高中化学课件电化学 胶体.ppt

解题技能9 新型化学电源的高考命题角度及解题指导 章末考能特训 高考中的新型电池 有 氢镍电池 高铁电池 锌 锰碱性电池 我国首创的 海洋电池 燃料电池 如新型细菌燃料电池 氢氧燃料电池 丁烷燃料电池 甲醇质子交换膜燃料电池 CO燃料电池 锂离子电池 银锌电池 纽扣电池 等 这些电池一般具有高能环保 经久耐用 电压稳定 比能量 单位质量释放的能量 高等特点 取材于这些知识点的试题 由于题材广 信息新 陌生度大 所以 大多数考生对这类试题感到难 而难在何处又十分迷茫 实际上这些题目主要考查的是学生迁移应用的能力 具体有以下几种考查角度 角度一新型电池 放电 时正极 负极的判断 知识基础 在Zn Cu原电池中 较活泼的金属材料作负极 较不活泼的金属材料或非金属材料作正极 负极 Zn 2e Zn2 正极 2H 2e H2 解题指导 新型电池中 负极材料 正极材料 元素化合价升高的物质发生氧化反应的物质 元素化合价降低的物质发生还原反应的物质 典例导析1 被称之为 软电池 的纸质电池 采用一个薄层纸片作为传导体 在其一边镀锌 而在其另一边镀二氧化锰 在纸内的离子 流过 水和氧化锌组成的电解液 电池总反应为Zn 2MnO2 H2OZnO 2MnO OH 下列说法正确的是 A 该电池的正极为锌B 该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C 当0 1molZn完全溶解时 流经电解液的电子个数为1 204 1023D 电池正极反应式为2MnO2 2e 2H2O2MnO OH 2OH 解析由总反应式可知 二氧化锰为氧化剂而不是催化剂 锌为还原剂 应为原电池的负极 A B错 电子只能经外电路流动 而不能在电解液中流动 电解液内电流的形成是由于阴 阳离子的定向移动 C错 电池负极反应式为Zn 2e H2OZnO 2H 用总反应式减去负极反应式得正极反应式为2MnO2 2e 2H2O2MnO OH 2OH 答案D 角度二新型电池 放电 时正极 负极上电极反应式的书写 知识基础 铅蓄电池 Pb PbO2 H2SO4溶液 电极反应的书写 负极 Pb 2e Pb2 Pb2 SOPbSO4 把二者合起来 即负极反应式 Pb 2e SOPbSO4 正极 PbO2得电子变为Pb2 PbO2 2e 4H Pb2 2H2O Pb2 跟SO结合生成PbSO4 Pb2 SOPbSO4 把二者合起来 即正极反应式 PbO2 2e 4H SOPbSO4 2H2O 总反应式 正极反应式 负极反应式 即 PbO2 Pb 4H 2SO2PbSO4 2H2O 解题指导 首先分析物质得失电子的情况 然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应 对于较为复杂的电极反应 可以利用总反应 较简单一极电极反应式 较复杂一极电极反应式的方法解决 典例导析2 2009 广东 14 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 O2 2H2O 4e 4OH B 以NaOH溶液为电解液时 负极反应为Al 3OH 3e Al OH 3 C 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 解析电池工作时 正极上O2得到电子被还原 电极反应为 O2 2H2O 4e 4OH A正确 电解液为NaOH溶液时 在负极上产生的是NaAlO2而不是 l OH 3 B错误 电池的总反应为 4Al 3O2 4NaOH4NaAlO2 2H2O 消耗NaOH pH减小 电池工作时 电子通过外电路由负极流向正极 答案A 角度三新型电池 充电 时阴极 阳极的判断 知识基础 充电的实质就是把放电时发生的变化再复原的过程 如铅蓄电池 首先应搞明白原电池放电时的正 负极 再根据电池充电时 阳极接正极 阴极接负极的原理 进行分析 解题指导 典例导析3 2009 浙江理综 12 市场上经常见到的标记为Li ion的电池称为 锂离子电池 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料 碳作为金属锂的载体 电解质为一种能传导Li 的高分子材料 这种锂离子电池的电池反应式为 Li 2Li0 35NiO22Li0 85NiO2下列说法不正确的是 A 放电时 负极的电极反应式 Li e Li B 充电时 Li0 85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C 该电池不能用水溶液作为电解质D 放电过程中Li 向负极移动 解析A项 Li从零价升至正价 失去电子 作为负极 正确 B项 反应逆向进行时 反应物只有一种 故化合价既有升 又有降 所以既发生氧化反应又发生还原反应 正确 C项 由于Li可以与水反应 故应为非水材料 正确 D项 原电池中阳离子应迁移至正极失电子 故错 答案D 角度四新型电池充 放电时 电解质溶液中离子移动方向的判断 知识基础 原电池中 阳离子移向正极 阴离子移向负极 如Zn Cu 稀H2SO4 电池中 H 移向Cu极 SO移向Zn极 电解池中 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 符合带电微粒在电场中的运动规律 首先应分清电池是放电还是充电 再判断出正 负极或阴 阳极 进而即可确定离子的移动方向 解题指导 典例导析4 2008 广东 16改编 LiFePO4电池具有稳定性高 安全 对环境友好等优点 可用于电动汽车 电池反应为 FePO4 LiLiFePO4 电池的正极材料是LiFePO4 负极材料是石墨 含Li 导电固体为电解质 下列有关LiFePO4电池说法不正确的是 A 可加入硫酸以提高电解质的导电性B 放电时电池内部Li 向正极移动C 充电过程中 电池正极材料的质量减少D 放电时电池正极反应为 FePO4 Li e LiFePO4 解析由于Li能和稀H2SO4 H2O反应 因此电解质不能用硫酸 放电过程为原电池原理 在原电池中 阴离子向着负极移动 阳离子向着正极移动 充电过程是电解的过程 电解池的阳极失电子 即LiFePO4 e Li FePO4 因此阳极材料 LiFePO4 质量会减少 将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应 综合上述分析可知D正确 答案D 迁移应用 3 2009 四川 29 新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位 可用作节能环保电动汽车的动力电池 磷酸亚铁锂 LiFePO4 是新型锂离子电池的首选电极材料 它的制备方法如下 方法一 将碳酸锂 乙酸亚铁 CH3COO 2Fe 磷酸二氢铵按一定比例混合 充分研磨后 在800 左右 惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂 同时生成的乙酸及其他产物均以气体逸出 方法二 将一定浓度的磷酸二氢铵 氯化锂混合溶液作为电解液 以铁棒为阳极 石墨为阴极 电解析出磷酸亚铁锂沉淀 沉淀经过滤 洗涤 干燥 在800 左右 惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂 在锂离子的电池中 需要一种有机聚合物作为正 负极之间锂离子迁移的介质 该有机聚合物的单体之一 用M表示 的结构简式如下 请回答下列问题 1 上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行 其原因是 2 在方法一所发生的反应中 除生成磷酸亚铁锂 乙酸外 还有 填化学式 生成 3 在方法二中 阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为 4 写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式 5 已知该锂离子电池在充电过程中 阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁 则该电池放电时正极的电极反应式为 解析 1 LiFePO4中有Fe2 Fe2 容易被氧化 所以制备LiFePO4时要在无氧条件下操作 2 根据信息给定的方法一所发生的反应中的反应物和部分生成物 再根据元素守恒 可写出该反应的化学方程式 Li2CO3 2 CH3COO 2Fe 2NH4H2PO42LiFePO4 4CH3COOH 2NH3 H2O CO2 3 方法二中 阳极Fe放电生成Fe2 Fe2 再与H2PO Li 反应生成LiFePO4 5 该锂离子电池在充电过程中 阳极的LiFePO4生成FePO4 则该电池放电时正极的反应是FePO4生成LiFePO4 其电极反应式是FePO4 Li e LiFePO4 答案 1 为防止亚铁化合物被氧化 2 CO2H2ONH3 3 Fe H2PO Li 2e LiFePO4 2H 4 5 FePO4 Li e LiFePO4 电化学原理在生产 生活中的应用非常广泛 在化学实验中的作用亦不可低估 如改变反应速率 制备通常方法难以制备的物质等很多方面 现分别列举如下 应用一加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应 设计成原电池时反应速率增大 如实验室制H2时 在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液 就能使产生H2的反应速率加快 实验突破 9 电化学原理在实验中的应用 应用二比较金属活动性的强弱两种金属分别做原电池的两极时 一般作负极的金属比作正极的金属活泼 应用三制备通常方法难以制备的物质电解是最强有力的氧化还原手段 可以制备F2等氧化性很强的物质 也可以制备Na Mg Al等还原性很强的物质等 应用四利用有关量的关系进行某些测量或测定可以利用电子与物质间的关系测元素的相对原子质量 阿伏加德罗常数等 典例导析1 下图 分别是甲 乙两组同学将反应AsO 2I 2H AsO I2 H2O设计成的原电池装置 其中C1 C2均为碳棒 甲组向图 烧杯中逐滴加入适量浓盐酸 乙组向图 B烧杯中逐滴加入适量40 NaOH溶液 下列叙述正确的是 A 甲组操作时 微安表指针发生偏转B 甲组操作时 溶液颜色不变C 乙组操作时 C2作正极D 乙组操作时 C1上发生的电极反应式为I2 2e 2I 解析甲组操作时发生的反应为AsO 2I 2H AsO I2 H2O 有碘单质生成 因此溶液的颜色变深 但装置构成的原电池中两极直接接触 一极是AsO AsO 另一极是I2 I 呈短路状态 因此微安表中无电流通过 A B错 乙组操作时 由于向图 B烧杯中逐滴加入烧碱 此时原电池发生的反应为AsO I2 H2OAsO 2I 2H 此时C2棒上发生氧化反应 作负极 C1棒上发生还原反应 作正极 电极反应式为I2 2e 2I 答案D 迁移应用1 某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe Cu的金属活动性 他们提出了以下两种方案 请你帮助他们完成有关实验项目 方案 有人提出将大小相等的铁片和铜片 分别同时放入稀硫酸 或稀盐酸 中 观察产生气泡的快慢 据此确定它们的活动性 该原理的离子方程式为 方案 有人利用Fe Cu作电极设计成原电池 以确定它们的活动性 试在下面的方框内画出原电池装置图 标出原电池的电极材料和电解质溶液 并写出电极反应式 正极反应式 负极反应式 方案 结合你所学的知识 帮助他们再设计一个验证Fe Cu活动性的简单实验方案 与方案 不能雷同 用离子方程式表示其反应原理 解析比较或验证金属活动性方案有很多 可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证 也可以利用原电池原理 负极是较活泼的金属 也可以利用金属单质间的置换反应来完成 答案方案 Fe 2H Fe2 H2 方案 2H 2e H2 Fe 2e Fe2 方案 把铁片插入CuSO4溶液中 一段时间后 观察铁片表面是否生成红色物质Fe Cu2 Cu Fe2 2 1 将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池 两电极间连接一个电流计 锌片上发生的电极反应 银片上发生的电极反应 2 若该电池中两电极的总质量为60g 工作一段时间后 取出锌片和银片洗净干燥后称重 总质量为47g 试计算 产生氢气的体积 标准状况 若已知电子电荷为1 60 10 19C 通过导线的电量为3 85 104C 试计算阿伏加德罗常数NA 解析 1 锌片与银片和稀硫酸构成原电池 锌片为负极 发生氧化反应 Zn 2e Zn2 银片为正极 发生还原反应 2H 2e H2 2 锌片与银片减少的质量等于生成氢气所消耗的锌的质量 设产生的氢气体积为x Zn 2H Zn2 H2 65g22 4L60g 47g 13gxx 13g 22 4L 65g 4 48L 反应消耗的锌为 13g 65g mol 0 20mol1molZn变为Zn2 时 转移2mole 则通过的电量可表示为 0 20mol 2 NA 1 60 10 19C 3 85 104C解之得 NA 6 02 1023mol 1 答案 1 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 2 4 48L 6 02 1023mol 1 1 2009 浙江理综 12 市场上经常见到的标记为Li ion的电池称为 锂离子电池 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料 碳作为金属锂的载体 电解质为一种能传导Li 的高分子材料 这种锂离子电池的电池反应式为 Li 2Li0 35NiO22Li0 85NiO2下列说法不正确的是 A 放电时 负极的电极反应式 Li e Li B 充电时 Li0 85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C 该电池不能用水溶液作为电解质D 放电过程中Li 向负极移动 放电 充电 易错题重练 解析A项 Li从零价升至正价 失去电子 作为负极 正确 B项 反应逆向进行时 反应物只有一种 故化合价既有升 又有降 所以既发生氧化反应又发生还原反应 正确 C项 由于Li可以与水反应 故应为非水材料 正确 D项 原电池中阳离子应迁移至正极失电子 故错 答案D 2 用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水 含Cl Br Na Mg2 的装置如图所示 a b为石墨电极 下列说法中 正确的是 A 电池工作时 正极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH B 电解时 a电极周围首先生成Cl2C 电解时 电子流动路径是 负极 外电路 阴极 溶液 阳极 正极D 忽略能量损耗 当电池中消耗0 02gH2时 b极周围会产生0 02gH2 解析由于磷酸为电解质 电池的正极反应为 O2 4H 4e 2H2O A错 a电极与原电池正极相连 为电解池的阳极 由于Br 还原性强于Cl 因此Br 先放电 B错 电解时 电子流动路径是 负极 阴极 阳极 正极 电子不能从溶液中通过 C错 根据通过的电子守恒 当电池中消耗0 02gH2时 b极周围会产生0 02gH2 D对 答案D 3 某同学按如图所示的装置进行实验 A B为常见金属 它们的硫酸盐可溶于水 当K闭合后 在交换膜处从右向左移动 下列分析不正确的是 A 溶液中c A2 增大B B的电极反应 B 2e B2 C y电极上有Cl2产生 发生氧化反应D 反应初期x电极周围出现白色沉淀 随后沉淀消失 解析选项A 当K闭合后 在交换膜处从右向左移动 说明A为原电池的负极 该极的金属A失去电子 A 2e A2 c A2 增大 选项B 若金属B是不活泼金属 溶液中的B2 获得电子生成B 选项D x电极为阴极 y电极为阳极 电解初期 AlCl3溶液中的H2O电离出的H 在x电极获得电子生成H2 同时生成OH 反应方程式为 2H2O 2e H2 2OH 产生的OH 与Al3 结合生成Al OH 3沉淀 答案B 4 日常生活中常用的普通锌 锰干电池有7种物质 NH3 Mn2O3 ZnCl2 MnO2 NH4Cl Zn和H2O 它们分别是锌 锰电池中氧化还原反应的反应物和生成物 该干电池的结构如图所示 下列说法正确的是 A 普通锌 锰干电池中电解质溶液为ZnCl2 MnCl2B 石墨电极发生的反应为 2MnO2 2NH 2e Mn2O3 2NH3 H2OC 放电时 NH向负极移动D 用该电池电解饱和AlCl3溶液 析出2 7gAl时 溶解9 75gZn 解析选项A 题目提供的7种物质中 只有NH4Cl和ZnCl2是可溶性的 分析元素价态变化可知Zn失去电子为原电池的负极 Zn 2e Zn2 所以电池中电解质溶液为NH4Cl 选项B 石墨为正极材料 7种物质中 MnO2在该极获得电子生成Mn2O3 2MnO2 2NH 2e Mn2O3 2NH3 H2O 选项C 正极消耗NH 所以放电时NH向正极移动 选项D 根据离子的放电能力 电解饱和AlCl3溶液时 首先是H 在阴极放电生成H2 而不是析出Al 答案B 5 LiFePO4电池具有稳定性高 安全 对环境友好等优点 可用于电动汽车 电池反应为 FePO4 LiLiFePO4 电池的正极材料是LiFePO4 负极材料是石墨 含有导电固体为电解质 下列有关LiFePO4电池的说法不正确的是 A 可加入硫酸以提高电解质的导电性B 放电时电池内部Li 向正极移动C 充电过程中 电池正极材料的质量减少D 放电时电池正极反应为 FePO4 Li e LiFePO4 放电 充电 解析由于Li能和稀H2SO4 H2O反应 因此电解质不能用硫酸 放电过程为原电池原理 在原电池中 阴离子向着负极移动 阳离子向着正极移动 充电过程是电解的过程 电解池的阳极失电子 即LiFePO4 e Li FePO4 因此阳极材料 LiFePO4 质量会减少 将电解池阳极反应倒过