2019版高考化学二轮复习专题突破电化学课件.ppt

专题七电化学 考纲要求 1 了解原电池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 2 了解常见的化学电源的种类及其工作原理 3 了解电解池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 4 理解金属发生电化学腐蚀的原因 金属腐蚀的危害 防止金属腐蚀的措施 考情分析 考点1 原电池原理及电极反应方程式的书写 知识网络 1 原电池工作原理示意图 知识网络 2 正负极的判断 3 电极反应式的书写 知识网络 复杂电极反应式的书写复杂电极反应式 总反应式 较简单一极的电极反应式 例1 铜锌原电池 如图 工作时 有关叙述正确的是 A 正极反应为Zn 2e Zn2 B 电池反应为Zn Cu2 Zn2 CuC 在外电路中 电子从正极流向负极D 盐桥中的K 移向ZnSO4溶液 典例精析 解析 原电池中活泼金属做负极 负极发生氧化反应 所以Zn是负极 反应电极方程式为 Zn 2e Zn2 阳离子增加 盐桥中阴离子移向该溶液 电子从负极流向正极 答案选B 典例精析 例2 二甲醚直接燃料电池具有启动快 效率高等优点 其能量密度高于甲醇直接燃料电池 5 93kW h kg 1 若电解质为酸性 二甲醚直接燃料电池的负极反应为 一个二甲醚分子经过电化学氧化 可以产生 个电子的电量 该电池的理论输出电压为1 20V 能量密度E 列式计算 能量密度 电池输出电能 燃料质量 1kW h 3 6 106J 解析 二甲醚直接燃料电池的总反应为CH3OCH3 3O2 2CO2 3H2O 负极反应式的书写步骤 第一步先写反应物 生成物 CH3OCH3 2CO2 第二步写明转移电子数 CH3OCH3 12e 2CO2 第三步配平 3H2O CH3OCH3 12e 2CO2 12H 1mol二甲醚被氧化生成2molCO2 失12NA个电子 故1个二甲醚分子转移12个电子 据能量密度 电池输出电能 燃料质量 若燃料质量为1kg 则 典例精析 特别提醒 书写电极反应式时 正负极的判断是关键 看两极与电解质溶液得 失电子而快速推断出正 负极 同时还应充分注意介质与电极生成物的反应 负极生成的金属离子在碱性溶液中能与OH 反应生成难溶性碱 如在碱性条件下 钢铁腐蚀中负极生成的Fe2 与溶液中的OH 结合生成Fe OH 2 在碱性条件下电极析出的CO2能与OH 反应生成CO32 等 知识网络 1 加快氧化还原反应的速率2 比较金属活动性强弱3 用于金属的防护4 设计制作化学电源 考点2 原电池原理的应用 知识网络 设计原电池时要紧扣原电池的构成条件 具体方法是 1 首先判断出电池反应中的还原剂和氧化剂 将还原剂 一般为比较活泼金属 作负极 活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极 含氧化剂对应离子的电解质溶液作电解液 2 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与电极材料相同的金属的阳离子 知识网络 3 按要求画出原电池装置图 如根据以下反应设计的原电池 例3 1 能量之间可以相互转化 电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能 而原电池可将化学能转化为电能 设计两种类型的原电池 探究其能量转化效率 限选材料 ZnSO4 aq FeSO4 aq CuSO4 aq 铜片 铁片 锌片和导线 完成原电池甲的装置示意图 见右下图 并作相应标注 要求 在同一烧杯中 电极与溶液含相同的金属元素 典例精析 典例精析 铜片为电极之一 CuSO4 aq 为电解质溶液 只在一个烧杯中组装原电池乙 工作一段时间后 可观察到负极 甲 乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 其原因是 2 根据牺牲阳极的阴极保护法原理 为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀 在 1 的材料中应选 作阳极 典例精析 答案 1 电极逐渐溶解 表面有红色固体析出 甲负极不和铜离子接触 避免了铜离子直接与负极发生反应而使化学能转化为热能 2 锌片 特别提醒 应用原电池原理可以将任何自发进行的氧化还原反应设计成原电池 但有的电池相当微弱 同时要注意电解质溶液不一定参与反应 如燃料电池 水中一般要加入强碱或强酸 以增强溶液的导电性 知识网络 考点3 电解原理及有关计算 1 电解池工作原理示意图 知识网络 2 电解原理分析 1 通电前 电解质溶液中电离 包括电解质和水的电离 的离子作无规则运动 2 通电时 离子移动方向 阴离子移向阳极 阳离子移向阴极 放电能力 阳极 金属阳极单质 S2 I Br Cl OH 含氧酸根阴极 Ag Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 Al3 电极反应阴极 还原反应阳极 氧化反应 知识网络 3 电极产物的判断 1 阳极 首先依据电极材料 若为活泼电极 则电极本身失电子被氧化 若为惰性电极 C Pt Au 再依据阴离子放电顺序考虑 2 阴极 依据阳离子放电顺序考虑 4 电解离子方程式的书写 1 必须在短线上标明电解 2 只是电解质被分解 电解化学方程式中只写电解质及分解产物 如电解CuCl2溶液 Cu2 2Cl Cu Cl2 知识网络 3 只有水被分解 只写水电解即可 如电解稀硫酸 NaOH溶液 Na2SO4溶液 4 电解质 水同时被分解 则都要写出 凡是水电离的H 或OH 放电时 在写电解的离子方程式必须写水 弱电解质 如电解饱和食盐水5 电解计算的类型和方法 1 计算类型电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面 根据直流电源提供的电量求产物的量 析出固体的质量 产生气体的体积等 溶液的pH 相对原子质量或某元素的化合价 化学式等 知识网络 2 解题方法 根据电子守恒法计算 用于串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物 相同电量等类型的计算 其依据是电路中转移的电子数相等 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式列比例式计算 根据关系式计算 根据得失电子守恒关系 在已知量与未知量之间 建立计算所需的关系式如 4e 4H 2H2 4OH O2 2Cl2 2Cu 典例精析 例4 下图所示的电解池 和 中 a b c和d均为Pt电极 电解过程中 电极b和d上没有气体逸出 但质量均增大 且增重b d 符合上述实验结果的盐溶液是 答案 B 解析 题意表明b d没有气体逸出 所以析出金属 由质量关系知 B正确 典例精析 例5 用石墨作电极电解CuSO4溶液 通电一段时间后 欲使电解液恢复到起始状态 应向溶液中加入适量的 A CuSO4B H2OC CuOD CuSO4 5H2O 答案 C 解析 电解CuSO4溶液分别从溶液析出铜单质 放出氧气 根据减少什么原子加什么原子 所以应加入CuO 典例精析 例6 人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素 原理如图 1 电源的负极为 填 A 或 B 2 阳极室中发生的反应依次为 3 电解结束后 阴极室溶液的pH与电解前相比将 若两极共收集到气体13 44L 标准状况 则除去的尿素为 g 忽略气体的溶解 典例精析 解析 1 产生Cl2极为阳极知A为正极 B为负极 2 阳极室发生的反应依次为2Cl 2e Cl2 由产物CO2 N2知CO NH2 2在此室反应被氧化 CO NH2 2 CO2 N2 发生还原反应的为Cl2 故方程式为CO NH2 2 3Cl2 H2O N2 CO2 6HCl 3 阴极室2H 2e H2 阳极室产生的H 通过质子交换膜进入阴极室 从而使阴极室H 浓度保持不变 pH与电解前相比不变 两极共收集到的气体n 气体 13 44L 22 4L mol 1 0 6mol 方法总结 特别提醒 1 若阴极为H 放电 则阴极区c OH 增大 若阳极为OH 放电 则阳极区c H 增大 若阴极 阳极同时有H OH 放电 相当于电解水 电解质溶液浓度增大 2 用惰性电极电解电解质溶液时 若要使电解后的溶液恢复到原状态 应遵循 缺什么加什么 缺多少加多少 的原则 一般加入阴极产物与阳极产物的化合物 3 电解过程中产生的H 或OH 其物质的量等于转移电子的物质的量 考点4 电解原理的应用 1 氯碱工业 1 主要生产过程 2 电极反应阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 总反应 2NaCl 2H2OCl2 H2 2NaOH 知识网络 2 电镀 如铁件镀锌 电镀液 含Zn2 的盐溶液 如ZnCl2溶液 阳极 Zn Zn 2e Zn2 阴极 铁件 Zn2 2e Zn电镀过程中电镀液浓度不发生变化 镀层金属作阳极 镀件作阴极 电镀液中必须含有镀层金属离子 知识网络 3 电解精炼如粗铜 含Zn Fe Ag等 的提纯电解质溶液 含Cu2 的盐溶液 如CuSO4溶液 阳极 粗铜 Zn 2e Zn2 Cu 2e Cu2 Fe 2e Fe2 阴极 纯铜 Cu2 2e Cu电解过程中 活泼性比Cu弱的Ag等不放电 形成阳极泥 可从阳极泥中提纯Ag等 电解质溶液中c Cu2 会不断减小 应定期更换电解质溶液 知识网络 知识网络 4 可充电电池 1 对可充电电池充电和放电两过程认识 放电是原电池反应 充电是电解池反应 2 对可充电电池电极极性和材料的判断 放电时 可先标出放电 原电池 总反应式电子转移的方向和数目 失去电子的一极为负极 该物质即为负极材料 得到电子的一极为正极 该物质即为正极材料 充电时 方法同前 失去电子的一极为阳极 该物质即为阳极材料 得到电子的一极为阴极 该物质即为阴极材料 3 可充电电池充电时与电源的连接 可充电电池用完后充电时 原电池的负极与外电源的负极相连 原电池的正极与外电源的正极相连 典例精析 例7 如图为电解精炼银的示意图 填 a 或 b 极为含有杂质的粗银 若b极有少量红棕色气体产生 则生成该气体的电极反应式为 答案 aNO3 2H e NO2 H2O 解析 电解精炼银时 用含杂质的粗银作阳极 用纯银作阴极 含Ag 的电解质溶液做电解液 图中b极与电源的负极相连 则b极为阴极 NO3 在阴极放电生成红棕色的NO2 电极反应式为NO3 2H e NO2 H2O 典例精析 例8 镁电池毒性低 污染小 电压高而平稳 它逐渐成为人们研制绿色电池的关注焦点 其中一种镁电池的反应原理为 xMg Mo3S4MgxMo3S4 下列说法不正确的是 A 放电时 Mo3S4发生氧化反应B 放电时 正极反应式 Mo3S4 2xe Mo3S42x C 充电时 Mg2 向阴极迁移D 充电时 阴极反应式 xMg2 2xe xMg 典例精析 答案 A解析 由题意可知 放电时发生原电池反应 Mg由0价变为 2价 被氧化 发生氧化反应 作原电池的负极 Mo3S4为正极 正极反应式为 Mo3S4 2xe Mo3S42x A错 B正确 电池充电时发生电解反应 阴极发生还原反应 金属阳离子Mg2 放电 反应式为 xMg2 2xe xMg 电解质溶液中 阳离子Mg2 向阴极移动 C D正确 典例精析 例9 甲 乙两个容器中 分别加入0 1mol L 1NaCl溶液与0 1mol L 1AgNO3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 H2O除外 典例精析 解析 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 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 方法总结 1 分析电解原理五步骤第一步 看电极材料 若阳极为铁 锌 铜 银等活性电极 金属发生氧化反应 第二步 将电解质溶液中的离子分组 并按放电顺序确定反应的先后顺序 第三步 写出电极反应式 注意介质是否参与电极反应 第四步 分析电极材料 电解质溶液发生的变化 第五步 联系问题找到答题的切入点 方法总结 2 电化学计算中多池串联规律和电解过程的分析方法 1 多池串联规律 各电极上转移电子数相同 阴阳极交替相接 转移的电子数 任一电极上析出物质的物质的量 每析出1mol该物质转移的电子数 2 电解过程的分析方法 电解某给定量的溶液时 往往涉及电解过程的分析 即不同阶段同一电极上放电的微粒不同 方法总结 电解混和溶液时 往往也会涉及电解过程的分析 如电解含有相同物质的量的硫酸铜和氯化钠混合溶液 第一阶段 阳极上氯离子放电生成氯气 阴极上铜离子放电生成铜单质 第二阶段 阳极上氢氧根离子放电生成氧气 阴极上铜离子放电生成铜单质 第三阶段 阳极上氢氧根离子放电生成氧气 阴极上氢离子放电生成氢气 知识网络 考点5 金属的腐蚀与防护 1 金属腐蚀规律金属腐蚀既受到其组成的影响 又受到外界因素的影响 通常金属腐蚀遵循以下规律 1 在同一电解质溶液中 金属腐蚀的快慢是 电解池的阳极 原电池的负极 化学腐蚀 原电池的正极 电解池的阴极 2 在不同溶液中 金属在强电解质溶液中的腐蚀 金属在弱电解质溶液中的腐蚀 金属在非电解质溶液中的腐蚀 3 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 4 由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液 故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式 只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀 而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀 知识网络 2 金属的防护措施图示 典例精析 例10 如图所示 各烧杯中盛有海水 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序 典例精析 解析 为化学腐蚀 腐蚀较慢 实质上为原电池装置 中Fe作正极被保护 中Fe作负极 被腐蚀 是Fe接电源正极作阳极 Cu接电源负极作阴极的电解池 加快了Fe的腐蚀 中Fe接电源负极作阴极 Cu接电源正极作阳极 防止了Fe的腐蚀 根据以上分析可知 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 典例精析 例11 糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉 氯化钠 炭粉等 其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同 下列分析正确的是 A 脱氧过程是吸热反应 可降低温度 延长糕点保质期B 脱氧过程中铁作原电池正极 电极反应为 Fe 3e Fe3 C 脱氧过程中碳作原电池负极 电极反应为 2H2O O2 4e 4OH D 含有1 12g铁粉的脱氧剂 理论上最多能吸收氧气336mL 标准状况 典例精析 答案 D 解析 根据题意铁作为电池负极 Fe 2e Fe2 碳作原电池正极 2H2O O2 4e 4OH 因此B C错误 脱氧过程是放热反应 A项错误 D项生成的Fe2 继续被O2氧化 2个方面 1 能量转化 化学能 电能相互转化 2 反应本质 氧化还原反应 两极反应类型 1 负极 氧化反应 正极 还原反应 2 阴极 还原反应 阳极 氧化反应 两极放电顺序 阳极 活性电极 电极材料放电惰性电极 S2 I Br Cl OH 含氧酸根离子 阴极 Ag Fe3 Cu2 H 酸 Fe2 Zn2 H 水 Al3 Mg2 Na 课堂小结