槽串联 在一定条件下通电一段时间后 析出钾 镁 铝的物质的量之比为 A 1 2 3B 3 2 1C 6 3 1D 6 3 2 39 D 三个电解槽串联时 每个电解槽的电极上通过的电子数相等 设每个电极上都通过6mol电子 此为参照数法 也可设其他的数为参照 则析出金属钾 镁 铝的物质的量分别为6mol 3mol 2mol 所以析出钾 镁 铝的物质的量之比为6 3 2 方法指导 在解决有关电解池或原电池的计算问题时 运用电子得失守恒的规律是一种基本的方法 40 考查原电池与电解池知识的综合运用 下图所示装置中 甲 乙 丙三个烧杯依次分别盛放100g5 00 的NaOH溶液 足量的CuSO4溶液和100g10 00 的K2SO4溶液 电极均为石墨电极 41 1 接通电源 经过一段时间后 测得丙中K2SO4浓度为10 47 乙中c电极质量增加 据此回答问题 电源的N端为极 电极b上发生的电极反应为 列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积 42 正 4OH 4e 2H2O O2 电极c的质量变化是g 电解前后各溶液的酸 碱性大小是否发生变化 简述其原因 甲溶液 乙溶液 丙溶液 43 酸碱性大小没有变化因为K2SO4 16 碱性增大 因为电解后 水量减少 酸性增大因为阳极上OH 生成O2 溶液中NaOH浓度增大 溶液中H 浓度增大 是强酸强碱盐 浓度增加不影响溶液的酸碱性 2 如果电解过程中铜全部析出 此时电解能否继续进行 为什么 44 能继续进行 因为CuSO4溶液已转变为 H2SO4溶液 反应也就变为水的电解反应 1 乙中c电极质量增加 则c处发生的反应为 Cu2 2e Cu 即c处为阴极 由此可推出b为阳极 a为阴极 M为负极 N为正极 丙中为K2SO4 相当于电解水 设电解的水的质量为xg 由电解前后溶质质量相等有 100 10 100 x 10 47 得x 4 5g 故为0 25mol 由方程式2H2 O22H2O可知 生成2molH2O 转移4mol电子 所以整个反应中转移0 5mol电子 而整个电路是串联的 故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的 45 甲中为NaOH 相当于电解H2O 阳极b处为阴离子OH 放电 即4OH 4e 2H2O O2 转移0 5mol电子 则生成O2为0 5 4 0 125mol 标准状况下的体积为0 125 22 4 2 8L Cu2 2e Cu 转移0 5mol电子 则生成的m Cu 0 5 2 64 16g 甲中相当于电解水 故NaOH的浓度增大 pH变大 乙中阴极为Cu2 放电 阳极为OH 放电 所以H 增多 故pH减小 丙中为电解水 对于K2SO4而言 其pH几乎不变 2 铜全部析出 可以继续电解H2SO4 有电解液即可电解 46 方法指导 本题是一道综合性较强的试题 在分析这类问题时 一是要正确判断各电极的电极反应 同一个电极上可能不止发生一种反应 二是要利用电子得失守恒分析各物质的关系 47 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