高中化学一轮复习 第三单元 第21讲 电化学基础课件.ppt

电化学基础 第21讲 考纲导视 基础反馈 1 判断正误 正确的画 错误的画 1 在原电池中 发生氧化反应的一极一定是负极 2 在原电池中 负极材料的活泼性一定比正极材料强 3 在原电池中 正极本身一定不参与电极反应 负极本身 一定要发生氧化反应 4 其他条件均相同 带有 盐桥 的原电池比不带 盐 桥 的原电池电流持续时间长 5 由Al Cu 稀H2SO4组成的原电池中 负极反应式为 Al 3e Al3 6 由Fe Cu FeCl3溶液组成的原电池中 负极反应式为 Cu 2e Cu2 答案 1 2 3 4 5 6 2 在有盐桥的铜锌原电池中 电解质溶液的选择可以是与电极材料不相同的阳离子吗 如Zn极对应的是硫酸锌 能不能是氯化铜或者氯化钠 答案 可以 如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话没有问题 因为负极区发生的反应只是Zn的溶解而已 但是如果比电极弱的话 例如氯化铜 锌就会置换出铜 在表面形成原电池 减少供电量 使用盐桥就是为了避免这种情况 考点一 原电池 化学电源 知识梳理 一 原电池 化学能 电能 1 概念 把 转化为 的装置 2 构成条件 活泼性不同的 电解质溶液 1 两个 电极 2 将两个电极插入 中 3 用导线连接电极形成 4 具有自发进行的 氧化还原反应 闭合回路 3 工作原理 以锌铜原电池为例 Zn Cu 氧化反应 还原反应 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu 二 化学电源 1 碱性锌锰干电池 一次电池 Zn 2OH 2e Zn OH 2 2 铅蓄电池 二次电池 Pb 2e PbO2 Pb2H2SO4 PbSO4 3 氢氧燃料电池 碱性介质 能量利用率高 无污染 原料来源广泛等 2H2 4OH 4e 4H2O O2 4e 2H2O 4OH 2H2 O2 2H2O B 中Mg作负极 电极反应式为 Mg 2e Mg2 C 中Fe作负极 电极反应式为 Fe 2e Fe2 D 中Cu作正极 电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH 考点集训 例1 分析下图所示的四个原电池装置 其中结论正确的是 A 中Mg作负极 中Fe作负极 解析 中Mg不与NaOH溶液反应 而Al能和NaOH溶液反应失去电子 故Al是负极 中Fe在浓硝酸中钝化 Cu和浓HNO3反应失去电子作负极 A B C错 答案 D 归纳总结 原电池正 负极判断方法 说明 原电池的正极和负极与电极材料的性质有关 也与电解质溶液有关 不要形成活泼电极一定作负极的思维定势 例2 2015年新课标卷 微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置 其工作原理如图所示 下列有 A 正极反应中有CO2生成B 微生物促进了反应中电子的转移C 质子通过交换膜从负极区移向正极区D 电池总反应为C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O 思路指导 正极发生还原反应 化合价降低 负极发生氧化反应 化合 价升高 答案 A 易错警示 在原电池中 外电路由电子定向移动导电 电子总是从负极流出 流入正极 内电路由离子的定向移动导电 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 例3 下列说法正确的是 A 用导线将金属A和石墨棒连接后插入稀硫酸中 一段时间后观察到A极溶解 则说明A是正极 B 向稀硫酸溶液中滴加少量硫酸铜溶液 会减慢锌和硫酸反应制取氢气的速率 解析 A极溶解 则说明A的活泼性强 作负极 A项错误 向溶液中加少量硫酸铜溶液 形成铜 锌原电池加快反应的进行速率 B项错误 根据总反应式可知 每生成1molCH3OH时 C元素的化合价由 4降低到 2 转移6mol电子 D项错误 答案 C 归纳总结 原电池原理的应用 1 比较不同金属的活动性强弱 根据原电池原理可知 在原电池反应过程中 一般活动性强的金属作负极 而活动性弱的金属 或碳棒 作正极 2 加快化学反应速率 原电池可以加快化学反应速率 如锌和稀硫酸反应制取氢气时 可向溶液中滴加少量硫酸铜 形成铜 锌原电池 加快反应的进行速率 3 设计制作化学电源 设计原电池时要紧扣原电池的四个条件 具体方法是 首先将氧化还原反应拆成两个半反应 即氧化反应和还 原反应 结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液 按要求画出原电池装置图 例4 把适合题意的图象填在横线上 填序号 A B C D 1 将等质量的两份锌粉a b分别加入过量的稀硫酸 同时向a中加入少量的CuSO4溶液 产生H2的体积V L 与时间t min 的关系是 2 将过量的两份锌粉a b分别加入定量的稀硫酸 同时向a中加入少量的CuSO4溶液 产生H2的体积V L 与时间t min 的关系是 3 将 1 中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液 其他条件不变 则图象是 答案 1 A 2 B 3 C 考点二 电解池 知识梳理 一 电解原理 电流 阴阳两极 氧化还原反应 1 电解 使 通过电解质溶液 或熔融的电解质 而在 引起 的过程 2 电解池 1 概念 把电能转化为化学能的装置 2 构成 直流电源 电极 电解质 闭合回路 3 电极名称及电极反应式 如下图 4 电子和离子的移动方向 阳极 氧化 2Cl 2e Cl2 阴极 还原 Cu2 2e Cu 3 两极放电顺序 方法技巧 1 阴极不管是什么材料 电极本身都不反应 一定是溶液 或熔融电解质 中的阳离子放电 3 电解水溶液时 K Al3 不可能在阴极放电 即不可能用电解水溶液的方法得到K Ca Na Mg Al等金属 二 电解原理的应用1 电解饱和食盐水 氢气 氯气 烧碱 2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 2 电镀或电解精炼铜 阴极 阳极 Cu 2e Cu2 Cu2 2e Cu 3 冶炼金属 以冶炼Na为例 钠 镁 铝 2Cl 2e Cl2 2Na 2e 2Na 2NaCl 熔融 2Na Cl2 考点集训 例5 2013年北京卷 用石墨电极电解CuCl2溶液 见右图 下列分析正确的是 A a端是直流电源的负极B 通电使CuCl2发生电离D 通电一段时间后 在阴极附近观察到黄绿色气体 答案 B 例6 2015年福建卷 某模拟 人工树叶 电化学实验装置如下图所示 该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料 C3H8O 下列说法正确的是 A 该装置将化学能转化为光能和电能B 该装置工作时 H 从b极区向a极区迁移C 每生成1molO2 有44gCO2被还原 答案 B 解题模型 电解电极反应式的书写 1 首先判断阴 阳极 分析阳极材料是惰性电极还是活性 电极 2 再分析电解质水溶液的组成 找全离子并分为阴 阳离 3 然后排出阴 阳两极的放电顺序 4 分析电极反应 判断电极产物 写出电极反应式 要注 意遵循原子守恒和电荷守恒 5 最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式 例7 1 在298K时 1molCH4在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水 放出热量890 0kJ 写出该反应的热化学方程式 现有CH4和CO的混合气体0 75mol 完全燃烧后 生成CO2气体和18g液态水 并放出515kJ热量 则CH4和CO的物质的量分别为 mol 2 利用该反应设计一个燃料电池 用氢氧化钾溶液作电解质溶液 多孔石墨作电极 在电极上分别通入甲烷和氧气 通入甲烷气体的电极应为 极 填 正 或 负 该电极上发生的电极反应是 填字母代号 3 在右图所示实验装置中 石墨棒上的电极反应式为 如果起始时盛有1000mLpH 5的硫酸铜溶液 25 CuSO4足量 一段时间后溶液的pH变为1 此时可观察到的现象是 若要使溶液恢复到起始浓度 温度不变 忽略溶液体积的变化 可向溶液中加入 填物质名称 其质量约为 规律总结 电解质溶液的复原应遵循 从溶液中析出什么补什么 的原则 即从溶液中析出哪种元素的原子 则应按比例补入哪些原子 例8 空间实验室 天宫一号 的供电系统中有再生氢氧燃料电池 RFC RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池 下图为RFC工作原理示意图 有关说法 正确的是 答案 C 考点三 金属的电化学腐蚀与防护 知识梳理 1 金属的腐蚀 金属与周围的气体或液体物质发生 反应而引起损耗的现象 金属腐蚀的本质 1 化学腐蚀 金属与接触的物质直接发生 而引起的腐蚀 2 电化学腐蚀 不纯的金属跟电解质溶液接触发生 反应 较活泼的金属被氧化的腐蚀 3 两种腐蚀往往 发生 但 腐蚀更普遍 速度快 危害更重 氧化还原 金属被氧化 化学反应 原电池 同时 电化学 2 电化学腐蚀的分类 以铁的腐蚀为例 Fe 2e Fe2 2Fe 4e 2Fe2 O2 4e 2H2O 4OH 呈中性或弱酸性 2H 2e H2 呈酸性 吸氧 Fe 2H Fe2 H2 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 3 金属的防护方法 1 加防护层 如 2 改变 如将普通钢制成不锈钢 3 电化学保护法 牺牲负极的正极保护法 利用 原理 极被保护 如在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼的金属如锌 让被保护的金属作原电池的正极 外加电流的阴极保护法 利用 原理 极被保护 如用被保护的钢铁设备作阴极 惰性电极作阳极 外接直流电源 涂油漆 覆盖陶瓷 电镀 金属钝化等 合理即可 金属的内部结构 原电池 电解池 正 阴 考点集训 A 生铁块中的碳是原电池的正极B 红墨水柱两边的液面变为左低右高C 两试管中相同的电极反应式是 Fe 2e Fe2 D a试管中发生了吸氧腐蚀 b试管中发生了析氢腐蚀 解析 a试管中食盐水为中性 发生了吸氧腐蚀 压强减小 b试管中氯化铵溶液为酸性 发生了析氢腐蚀 压强增大 所以红墨水柱两边的液面变为左高右低 答案 B 例10 对金属制品进行抗腐蚀处理 可延长其使用寿命 1 镀铜可防止铁制品腐蚀 电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 2 利用右图装置 可以模拟铁的电化学防护 若X为碳棒 为减缓铁的腐蚀 开关K应置于 处 若X为锌 开关K置于M处 该电化学防护法称为 解析 1 电镀时若用石墨作阳极 则电解过程中电解液中Cu2 浓度不断减小 导致铁表面不能镀上均匀的铜 2 若X为碳棒 则只能用外加电源的阴极保护法 此时开关K应置于N处 若X为Zn K置于M处 其保护原理称为牺牲负极的正极保护法 答案 1 补充溶液中消耗的Cu2 保持溶液中Cu2 浓度恒 定 2 N牺牲负极的正极保护法 例11 2015年重庆卷 我国古代青铜器工艺精湛 有很高的艺术价值和历史价值 但出土的青铜器大多受到环境腐蚀 故对其进行修复和防护具有重要意义 1 原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第 周期 2 某青铜器中Sn Pb的质量分别为119g 20 7g 则该 青铜器中Sn和Pb原子数目之比为 3 研究发现 腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl 关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用 下列叙述正确的是 A 降低了反应的活化能B 增大了反应的速率C 降低了反应的焓变 D 增大了反应的平衡常数 4 采用 局部封闭法 可以防止青铜器进一步被腐蚀 如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位 Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应 该化学方程式为 5 如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示 意图 腐蚀过程中 负极是 填图中字母 a 或 b 或 c 若生成4 29gCu2 OH 3Cl 则理论上耗氧体积 L 标 准状况 10 1 根据N nNA知 物质的量之比等于其个数之比 所以Sn Pb原子个数之比为10 1 3 催化剂改变反应路径 能降低反应活化能 但焓变不变 C错误 对于指定反应 平衡常数只与温度有关 温度不变 平衡常数不变 与催化剂无关 D错误 4 Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应 则二者相互交换成分生成另外的两种化合物 这里生成Cu2O 答案 1 四 2 10 1 3 AB 4 Ag2O 2CuCl 2AgCl Cu2O 5 c 2Cu2 3OH Cl Cu2 OH 3Cl 0 448 思维模型 盐桥原电池专题突破 1 盐桥的组成和作用 1 盐桥中装有饱和的KCl KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻 2 盐桥的作用 连接内电路 形成闭合回路 平衡电荷 使原电池不断产生电流 2 单池原电池和盐桥原电池的对比 负极 Zn Zn 2e Zn2 正极 Cu Cu2 2e Cu总反应 Zn Cu2 Cu Zn2 续表 2Ag s 设计的原电池如下图所示 其中盐桥内装琼脂 饱和KNO3溶液 请回答下列问题 1 电极X的材料是 电解质溶液Y是 2 银电极为电池的 极 写出两电极的电极反应式 银电极 X电极 3 外电路中的电子是从 电极流向 电极 4 盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是 填序号 5 其中CuSO4溶液能否被稀硫酸溶液代替 填 能 或 否 下同 Ag电极能否被石墨代替 答案 1 CuAgNO3溶液 2 正 2Ag 2e 2Ag Cu 2e Cu2 3 Cu Ag 4 B 5 能 能 应用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 1 完成原电池的装置示意图 见下图 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 2 以铜片为电极之一 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 3 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 答案 1 装置图如下 或 或 2 电极逐渐溶解 电极上有红色物质析出 3 甲 可以避免活泼金属和CuSO4接触发生置换反应 从而提供稳定电流 易错警示 电化学装置图常见失分点 1 不注明电极材料名称或元素符号 2 不画出电解质溶液 或画出但不标注 3 误把盐桥画成导线 4 不能连成闭合回路 思维模型 原电池电极反应式的书写 1 加减法 书写电极反应式 1 先确定原电池的正负极 列出正负极上的反应物质 并标出电子的得失 2 注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存 若不共存 则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式 3 在电子守恒的基础上正负极反应式相加得到电池反应的总反应式 若已知电池反应的总反应式 可先写出较易书写的一极的电极反应式 然后在电子守恒的基础上 总反应式减去较易写出的一极的电极反应式 即得到较难写出的另一极的电极反应式 典例2 Li SOCl2电池可用于心脏起搏器 该电池的电极材料分别为锂和碳 电解液是LiAlCl4 SOCl2 电池的总反应可表示为 4Li 2SOCl2 4LiCl S SO2 请回答下列问题 1 电池的负极材料为 发生的电极反应为 2 电池正极发生的电极反应为 2 燃料电池电极反应式的书写 第一步 写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致 若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应 例如 氢氧燃料电池的总反应式为 2H2 O2 2H2O 甲烷燃料电池 电解质溶液为NaOH溶液 的反应式为 CH4 2O2 CO2 2H2OCO2 2NaOH Na2CO3 H2O 式 式得燃料电池总反应式为 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 第二步 写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点 一般在正极上发生还原反应的物质都是O2 随着电解质溶液的不同 其电极反应有所不同 因此 我们只要熟记以下四种情况 1 酸性电解质溶液环境下电极反应式 O2 4H 4e 2H2O 2 碱性电解质溶液环境下电极反应式 第三步 根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极 反应式 根据第一 二步写出的反应 可得 电池的总反应式 电池正极反应式 电池负极反应式 注意在将两个反应式相减时 要约去正极的反应物O2 燃料电池正极反应式 O2 2H2O 4e 4OH 典例3 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法 1 酸性条件 燃料电池总反应式 CH4 2O2 CO2 2H2O 2 得燃料电池负极反应式 2 碱性条件 燃料电池总反应式 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 2 得燃料电池负极反应式 应用2 1 根据氧化还原反应 2H2 O2 2H2O 设计成燃料电池 负极通的气体应是 正极通的气体应是 2 根据选择电解质溶液的不同 填写下表 3 若把H2改为CH4 KOH作电解质 则正极反应式为 答案 1 H2O2 2 3 2H2O O2 4e 4OH