高考化学一轮总复习 专题14 电化学课件.ppt

3 1 热点预测原电池的工作原理 电极反应的书写 电解产物的判断和计算 离子迁移方向和浓度变化等是命题的热点 常以选择题或非选择题的形式考查 分值约为3 6分 2 趋势分析预计在2018年高考中 电解原理在工业生产和生活中的应用 原电池原理在金属腐蚀与防护方面的应用将是命题的方向 同时题材会有所创新 考生应加以重视 4 1原电池 1 原电池的基本概念 1 原电池 把化学能转化为电能的装置 2 原电池的电极负极 电子流出 活动性较强 发生氧化反应 正极 电子流入 活动性较弱 发生还原反应 3 原电池的形成条件 能自发发生氧化还原反应 可以是活动性不同的两个电极 金属和金属或金属和非金属 燃料电池可以是两个相同的电极 如均为pt电极或均为石墨电极 形成闭合回路 形成闭合回路需三个条件 a 电解质溶液 b 两电极直接或间接接触 c 两电极插入电解质溶液中 1 1原电池 2 原电池的工作原理 以zn cu原电池为例 甲 乙 2 1原电池 3 1原电池 甲 乙装置的区别和联系 无论在原电池中还是在电解池中 电子均不能通过电解质溶液 4 1原电池 规律总结 1 原电池中的三个方向 电子方向 从负极流出沿导线流入正极 电流方向 从正极沿导线流向负极 离子的迁移方向 电解质溶液中 阴离子向负极迁移 阳离子向正极迁移 2 在原电池中 电流流动方向与电子流动方向相反 3 原电池的判定 一看有无外接电源 若有外接电源则为电解池 若无外接电源则可能为原电池 二看电极是否用导线相连并与电解质溶液形成闭合电路 三看电极与电解质溶液是否能发生自发的氧化还原反应 5 2常见的化学电源 1 电池的分类 1 根据能否充电后再使用分为一次电池和二次电池 又称充电电池或蓄电池 2 根据电池的活性物质是否储存在电池内部 分为一般化学电池和燃料电池 6 2常见的化学电源 2 一次电池 1 普通锌锰电池和碱性锌锰电池 7 2常见的化学电源 8 2常见的化学电源 9 2常见的化学电源 10 2常见的化学电源 特别提醒 1 充电电池是既能将化学能转化为电能 放电 又能将电能转化为化学能 充电 的一类特殊电池 需要注意的是充电 放电的反应不能理解为可逆反应 2 电极的连接方法 3 书写电极反应时必须先识别是 充电 还是 放电 11 2常见的化学电源 4 燃料电池燃料电池是一种高效 环境友好的发电装置 是一种连续地将燃料与氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池 如氢氧燃料电池 特别提醒 12 2常见的化学电源 特别提醒 燃料电池电极反应书写的注意事项 1 燃料电池的负极通可燃性气体 失去电子发生氧化反应 正极多通氧气或空气 得到电子发生还原反应 可根据电荷守恒来配平 2 燃料电池的电极 有很强的催化活性 起导电作用 3 燃料电池的电极反应中 酸性溶液中不能生成oh 碱性溶液中不能生成h 水溶液中不能生成o2 而熔融电解质中o2被还原为o2 13 3电解原理及应用 1 电解使电流通过电解质溶液而在阴 阳两极引起氧化还原反应的过程 2 电解池 或电解槽 1 定义借助于电流引起氧化还原反应的装置 也就是把电能转化为化学能的装置 2 阳极与阴极阳极 与电源正极相连的电极叫阳极 发生氧化反应 阴极 与电源负极相连的电极叫阴极 发生还原反应 3 电解池的构成条件 与直流电源相连的两个电极 阳极和阴极 电解质溶液 或熔融电解质 形成闭合回路 4 电解池的工作原理 以电解cucl2溶液为例 14 3电解原理及应用 15 辨析比较 串联装置图比较 图甲中无外接电源 二者必有一个装置是原电池 相当于发电装置 为电解装置提供电能 其中两个电极活动性差异大者为原电池装置 即左图为原电池装置 右图为电解装置 图乙中有外接电源 两烧杯均作电解池 且串联电解 通过的电流相等 3电解原理及应用 16 辨析比较 3 电解原理的应用 1 电解饱和食盐水 制取烧碱 氯气和氢气 阳极 石墨 2cl 2e cl2 氧化反应 阴极 铁或石墨 2h2o 2e h2 2oh 还原反应 总反应 2nacl 2h2o2naoh cl2 h2 离子方程式 2cl 2h2o2oh h2 cl2 3电解原理及应用 17 辨析比较 2 电镀应用电解原理 在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 实例 电镀铜阳极 铜片 cu 2e cu2 阴极 待镀铁件 cu2 2e cu 3电解原理及应用 18 辨析比较 3 铜的精炼 阳极 粗铜 cu 2e cu2 杂质金属的溶解 fe 2e fe2 zn 2e zn2 ni 2e ni2 等 阴极 纯铜 cu2 2e cu 3电解原理及应用 19 拓展延伸 1 粗铜中不活泼的杂质 金属活动性顺序中位于铜之后的银 金等 在阳极难以失去电子变成阳离子 当阳极上的铜失去电子变成离子之后 它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部 成为阳极泥 2 活泼的杂质 金属活动性顺序中位于铜之前的金属如铁 镍等 当铜在阳极不断溶解时 它们也同时失去电子形成阳离子 但它们的阳离子比铜离子难还原 故不能在阴极获得电子而析出 而只能留在电解液里 通过电解在阴极得到纯度很高的金属铜 3电解原理及应用 20 拓展延伸 4 电冶金 电解熔融nacl制取金属钠nacl在高温下熔融 并发生电离 naclna cl 通直流电后 阴极 2na 2e 2na 阳极 2cl 2e cl2 总反应 2nacl 熔融 2na cl2 电解熔融mgcl2制取金属镁阴极 mg2 2e mg阳极 2cl 2e cl2 总反应 mgcl2 熔融 mg cl2 电解al2o3和冰晶石 na3alf6 的熔融液制取金属铝 3电解原理及应用 21 4金属的腐蚀与防护 1 金属的腐蚀 1 金属的腐蚀是指金属或合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程 2 金属腐蚀的实质金属失去电子而被损耗 m ne mn m表示金属 3 金属腐蚀的类型 22 4金属的腐蚀与防护 23 4金属的腐蚀与防护 2 钢铁电化学腐蚀的类型 24 4金属的腐蚀与防护 3 金属腐蚀的防护方法 1 改变金属的内部组织结构例如把铬 镍等加入普通钢里制成不锈钢 就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力 2 在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层 从而使金属制品跟周围物质隔离开来 这是一种普遍采用的防护方法 3 电化学防护法 25 4金属的腐蚀与防护 26 1原电池工作原理及正 负极的判断 1 原电池的工作原理图解在此类电池中 用还原性较强的物质作负极 负极向外电路提供电子 用氧化性较强的物质作正极 正极从外电路得到电子 在原电池内部 两电极浸入电解质溶液中 并通过阴 阳离子的定向移动形成内电路 放电时 负极上的电子通过导线流向正极 再通过溶液中的离子形成的内电路构成闭合回路 具体原理示意图如下 考法透析 1 1原电池工作原理及正 负极的判断 甲 乙 考法透析 2 1原电池工作原理及正 负极的判断 考法透析 2 原电池正 负极的判断 3 1原电池工作原理及正 负极的判断 考法透析 4 1原电池工作原理及正 负极的判断 考法示例 1关于如图所示原电池的说法中正确的是a 当a为cu b为含有碳杂质的al c为稀硫酸时 b极上没有气体产生b 当a为石墨 b为fe c为浓硫酸时 不能产生连续的稳定电流c 当a为mg b为al c为naoh溶液时 根据现象可推知al的活动性强于mg的d 当a为石墨 b为cu c为fecl3溶液时 a b之间没有电流通过 5 1原电池工作原理及正 负极的判断 考法示例 答案b思路分析解有关原电池题的一般思路 解析a项 因b为含有碳杂质的al c al 稀硫酸可构成原电池 溶液中的h 在该极上获得电子而产生h2 故b极上有气体产生 错误 b项 开始时 能形成原电池 有短暂的电流产生 但fe被浓硫酸钝化后 铁表面生成致密的氧化膜 内部的铁不再失去电子而不能形成电流 正确 c项 由于al能与naoh溶液反应 故al为原电池的负极 实际上 mg的活动性比al的强 故不能据此判断al的活动性强于mg的 错误 d项 cu能与fecl3发生氧化还原反应 能构成原电池而产生电流 错误 6 1原电池工作原理及正 负极的判断 考法示例 2用铜片 银片 cu no3 2溶液 agno3溶液 导线和盐桥 装有琼脂 kno3的u形管 构成一个原电池 如图 下列有关该原电池的叙述中正确的是 在外电路中 电子由铜电极流向银电极 正极反应 ag e ag 实验过程中取出盐桥 原电池仍继续工作将铜片浸入agno3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同a b c d 7 1原电池工作原理及正 负极的判断 考法示例 答案b解析该原电池中铜作负极 银作正极 电子由铜电极流向银电极 正确 该原电池中ag 在正极上得到电子 电极反应为ag e ag 正确 实验过程中取出盐桥 不能形成闭合回路 原电池不能继续工作 错误 该原电池的总反应为cu 2ag cu2 2ag 正确 8 1原电池工作原理及正 负极的判断 突破攻略 判断原电池的电极时 不能仅依据金属的活动性来判断 要根据反应的具体情况 结合电解质溶液综合考虑 如冷的浓硝酸作电解质溶液 铁或铝与铜作电极时 铁或铝在冷的浓硝酸中钝化 此时 钝化铝作正极 活动性较弱的铜能与浓硝酸发生氧化还原反应 作负极 再如naoh溶液作电解质溶液 镁与铝作电极时 因铝能与naoh溶液反应 作负极 而活动性较强的镁表面钝化作正极 9 2原电池原理的应用 考法透析 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 或石墨棒 作正极 现有两种金属a和b 用导线将a和b连接后 插入稀硫酸中 一段时间后 若观察到a极溶解 而b极上有气体放出 说明在原电池工作过程中 a失去电子作负极 b作正极 则金属活动性 a b 2 加快化学反应速率如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zn cu原电池 使产生氢气的速率增大 10 2原电池原理的应用 考法透析 3 用于金属的防护如要保护铁制闸门 可用导线将其与锌块相连 使锌作负极 铁制闸门作正极 从而使铁制闸门受到保护 4 设计化学电源设计原电池时要紧扣构成原电池的条件 首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应 然后根据原电池的电极反应特点 结合两个半反应找出正 负极材料 负极是失电子的物质 正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属如石墨 及电解质溶液 11 2原电池原理的应用 考法透析 如果两个半反应分别在两个容器中进行 中间用盐桥连接 则两个容器中的电解质溶液应是分别含有与相应电极材料相同阳离子的盐溶液 如在锌 稀硫酸 铜构成的原电池中 负极锌应插入含有zn2 的电解质溶液中 而正极铜应插入含有cu2 的电解质溶液中 12 2原电池原理的应用 考法示例 3m n p e四种金属 已知 m n2 n m2 m p用导线连接放入硫酸氢钠溶液中 m表面有大量气泡逸出 n e用导线连接放入e的硫酸盐溶液中 电极反应为e2 2e e n 2e n2 则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是a p m n eb e n m pc p n m ed e p m n 13 2原电池原理的应用 考法示例 答案a解析由 知 金属活动性 m n m p用导线连接放入硫酸氢钠溶液中 m表面有大量气泡逸出 说明m作原电池的正极 故金属活动性 p m n e构成的原电池中 n作负极 故金属活动性 n e 综合可知 a正确 14 2原电池原理的应用 考法示例 4利用反应2fecl3 cu2fecl2 cucl2 设计一个原电池装置 1 画出简易装置图 标明电极材料和电解质溶液 2 简易装置的效率不高 电流在短时间内就会衰减 为解决以上问题 常将原电池设计成带盐桥的装置 画出该原电池装置 标明电极材料和电解质溶液 3 写出两个电极上的电极反应 负极 正极 15 2原电池原理的应用 考法示例 答案 1 2 3 cu 2e cu2 2fe3 2e 2fe2 思路分析首先确定两电极 分析原电池的电极反应 然后根据电极反应确定电解质溶液 解析首先将已知的反应拆成两个半反应 cu 2e cu2 2fe3 2e 2fe2 然后结合原电池的电极反应特点分析可知 该原电池的负极材料为cu 正极材料选用比铜活动性差的能导电的材料即可 16 2原电池原理的应用 突破攻略 原电池设计类试题的解题思路 1 利用氧化还原反应知识判断题给总反应中的氧化反应 还原反应 2 选择合适的电极材料和电解质溶液 3 画出原电池装置图 画图时应注意 电极材料和导线的粗细差异 电解质溶液也要画出 简易装置图和带有盐桥的装置图的区别 17 3电解原理 考法透析 1 电解池阴 阳极的判断 1 由电源的正 负极判断 与电源负极相连的是电解池的阴极 与电源正极相连的是电解池的阳极 2 由电极现象确定 通常情况下 在电解池中某一电极若不断溶解或质量不断减少 则该电极发生氧化反应 为阳极 某一电极质量不断增加或电极质量不变 则该电极发生还原反应 为阴极 铅蓄电池充电除外 3 由反应类型判断 失去电子发生氧化反应的是阳极 得到电子发生还原反应的是阴极 2 电解产物的判断 1 阳极产物的判断 18 3电解原理 考法透析 19 3电解原理 考法透析 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 3 电解后电解质溶液的恢复解决电解质溶液恢复原状的问题 可以按照下面两个步骤进行 1 首先确定电极产物 如果是活性电极 金属活动性顺序中ag以前的金属 则电极材料失去电子 电极溶解 溶液中的阴离子不能失电子 如果是惰性电极 则应按照阴 阳离子在溶液中的放电顺序进行判断 2 恢复电解质溶液 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 如用惰性电极电解cuso4溶液 不考虑电解水 要恢复电解质溶液 可向电解后的溶液中加入cuo 但不能加入cu oh 2 因cu oh 2能与生成的h2so4反应使水的量增加 加入物质的物质的量需根据电路中的电子守恒进行计算 20 3电解原理 考法示例 5如图是某二次电池充 放电时的工作示意图 已知放电时电池反应为zn ag2o h2o2ag zn oh 2 下列有关说法正确的是a 放电时的氧化反应和充电时的还原反应属于可逆反应b 在电池放电过程中溶液的ph增大c k与n连接时 能量由化学能转化为电能 溶液中的oh 向正极区移动d k与m连接时 所用电源的a极为负极 阳极附近的ph逐渐增大 21 3电解原理 考法示例 答案b思路分析明确讨论对象 放电过程或充电过程 根据题中信息书写电极反应式根据总反应式书写电极反应式根据电极反应式讨论结果解析由于二次电池在放电和充电时的条件不同 因此两反应不可能互为可逆反应 a项错误 分析电池反应可知 该电池的介质应是碱性溶液 虽在反应过程中溶质没有消耗 但溶剂水的量在减少 因此碱性增强 b项正确 当k与n连接时 相当于原电池 能量由化学能转化为电能 但溶液中的阴离子应向负极区移动 c项错误 当k与m连接时 相当于电解装置 电极反应式分别为zn oh 2 2e zn 2oh 2ag 2oh 2e ag2o h2o 因此a极为负极 但阳极附近溶液的ph减小 d项错误 22 3电解原理 考法示例 6如图所示 通电5min后 电极5的质量增加2 16g 请回答下列问题 1 a为电源的 填 正 或 负 极 c池是池 a池阳极的电极反应为 c池阴极的电极反应为 2 如果b池中共收集到224ml气体 标准状况 且溶液体积为200ml 设电解过程中溶液体积不变 则通电前溶液中cu2 的物质的量浓度为 3 如果a池溶液是200ml足量的食盐水 电解过程溶液体积不变 则通电后 溶液的ph为 23 3电解原理 考法示例 答案 1 负电解2cl 2e cl2 ag e ag 2 0 025mol l 1 3 13思路分析 24 3电解原理 考法示例 25 3电解原理 突破攻略 电解前后电解质溶液酸碱性变化可概括为 有氢无氧增碱性 有氧无氢增酸性 有氢有氧增原性 无氢无氧减原性 即 1 电极区域 阴极h 放电产生h2 阴极区ph变大 阳极oh 放电产生o2 阳极区ph变小 2 电解质溶液 电解过程中 既产生h2 又产生o2 实质是电解水 溶液浓度增大 因而原溶液呈酸性的ph变小 原溶液呈碱性的ph变大 原溶液呈中性的ph不变 电解过程中 无h2和o2产生 ph几乎不变 电解过程中 只产生h2 溶液中oh 浓度增大 ph变大 电解过程中 只产生o2 溶液中h 浓度增大 ph变小 26 4电极反应式的书写考向1原电池中电极反应式的书写 考向透析 1 书写一般步骤 27 4电极反应式的书写考向1原电池中电极反应式的书写 考向透析 2 复杂电极反应式的书写 复杂一极的电极反应式 总反应式 较简单一极的电极反应式 28 4电极反应式的书写考向1原电池中电极反应式的书写 考法示例 29 4电极反应式的书写考向1原电池中电极反应式的书写 考法示例 答案d解析在原电池中负极发生氧化反应 正极发生还原反应 故由总反应式可知 负极反应为2ag 2e 2cl 2agcl正极反应为cl2 2e 2cl a项错误 由于电解质溶液中含有大量cl 故放电时 ag 在交换膜左侧即与cl 反应生成agcl沉淀 b项错误 用nacl溶液代替盐酸 电池总反应不变 c项错误 电路中转移0 01mole 时 交换膜左侧溶液有0 01molcl 参与反应生成agcl沉淀 还有0 01molh 通过阳离子交换膜进入右侧溶液 故d项正确 30 4电极反应式的书写考向2电解池中电极反应式的书写 8 2014新课标 节选 pbo2可由pbo与次氯酸钠溶液反应制得 反应的离子方程式为 pbo2也可以通过石墨为电极 pb no3 2和cu no3 2的混合溶液为电解液电解制取 阳极发生的电极反应式为 阴极上观察到的现象是 若电解液中不加入cu no3 2 阴极发生的电极反应式为 这样做的主要缺点是 考法示例 31 4电极反应式的书写考向2电解池中电极反应式的书写 答案pbo clo pbo2 cl pb2 2h2o 2e pbo2 4h 石墨上包上铜镀层pb2 2e pb 不能有效利用pb2 解析由题意知 pbo作还原剂 naclo作氧化剂 反应的离子方程式为pbo clo pbo2 cl 根据阳极发生氧化反应知 阳极反应式为pb2 2h2o 2e pbo2 4h 阴极发生还原反应 cu2 放电生成cu 现象为石墨上包上铜镀层 若电解液中不加入cu no3 2 则溶液中的pb2 放电 pb2 2e pb 这样pb2 就不能很好地转化为pbo2 导致pb2 的利用率降低 考法示例 32 4电极反应式的书写考向2电解池中电极反应式的书写 突破攻略 如表所示的几种常见元素或物质 在酸性或碱性介质中发生反应后的具体存在形态有所不同 务必记住 33 4电极反应式的书写考向3燃料电池电极反应式的书写 考向透析 34 4电极反应式的书写考向3燃料电池电极反应式的书写 考法示例 9 2015江苏 2分 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图 下列有关该电池的说法正确的是 35 4电极反应式的书写考向3燃料电池电极反应式的书写 考法示例 36 4电极反应式的书写考向3燃料电池电极反应式的书写 考法示例 37 5金属的腐蚀规律 考法透析 1 在同一电解质溶液中 金属腐蚀由快到慢的顺序 电解原理引起的阳极腐蚀 原电池原理引起的负极腐蚀 化学腐蚀 应用原电池原理有保护措施的腐蚀 应用电解原理有保护措施的腐蚀 或电解池阳极 原电池负极 化学腐蚀 原电池正极 电解池阴极 2 同一种金属在不同介质中电化学腐蚀由快到慢的顺序 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 3 对于活动性不同的两种金属的合金 活动性差别越大 氧化还原反应速率越大 活泼金属腐蚀越快 4 对于同一电解质溶液 电解质溶液浓度越大 金属腐蚀越快 除钝化外 5 纯度越高的金属 腐蚀得越慢 6 不纯的金属或合金 在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥