高考化学 艺术生精品提分秘籍 专题九 电化学原理及其应用课件.ppt

专题九 电化学原理及其应用 1 了解原电池和电解池的工作原理 能写出电极反应和总反应方程式 了解常见化学电源的种类及其工作原理 2 理解金属发生电化学腐蚀的原因 金属腐蚀的危害 防止金属腐蚀的措施 考纲解读 近五年来 新课标地区对原电池的工作原理考查18次 对电解原理及其应用考查12次 对金属的电化学腐蚀与防护考查6次 考查题型以及选择题出现34次 每题分值3 6分 填空题出现1次 分值约为12分 高考试题对本讲能力点的考查以接受 吸收 整合化学信息的能力为主 试题难度中等以上 考点探究 将电化学知识与图表相结合进行考查 也与氧化还原反应的知识结合考查 还可与生产生活 新科技及新技术等相联系进行考查 电化学是高考的热点 2013年高考在题型上将以传统题型为主 其中原电池的工作原理 电解产物的判断与计算 电极及电池反应方程式的书写都是高考命题的热点内容 题型主要以选择题为主 分值约为3 6分 预计在2013年的高考中该部分不仅不会降温 而且还有 变热 的趋势 特别是要注意能根据题目所给信息正确书写电极及电池反应方程式 题目会更加新颖 1 原电池把转化为的装置 2 构成条件 1 具有两个不同的电极 金属和金属或金属和非金属 2 具有溶液 3 形成 或在溶液中相互 一 原电池原理 化学能 电能 活泼性 电解质 闭合回路 接触 基础知识梳理 3 原电池的两极负极 活泼性的金属 发生反应 正极 活泼性的金属或导体 发生反应 4 电极反应式的书写和电荷移动方向 1 电极反应式的书写负极 电极反应式 正极 电极反应式 电池反应 2 电荷移动方向电子由释放 经沿导线流入 电解质溶液中的移向正极 在其表面得电子被 形成一个闭合回路 较强 氧化 较弱 还原 zn cu 负极 外电路 正极 阳离子 还原 zn 2e zn2 cu2 2e cu zn cu2 zn2 cu 1 化学电源是能够实际应用的原电池 作为化学电源的电池有 和等 2 铅蓄电池是一种二次电池 它的负极是 正极是 电解质溶液是30 的h2so4溶液 它的电池反应式为pb pbo2 2h2so42pbso4 2h2o 3 碱性氢氧燃料电池的电极反应 负极 正极 电池反应为 二 化学电源 一次电池 二次电池 燃料电池 铅块 二氧化铅 2h2 4oh 4e 4h2o o2 2h2o 4e 4oh 2h2 o2 2h2o 由两个半电池构成的原电池中 盐桥的作用是什么 提示 1 使两个半电池溶液连成一个通路 2 使两溶液保持电中性 问题探究一 1 定义使电流通过而在阴阳两极上引起 2 电解池把能转化为能的装置 电解槽 3 装置特点借助于引起氧化还原反应的装置 三 电解 电解质溶液 氧化还原反应的过程 化学 电流 电 4 电解池的形成条件 1 与电源相连的两个电极 阳极连电源的极 阴极连电源的极 2 电解质溶液 或的电解质 3 形成的回路 5 电极反应 阳极上发生电子的氧化反应 阴极上发生电子的还原反应 电子的流向从电源的极到电解池的极 再从电解池的极到电源的极 正 负 熔融 闭合 失 得 阴 阳 负 正 1 电解饱和食盐水制取氯气和烧碱 氯碱工业 1 氯碱工业的主要原料是食盐 由于粗盐中含有泥沙 等杂质离子 对生产设备造成损坏 影响产品的质量 故必须进行精制 化学方法a 依次加入沉淀剂bacl2 na2co3 naoh溶液 每次所加试剂都必须稍稍过量以便使相应离子完全沉淀 b 过滤 c 滤液中加盐酸 调节溶液ph值为4 6 co32 2h co2 h2o 四 电解原理的应用 ca2 mg2 so42 离子交换法 对于上述处理后的溶液 需送入离子交换塔 进一步通过阳离子 na 交换树脂除去残存的ca2 mg2 以达到技术要求 2 精制的饱和食盐水中存在着 四种离子 用石墨作电极 通电时和优先放电 电极反应式为阳极 阴极 总反应 na cl h oh cl h 2cl 2e cl2 2h 2e h2 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 2 电镀 1 概念 电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他或的过程 2 形成条件 电解时 镀层金属作极 镀件作 极 含金属离子的电解质溶液作电镀液 用电源 3 特征 阳极本身 宏观上看无新物质生成 电解液的总量 浓度 ph均不变 金属 合金 镀层 直流 放电被氧化 阳 阴 3 电冶炼电解熔融电解质 可炼得活泼金属 如 电解熔融nacl时 电极反应式为 阳极 阴极 总反应式为 4 电解精炼电解精炼粗铜时 阳极材料是 粗铜 阴极材料是 精铜 电解质溶液是 或 长时间电解后 电解质溶液必须补充 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 2nacl2na cl2 cuso4溶液 cu no3 2溶液 为什么说电解质溶液导电过程就是电解过程 提示 电解质溶液导电时 溶液中的阴 阳离子在电场作用下分别移向两个电极 从而在两个电极上失 得电子发生氧化反应和还原反应 所以说电解质溶液导电过程就是电解过程 问题探究二 1 2 金属阳离子 失e 氧化反应 金属腐蚀的类型 化学腐蚀 电化腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 常见普遍 金属原子 金属腐蚀的本质 3 金属腐蚀 金属 或合金 跟周围接触到的气体 或液体 反应而腐蚀损耗的过程 五 金属的腐蚀和防护 金属的化学腐蚀 金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀 特点 反应简单 金属与氧化剂之间的氧化还原反应 电化学腐蚀 不纯的金属或合金与电解质溶液接触 会发生原电池反应 比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀 4 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 fe2o3 nh2o 铁锈 通常两种腐蚀同时存在 但以后者更普遍 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜呈酸性 水膜呈中性或酸性很弱 电极反应 负极fe fe 2e fe2 2fe 4e 2fe2 正极c 2h2o 2e h2 2oh o2 2h2o 4e 4oh 总反应 fe 2h2o fe oh 2 h2 2fe 2h2o o2 2fe oh 2 4fe oh 2 2h2o o2 4fe oh 3 联系 原理 形成原电池反应时 让被保护金属做正极 不反应 起到保护作用 而活泼金属反应受到腐蚀 1 牺牲阳极保护法 六 金属的电化学保护 相互关系 往往同时发生 电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多 牺牲阳极的阴极保护法示意图 2 外加电流法将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极 使被保护的金属作为阴极 在外加直流电的作用下使阴极得到保护 此法主要用于防止土壤 海水及水中金属设备的腐蚀 外加电流的阴极保护法示意图 金属防护的几种重要方法 在金属表面覆盖保护层 改变金属内部的组织结构 制成合金 电化学保护法 即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护 小结 考点整合 1 原电池 1 原电池的判定 先分析有无外接电源 有外接电源的为电解池 无外接电源的可能为原电池 然后依据原电池的形成条件分析判断 主要是 四看 看电极 两极为导体且存在活泼性差异 燃料电池的电极一般为惰性电极 看溶液 两极插入溶液中 看回路 形成闭合回路或两极直接接触 看本质 有无氧化还原反应发生 原电池反应应该是总反应能够发生的反应 多池相连 但无外接电源时 两极活泼性差异最大的一池为原电池 其他各池可看做电解池 2 原电池正 负极的确定 由两极的相对活泼性确定 相对活泼性较强的金属为负极 一般地 负极材料与电解质溶液要能发生反应 相对活泼性较差的金属或导电的非金属为正极 如mg al hcl溶液构成的原电池中 负极为mg 但要注意的是 在mg al naoh溶液构成的原电池中 负极为al 由电极变化情况确定 某一电极若不断溶解或质量不断减少 该电极发生氧化反应 则此电极为负极 若某一电极上有气体产生 电极的质量不断增加或不变 该电极发生还原反应 则此电极为正极 燃料电池除外 如zn c cuso4溶液构成的原电池中 c电极上会析出紫红色固体物质 则c为此原电池的正极 根据某些显色现象确定 一般可以根据电极附近指示剂 石蕊 酚酞 湿润的淀粉ki试剂等 的显色情况来分析推断该电极发生的反应情况 是氧化反应还是还原反应 是h 还是oh 或i 等放电 从而确定正 负极 温馨提示 负极上一定发生氧化反应 正极上一定发生还原反应 负极电子流出 正极电子流入 阳离子向正极定向移动 阴离子向负极定向移动 3 电极反应式的书写如果题目给定的是图示装置 先分析正 负极 再根据正 负极反应规律去写电极反应式 如果题目给定的是总反应式 可分析此反应中的氧化反应或还原反应 即分析有关元素的化合价变化情况 再选择一个简单变化情况去写电极反应式 另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式 用总反应式减去已写出的电极反应式 即得结果 特别需要指出的是 对于可逆电池的反应 需要看清楚 充电 放电 的方向 放电的过程应用原电池原理 充电的过程应用电解池原理 2 金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护 1 不纯的金属或合金 在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀 活泼金属因被腐蚀而损耗 金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关 与构成原电池的材料有关 两极材料的活泼性差别越大 电动势越大 氧化还原反应的速率越快 活泼金属被腐蚀的速度就越快 与金属所接触的电解质强弱有关 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 一般来说 可用下列原则判断 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀 2 金属腐蚀的防护方法 改变金属的组成结构 如铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢 具有很强的耐腐蚀性 含铬又含镍的铬镍不锈钢 耐腐蚀性更好 在金属表面覆盖一层保护层 使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离 便可保护金属 防止金属腐蚀 如在金属表面上喷漆 电镀 覆盖搪瓷或表面钝化等 电化学保护法 如把金属连接在电源的负极上 这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应 也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金属 发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护 3 电解时电极产物的确定首先看电极 如果是活性电极 金属活动性顺序表中ag以前的金属 则电极材料失电子 电极被溶解 溶液中的阴离子不能失电子 如果是惰性电极 pt au 石墨 则要再看溶液中离子的失电子能力 1 阳极产物的判断根据阴离子放电顺序进行判断 阴离子放电顺序 s2 i br cl oh 含氧酸根 f 2 阴极产物的判断根据阳离子放电顺序进行判断 阳离子放电顺序 ag hg2 fe3 cu2 h 酸 pb2 sn2 fe2 zn2 h 水 al3 mg2 na ca2 k 4 原电池 电解池 电镀池的比较 5 电解原理的应用 1 氯碱工业 食盐水的精制 主要生产过程 电极反应 阳极 2cl 2e cl2 阴极 2h 2e h2 总反应 2nacl 2h2ocl2 h2 2naoh 2 电镀 如铁件镀锌 电镀液 含zn2 的盐溶液 如zncl2溶液 阳极 zn zn 2e zn2 阴极 铁件 zn2 2e zn电镀过程中电镀液浓度不发生变化 镀层金属作阳极 镀件作阴极 电镀液中必须含有镀层金属离子 3 电解精炼如粗铜 含zn fe ag等 的提纯阳极 粗铜 zn 2e zn2 fe 2e fe2 cu 2e cu2 阴极 纯铜 cu2 2e cu电解过程中 活泼性比cu弱的ag au不放电 形成阳极泥 可从阳极泥中提纯ag au 电解质溶液中c cu2 会不断减小 应定期更换电解质溶液 温馨提示 阳离子交换膜 以电解nacl溶液为例 只允许阳离子 na 通过 而阻止阴离子 cl oh 和分子 cl2 通过 这样既能阻止h2和cl2混合发生爆炸 又能避免cl2和naoh溶液作用生成的naclo影响烧碱质量 电解或电镀时 电极质量减少的电极必为阳极 电极质量增加的电极必为阴极 即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上 电解精炼铜 粗铜含有的zn fe ni等活泼金属失去电子 变成金属阳离子进入溶液 其他的杂质以阳极泥的形式沉积 电解质溶液的cu2 浓度会逐渐减小 电镀时 阳极 镀层金属 失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等 因此电镀液的浓度保持不变 思维拓展1 惰性电极电解电解质溶液的规律方法 温馨提示 强碱 含氧酸 活泼金属的含氧酸盐 用惰性电极电解时 实际上是电解h2o 溶质的质量分数增大 浓度增大 电解时产物的判断要遵循阴 阳离子的放电顺序 电解后要恢复原电解质溶液的浓度 需加适量的某物质 该物质可以是阴极与阳极产物的化合物 例如用惰性电极电解cuso4 要恢复原溶液的浓度 可向电解后的溶液中加入cuo 也可以加入cuco3 但不能加入cu oh 2 因为cu oh 2与生成的h2so4反应后使水量增加 2 图像类问题 实物图问题 这一类问题是近几年高考的重要考查形式 需加以注意 这一类问题的设题方式较多 且灵活多变 如实物图接线柱的连接 电极情况分析 与化学实验相结合 化学计算等 解题时 要充分利用题给实物图 从实物图中获得解题信息 如密封装置中的空白部分表示气体 电源的正 负极等 并提炼信息 从而正确解题 坐标图问题 对此类问题要注意一点 一是横坐标 纵坐标的含义 二是拐点的意义 三是曲线的变化或走势情况 弄清这三点 问题就迎刃而解了 3 表格类问题解答此类问题的基本思路是 抓住表格中数据的特征或变化规律 以理论 规律 物质性质 反应原理等为依据 寻找解题问题的切入点 4 计算类问题常见情况包括 两极产物的定量计算 求析出固体的质量 产生气体的体积等 溶液ph的计算 相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算 某元素的化合价或确定物质的化学式 根据电量求产物的量或根据产物的量求电量等 解决此类问题的方法有四种 守恒法 总反应式法 关系式法 排除法 典例赏析 47 考点一 了解化学电池 例1 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 48 答案 c 解析 由放电时的反应可以得出铁作还原剂失去电子 ni2o3作氧化剂得到电子 因此选项a b均正确 充电可以看作是放电的逆过程 即阴极为原来的负极 电池放电时 负极反应为 fe 2oh 2e fe oh 2 所以电池充电过程时阴极反应为fe oh 2 2e fe 2oh 因此电池充电过程中 阴极附近溶液的ph会升高 c不正确 同理分析选项d正确 49 50 答案 c 例2 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处少 下列说法正确的是 51 考点二 了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法 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 52 53 解析 a项错误 cl 由b区向a区迁移 b项正确 液滴边缘o2多 正极发生反应o2 2h2o 4e 4oh c项错误 液滴下的fe为负极发生氧化反应 fe 2e fe2 d项错误 cu更稳定 作正极 反应为o2 2h2o 4e 4oh fe为负极 答案 54 55 答案 c 56 考点三 理解电解原理 例3 某小组为研究电化学原理 设计如下图装置 下列叙述不正确的是 a a和b不连接时 铁片上会有金属铜析出b a和b用导线连接时 铜片上发生的反应为 cu2 2e cuc 无论a和b是否连接 铁片均会溶解 溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色d a和b分别连接直流电源正 负极 电压足够大时 cu2 向铜电极移动 57 答案 解析 本题考查原电池 电解池的原理 判断及其应用 若a和b不连接 则不能构成原电池 单质铁直接与cu2 发生氧化还原反应而置换出铜 方程式为 fe cu2 fe2 cu a正确 若a和b用导线连接 则构成原电池 此时铁作负极 铜作正极 电极反应式分别为 fe 2e fe2 cu2 2e cu b正确 由a b分析可知 选项c是正确的 若a和b分别连接直流电源正 负极 则构成电解池 此时铜作阳极失去电子被氧化 铁作阴极 在电解池中阳离子向阴极运动 因此选项d是错误的 58 59 答案 c 60 考点四 原电池原理和电解原理的综合运用 例 科研 生产中常涉及钠 硫及其化合物 1 实验室可用无水乙醇处理少量残留的金属钠 化学反应方程式为 要清洗附着在试管壁上的硫 可用的试剂是 61 2 右图为钠硫高能电池的结构示意图 该电池的工作温度为320 左右 电池反应为2na xsna2sx 正极的电极反应式为 m 由na2o和al2o3制得 的两个作用是 与铅蓄电池相比 当消耗相同质量的负极活性物质时 钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 倍 62 63 64 答案 1 2ch3ch2oh 2na 2ch3ch2ona h2 cs2或热的氢氧化钠溶液 2 xs 2e 离子导电 导电或电解质 和隔离钠与硫 4 5 3 na c s2 c oh c hs c h 减小 2s2 o2 2h2o 2s 4oh 变式训练4 下图所示装置中 甲 乙 丙三个烧