高考化学总复习 第二部分 专题六 化学能与电能的转化课件.ppt

专题六化学能与电能的转化 化学 浙江选考专用 考点一原电池原理及其应用 考点清单 知识梳理一 原电池1 原电池的概念把 化学能转化为 电能的装置 2 构成条件 1 有两个 活泼性不同的电极 2 将电极插入 电解质溶液中并形成 闭合回路 3 能自发进行的 氧化还原反应都可设计成原电池 3 工作原理cu zn原电池示意图如下所示 特别提醒 在原电池中阳离子移向正极 阴离子移向负极 包括盐桥中的阴 阳离子 这是因为负极发生的是失电子的反应 致使该极附近有大量正电荷 所以溶液中的阴离子要移向负极 正极发生的是得电子的反应 致使该极附近有大量负电荷 所以溶液中的阳离子要移向正极 可以简记为 正正负负 即带正电荷的离子移向正极 带负电荷的离子移向负极 二 常见的化学电源 三 原电池原理的应用1 比较金属的活动性强弱原电池中 一般活动性相对较强的金属作负极 而活动性相对较弱的金属 或导电的非金属 作正极 2 加快化学反应速率由于形成了原电池 导致反应速率加快 如zn与稀硫酸反应制氢气时 可向溶液中滴加少量cuso4溶液 形成cu zn原电池 加快反应速率 3 用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护 例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁 可将其与一块锌块相连 使锌作原电池的负极 4 设计制作原电池设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件 温馨提示 1 电极材料的选择在原电池中 一般选择活动性较强的金属作负极 活动性较弱的金属或非金属作正极 并且原电池的电极必须能导电 一般来说 负极材料应该能跟电解质溶液发生反应 2 电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应 或者电解质溶液中溶解的其他物质 如溶解于溶液中的氧气 能与负极材料发生反应 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相应电极材料对应的阳离子 如在cu zn原电池中 负极zn 浸泡在含有zn2 的电解质溶液中 而正极cu浸泡在含有cu2 的电解质溶液中 考点二电解原理及其应用 知识梳理一 电解原理1 相关概念电解 在 直流电的作用下 在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程 电解池 将电能转化为 化学能的装置 阳极 与电源的 正极相连的电极 阴极 与电源的 负极相连的电极 2 电解池的构成条件 1 直流电源 2 两个电极 活性电极或惰性电极 3 电解质溶液 或熔融电解质 4 构成闭合回路 3 电子流向4 电解结果在两极上发生氧化 还原反应 产生新的物质 阳极上发生 氧化反应 阴极上发生 还原反应 特别提醒 1 电解质溶液导电时一定发生化学反应 因为电解质溶液导电即电解 电解池的两极分别发生氧化反应 还原反应 有新物质生 成 金属导电是物理变化 2 原电池和电解池中 阴 阳离子一定在电解质溶液 或熔融态电解质 中移动 电子一定在导线中移动 可简记为 离子不上岸 电子不下水 二 电解原理的应用1 氯碱工业 电解饱和食盐水 1 生产原理阳极反应 石墨 2cl 2e cl2 阴极反应 fe 2h 2e h2 总反应 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 2 生产过程 2 电镀和电解精炼铜 3 电冶金针对金属活动性顺序中k al范围内的活泼金属 应该用非水溶液电解法冶炼 例如 考点三金属的腐蚀与防护 知识梳理一 金属的腐蚀1 本质金属原子 失去电子变为金属阳离子 金属发生 氧化反应 2 类型 1 化学腐蚀与电化学腐蚀 2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例 二 金属的防护1 电化学防护 1 牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理 负极 比被保护金属活泼的金属正极 被保护的金属设备 2 外加电流的阴极保护法 电解原理阴极 被保护的金属设备阳极 惰性金属2 改变金属的内部结构 如制成合金 不锈钢等 3 在金属表面覆盖保护层 如在金属表面喷油漆 涂油脂 电镀 喷镀或表面钝化等方法 方法1电极反应式的书写方法1 一般电极反应式的书写 突破方法 反应式 总反应式 较简单一极电极反应式如ch4酸性燃料电池中 负极反应式书写步骤为 ch4 2o2co2 2h2o 总反应式2o2 8h 8e 4h2o 正极反应式由 负极反应式 总反应式 正极反应式 得 ch4 2h2o 8e co2 8h 负极反应式例1 2017浙江宁波镇海中学单元检测 1 常温下 将除去表面氧化膜的al cu片插入浓hno3中组成原电池如图1所示 测得原电池的电流强度 i 随时间 t 的变化如图2所示 反应过程中有红棕色气体产生 2 复杂电极反应式的书写总体思路 复杂电极 0 t1时 原电池的负极是al片 此时 正极的电极反应式是 溶液中的h 向极移动 t1后原电池中电子流动方向发生改变 其原因是 2 以铝材为阳极 在h2so4溶液中电解 铝材表面形成耐酸氧化膜 阳极电极反应式为 3 用al单质作阳极 石墨作阴极 nahco3溶液作电解液进行电解 生成难溶物r 写出阳极生成r的电极反应式 解析 1 在0 t1时 铝片作负极被氧化 依题意 正极上浓硝酸被还原为红棕色的no2 电极反应式为2h n e no2 h2o 在电场作用下 阳离子向正极移动 从图2可以看出t1后电流方向发生改变 原因是al表面因发生钝化不能进一步反应 浓硝酸还可以与铜发生反应 t1后铜片作负极 铝片作正极 2 依据信息知阳极形成的氧化膜一定为al2o3 al失电子生成al2o3 al2o3中的氧元素是由水提供的 结合溶液显酸性 知有 h 生成 3 al作阳极 失电子 生成al3 al3 水解使溶液显酸性 溶液中的hc水解使溶液显碱性 两者水解互相促进 生成al oh 3和co2 答案 1 2h n e no2 h2o正al在浓硝酸中发生钝化 氧化膜阻止了al进一步反应 2 2al 6e 3h2oal2o3 6h 3 al 3hc 3e al oh 3 3co2 1 1全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池 其电池总反应为 v3 vo2 h2ov 2h v2 下列说法正确的是 a 放电时正极反应为 v 2h e vo2 h2ob 充电时阴极反应为 v2 e v3 c 放电过程中电子由负极经外电路移向正极 再由正极经电解质溶液移 向负极d 充电过程中 h 由阴极区向阳极区迁移答案a解析放电时 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 负极反应为 v2 e v3 正极反应为 v 2h e vo2 h2o a正确 充电时 阴极反应为 v3 e v2 b错误 充电时 阳极反应为 vo2 h2o e v 2h h 在阳极区生成 由阳极区向阴极区迁移 d错误 c项中电解质溶液导电是靠离子的定向移动 方法2电解池相关问题的处理方法1 电极产物的判断和电极反应式的书写 1 电解时电极产物的判断 2 电极反应式的书写定电极标得失 选离子配电荷 配个数 巧用水 两式加验总式a 判断阴 阳极 分析电极材料 判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电 阳极为金属活性电极时 电极材料放电 b 根据离子放电顺序 确定放电的离子种类 分析电极反应 并判断电极产物 按照 阳极氧化 阴极还原 写出电极反应式 c 电解水溶液时 应注意水电离出的h oh 放电时电极反应式的书写 2 以惰性电极电解电解质溶液的类型 温馨提示 1 对于强碱 含氧酸 活泼金属的含氧酸盐 用惰性电极电解它们的水溶液时 实际上是电解h2o 溶质的质量分数增大 浓度增大 2 电解后要恢复原电解质溶液的浓度 需加适量的某物质 要考虑溶质的量 也要考虑水的量 例如用惰性电极电解足量cuso4溶液 要恢复原溶液的浓度 可向电解后的溶液中加入cuo 但不能加入cu oh 2 因为cu oh 2与生成的h2so4反应后使水的量增加 3 关于电解池的计算 1 根据得失电子守恒计算先判断电解池的电极和电极反应 再分别找出得失电子的量 运用得失电子守恒进行计算 2 根据总反应式计算先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式计算 3 根据关系式计算对于多个电解池串联的装置 通过每个电极的电子数相等 可据此找出已知量和未知量之间的关系式进行计算 例2如图所示 某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理 其中乙装置中x为阳离子交换膜 请按要求回答相关问题 1 甲烷燃料电池负极反应式是 2 石墨 c 极的电极反应式为 3 若在标准状况下 有2 24l氧气参加反应 则乙装置中铁极上生成的气体体积为l 丙装置中阴极析出铜的质量为g 4 某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或fe oh 2的实验装置如图所示 若用于制漂白液 a为电池的极 电解质溶液最好用 若用于制fe oh 2 使用硫酸钠作电解质溶液 阳极选用作电极 解析 1 甲烷燃料电池负极上发生氧化反应 即甲烷在负极上被氧化 在koh溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾 负极反应式为ch4 8e 10 oh c 7h2o 2 原电池的负极与电解池的阴极相接 铁极为阴极 则c极为阳极 在c极上发生氧化反应 电极反应式为2cl 2e cl2 3 n o2 0 1mol 甲装置中正极反应式为o2 4e 2h2o4oh 经过甲 乙 丙装置的电子的物质的量为0 4mol 铁极为阴极 发生还原反应 电极反应式为2h2o 2e 2oh h2 n h2 0 2mol v h2 0 2mol 22 4l mol 1 4 48l 丙装置中精铜为阴极 发生还原反应 电极反应式为cu2 2e cu n cu 0 2mol m cu 0 2mol 64g mol 1 12 8g 4 漂白液的有效成分是次氯酸钠 制备原理是2cl 2h2o2oh cl2 h2 cl2 2oh cl clo h2o 气体与液体反应 气体应在下端产生 所以该装置的b端为阳极 a端 为阴极 阴极与电源负极相连 故a极为负极 电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液 若制备氢氧化亚铁 用硫酸钠溶液作电解质溶液 应选用铁作阳极 答案 1 ch4 8e 10oh c 7h2o 2 2cl 2e cl2 3 4 4812 8 4 负饱和氯化钠溶液或食盐水铁2 1电解尿素 co nh2 2 的碱性溶液制氢的装置示意图如下 电解池中隔膜仅阻止气体通过 a b极均为惰性电极 下列说法正确的是 a 电解时 b极是阴极 放出h2 发生氧化反应b 溶液中oh 逐渐向b极移动c 电解时 a极的电极反应式为 co nh2 2 8oh 6e c n2 6h2od 若在b极产生标准状况下224ml氢气 则消耗尿素2