高考化学 专题二 第5讲 电化学原理课件.ppt

第5讲电化学原理 一 原电池和电解池1 原电池 1 上述装置中能形成原电池的是 该原电池工作时 负极发生 电极反应式为 正极发生 电极反应式为 电池总反应式为 2 以koh溶液为电解质溶液 构成氢氧燃料电池的反应原理为 2h2 o2 2h2o 其中负极反应式 正极反应式 氧化反应 cu 2e cu2 2ag 2e 2ag cu 2ag cu2 2ag 2h2 4oh 4e 4h2o 2h2o o2 4e 4oh 还原反应 b 2 电解池 1 电解时 a极是 极 电极反应式为 b极发生 反应 电极反应式为 电解总反应离子方程式为 2 电解完成后 若溶液的体积为1l 整个电解过程中共转移0 1mol电子 则溶液的ph为 若使电解质溶液复原 需通入氯化氢的物质的量为 mol 3 若用该装置给铁钉镀铜 则应用铜作 用铁钉作 电解质溶液应为 溶液 阴 2h 2e h2 氧化 2cl 2e cl2 13 0 1 阳极 阴极 cuso4 二 金属的腐蚀与防护1 电化学腐蚀 以钢铁的腐蚀为例 1 析氢腐蚀 条件 电极反应 负极 正极 总反应 表面水膜酸性较强 fe 2e fe2 2h 2e h2 fe 2h fe2 h2 2 吸氧腐蚀 条件 电极反应负极 正极 总反应 表面水膜酸性很弱 呈中性或碱性 2fe 4e 2fe2 o2 2h2o 4e 4oh 2fe o2 2h2o 2fe oh 2 2 金属的电化学防护 1 牺牲阳极的阴极保护法 如图 保护铁 铁作 极 锌作 极 2 外加电流的阴极保护法 外加直流电源 使被保护金属与电源的 极相连 正 负 负 一 原电池的正负极 电解池的阴阳极的判断1 原电池正负极的判断 1 根据电极材料 一般是较活泼的金属为负极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极 2 根据电子流动方向或电流方向 电子流动方向 由负极 正极 电流方向 由正极 负极 3 根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向 在原电池的电解质溶液内 阳离子向正极移动 而阴离子向负极移动 4 根据原电池两极发生的变化 原电池的负极总是失电子 发生氧化反应 而正极总是得电子 发生还原反应 2 电解池阴阳极的判断 1 根据所连接的外加电源 与直流电源正极相连的为阳极 与直流电源负极相连的为阴极 2 根据电子流动方向 电子流动方向为 电源负极 阴极 阳极 电源正极 3 根据电解质溶液中离子的定向移动方向 在电解池的电解质溶液内 阳离子向阴极移动 而阴离子向阳极移动 4 根据电解池两极反应类型 发生氧化反应的一极为阳极 发生还原反应的一极为阴极 5 根据两极产物 一般情况下 阴极上的现象是 析出金属 质量增重 或有无色气体 h2 放出 阳极上的现象是 有非金属单质生成 呈气态的有cl2 o2或电极质量减轻 活性电极作阳极 二 电解的四大类型及规律 判断下列说法是否正确一 原电池原理高考频次 1 考查电极名称 电极反应的判断 1 2012 福建高考 在铜锌原电池中 cu极上发生还原反应 分析 cu不如zn活泼 cu为正极 正极上发生还原反应 2 2012 广东高考 锂碘电池的反应为2li s i2 s 2lii s 则碘电极作该电池的负极 分析 碘在反应中的化合价降低 发生还原反应 碘作正极 2 考查电极反应式的书写 3 2012 海南高考 肼 n2h4 空气燃料电池是一种碱性电池 该电池放电时 负极的反应式为n2h4 4e 4h n2 分析 碱性环境下n2h4在负极上失电子结合oh 生成n2和h2o 其电极反应式为n2h4 4oh 4e 4h2o n2 4 2011 福建高考 以锂 钢板和lioh构成的锂水电池中 加水即可放电 总反应式为2li 2h2o 2lioh h2 分析 负极反应为li e li 正极反应式为2h 2e h2 故电池总反应式为2li 2h2o 2lioh h2 3 考查原电池原理的应用 5 2013 北京高考 水中的钢闸门连接电源的负极 使用的是外加电流的阴极保护法 分析 钢闸门和电源的负极相连 作电解池的阴极被保护 称为外加电流的阴极保护法 6 2012 江苏高考 镀铜铁制品镀层受损后 铁制品比受损前更容易生锈 分析 铁比铜活泼 镀层受损后 形成原电池铁作负极 更易腐蚀 二 电解原理高考频次 1 考查电解的基本原理 7 2010 福建高考 如图所示的装置中当k闭合时 中s向c极迁移 分析 当k闭合时 装置右侧相当于电解池 c极与左侧原电池的负极相连 为电解池的阴极 排斥s 故s不会向c极迁移 8 2013 江苏高考 电解法精炼铜时 以粗铜作阴极 纯铜作阳极 分析 电解精炼铜时 用纯铜作阴极 电极反应为cu2 2e cu 2 考查电解计算 9 2012 山东高考 电解nacl溶液得到22 4lh2 标准状况 理论上需要转移na个电子 na阿伏加德罗常数 分析 电解nacl溶液得到1mol的氢气时 理论上需要转移的电子数为2na 10 铅蓄电池的充电 放电反应方程式为pb pbo2 2h2so42pbso4 2h2o 充电时 每生成0 2molh2so4 则转移0 4mole 分析 在生成0 2molh2so4时 生成0 1molpb得到0 2mol电子 生成0 1molpbo2失去0 2mol电子 共转移0 2mol电子 放电充电 热点考向1新型化学电源 典题训练 1 2013 宁德期末 按照要求完成下列电极反应式 1 mno2的生产方式之一是以石墨为电极 电解酸化的mnso4溶液 阳极的电极反应式是 2 已知h2o2是一种弱酸 在强碱性溶液中主要以h形式存在 目前研究比较热门的al h2o2燃料电池 其原理如图所示 电池总反应如下 2al 3h 2al oh h2o 正极反应式为 al电极易被naoh溶液腐蚀 这是该电池目前未能推广使用的原因之一 电极被腐蚀的离子方程式为 3 已知反应 2co g o2 g 2co2 g h 0 根据原电池原理判断该反应能否设计成燃料电池 若能 请写出当电解质溶液为koh溶液时的负极反应式 若不能 该空可不作答 4 资料提示 将氨气通入双氧水中可发生反应 3h2o2 2nh3 n2 6h2o h 0 此反应可设计成原电池 用如图所示装置电解尿素 co nh2 2 的碱性溶液可以制取n2 h2 注 电解池中隔膜仅阻止气体通过 上述原电池的正极反应式为 上述电解池的阳极反应式为 解题探究 书写电极反应式的一般步骤为 以上题第 1 问为例 1 列物质 阳极的反应物和产物分别是 和 2 标得失 根据化合价的变化 可知1mol反应物反应 转移了 mole 3 看环境 根据题干信息可知该电解池的环境是 性环境 4 两守恒 根据电荷守恒和原子守恒 可得该电极反应式为 另外 对于较复杂的电极反应 可以利用总反应式减去较简单一极电极反应式得到较复杂一极电极反应式的方法解决 mn2 mno2 2 酸 mn2 2h2o 2e mno2 4h 解析 2 可以根据铝的性质 先写出负极铝极的电极反应式为2al 6e 8oh 2al 4h2o 用已知的总反应式2al 3h 2al oh h2o减去负极电极反应式 然后化简可得 h 2e h2o 3oh 3 放热的氧化还原反应可设计成原电池 因为在碱性条件下 co要转化为c co 2e oh c h2o 根据电荷守恒和元素守恒配平为co 2e 4oh c 2h2o 4 正极是h2o2得到电子发生还原反应 联想到氢氧燃料电池的正极反应 其电极反应式为h2o2 2e 2oh 由图可知 阳极是尿素 co nh2 2 失去电子生成n2和k2co3 电极反应式为co nh2 2 6e oh c n2 h2o 由电荷守恒得co nh2 2 6e 8oh c n2 h2o 由元素守恒得co nh2 2 6e 8oh c n2 6h2o 答案 1 mn2 2h2o 2e mno2 4h 2 h 2e h2o 3oh 2al 2oh 2h2o 2al 3h2 3 co 2e 4oh c 2h2o 4 h2o2 2e 2oh co nh2 2 6e 8oh c n2 6h2o 2 铁镍蓄电池又称爱迪生电池 放电时的总反应为fe ni2o3 3h2o fe oh 2 2ni oh 2下列有关该电池的说法不正确的是 a 电池的电解液为碱性溶液 正极为ni2o3 负极为feb 电池放电时 负极反应为fe 2oh 2e fe oh 2c 电池充电过程中 阴极附近溶液的ph降低d 电池充电时 阳极反应为2ni oh 2 2oh 2e ni2o3 3h2o 解题指导 解答本题时应注意 1 电池放电时为原电池 失去电子的反应为负极反应 2 充电时为电解池 失去电子的反应为阳极反应 3 正确书写电极反应式有利于判断电极反应式的正误和电极附近离子的变化情况 方法总结 原电池电极反应式及总反应式书写的三个步骤 热点考向2原电池 电解池原理 典题训练 3 2012 福建高考 将如图所示实验装置的k闭合 下列判断正确的是 a cu电极上发生还原反应b 电子沿zn a b cu路径流动c 片刻后甲池中c s 增大d 片刻后可观察到滤纸b点变红色 解题指导 解答本题时应明确以下四点 1 甲和乙装置形成原电池作电源电解饱和硫酸钠溶液 2 原电池的负极和电解池的阳极发生氧化反应 3 阴离子分别移向原电池的负极和电解池的阳极 4 电子在原电池中由负极移向正极 在电解池中由阳极移向阴极 但是不经过电解质溶液 解析 选a k闭合后 甲和乙装置通过盐桥形成原电池 zn是负极 发生氧化反应 cu是正极 发生还原反应 a选项正确 电子不经过溶液 b选项错误 在原电池中阴离子由正极移向负极 盐桥中的cl 向甲池移动 k 向乙池移动 两池中的c s 均不变 c选项错误 a是电解池的阴极 电极反应式为 2h 2e h2 由于h 来自于水的电离 所以h 放电的同时溶液中产生了oh 所以滤纸的a点变红 d选项错误 4 2012 安徽高考 某兴趣小组设计如图微型实验装置 实验时 先断开k2 闭合k1 两极均有气泡产生 一段时间后 断开k1 闭合k2 发现电流表a指针偏转 下列有关描述正确的是 a 断开k2 闭合k1时 总反应的离子方程式为 2h 2cl cl2 h2 b 断开k2 闭合k1时 石墨电极附近溶液变红c 断开k1 闭合k2时 铜电极上的电极反应式为 cl2 2e 2cl d 断开k1 闭合k2时 石墨电极作正极 解题指导 解答本题时要注意做到 三看 一看电源 断开k2 闭合k1时 有电源装置为电解池 断开k1 闭合k2时 无电源为原电池 二看电极 电极材料为石墨和铜 判断阴阳极和正负极 三看电解质溶液 解析 选d 断开k2 闭合k1时 装置为电解池 两极均有气泡产生 则反应为2cl 2h2oh2 2oh cl2 石墨为阳极 铜为阴极 因此石墨电极处产生cl2 在铜电极处产生h2 附近产生oh 溶液变红 故a b两项均错误 断开k1 闭合k2时 为原电池反应 铜电极反应为h2 2e 2oh 2h2o 为负极 而石墨电极反应为cl2 2e 2cl 为正极 故c项错误 d项正确 方法总结 电解池中电极反应式和总反应式书写的四个步骤 1 首先注意阳极是活性材料还是惰性材料 2 分析确定溶液中所有阴阳离子并清楚放电顺序 3 根据放电顺序分析放电产物以及电解液的变化 4 根据实际反应物与生成物写出电极反应式和总反应方程式 热点考向3电化学原理的应用 典题训练 5 2012 山东高考 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 a 图a中 插入海水中的铁棒 越靠近底端腐蚀越严重b 图b中 开关由m改置于n时 cu zn合金的腐蚀速率减小c 图c中 接通开关时zn腐蚀速率增大 zn上放出气体的速率也增大d 图d中 zn mno2干电池自放电腐蚀主要是由mno2的氧化作用引起的 解题指导 解答本题时应理解原电池的工作原理 知道电化学腐蚀和化学腐蚀的快慢不同的原因 解析 选b a项 因溶液具有均一性 烧杯底端的溶液的浓度与上端相同 故腐蚀速率相同 a错误 b项 由m改置于n后 锌作原电池的负极 cu zn合金应充当原电池的正极 受到了一定的保护 腐蚀速率减小 b正确 c项 接通开关时 锌作原电池的负极 腐蚀速率变大 但是气体不在锌 负极 上产生 而是在铂 正极 上产生 c错误 d项 zn mno2干电池发生放电反应 导致zn被腐蚀 主要原因是锌发生氧化反应 体现了锌的还原性 d错误 6 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圈中心区 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o2 2h2o 4e 4oh c 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cu 2e cu2 解题指导 解答该题的关键点是 1 明确铁板中的碳 铁以及电解质溶液和氧气共同组成原电池 2 原电池的电解质溶液中阴离子向负极移动 解析 选b 液滴边缘o2多 发生正极反应o2 2h2o 4e 4oh 液滴下的fe发生负极反应fe 2e fe2 为腐蚀区 a a项错误 cl 由b区向a区迁移 b项正确 c项错误 液滴下的fe因发生氧化反应而被腐蚀 d项错误 cu不如fe活泼 作正极 负极反应为fe 2e fe2 方法总结 金属腐蚀快慢的判断方法 1 根据构成原电池的材料判断 两极材料的活泼性相差越大 氧化还原反应的速率越快 金属被腐蚀的速率就越快 2 根据金属所接触的电解质强弱判断 活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀 在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀 3 一般说来金属的腐蚀快慢顺序为 电解池的阳极 原电池的负极 化学腐蚀 原电池的正极 电解池的阴极 1 有关下列装置的叙述不正确的是 a 图 铝片发生的电极反应式是 al 4oh 3e al 2h2ob 图 发生析氢腐蚀 离子反应方程式为 fe 2h fe2 h2 c 图 溶液中发生了变化 4fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3d 图 充电时 阳极反应是 pbso4 2h2o 2e pbo2 s 4h 解析 选b 图 中铝片作负极 镁片作正极 铝被氧化 图 发生析氢腐蚀 但醋酸为弱电解质 不能拆分 图 发生吸氧腐蚀 空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化 图 充电时 硫酸铅被氧化为二氧化铅 2 如图是铅蓄电池充 放电时的工作示意图 已知放电时电池反应为 pbo2 pb 4h 2s 2pbso4 2h2o 下列有关说法正确的是 a k与n相接时 能量由电能转化为化学能b k与n相接时 h 向负极区迁移c k与m连接时 所用电源的a极为负极d k与m相接时 阳极附近的ph逐渐增大 解析 选c k与n相接时 构成原电池 能量由化学能转化为电能 h 向正极区迁移 a b错 k与m连接时 构成电解池 电源a极为负极连接阴极pb 阳极为pbo2 电解槽中的反应为 2pbso4 2h2o pbo2 pb 4h 2s 阳极附近的h 浓度逐渐增大 ph减小 故c对d错 3 载人空间站的生态系统中 要求分离人呼出的二氧化碳 同时需要提供氧气 某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求 同时还有燃料一氧化碳生成 该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2co2 4e 2h2o 2co 4oh 下列判断错误的是 a 上述电化学装置相当于电解池b 上述装置进行的总反应为2co2 2co o2c 反应结束后该电化学装置中的电解质溶液ph增大d 失电子的电极发生的反应是4oh 4e 2h2o o2 解析 选c 根据题目提示电能实现上述要求可知该电化学装置相当于电解池 a正确 根据提示的反应物与生成物可以写出反应的总反应式为2co2 2co o2 b正确 阴极反应生成的oh 在阳极完全反应 故反应前后溶液的ph并不变化 c错 由总反应减去阴极反应 可以得到阳极反应为 4oh 4e 2h2o o2 d正确 4 2013 北京高考 用石墨电极电解cucl2溶液 见下图 下列分析正确的是 a a端是直流电源的负极b 通电使cu