高考化学一轮复习 第21讲 电化学基础课件.ppt

第21讲电化学基础 考纲导视 考点一 原电池化学电源 基础梳理 一 原电池 化学能 电能 1 概念 把 转化为 的装置 2 构成条件 1 两个 电极 2 将两个电极插入 中 3 用导线连接电极形成 闭合回路 4 具有自发进行的 活泼性不同的 电解质溶液 氧化还原反应 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 pb 2e 2 铅蓄电池 二次电池 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 题组训练 例1 分析下图所示的四个原电池装置 其中结论正确的是 c 中fe作负极 电极反应式为 fe 2e fe2 a 中mg作负极 中fe作负极b 中mg作负极 电极反应式为 mg 2e mg2 d 中cu作正极 电极反应式为 o2 2h2o 4e 4oh 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 2014年全国模拟题组合 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 电子从正极流向负极d 电池反应进行时 盐桥中的k 移向znso4溶液 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 解析 根据题给原电池 锌片为原电池的负极 电极反应 cu2 2e cu 电池反应为 zn cu2 zn2 cu 在外 电路中 电子由负极经导线流向正极 电流是由正极流向负极 锌片中的zn失去电子生成zn2 带正电荷的zn2 进入znso4溶液 为保持溶液电中性 盐桥中的cl 移向znso4溶液 所以选项b正确 a c d错误 答案 b 为 zn 2e zn2 铜片为原电池的正极 电极反应为 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 原电池 负极材料是cu 电极反应式为 cu 2e cu2 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 d 甲醇燃料电池总反应式为 2ch3oh 3o2 4oh c 根据反应 2ag aq cu s cu2 aq 2ag s 设计的 电子 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 解析 加入cuso4溶液 zn置换出cu 形成原电池 加 中由于h2so4定量 产生h2的体积一样多 3 当把cuso4溶 图象正确 答案 1 a 2 b 3 c 快反应速率 1 a中一部分zn与cu2 反应 h2体积减小 2 液改成ch3coona溶液时 由于ch3coo h ch3cooh a中c h 减少 反应速率减小 但生成h2的体积不变 所以c 考点二 电解池 基础梳理 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 阳极 氧化 2cl 2e cl2 阴极 还原 cu2 2e cu 4 电子和离子的移动方向 3 两极放电顺序 1 若阳极为活泼金属 金属活动性顺序表pt之前金属 则金属失电子 电极被溶解 若是惰性电极 pt au 石墨 则 oh 含氧酸根离子 f 2 在阴极 阳离子放电 顺序与金属活动性顺序表相反 na ca2 k 溶液中阴离子失电子 阴离子放电顺序 s2 i br cl ag fe3 cu2 h 酸 fe2 zn2 h 水 al3 mg2 方法技巧 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 最常用 最重要的放电顺序是 阳极 cl oh 阴极 ag cu2 h 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 题组训练 例5 2014年广东高考 某同学组装了如下图所示的电化学 装置 电极 为al 其他电极均为cu 则 a 电流方向 电极 电极 b 电极 发生还原反应c 电极 逐渐溶解d 电极 的电极反应 cu2 2e cu 思路指导 无明显外接电源的电解池的串联问题 主要是根据原电池的形成条件判断电源的正负极 从而判断电解池的阴阳极 解析 由题意可知 该装置的 是原电池的两极 是负极 是正极 电解池的两极 其中 是阳极 是阴极 所以电流方向 电极 电极 a项正确 电极 是原电池的负极 发生氧化反应 b项错误 电极 是原电池的正极 发生还原反应 有cu析出 c项错误 电极 是阳极 答案 a 发生氧化反应 电极反应是cu 2e cu2 d项错误 例6 按要求书写电极反应式和总方程式 1 用惰性电极电解cuso4溶液 阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 2 用铁作电极电解nacl溶液 阳极反应式 阴极反应式 总化学方程式 2 fe 2e fe2 答案 1 4oh 4e o2 2h2o2cu2 4e 2cu 2cuso4 2h2o cu o2 2h2so4 fe 2h2o fe oh 2 h2 2h 2e h2 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泼 电极 2 再分析电解质水溶液的组成 找全离子并分为阴 阳两 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 组 不要忘记水溶液中的h 和oh 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 2 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 解析 1 1molc2h6在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水 放出热量1558 3kj 根据书写热化学方程式的要求写出 热化学方程式即可 18g液态水的物质的量 18g18g mol 1 1mol 24 0 5mol 故 1mol 根据h原子守恒可知n ch4 n co 0 75mol 0 5mol 0 25mol 2 用氢氧化钾溶液作电解质溶液 多孔石墨作电极 在电极上分别充入甲烷和氧气 甲烷在负极发生氧化反应 氧气在正极发生还原反应 在强碱溶液中负极的电极反应式为 ch4 3 由装置中的电子流向判断石墨为阳极 铁为阴极 电解 质溶液中的氢氧根离子在阳极放电 电极反应式为2h2o 4e 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 根据ph的变化可知c h 近似增加了 8e 10oh co 7h2o 4h o2 阴极电极反应式为cu2 2e cu 起始时 式2cuso4 2h2o 2cu 2h2so4 o2 可知 该过程中溶液 损失了0 05molcu和0 025molo2 若要使溶液恢复到起始浓度 忽略溶液体积的变化 这需要加入0 05molcu和0 05molo 即0 05mol氧化铜或碳酸铜等 需要氧化铜的质量 10 1 10 5 0 1mol l 1 即生成的硫酸为0 05mol 结合方程 0 05mol 80g mol 1 4g 需要碳酸铜的质量 0 05mol 124g mol 1 6 2g 4h 答案 1 ch4 g 2o2 g co2 g 2h2o l 石墨电极表面有气泡产生 铁电极上附着一层红色物质 溶液颜色变浅 氧化铜 或碳酸铜 4g 或6 2g h 890 0kj mol 10 50 25 2 负b 3 4oh 4e o2 2h2o 或2h2o 4e o2 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 a 当有0 1mol电子转移时 a极产生1 12lo2 标准状况下 b b极上发生的电极反应是 4h2o 4e 2h2 4oh c c极上发生的电极反应是 o2 4h 4e 2h2od d极上进行还原反应 b中的h 可以通过隔膜进入a池 答案 c 解析 由装置图分析可知 左边装置为电解池 右边装置为燃料电池 电解池中 由电源判断a为阴极 发生还原反应 4h 4e 2h2 a极转移0 1mol电子时 产生0 05molh2 在标准状况下其体积为1 12l a项错误 b为阳极 发生氧化反应 4oh 4e 2h2o o2 b项错误 燃料电池 原电池 中 电解质溶液是酸性溶液 c电极通入氧气 该电极为正极 得到电子 发生还原反应 o2 4h 4e 2h2o c项正确 d电极通入氢气 为负极 失电子 发生氧化反应 2h2 4e 4h d项错误 考点三 金属的电化学腐蚀与防护 基础梳理 1 金属的腐蚀 氧化还原 金属被氧化 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 化学反应 原电池 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 同时 电化学 3 两种腐蚀往往 发生 但 腐蚀更普遍 速度快 危害更重 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 等 合理即可 2 改变 如将普通钢制成 不锈钢 金属的内部结构 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 原电池 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 电解池 涂油漆 覆盖陶瓷 电镀 金属钝化 正 阴 下列有关描述错误的是 题组训练 例9 如右下图装置中 u型管内为红墨水 a b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液 各加入生铁块 放置一段时间 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 下列金属防腐的措施中 使用外加电流的阴极保护 法的是 a 水中的钢闸门连接电源的负极b 金属护栏表面涂漆c 汽水底盘喷涂高分子膜d 地下钢管连接镁块 解析 水中的钢闸门连接电源负极作阴极 得电子被保护 所以属于使用外加电流的阴极保护法 故a正确 对健身器材涂油漆使金属和空气 水等物质隔离而防止生锈 没有连接外加电源 故b错误 汽车底盘喷涂高分子膜阻止了铁与空气 水的接触 从而防止金属铁防锈 没有连接外加电源 故c错误 镁的活泼性大于铁 用牺牲镁块的方法来保护船身而防止铁被腐蚀 属于牺牲阳极的阴极保护法 故d错误 答案 a 例11 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 利用上图装置 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 定 2 n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 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 典例1 根据氧化还原反应 2ag aq cu s cu2 aq 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 2ag 2e 2agcu 2e cu2 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 3 cu ag 4 b 5 能 能 应用1 2013年广东高考节选 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 2h2o co2 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 2 碱性电解质溶液环境下电极反应式 o2 4h 4e 2h2o o2 2h2o 4e 4oh 3 固体电解质 高温下能传导o2 环境下电极反应式 4 熔融碳酸盐 如熔融k2co3 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