2012届高三化学第一轮复习 考点5 化学能与电能考点详析

1 考点五考点五 化学能与电能化学能与电能 课标要求课标要求 1 能举例说明化学能和电能的转化关系及其应用 2 认识提高燃料的燃烧效率 开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性 考纲要求考纲要求 1 了解原电池和电解池的工作原理 能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 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 教材精讲教材精讲 1 原电池 原电池 电极的判断 较活泼金属作负极 较不活泼金属或石墨等电极作正极 电极反应 负极 发生氧化反应 正极 发生还原反应 能量转换 化学能转化为电能 电子 离子的移向 电子由负极流向正极 阴离子向负极迁移 阳离子向正极迁移 原电池形成条件 有电解质溶液 并能自发地发生氧化还原反应 有两个活泼性不同的电极 构成闭合回路 2 2 金属的腐蚀 以钢铁腐蚀为例 3 金属的防护 4 电解池 金属的腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 电极反应 负极 铁原子 Fe 2e Fe2 正极 碳原子 2H 2e H2 环境 酸性较强的溶 液的溶液 析氢腐蚀吸氧腐蚀 环境 酸性较弱的溶液或中性溶液 的溶液 电极反应 负极 Fe 2e Fe2 正极 2H2O O2 4e 4OH 加覆盖层 牺牲阳极的阴极防护法 原电池原理 外加电源的阴极防护法 电解原理 金属的防护 电化学防护 改变金属内部结构 3 5 原电池原理的应用 几种常见化学电源 1 酸性锌锰干电池 构造 正极 石墨碳棒 负极 锌皮 电解质溶液 糊状氯化铵 电极反应 负极 Zn Zn2 2e 电解池 电极的连接 阴极和外加电源负极相连 阳极和外加电源正极相连 电极反应 阳极 发生氧化反应 阴极 发生还原反应 能量转换 电能转化为化学能 电子 离子的移向 电子由负极流向阴极 再由阳极流向正极 阴离子向阳极迁移 阳离子向阴极迁移 影响离子放电 的因素 离子浓度 当两种离子放电能力相差不大时 离子浓度可能改变它们的放电顺序 例如电 解 ZnCl2溶液 阴极上的电极反应为 Zn2 2e Zn 电极材料 活泼电极做阳极 电极自 身发生氧化反应 阳离子的放电顺序 阳离子的放电能 力与金属活动顺序相反 电解金属活动顺 序表中铝前金属的盐溶液 或碱溶液 水电离出来的氢离子在阴极上放电 阴离子的放电顺序 S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 用惰性电极电解含氧酸 含氧酸盐 氟化 物 水电离的氢氧根离子在阳极上放电 用惰性电极电解铝离子以后的阳离子和氢氧 根离子以后的阴离子所组成的电解质溶液 相当于电解水 4 正极 MnO2 NH4 e MnO OH NH3 电池反应 Zn 2NH4Cl 2MnO2 ZnCl2 2MnO OH 2NH3 2 碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池与酸性锌锰干电池的区别在于 以氢氧化钾代替氯化铵做电解质 其电 极反应如下 负极 Zn 2OH Zn OH 2 2e 正极 2MnO2 H2O 2e Mn2O3 2OH 电池反应 Zn 2MnO2 H2O Zn OH 2 Mn2O3 3 铅蓄电池 构造 负极 铅 正极 二氧化铅 电解质溶液 硫酸溶液 电极反应 负极 Pb SO42 PbSO4 2e 正极 PbO2 2e 4H SO42 PbSO4 2H2O 电池反应 PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 优点 铅蓄电池是二次电池 可多次充电 反复利用 PbO2 Pb 2H2SO4 放电 充电 2PbSO4 2H2O 4 氢氧燃料电池 构造 负极 氢气 正极 氧气 电解质溶液 氢氧化钾溶液 电极反应 负极 2H2 4OH 4H2O 4e 正极 O2 4e 2H2O 4OH 电池反应 2H2 O2 2H2O 优点 能量利用率高 6 电解原理的应用 1 电解食盐水 装置 立体隔膜电解槽 5 石墨阳极 石棉隔膜 铁网阴极 NaOH和NaCl溶液 饱和食盐水 H2 Cl2 电解前食盐水的精制 粗盐中含有 Ca2 Mg2 SO42 Fe3 Fe3 Ca2 Mg2 在电解过程中生成 Fe OH 3 Ca OH 2 Mg OH 2 而堵塞石棉隔膜空隙 SO42 影响产品的纯度 所以这些杂质离子必须 除去 除去杂质离子的操作及加入试剂的顺序是 BaCl2 NaOH Na2CO3 过滤 HCl 或 NaOH BaCl2 Na2CO3 过滤 HCl 电极反应 阴极 2H 2e H2 或 2H2O 2e H2 2OH 阳极 2Cl Cl2 2e 或 2Cl 2e Cl2 电解反应 通电 2NaCl 2H2OH2 Cl2 2NaOH 2 电解法精炼铜 粗铜的成分 铜 锌 铁 镍 银 金 铂等 电极的连接 粗铜做阳极 和外加电源的正极相连 纯铜做阴极 和外加电源 的负极相连 电解液 硫酸铜或硝酸铜溶液 电极反应 阳极 Cu Cu2 2e Zn Zn2 2e Ni Ni2 2e 阴极 Cu2 2e Cu Ag Au Pt 不发生反应 沉积到阳极底部 叫做阳极泥 3 电镀 利用电解原理 在金属表面上镀上一层其它金属或合金的过程叫电镀 6 电极的连接 镀层金属或惰性电极做阳极 和外加电源的正极相连 镀件金属做阴极 和 外加电源的负极相连 如铁上镀铜 铜 或石墨 做阳极 铁做阴极 电镀液的选择 选择含有镀层金属离子的溶液做电镀液 如铁上镀铜 选择硫酸铜溶 液做 电镀液 电极反应 阳极 Cu Cu2 2e 阴极 Cu2 2e Cu 电镀的特点 若镀层金属做阳极 电镀过程中溶液中阳离子浓度不变 若用惰性电极 做阳极 电镀过程中溶液中阳离子浓度减小 典型例题典型例题 例 1 某溶液中含有两种溶质 NaCl 和 H2SO4 它们的物质的量之比为 3 1 用石墨电极电 解该混合液 下列叙述不正确的是 A 阴极自始至终均析出 H2 B 阳极先析出 Cl2 后析出 O2 C 电解最后阶段为电解水 D 溶液 pH 不断增大 最后为 7 解析 电解质溶液中 n Na n Cl n H n SO42 3 3 2 1 电解过程明显分为三个 阶段 第一阶段相当于电解盐酸 通电 2HClH2 Cl2 第二阶段相当于电解氯化钠溶液 通电 2NaCl 2H2OH2 Cl2 2NaOH 第三阶段相当于电解水 通电 2H2O2H2 O2 可见只有 D 不正确 例 2 在 100mlH2SO4与 CuSO4的混合液中 用石墨作电极电解一段时间 两极上均收集到 2 24L 气体 标准状况 则原溶液中 Cu2 物质的量浓度为 A 1molL 1 B 2molL 1 C 3molL 1 D 4molL 1 解析 阳极电极反应式为 4OH 4e 2H2O O2 阴极电极反应式为 开始 Cu2 2e Cu 最后 2H 2e H2 根据电子得失守恒 21 0 2 4 22 24 2 4 4 22 24 2 2 11 LCuc Lmol L Lmol L 7 12 1 molLCuc 所以选相为 A 例 3 某粗铜中各成分的质量分数分别为 Cu 64 Fe 5 6 Zn 6 5 Ni 5 9 其余为 Ag 和 Au 利用该粗铜电解精炼铜 电解液选择 1L 1mol L 的硫酸铜溶液 当通电 30min 电流强度 5 36A 1oml 电子的电量为 96500 库仑 问 1 阴极质量增重多少克 2 阳极质量减轻多少克 3 此时溶液中铜离子的物质的量浓度为 mol L 假设电解前后溶液体积 相同 4 此时溶液中 Fe2 的物质的量浓度为 mol L 假设电解前后溶液体积相 同 解析 阳极 Zn 2e Zn2 Ni 2e Ni2 Cu 2e Cu2 阴极 Cu2 2e Cu 1 mol molC sA en1 0 96500 180036 5 阴极质量增重 gmolgmol2 3 641 0 2 1 2 粗铜中1 1 1 10 59 9 5 65 5 6 56 6 5 64 64 NinZnnFenCun 阳极上溶解的铜的质量 gmolgmol46 2 6405 0 13 10 阳极质量减少 g g 84 3 64 46 2 3 Lmol L molg g molg g mol Cuc 988 0 1 64 2 3 64 46 2 1 2 4 阳极上溶解铁的物质的量 molmol00384 0 05 0 13 1 Lmol L mol Fec 00384 0 1 00384 0 2 跟踪训练跟踪训练 一 选择题 单选题 一 选择题 单选题 8 1 白铁 铁上镀锌 马口铁 铁上镀锡 铜质奖章 铁上镀铜 当镀层破坏后 铁 腐蚀速率由快到慢的顺序是 A B C D 2 在一定温度下 以惰性电极电解硫酸钾饱和溶液 当阳极产生 a 摩气体时 溶液中析出 W 克晶体 不含结晶水 设电解过程中温度保持不变 则剩余溶液的溶质的质量分数为 A B C D 3 用 Pt 作电极 电解串联电路中分装在甲 乙两个烧杯中的 200mL0 3molL 1 NaCl 溶液和 300ml0 3molL 1的 AgNO3溶液 当产生 0 56L 标准状况 Cl2时停止电解 取出电极 将 两杯溶液混合 混合液的 pH 为 设混合后总体积为 500mL A 1 4 B 5 6 C 7 D 12 6 4 用二根铂丝作电极插入 KOH 溶液中 分别向两极通入甲烷和氧气 可作为一种燃料电池 的模拟装置 试判断下列说法正确的是 A 通氧气的铂极为负极 B 此电池反应为 CH4 2O2 CO2 2H2O C 此电池放电时 KOH 浓度不变 D 此电池放电时 KOH 浓度减小 5 下列判断正确的是 A 以镁和铝为电极 氢氧化钠溶液为电解质溶液 镁做负极 B 以铜和铝为电极 浓硝酸为电解质溶液 铜做负极 C Cu 2H2O Cu OH 2 H2反应 在任何条件下都不能发生 D 电镀时 电解质的浓度一定保持不变 二 选择题 双选题 二 选择题 双选题 6 下列电极反应书写正确的是 A 碱性氢氧燃料电池负极的电极反应 H2 2OH 2e 2H2O B 铅蓄电池正极的电极反应 Pb SO42 PbSO4 2e C 吸氧腐蚀正极的电极反应 2H2O O2 4e 4OH D 锌锰干电池负极的电极反应 Zn Zn2 2e 7 下列关于原电池和电解池的描述正确的是 A 无论原电池还是电解池 阴离子总是向发生氧化反应的电极迁移 9 B 原电池是将电能转化为化学能 电解池是将化学能转化为电能 C 原电池工作时 电流由负极流向正极 D 原电池工作过程是一个自发过程 电解池工作过程是一个非自发过程 8 某电解质溶液 pH a 向其中插入两根惰性电极通电一段时间后再测知溶液的 pH b 若 b a 该电解质可能是 A Na2S B CuSO4 C NaCl D Na2SO4 9 某电解池内盛有硫酸铜溶液 插入两根电极 接通直流电源 欲达到如下要求 阳极 质量不变 阴极质量增加 电解液 pH 减小 则应选用的电极是 A 阴阳两极都是石墨 B 铜作阳极 铁做阴极 C 铁作阳极 铜做阴极 D 铂作阳极 铜做阴极 10 用石墨作电极 电解 1L0 1mol LCuSO4溶液 电解一段时间后 CuSO4浓度会减少 为了 恢复电解液仍为 1L0 1mol L 假定电解过程中 水份无蒸发损失 应向溶液中加入 A Cu OH 2 B 无水 CuSO4 C CuCO3 D CuO 三 填空题三 填空题 11 金属腐蚀的本质是 切完咸菜的刀 生锈时 发生的是 腐蚀 此时为 负极 电极反应为 为正极 电极反应为 12 从 H Cu2 Na SO42 Cl 五种离子中恰当地组成电解质 按下列要求进行电解 1 以石墨为电极 使电解质质量减少 水量不变进行电解 则采用的电解质是 2 以石墨为电极 使电解质质量不变 水量减少进行电解 则采用的电解质是 3 以石墨为阳极 铁棒为阴极 使电解质和水质量都减少进行电解 则采用的电解 质是 13 下图所示的装置 10 A BC CuZnFeCu 稀H2SO4CuSO4溶液 甲乙 1 当 A 键断开 B C 两键闭合时 甲为 池 乙为 池 甲池中 各电极反应式为 2 将乙中两极都换成石墨 硫酸铜溶液换成稀硫酸 断开 B C 两键 闭合 A 键 甲 为 池 乙为 池 当甲中锌减轻时 乙中共放出气体 标准状况 ml 四 实验题 14 以石墨做阳极 铁网做阴极 用离子隔膜法电解饱和食盐水 请回答下列问题 1 写出在电解过程中 与电源正极相连的电极上的电极反应式 2 电解前食盐水要精制 目的是除去粗盐中 Ca2 Mg2 SO 2 4 等杂质离子 使用的试 剂有 a Na2CO3溶液 b Ba OH 2溶液 c 盐酸 其合理的加入顺序是 3 如果电解前食盐水的体积为 10L 通电 1min 在阴极产生 11 2L 标准状况 气体 此时电极反接 再通电 0 5min 这时溶液 pH 是 设体积维持不变 4 若采取无隔膜法电解饱和食盐水 电解反应为 5 Cl2常用于自来水的消毒 现有一种新型消毒剂 ClO2 若它们在杀菌过程中的还原 产物均为 Cl 消毒等量的自来水 所需 Cl2和 ClO2的物质的量之比为 15 某学生试图用电解法根据电极上析出的物质的量质量来验证阿佛加德罗常数值 其 实验方案的要点为 用直流电电解氯化铜溶液 所用仪器如右图 在电流强度为 I 安培 11 通电时间为 t 秒种后 精确测得某电极上析出的铜的质量为 m 克 试回答 1