高考化学大一轮专题复习 第三单元 化学基本理论 第21讲 电化学基础课件.ppt

第21讲电化学基础 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 答案 1 2 3 4 5 6 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 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 pb 2h2so4 pbso4 2pbso4 2h2o 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 考点集训 例1 2016年新课标卷 mg agcl电池是一种以海水为电 a 负极反应式为mg 2e mg2 b 正极反应式为ag e agc 电池放电时cl 由正极向负极迁移d 负极会发生副反应mg 2h2o mg oh 2 h2 答案 b 解析 根据题意 电池总反应式为 mg 2agcl mgcl2 2ag 正极反应为 2agcl 2e 2cl 2ag 负极反应为 mg 2e mg2 a项正确 b项错误 对原电池来说 阴离子由正极移向负极 c项正确 由于镁是活泼金属 则负极会发生副反应mg 2h2o mg oh 2 h2 d项正确 答案选b 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 解析 根据图知 负极上c6h12o6失电子 正极上o2得电子和h 反应生成水 负极的电极反应式为c6h12o6 6h2o 24e 6co2 24h 正极的电极反应式为o2 4e 4h 2h2o 因此co2在负极产生 a错误 葡萄糖在微生物的作用下将化学能转化为电能 形成原电池 有电流产生 所以微生物促进了反应中电子的转移 b正确 通过原电池的电极反应可知 负极区产生了h 根据原电池中阳离子向正极移动 可知质子 h 通过质子交换膜从负极区移向正极区 c正确 该反应属于燃料电池 燃料电池的电池反应式和燃烧反应式相同 则电池反应式应该为c6h12o6 6o2 6co2 6h2o d正确 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 料理论上能释放出的最大电能 例3 2016年浙江卷 金属 m 空气电池 如图 具有原料易得 能量密度高等优点 有望成为新能源汽车和移动设备的电源 该类电池放电的总反应方程式为 4m no2 2nh2o 4m oh n 已知 电池的 理论比能量 指单位质量的电极材 a 采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面 积 并有利于氧气扩散至电极表面 b 比较mg al zn三种金属 空气电池 al 空气电池的理 论比能量最高 d 在m 空气电池中 为防止负极区沉积mg oh 2 宜采用 中性电解质及阳离子交换膜 c m 空气电池放电过程的正极反应式 4mn no2 2nh2o 4ne 4m oh n 解析 多孔电极的接触面积大 有利于氧气的吸收 a项正确 根据信息提示 相同质量的mg al zn完全反应 失 答案 c 为o2放电 电极反应式为 o2 2h2o 4e 4oh c项错误 不能采用碱性电解质 否则负极产生的mg2 与oh 反应生成沉淀 采用阳离子交换膜时 正极产生的oh 不能向负极移动 d项正确 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 答案 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 2016年新课标卷 三室式电渗析法处理含na2so4废水的原理如图所示 采用惰性电极 ab cd均为离子交换膜 膜 而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室 下列叙述正确的是 答案 b 归纳总结 电池中 与外接电源正极连接的电极为阳极 与外接电源的负极连接的电极为阴极 阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应 若阳极是活性电极 除au pt c之外的电极 则电极本身失去电子 发生氧化反应 若是惰性电极 au pt c等电极 则是溶液中的阴离子放电 放电的先后顺序是s2 i br cl oh 含氧酸根离子 阴极则是溶液中的阳离子放电 放电顺序是ag hg2 fe3 cu2 h 与金属活动性顺序刚好 相反 溶液中的离子移动方向符合 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引的原则 即阳离子向阴极区移动 阴离子向阳极区移动 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d a电极的反应为3co2 16h 18e c3h8o 5h2o 解析 该装置是电解池装置 是将电能转化为化学能 所以该装置将光能和电能转化为化学能 a错误 a与电源负极 相连 所以a是阴极 而电解池中氢离子向阴极移动 所以h 从阳极b极区向阴极a极区迁移 b正确 电池总的方程式为 6co2 8h2o 2c3h8o 9o2 即生成9mol的氧气 阴极有 答案 b 子两组 不要忘记水溶液中的h 和oh 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 在下图所示实验装置中 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 1 1mol 解析 1 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 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 根据h原子守恒可知n ch4 1mol 24 0 5mol 故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 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 0 05mol 80g mol 1 4g 需要碳酸铜的质量 0 05mol 124g mol 1 6 2g 答案 1 ch4 g 2o2 g co2 g 2h2o l h 890 0kj mol 10 50 25 2 负b 3 4oh 4e o2 2h2o 或2h2o 4e o2 4h 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 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 2016年北京卷 用石墨电极完成下列电解实验 a a d处 2h2o 2e h2 2oh b b处 2cl 2e cl2 c c处发生了反应 fe 2e fe2 d 根据实验一的原理 实验二中m处能析出铜 解析 a d处试纸变蓝 说明溶液显碱性 是溶液中的 h 得到电子生成氢气 oh 剩余造成的 故a正确 b处变红 局部褪色 说明是溶液中的oh 和cl 同时放电 故b错误 c处为阳极 铁失去电子生成fe2 故c正确 实验一中ac形成电解池 db形成电解池 所以实验二中也相当于形成三个电解池 一个球两面为不同的两极 m为电解池的阴极 另一球朝m的一面为阳极 n的背面 故相当于电镀 即m上有铜析出 d正确 答案 b 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 例9 2016年天津津南模拟 在城市中地下常埋有纵横交错的管道和输电线路 有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨 当有电流泄漏入潮湿的土壤中 并与金属管道或铁轨形成回路时 a 原理图可理解为两个串联电解装置 b 溶液中铁丝被腐蚀时 左侧有无色气体产生 附近产生 少量白色沉淀 随后变为灰绿色 c 溶液中铁丝左端电极反应式为fe 2e fe2 d 地下管线被腐蚀 不易发现 维修也不便 故应将埋在 地下的金属管道表面涂绝缘膜 或油漆等 答案 c 解析 原理图可理解为两个串联的电解装置 a项正确 左侧铁棒为阳极 铁失电子生成fe2 铁丝左侧为阴极 h 在阴极放电生成氢气 同时有oh 生成 fe2 与oh 结合 产生少量白色沉淀 随后被氧化为灰绿色 b项正确 c项错误 例10 假设图中原电池产生的电压 电流强度均能满足电解 电镀要求 即为理想化 为各装置中的电极编号 a 当k闭合时 a装置发生吸氧腐蚀 在电路中作电源b 当k断开时 b装置锌片溶解 有氢气产生 c 当k闭合后 整个电路中电子的流动方向为 d 当k闭合后 a b装置中ph变大 c装置中ph不变解析 当k闭合时 b装置构成原电池 在电路中作电源 整个电路中电子的流动方向为 b装置中消耗h ph变大 a装置中电解饱和食盐水 ph变大 c装置中相当于在银上镀铜 ph不变 当k断开时 b装置锌片直接与稀硫酸反应 锌溶解有氢气产生 答案 a 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 b 或 c 环境中的cl 扩散到孔口 并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈cu2 oh 3cl 其离子方程式为 若生成4 29gcu2 oh 3cl 则理论上耗氧体积为 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 5 根据图知 氧气得电子生成氢氧根离子 cu失电子生成铜离子 发 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 典例1 2016年江苏缩迁泗洪模拟 如图是某同学设计的原 电池装置 下列叙述中正确的是 a 电极 上发生还原反应 作原电池的负极b 电极 的电极反应式为cu2 2e cuc 该原电池的总反应为2fe3 cu cu2 2fe2 d 盐桥中装有含氯化钾的琼脂 其作用是传递电子 答案 c 解析 该原电池的总反应为2fe3 cu cu2 2fe2 电极 上发生还原反应 作原电池的正极 反应式为2fe3 2e 2fe2 电极 为原电池负极 发生氧化反应 电极反应式为cu 2e cu2 盐桥中装有含氯化钾的琼脂 其作用是传递离子 应用1 某兴趣小组同学利用氧化还原反应 2kmno4 10feso4 8h2so4 2mnso4 5fe2 so4 3 k2so4 8h2o设计如下原电池 盐桥中装有饱和k2so4溶液 下列说法正确的 是 a b电极上发生还原反应b 外电路电子的流向是从a到b 解析 根据反应方程式判断b极是feso4发生氧化反应 为负极 a错误 由上述分析可知 a为正极 电子由负极流向正极 即从b流向a b错误 原电池中阴离子向负极移动 答案 d 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 答案 1 锂li e li 2 2socl2 4e 4cl s so2 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和后的反应 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 o2 4h 4e 2h2o 2 碱性电解质溶液环境下电极反应式 3 固体电解质 高温下能传导o2 环境下电极反应式 o2 4e 2o2 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 o2 2h2o 4e 4oh 典例3 如图所示 是原电池的装置图 请回答 1 若c为稀h2so4溶液 电流表指针发生偏转 b电极材料为fe且作负极 则a电极上发生的电极反应式为 反应进行一段时间后溶液c的ph将 填 升高 降低 或 基本不变 2 若需将反应 cu 2fe3 cu2 2fe2 设计成如上图所示的原电池装置 则a 负极 极材料为 b 正