第7讲化学反应与电能201292095151307.doc

第7讲 化学反应与电能班级 姓名 学号 编写 施银辉 审核 刘晓梅【考点透视】1.理解原电池和电解池的工作原理，能写出常见的简单电极反应和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3.金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。【知识网络】一、 原电池【例1】下列装置能够组成原电池，能产生电流的装置是【例2】铜锌原电池工作时，下列叙述正确的是 A正极反应为：Zn2e=Zn2 B电池反应为：ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电子从负极流向正极 D盐桥中的K移向ZnSO4溶液【小结】1、原电池的定义： 转变为 的装置。2、构成原电池的条件 3、正、负极的判断负极： 正极： 4、离子移动方向在原电池的电解质溶液中，阳离子移向 极，阴离子移向 极。二、 化学电源1、分类: 一次电池，二次电池，燃料电池一次电池又称不可充电电池普通锌锰电池 总反应: 2NH4+ + Zn +2MnO2= Zn 2+H2O+2NH3+Mn2O3负极(锌筒): 正极(石墨): 碱性锌-锰干电池负极(锌筒): 正极(MnO2) 总反应: Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2二次电池又称充电电池蓄电池铅蓄电池(电解质溶液为稀硫酸)负极(Pb): 正极(PbO2): 总反应: PbO2+ Pb +2H2SO4= 2PbSO4+2 H2O锂电池(非水有机溶剂电解液)负极: 2Li2e- = 2Li+ 正极: I2 +2e- = 2I-总反应: 锂电池优点：使用寿命长，高能、质轻、电压高、工作效率高,储存寿命长.【例3】右图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，已知放电时电池反应为：PbPbO2KMN电源a bPbO2Pb4H2SO42=2PbSO42H2O。下列有关说法正确的是 AK与N相接时，能量由电能转化为化学能BK与N相接时，H向负极区迁移CK与M连接时，所用电源的a极为负极 DK与M相接时，阳极附近的pH逐渐增大 燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式正极反应式总反应式【例4】 书写下列原电池（或电解池）的电极反应式（1）用甲醇作为燃料电池的原料，在碱性介质中电池负极反应式 。（2）下图是一碳酸盐燃料电池（MCFC），以水煤气（CO、H2）为燃料，一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质。写出B极发生的电极反应式 。【例5】（2010江苏高考）右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是 A. 该系统中只存在3种形式的能量转化 B. 装置Y中负极的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH- C. 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D. 装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化三、电解原理1、电解池：把 转变成 的装置叫做电解池或电解槽。2、电解电极产物的判断（1）在阳极上 铁直流电源NaCl溶液（滴有酚酞）碘化钾淀粉溶液石墨（2）在阴极上 【例6】电解NaCl溶液的装置如图所示，下列说法不正确的是A铁电极上的电极反应式为Fe2eFe2B溶液中Na由石墨电极向铁电极移动C通电一段时间后，可看到铁电极附近溶液变红D通电一段时间后，可看到试管中溶液变蓝3、 电解原理的应用（1）电镀（以镀铜为例）电镀是电解池的特例。电镀池的构成条件是：镀层金属（Cu）做 极 镀件做 极电解质溶液中含 离子电极反应式为：阳极： 阴极： 电镀后，理论上电解液的浓度 。（2）电解精炼（以电解精炼铜为例）含杂质的物质（粗铜）做 纯物质（精铜）做 电解质溶液中含该物质的 离子的盐溶液电极反应式为：阳极： 阴极： 电解精炼后，电解液（CuSO4）的浓度 ， 沉淀在电解槽的底部。【例7】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2+Ni2+Cu2+） A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+ + 2e Ni B电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和Zn2+D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt（3）氯碱工业氯碱工业：用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产化工产品的工业。原理：阳极（C） （ 反应）阴极（Fe） ( 反应) 总反应： 装置：由阳极（钛网）、阴极（碳钢网）、离子交换膜、电解槽柜等组成。离子交换膜的作用： （4）电冶金：利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。2Al2O3(熔融)4Al3O2电极反应： 阳极： _，阴极： _ _。【例8】氯碱工业是一种高耗能产业，一种将燃料电池与电解池组合的新工艺可节能30%以上，下图是该工艺图示（电极未标出）。下列说法正确的是AX为H2，Y为Cl2 BA池为电解池，且mnCB池为燃料电池，且abD该工艺优点是燃料电池提供电能且能提高烧碱产品的浓度四、金属的腐蚀与防护：金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程，其本质是 过程。1化学腐蚀与电化腐蚀化学腐蚀电化腐蚀条件金属跟_接触不纯金属或合金跟_接触现象_电流产生 _ 电流产生本质金属被_较活泼金属被_联系两者往往同时发生， _ _腐蚀更普遍2析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）析氢腐蚀吸氧腐蚀条 件电极反应负极正极总反应式3金属腐蚀的快慢规律：（1）在同一电解质溶液中， 引起的腐蚀 引起的腐蚀 腐蚀有防护措施的腐蚀。（2）活动性不同的两金属，活泼性差别越大， 极金属腐蚀越快。4金属防护的几种重要方法 班级 姓名 学号 改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。在金属表面覆盖保护保护层，使金属和周围物质隔离开来。电化学保护法：牺牲 的阴极保护法，外加 的阴极保护法【例9】将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是A液滴中的Cl由a区向b区迁移B液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O22H2O4e4OHC液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2由a区向b区迁移，与b区的OH形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈D若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu2eCu2五应对电化学定量计算的三种方法1根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。2根据总反应式计算：凡是总反应式中反映出的物质的量关系都可以列比例式计算。3根据关系计算由得失电子守恒定律关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式，如物质：H2O2Cl2CuAgHOHen(mol) 2 1 2 2 4 4 4 4【例10】(1)用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为_ mol。(2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为_ mol。(3)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)，电解过程中转移的电子为_ mol。【课堂巩固】1可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O22H2O4e4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH3eAl(OH)3C以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极2有如图装置，装置A的烧杯中盛有1L1mol/L的硫酸溶液，装置B的烧杯中盛有1L1mol/L硫酸铜溶液。下列有关说法正确的是A当锌棒质量减少6.5g时，和碳棒相连的Pt电极质量增加6.4gB同温同压下，当电路中转移1mol电子时碳棒以及和碳棒相连的Pt电极上产生的气体体积相等C假设两装置中溶液的体积保持不变，则当电路中转移1mol电子时，装置A中pH增大，装置B中pH为1D当电路中转移1mol电子时，装置A中的溶液质量增加31.5g，装置B中的溶液质量减少40g3铅酸蓄电池是目前应用普遍的化学电池，新型液流式铅酸蓄电池以可溶的甲基磺酸铅为电解质，电池总反应：PbPbO24H2Pb22H2O。下列有关新型液流式铅酸蓄电池的说法正确的是A充放电时，溶液中Pb2浓度保持不变B充放电时，溶液的导电能力变化不大C放电时的负极反应式为：Pb2ePb2D充电时的阳极反应式为：Pb24OH2ePbO22H2O4（2012扬州一模）某充电电池的原理如右图所示，溶液中c(H+)=2.0 molL-1，阴离子为SO42-，a、b均为惰性电极，充电时右槽溶液颜色由绿色变为紫色。下列对此电池叙述正确的是A放电过程中，左槽溶液颜色由黄色变为蓝色 B充电过程中，a极的反应式为：VO2+2H+e= VO2+ +H2OC充电时，b极接直流电源正极，a极接直流电源负极D放电时，当转移1.0 mol电子时共有2.0 mol H+从右槽迁移进左槽5500mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)6.0 mol/L，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体（标准状况）。下列说法正确的是 A原混合溶液中c(K)为2 mol/L B上述电解过程中共转移4 mol电子C电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol D电解后溶液中c(H)为4mol/L【课后巩固】1下列操作正确的是A构成原电池 B制硫酸和氢氧化钠 C铁制品表面镀锌 D电解精炼铝b为阴离子交换膜、c为阳离子交换膜2如下图所示，其中甲池的总反应式为： 2CH3OH3O24KOH2K2CO36H2O下列说法正确的是A甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化电能的装置B甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH6e2H2OCO328H+C反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体，能使CuSO4溶液恢复到原浓度D甲池中消耗280 mL（标准状况下）O2，此时丙池中理论上最多产生1.45g固体3图1是在金属锌板上贴上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料电池，则下列说法正确的是A图2电池放电过程中，Na从正极区向负极区迁移 B图2电池负极区的电极反应为BH4 8e + 8OHBO2 + 6H2O C若用硫酸钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸，用导线将a、b直接相连，则铅笔芯C点处出现红色D若用KI淀粉溶液浸湿滤纸，用导线将a、b与A、B电极相连，铅笔芯C点处出现蓝色，则b接的是A电极4（2011南通二模）右图是一种可充电的锂离子电池充放电的工作示意图。放电时该电池的电极反应式为：负极：LixC6xe=C6xLi+（LixC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料）正极：Li1xMnO2xLi+x e=LiMnO2（LiMnO2表示含锂原子的二氧化锰）隔膜ABKMN电源Li+Li+下列有关说法正确的是 A该电池的反应式为Li1xMnO2LixC6LiMnO2C6BK与M相接时，A是阳极，发生氧化反应CK与N相接时，Li由A极区迁移到B极区D在整个充、放电过程中至少存在3种形式的能量转化5铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为 。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，R受热分解生成化合物Q。写出阳极生成R的电极反应式 。CuI是一种不溶于水的白色固体，可以由反应：2Cu24I=2CuII2得到。现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。 (1)阳极区的现象 。(2)阳极电极反应式 。6科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，如果电解质溶液为酸性，负极的反应式：_ _。如果电解质溶液为碱性条件，燃料电池负极反应式：_ _。如果电解质固体电解质(高温下能传导O2)， 燃料电池负极反应式： 。如果电解质为熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)，燃料电池负极反应式： 。7、2012江苏化学20铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。(1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝矿制备金属铝，Al4C3是反应过程的中间产物。Al4C3与盐酸反应(产物之一是含氢量最高的烃)的化学方程式 。(2)镁铝合金(Mg17Al12)是一种潜在的贮氢材料，可在氩气保护下，将一定化学计量比的Mg、Al单质在一定温度下熔炼获得。该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为Mg17Al1217H2=17MgH212Al。得到的混合物Y(17MgH212Al)在一定条件下释放出