新建 电化学复习(1)

1 电化学 一 考试大纲 1 了解原电池和电解池的工作原理 能够正确写出电极反应和电池 反应方程式 了解常见化学电源的种类及其工作原理 2 了解并掌握电解原理及其应用 3 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 二 基础知识回顾 1 原电池 电解池 电镀池的比较 原电池电解池电镀池 定 义 将化学能转变成电能的 装置 将电能转变成化学能得 装置 应用电解原理在某些金 属表面镀上一层其他金 属的装置 装 置 举 例 形 成 条 件 1 两个活泼性不同的 电极 金属和金属或金 属和非金属 2 具有电解质溶液 能与电极发生自发反 应 3 形成闭合回路 1 与外电源相连的 两个电极 2 电解质溶液 或 熔融的电解质 3 形成闭合回路 1 镀层金属接电源 的正极 待镀金属即镀 件接电源的负极 2 电镀液必须含有 镀层金属离子 电 极 名 称 负极 氧化反应 一般 为金属或者氢气等还原 性物质失电子 正极 还原反应 一般 为溶液中的阳离子或者 氧气得电子 阳极 氧化反应 一般 为溶液中的阴离子或者 金属电极失电子 阴极 还原反应 一般 为溶液中的阳离子得电 子 阳极 金属电极失电子 阴极 电镀液溶液当中 镀层金属阳离子得电子 电 子 流 向 负极 正极 电源负极 阴极 阳极 电源正极 同电解池 2 2 电解原理的应用 1 电解饱和食盐水制取氯气和烧碱 电解前应除去食盐溶液中的 等杂质离子 电极反应 阳极 石墨 阴极 铁 总反应 2 铜的电解精炼 电极反应 阳极 用 粗铜中的金 银等金属杂质 由于其失电子能力比铜弱 因此不能在阳极失电 子变成阳离子 而以阳极泥的形式沉积下来 阴极 用 3 电镀 电镀时 阳极是镀层金属 阴极是镀件 一般用含有 的电解质溶液做电镀 液 电镀池工作时 阳极质量减小 阴极质量增加 电解质溶液浓度 3 化学电源 A 一次电池 干电池 a 碱性锌锰电池的负极是 正极是 电解质是 负极反应为 正极反应为 总反应式为 b 碱性锌锰电池与普通锌锰电池相比 其优点是 B 二次电池 充电电池或蓄电池 a 最常见的二次电池为铅蓄电池 其正极覆盖 负极覆盖 电解质是 溶液 负极 正极 总反应式 b 铅蓄电池充电时的电极反应为 阴极 PbSO4 2e Pb SO42 阳极 PbSO4 2H2O PbO2 4H SO42 2e 总反应式 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 C 燃料电池 燃料电池是一种连续将燃料和氧化剂的化学能转换成电能的化学电池 燃料电池中都是燃料在负极失电子 O2在正极得电子 燃料电池一般用酸性 或碱性物质做电解质 在书写这类电池时应该注意 a 若电解质是酸性的 在电极反应式中不能出现 OH 如氢氧燃料电池 当用 酸性电解质时 电极反应式为 3 负极 正极 总反应式 b 若电解质是碱性的 在电极反应式中不能出现 H 如氢氧燃料电池 当用碱 性电解质时 电极反应式为 负极 正极 总反应式 c 甲烷 氧气燃料电池电极方程式的书写 该电池将金属铂片插入 KOH 溶液中做电极 在两极上分别通入甲烷和氧气 负极 正极 总反应式 4 金属的电化学腐蚀 1 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 2 电化学腐蚀 金属或合金因发生原电池所引起的腐蚀 金属的腐蚀主要 是发生电化学腐蚀 钢铁生锈 吸氧腐蚀与析氢腐蚀 类型吸氧腐蚀析氢腐蚀 条件 水膜呈弱酸性或者是中 性 水膜呈酸性 正极反应 C O2 2H2O 4e 4OH 2H 2e H2 负极反应 Fe Fe 2e Fe2 其他反应 Fe2 2OH Fe OH 2 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 Fe OH 3失去部分水转化为铁锈 三 重难点突破 1 原电池的判定以及原电池正负极的确定 2 电解时电极产物的确定 电解时电极产物的确定首先看电极 如果阳极是活性电极 Pt 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 石墨 则要看溶液中离子的失电子能力 1 阳极产物的判断 根据阴离子的放电顺序进行判断 阴离子放电顺序 S2 I Br Cl OH 含氧酸根离子 F 2 阴极产物的判断 根据阳离子的放电顺序进行判断 阳离子放电顺序 4 3 惰性电极电解电解质溶液的规律 类型电极反应特点实例 电解物 质 电解质的 变化 PH 使电解 质溶液 复原 NaOH 水浓度增大增大加水 H2SO4 水浓度增大减小加水 电解 水型 阴极 4H 4e 2H2 阳极 4OH 4e O2 2H2O Na2SO4 水浓度增大不变加水 HCl 电解质浓度减小增大 加氯化 氢 电解 电解 质型 电解质电离出的阴 阳离 子分别在两极放电 CuCl2 电解质浓度减小增大 加氯化 铜 放 H2 生碱 型 阴极 放出 H2 生成碱 阳极 电解质阴离子放电 NaCl 电解质 和水 生成新电 解质 增大 加氯化 氢 放 O2 生酸 型 阴极 电解质阳离子放电 阳极 OH 放电生成酸 CuSO4 电解质 和水 生成新电 解质 减小 加氧化 铜 4 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 活泼的 金属因被腐蚀而损耗 金属腐蚀的快慢与两种因素有关 A 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率就越快 B 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 金属腐蚀防护的方法 a 改变金属的组成结构 如把 Ni Cr 等加入普通的钢中制成不锈钢 b 在金属表面覆盖保护层 如涂油脂 油漆 搪瓷 塑料等或者是电镀耐腐蚀 的金属 c 电化学保护法 通常采用牺牲阳极的阴极保护法 如将金属连接在电源的 负极上 这样就可以消除引起金属腐蚀的原电池反应 也可以在金属上焊接 比它更活泼的金属 那么发生金属腐蚀时是活泼金属被腐蚀而金属本身受到 保护 2013 年湖北高考 10 银质器皿日久表面会逐渐变黑 这是生成了 Ag2S 的 缘故 根据电化学原理可进行如下处理 在铝制容器中加入食盐溶液 再将变 5 黑的银器浸入该溶液中 一段时间后发现黑色会褪去 下列说法正确的是 A 处理过程中银器一直保持恒重 B 银器为正极 Ag2S 被还原为单质银 C 该过程中总反应为 2Al 3Ag2S 6Ag Al2S3 D 黑色褪去的原因是黑色 Ag2S 转化为白色 AgCl 27 2013 年湖北高考 15 分 锂离子电池的应用很广 某正极材料可再生利用 某锂离子电池的正极材 料有钴酸锂 LiCoO2 导电剂乙炔黑和铝箔等 充电时 该锂离子电池负极发 生的反应为 6C xLi xe LixC6 现欲利用以下工艺流程回收正极材料中某些 金属资源 部分条件未给出 回答下列问题 1 LiCoO2中 Co 元素的化合价为 2 写出 正极碱浸 中发生的离子方程式 3 酸浸 一般在 80 下进行 写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学 方程式 可用盐酸代替 H2SO4和 H2O2的混合液 但缺点 是 4 写出 沉钴 过程中发生反应的化学方程式 5 充电给出中 发生 LiCoO2与 Li1 xCoO2之间的转化 写出放电时电池反应 方程式 6 上述工艺中 放电处理 有利于锂在正极的回收 其原因是 在整个回收工艺中 可回收到的金属化合物有 填化学 式 28 2013 年湖北高考 15 分 二甲醚 CH3OCH3 是无色气体 可作为一种新型能源 由合成气 组成为 H2 CO 和少量的 CO2 直接制备二甲醚 其中的主要过程包括以下四个反应 甲醇的合成反应 i CO g 2H2 g CH3OH g H1 90 1 kJ mol 1 ii CO2 g 3H2 g CH3OH g H2O g H2 49 0 kJ mol 1 水煤气变换反应 6 iii CO g 2H2O g CO2 g H2 g H3 41 1 kJ mol 1 二甲醚合成反应 iv CH3OH g CH3OCH3 g H2O g H4 24 5 kJ mol 1 回答下列问题 1 Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一 工业上从铝 土矿制备较高纯度 Ai2O3的主要工艺流程是 2 分析二甲醚合成反应 iv 对于 CO 转化率的影响 3 由 H2和 CO 直接制备二甲醚 另一种产物为水蒸气 的热化学方程式为 根据化学反应原理 分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响 4 有研究者在催化剂 含 Cu Zn Al O 和 Al2O3 压强为 5 00 MPa 的条件下 由 H2和 CO 直接制备二甲醚 结果如下图所示 其中 CO 的转化率随温度升高 而降低的原因是 5 二甲醚直接燃料电池具有启动快 效率高等优点 其能量密度高于甲醇直 接燃料电池 5 93 kW h kg 1 若电解质为酸性 二甲醚直接燃料电池的负极 反应为 一个二甲醚分子经过电化学氧化 可以产生 个电子的电量 该电池的理论输出电压为 1 20 V 能量密度 E 列式计算 能量密度 电池输出电能 燃料质量 1 kW h 3 6 106 J 26 2012 年湖北高考 14 分 铁是应用最广泛的金属 铁的卤化物 氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为 重要化合物 1 要确定铁的某氯化物 FeClx的化学式 可用离子交换和滴定的方法 实 验中称取 0 54 g 的 FeClx样品 溶解后先进行阳离子交换预处理 再通过含有饱 和 OH 的阴离子交换柱 使 C1 和 OH 发生交换 交换完成后 流出溶液的 OH 用 0 40 mol L 1的盐酸滴定 滴至终点时消耗盐酸 25 0 mL 计算该样品中氯的 物质的量 并求出 FeClx中 x 值 列出计算过程 7 2 现有一含有 FeCl2和 FeCl3的混合物样品 采用上述方法测得 N Fe n Cl 1 2 1 则该样品中 FeCl3的物质的量分数为 在实验室中 FeCl2可用铁粉和 反应制备 FeCl3可用铁粉和 反应制备 3 FeCl3与氢碘酸反应时可生成棕色物质 该反应的离子方程式为 4 高铁酸钾 K2FeO4 是一种强氧化剂 可作为水处理剂和高容量电池材料 FeCl3与 KClO 在强碱性条件下反应可制取 K2FeO4 其反应的离子方程式为 与 MnO2 Zn 电池类似 K2FeO4 Zn 也可以组成碱性电池 K2FeO4在电池中作为正极材料 其电极反应式为 该电池总反应的 离子方程式为 10 2011 年湖北高考 用石墨做电极点 CuSO4溶解 通电一段时间后 欲使 用点解液恢复到起始状态 应向溶液中加入适量的 A CuSO4 B H2O C CuO D CuSO4 5H2O 27 2013 年武汉四调 14 分 甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料 I 工业上一般以 C O 和 H2为原料在密闭容器中合成 甲醇 1 在容积为 1L 的恒容容器中 分别研究在 2300C 2 5 0 0C 和 2700C 三种温度下合成甲醇的规律 右图是上述三 种温度下不同 的 H2和 C0 的起始组成比 起始时 CO 的物质 的量均为 1 mol 与 CO 平衡转化 率的关系 则曲线 X 对应的 温度是 图中 a 点对应的平衡常数 K 2 某温度下 将 1mol CO 和 3 mol H2充入 1 L 的密闭容器中 充分反应 后 达到平衡时 c C0 0 1 mol L 若保持温度和体积不变 将起始物质的物质 的量改为A mol CO b mol H2 c m