2020高中化学 精品系列 专题1 电化学及其应用（教师版）

3-2-1精品系列化学2020版特辑5【试验点预测】综合多年的试验问题来看，可充电电池问题的关键是能否正确写出电极反应式的关键是能否正确写出放电时的电极反应式。 为了正确写出放电时的电极反应式，在查明损害电子的物质的同时，特别注意电极生成物是否与电解质溶液共存，写出实际存在的电极反应式。 并且，由于一次电池的负极反应和电解池的负极反应、一次电池的正极反应和电解池的正极反应相互反应，因此可以快速写出充电时的电极反应式。 各电极反应式写得好，就能正确解决问题。 预计2020年电化学及其应用仍是高考命题的重点。一次电池和电解池的原理和应用一、试验点总结：从试验问题来看，调查的知识点主要有一次电池、电解池、电镀池的电极名称、电子流动和电极反应式根据一次电池、电解池的电极变化来判断金属活性的强弱根据电解时的电极变化来判断电极材料和电解质的种类新型电池的电极反应和应用电解产物的判断和计算从问题类型看，主要是选题和填空问题，其问题类型为五判断、二书、一比较和三解释。 五判断是判断工作原理的问题型，判断电极，判断电子的流动，判断电极上析出的生成物，判断电极附近或溶液整体的酸碱性；二是写电极反应式和总反应方程式；比较是利用电化学知识比较金属的活性；三说明是利用电化学知识，进行电化学腐蚀，电化学试验点一、一次电池工作原理1 .一次电池的定义：把化学能转化为电能的装置称为一次电池。2 .形成条件：(1)活性不同的2个电极：一个是活性金属，另一个是惰性金属、石墨(碳棒)或PbO2等金属氧化物。(2)电解质溶液(3)形成闭合回路3 .工作原理：一次电池是利用发生的氧化还原反应设计的，以较活跃的金属材料为负极，失去电子，经由外部电路流向较惰性的金属，经由电解质溶液返回负极，构成闭合电路，电流逆向流动。 溶液中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。4 .一次电池正负极的判断方法：(1)以金属和金属或金属和导电性非金属为电极时，以活性金属为负极的惰性金属为正极。(2)根据电子的流动判断，也可以根据电子流出的极负、电子流入的极正电流的方向，判断为电流极端流动的正极、电流极端流动的负极.(3)根据发生的反应，判断为发生了氧化反应的极性负、发生了还原反应的极性正(4)由反应现象判断：一般来说，溶解极负、气体或固体析出的极正(5)给出一个方程式来判断电极反应，价数变高的电极为负极，价数变低的电极为正极，可以设计一次电池。看负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存，如果不能共存，该电解质溶液中的阴离子也会写入负极的电极反应式。 在由Al-Cu-NaHCO3溶液构成的一次电池中，Al失去电子而生成的Al3与HCO3-反应： Al3 3HCO3-=Al(OH)3 3CO2，因此不仅写作Al-3e- 3HCO3-=Al(OH)3 3CO2，而且写作Al-3e-=Al3正极上的反应物质为O2时(吸氧腐蚀)，要注意电解质溶液的性质。 溶液为碱性时，电极反应式中出现h的溶液为酸性时，电极反应式中出现OH-。在知道总反应式的情况下，分析该反应中的氧化反应和还原反应(即分析元素的价数变化)，将能够写该离子反应方程式的各反应式视为数学中的代数式，从总反应式中引出容易写一个极(一般为负极)的电极反应式，即另一个极的电极反应式关于可逆电池反应，必须明确“充电放电”的方向，放电过程体现原电池的原理，充电过程体现电解池的原理。6 .一次电池原理的应用：(1)设计化学电源：根据氧化还原反应特征，如果发生氧化反应和还原反应、分别分解为一次电池的负极反应式和正极反应式这两种半反应的氧化反应的物质为金属单体，则将该金属作为负极材料，如果是气体或溶液中的某种离子，则将惰性材料作为负极； 作为正极的材料，只要选择必须比负极活跃、或者必须是惰性电极的电解质溶液为反应中的电解质即可，无论电解质如何，都需要选择不能消耗电极材料的电解质溶液来提高导电性(2)判断反应速度：在取氢过程中，加入少量的铜或硫酸铜可形成锌-铜原电池，反应速度加快(3)判断金属活性：一般来说，作为负极的金属的活性强的例如锌-铜一次电池；(四)金属防护。试点二，一些常见的电池1 .一些常见的电池：(1)锌锰干电池(一次电池)；锌是干电池的负极，碳棒是正极。 使用NH4Cl、ZnCl2、MnO2呈糊状液体作为电解质溶液. 电极反应式：负极(锌罐):Zn-2e-=Zn2正极(石墨):ndh42e-=ndh3 h2；ndh400航空航空航空航空航空航空总反应： zn nh4=zn2nh3 h2；zn nh4sno2=zn2nh3 mn2o3 h2o(2)铅蓄电池：Pb是负极，PbO2是正极，H2SO4溶液的30%是电解质溶液。负极Pb:Pb SO42-2e-=PbSO4正极pbo2:pbo2 4hso42- 2e-=pbso4 2h2o总反应： Pb PbO2 2H2SO42PbSO4 2H2O汽车用电池大多是铅蓄电池(3)燃料电池：氢氧化燃料电池是一种新型的化学电池，两个电极都由多孔碳构成，通气的气体从空隙中逸出，在电极表面放电。 (一般将KOH作为电解质溶液)负极H2:2H2 4OH4e-=4H2O正极O2:O2 2H2O 4e-=4OH-总反应： O2 2H2=2H2O(4)高能电池-锌银电池：已知是由不锈钢制的正极罐和负极盖构成的小圆筒罐，罐内在正极侧填充有由Ag2O和少量石墨构成的正极活性物质，在负极盖侧填充有锌汞齐，电解质溶液为浓的KOH溶液，电池内的Zn的氧化物为ZnO例如银-锌电池负极： Zn 2OH2e-=ZnO H2O正极： Ag2O H2O 2e-=2Ag 2OH-总反应： Ag2O Zn=ZnO 2Ag试验点3，金属腐蚀与防护化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与非电解质直接接触(不接触电)电解液接触)杂质金属或合金与电解质溶液接触现象不发生电流(不发生一次电池反应)有电流发生(发生一次电池反应)本质发生氧化还原反应，金属腐烂饮食氧化反应和还原反应分两极进行，活性金属被腐蚀相互关系两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更为普遍2 .电化学腐蚀：/钢铁的电化腐蚀。类型析出氢气进行腐蚀氧气吸入腐蚀创造条件水膜酸性强水膜呈酸性弱或中性电解质溶液溶解了CO2的水溶液溶解了O2的水溶液负极Fe负极反应Fe-2e-=Fe2正极c.c正极反应2H 2e-=H22H2O O2 4e-=4OH-电子如何流动形成电通道Fe失电子成为Fe2进入溶液，Fe失电子流入c极，h有c极和c极上的电子结合形成H2析出溶液的倾向Fe失电子变成Fe2进入溶液，Fe失电子流入c极，O2在c极得到电子，变成OH-，进入溶液最终腐蚀产物锈(Fe2O3的复杂水合物)普遍性吸氧腐蚀比抽氢腐蚀更普遍3 .金属防护(1)像不锈钢一样为了改变金属的内部构造而制作合金。(2)金属表面的被复保护层：电镀、涂装等。(3)电化学保护法：利用一次电池的原理，将比被保护金属活性的金属焊接在被保护金属表面，形成一次电池，会腐蚀更活性的金属。4 .金属腐蚀速度的判断：根据电解原理的腐蚀根据一次电池原理的腐蚀化学腐蚀有防腐蚀对策的腐蚀试验点4、电池原理1 .定义：电解槽通过电流发生氧化还原反应的装置，即将电能转换成化学能的装置称为电解槽或电解槽。2 .构成电解池的条件电流必须是直流而不是交流两个电极。 其中，与电源的正极相连的电极称为阳极，与电源的负极相连的电极称为阴极。电解质溶液或熔融状态的电解质。3 .电解结果：两极产生了新物质。4 .电解质导电的本质5 .一次电池和电池的区别类型一次电池电解池本质化学能被转化为电能电能转化为化学能装置判定无施加电源电源接通了电极判定负极：还原性强极或电子流出的极正极：还原性弱极或电子流入的极阳极：与直流电源正极连接的极阴极：与直流电源负极连接的极电极上的反应(1)发生负极自身或还原剂失去电子氧化反应(2)正极：溶液中某阳离子或氧化剂得到电子(1)阳极发生氧化反应，即阳极金属或溶液中阴离子失去电子的反应(2)阴极本身不反应，溶液中的阳离子得到电子而发生还原反应电子流动负极外部电路正极电源负极导线阴极溶液阳极电源正极电流方向正极外部电路负极电源正极导线阳极溶液阴极电源负极应用铅酸蓄电池电镀、精炼、冶金6 .电解质溶液电解的类型(惰性电极)(1)电解水型：氧酸、强碱、活性金属氧酸盐的电解(2)电解电解质型：无氧酸(HF除外)、惰性金属无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解(3)产氢碱型：活性金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解(4)放氧酸型：惰性金属的氧酸盐溶液的电解7 .用惰性电极电解电解质溶液变化时类型电极反应特征实例电解物质电解质溶液浓度pH值电解质溶液复原电解水机阴极：2H 2e-=H2阳极：4OH-4e-=O2 2H2ONaOH水增大增大水H2SO4水增大减少水Na2SO4水增大不变水电解质电解质电离的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减少增大氯化氢CuCl2电解质减少氯化铜H2生碱型阴极：释放氢气生成碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢O2酸发生型阳极： OH-放电生成酸阴极：电解质阳离子放电CuSO4电解质和水生成新电解质减少氧化铜8 .电极生成物判断阳离子得到电子，阴离子失去电子，离子中带电的电荷数量减少的过程叫做放电。阳极产物的判断：由铁、锌、铜、银等还原性强的材料制成的电极也称为活性电极，成为电解槽的阳极后，比其他物质先发生氧化反应。用石墨、金、铂等还原性弱的材料制成的电极称为惰性电极，在一般的通电条件下不发生化学反应。 阴离子失去电子。水溶液中含有多个阴离子时，这些惰性阳极的放电优先顺序为S2-I-Br-Cl-(NO3-、SO42-等阴极产物的判断：在一般的电解条件下，水溶液中含有多个阳离子时，在阴极放电的顺序为Ag Hg2 Fe3 Cu2 (H ) (酸中) Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 (H ) (水中) Al3 Mg2 Na Ca2 K9 .用惰性电极电解电解质水溶液，分析电解反应的一般方法步骤如下分析了电解质水溶液的组成，寻找全离子分为阴阳两组向阴离子、阳离子排出放电顺序，在两极写电极反应式五、电解原理的应用1 .铜的电解精炼(1)利用电解法的铜的精炼装置(图)(2)电解法精炼铜的化学原理阳极(粗铜):Cu-2e-=Cu2阴极(纯铜):cu22e-=cu说明：以铜为材料的电极属于活性电极。 在一般的电解条件下，活性阳极比电解质溶液中的成分先发生氧化反应。粗铜中含有很多锌、铁、镍、银、金等杂质，含有杂质的铜在阳极持续溶解时按照金属活性顺序的铜以前的金属杂质，例如Zn、Fe、Ni等也同时失去电子Zn-2e-=Zn2； Ni-2e-=Ni2但是，由于这些阳离子比铜离子难以还原，因此不是用阴极得到电子析出，而是仅仅残留在电解液中。 另外，按照金属活性顺序的铜之后的银、金等杂质，因为给予电子的能力比铜弱，所以在阳极失去电子变成阳离子难以溶解，阳极上的铜失去电子变成离子溶解后，以金属单体的形式堆积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥成为精制金、银等贵金属的原料)。电解精炼法得到的铜称为电解铜，纯度可达99.95%99.98%。2 .电镀(1)电镀的含义电镀是应用电解原理在部分金属表面镀层其他金属和合金的过程。(2)电镀的目的电镀的目的主要是增强金属的防腐蚀能力，提高美观和表面硬度。(3)电镀原理电镀原理与电解精炼铜的原理一致。 在镀敷情况下，将通常用含有镀敷金属离子的电解质制备镀敷液的应该镀敷的金属制品浸渍在镀敷液中，与直流电源的负极连接，将作为阴极的镀敷金属作为阳极，与直流电源的正极连接。 流过低压直流后，阳极金属溶解在溶液中形成阳离子，转移到阴极，这些离子将阴极得到的电子还原成金属，与需要电镀的金属制品相撞。3 .氯碱工业(1)电解饱和食盐水反应原理实验步骤根据图像装置，在u字管中加入饱和食盐水，石墨棒为阳极，铁棒为阴极。 同时向两侧管中每次滴入数滴苯酚酞试验液，用湿润的碘化钾淀粉试验纸检查阳极放出的气体。 接通