2013年高考化学一轮复习(人教版)课件第三单元 第21讲.ppt

第21讲,电化学基础,考纲定位,1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。,2.了解常见的化学电源的种类及工作原理。,3.了解电解池的工作原理及应用，能写电极反应和电池反应方程式。,4.了解金属发生电化学腐蚀的原因、危害及防止措施。,一、原电池,1概念,化学能,电能,活泼性不同的,电解质溶液,把_转化为_的装置。,2构成条件,闭合回路,氧化还原反应,(1)两个_电极。(2)将两个电极插入_中。(3)用导线连接电极形成_。(4)具有自发进行的_。,3工作原理(以锌铜原电池为例),图3211,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,Zn,Cu,氧化反应,还原反应,Zn2OH2e=Zn(OH)2,二、化学电源,1碱性锌锰干电池一次电池负极：_；正极：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH。电池反应：Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH。,2铅蓄电池二次电池(1)构造：负极：铅；正极：二氧化铅；电解质溶液：硫酸溶液。,(2)电极反应。,负极：_；(3)优点：铅蓄电池是二次电池，可多次充电，反复利用。,3氢氧燃料电池(碱性介质中)(1)构造：负极：氢气；正极：氧气；电解质溶液：氢氧化钾溶液。,(2)电极反应。,2H2O2=2H2O,负极：_。正极：_。电池反应：_。(3)优点：能量利用率高、无污染、原料来源广泛等(写一条)。,2H24OH4e=4H2O,O24e2H2O=4OH,三、电解池,电流,阴、阳两极,氧化还原反应,1电解原理,阳极,氧化反应,阴极,(1)电解：使_通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在_引起_的过程。(2)电解池：把电能转化为化学能的装置。,(3)电极名称与电极反应。,还原反应,与电源正极相连的为_，发生_。与电源负极相连的为_，发生_。(4)电解池的构成：直流电源、电极、电解质、闭合回路。,2电解CuCl2溶液图3212,四、电解原理的应用,1电解饱和食盐水,(1)电极反应。,阳极：_；,阴极：_。,氢气,氯气,烧碱,(2)总反应式：_。(3)应用：氯碱工业制_、_和_。,2H2e=H2,2电镀或电解精炼铜,阴极,阳极,(1)两极材料：待镀金属或精铜作_；镀层金属或粗铜,作_。,(2)电极反应：阳极：_；,阴极：_。3冶炼金属(以冶炼Na为例),(1)电极反应：阳极：_；,阴极：_。,(2)总反应式：_。(3)应用：冶炼_等活泼金属。,Cu2e=Cu2,Cu22e=Cu,2Cl2e=Cl2,2Na2e=2Na,钠、镁、铝,五、金属的电化学腐蚀与防护,1金属的腐蚀,氧化还原,金属被氧化,化学反应,金属与周围的气体或液体物质发生_反应而引起损耗的现象。金属腐蚀的本质：_。(1)化学腐蚀：金属与接触的物质直接发生_,而引起的腐蚀。,原电池,同时,电化学,(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触发生_反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。(3)两种腐蚀往往_发生，但_腐蚀更普遍，速度快，危害更重。,2电化学腐蚀的分类(以铁的腐蚀为例),吸氧,析氢,呈酸性,呈中性或弱酸性,Fe2e=Fe2,2Fe4e=2Fe2,2H2e=H2,O24e2H2O=4OH,Fe2H=Fe2,H2,2FeO22H2O=2Fe(OH)2,吸氧,3.金属的防护方法(1)加防护层，如_。(2)改变_。,(3)电化学保护法。,原电池,正,电解池,阴,牺牲阳极的阴极保护法利用_原理，_极被保护。如在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼的金属如锌，让被保护的金属作原电池的正极。外加电流的阴极保护法利用_原理，_极被保护。如用被保护的钢铁设备作阴极，惰性电极作阳极，外接直流电源。,涂油漆、覆盖陶瓷、电镀、金属钝化等,金属的内部结构，如将普通钢制成不锈钢,考点1,原电池工作原理及电极反应式的书写,1原理图示图3213,2原电池的判定方法,(1)先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能为原电池；再依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“四看”：一看电极，两极为导体且活泼性不同(燃料电池的电极一般为惰性电极)；二看溶液，两极插入电解质溶液中；三看回路，形成闭合回路或两极接触；四看本质：有无氧化还原反应发生。,(2)多池相连。无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池,为原电池，其他各池可看作是电解池。,3正、负极的判断,在书写原电池的电极反应式时，首先应正确判断两个电极哪,个是正极，哪个是负极。常见的判断方法有：,(1)根据电极材料判断：相对活泼的电极作负极，相对不活,泼的电极作正极。,(2)根据电子和电流流向判断：电子由负极经外电路流向正极(注意：溶液中无电子)，电流由正极经外电路流向负极。(3)根据电解质溶液中的阴、阳离子迁移方向判断：阳离子,移向正极，阴离子移向负极。,(4)根据电极反应类型判断：负极发生氧化反应，正极发生,还原反应。,(5)根据现象判断：负极质量减少，变细；正极质量增,加，或有气泡产生。4电极反应式的书写,书写电极反应式时，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，首先正确判断出电极反应产物，根据反应物和产物的价态变化写出转移电子数，再结合质量守恒、电荷守恒配平电极反应式。两个电极反应式相加则得总反应式。,(1)根据电极反应式写出总反应式。使两个电极反应式得失,电子数相等后，将两式相加，消去相同的化学式。,(2)根据总反应式写电极反应式一般分为四个步骤：列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。,注意：(1)一些复杂原电池反应需考虑：,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。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应作为反应物写入负极反应式中。,(2)若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子转移守恒的基础上，将总反应式减去较易写出的电极反应式，即得到较难写出的电极反应式。,【例1】(2010年广东高考，双选)铜锌原电池(如图321,4)工作时，下列叙述正确的是(,)。,图3214,C在外电路中，电子从负极流向正极,A正极反应为：Zn2e=Zn2,B电池反应为：ZnCu2=Zn2Cu,D盐桥中的K移向ZnSO4溶液,思路指导：该图为原电池，活泼金属锌作负极，失去电子，电子通过导线传递到正极铜片上，在正极溶液中铜离子得电子，,外电路电子由负极流向正极，内电路盐桥中阳离子移向正极，阴离子移向负极。,解析：A项，活泼金属锌作负极；D项，盐桥中阳离子向正,答案：BC,负极反应为：Zn2e=Zn2，正极反应为：Cu22e=Cu，,极移动，故K应移向CuSO4溶液。,在原电池中，外电路由电子定向移动导电，电子总是从负极流出，流入正极；内电路由离子的定向移动导电，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。离子的移动方向可由电性的同性相斥，异性相吸原理理解。,【例2】镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：,有关该电池的说法正确的是(,)。,B充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极附近溶液的碱性不变,D放电时电解质溶液中的OH向正极移动,思路指导：二次电池首先需要判断什么情况下是原电池，什么情况下是电解池，二次电池充电时是电解池，放电时是原电池。充电和放电是在两种不同的条件下发生的，充电是在外接电源条件下发生的非自发氧化还原反应，放电是在无外接电源条件下发生的自发氧化还原反应。,答案：A,原电池反应的实质问题,原电池反应的实质是负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子，发生还原反应。因此，对于具体的问题要具体分析，不能想当然，否则会落入出题者的陷阱中。如：铁、铜和浓硝酸组成的原电池，虽然铁的活泼性比较强，但铁与浓硝酸发生钝化，形成保护膜阻止反应进一步进行，而铜可以和浓硝酸发生反应，因此铜作负极，铁作正极。镁、铝和氢氧化钠溶液组成的原电池，作为负极的应该是铝，而不是镁。,【变式训练】1(2011年广东高考)某小组为研究电化学原理，设计如图3,Aa和b不连接时，铁片上会有金属铜析出Ba和b用导线连接时，铜片上发生反应为：C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,图3215,Da和b分别连接直流电源的正、负极，电压足够大时，Cu2向铜电极移动,解析：A项，a和b不连接时，虽然没有构成原电池，但铁片会和硫酸铜溶液发生置换反应，铁片上会有铜析出；B项，a和b用导线连接时，构成原电池，铜片为正极：Cu2+2e=Cu；C项，无论a和b是否连接，总反应式都是铁和硫酸铜反应，所以铁片会溶解且溶液由蓝色逐渐变成浅绿色；D项，a和b分别连接直流电源的正、负极，形成电解池，电子由负极流向b，故,答案：D,2高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn,C放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化,D放电时正极附近溶液的碱性增强,答案：C,3(2011年广东佛山模拟，双选)一种甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的新型手机电池，可连续使用一个月。该电池反应为：,A充电时阴极发生氧化反应,C通入0.25mol氧气并完全反应后，有0.5mol电子转移D放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的pH升高,解析：充电时阴极发生得电子的还原反应，通入1mol氧气，转移4mol电子，故通入0.25mol氧气，应有1mol电子转移。,答案：BD,考点2,原电池原理的应用,1比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。若有两种金属A和B，用导线将A和B连接后插入稀硫酸中，一段时间后观察到A极溶解，而B极上有气泡冒出，则说明A是负极，B是正极，A的活泼性比B强。,2加快化学反应速率,原电池可以加快化学反应速率。如锌和稀硫酸反应制取氢气时，可向溶液中滴加少量硫酸铜，形成铜锌原电池，加快反应的进行。,3设计制作化学电源,设计原电池时要紧扣原电池的四个条件。具体方法是：(1)首先将氧化还原反应拆成两个半反应。,(2)结合两个半反应找出正、负极材料(负极就是失电子的物质，正极用活动性比负极差的金属即可，也可以选用石墨)及电解质溶液。,电解质溶液的选择。,电解质是使负极放电的物质，因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间用盐桥连接)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与相应电极材料相同的阳离子。如在铜硫酸锌构成的原电池中，负极锌浸泡在,溶液中。,含有Zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2的电解质,电解材料的选择。,在原电池中选择还原性较强的物质作负极；氧化性较强的物质作正极。并且原电池的正极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2，CH4等)。,(3)按要求画出原电池装置图。,【例3】铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、,印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。,(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_。,(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，,标出正、负极，并写出电极反应式。,正极反应：_；负极反应：,_。,(4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种(水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。有关反应的化学方程式：_,_。,劣质不锈钢腐蚀的实验现象_,_。,钢易被腐蚀，需要有容易与铁反应的盐，根据提供的药品可知这,种盐是硫酸铜，制取硫酸铜的最佳方案是用氧化铜与稀硫酸反应,制取，这种方法比浓硫酸与铜反应节省硫酸，并且不产生污染环,境的SO2。实验步骤是：用适量水将浓硫酸稀释制取稀硫酸，用氧化铜与稀硫酸反应制取硫酸铜，将不锈钢加入硫酸铜溶,液中观察现象。,答案：,(2),(3)通入足量氯气将Fe2氧化成Fe3；加入CuO调节溶液的pH至3.24.7；过滤除去Fe(OH)3(4)CuOH2SO4=CuSO4H2O、CuSO4Fe=FeSO4Cu不锈钢表面有紫红色物质生成,(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2,2Fe32e=2Fe2Cu2e=Cu2,【变式训练】,A正极为Fe，负极为Zn，电解质为Fe2(SO4)3溶液B正极为C，负极为Fe，电解质为Fe(NO3)3溶液C正极为Cu，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液D正极为Ag，负极为Fe，电解质为CuSO4溶液,解析：负极失去电子，故Fe为负极，正极的活泼性比Fe,答案：AD,差即可，电解质溶液为含有Fe3的溶液。,考点3电解原理与电极产物的判断,1电解原理,与外界电源正极相连阳极氧化反应(失电子)阴离子,移向；,与外界电源负极相连阴极还原反应(得电子)阳离子,移向。,2两极放电顺序,(1)若阳极为活泼金属(金属活动性顺序表Pt之前金属)，则金属失电子，电极被溶解；若是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则溶,(2)在阴极，阳离子放电，顺序与金属活动性顺序表相反：,液中阴离子失电子，阴离子放电顺序：S2IBrClOH,含氧酸根离子F。,3以惰性电极电解电解质溶液的类型,【例4】(2012年广东广州一模)某小组为研究电化学原理，,)。,设计如图3216的装置，下列叙述正确的是(图3216,A若a和b为石墨，通电后a电极上发生的反应为：Cu2,B若a和b为石墨，通电后滴入酚酞，a电极附近溶液呈红色,2e=Cu,C若a为铜，b为铁，通电后Cu2向a电极移动,D若a为粗铜，b为纯铜，通电后b电极质量增加,解析：若a和b为石墨，a与正极相连则为阳极，阳极上氢氧根放电，破坏水的电离，在阳极区云集氢离子，溶液呈酸性，A、B错误；若a为铜，b为铁，a与正极相连则为阳极，铜在阳极放电形成铜离子，铜离子向阴极b移动，C错误。,答案：D,【变式训练】5(2011年广东深圳联考，双选)已知外电路中，电子由b,)。,极流向锌。有关图3217所示的装置分析合理的是(图3217,A该装置中Cu极为正极,B当铜极的质量变化为32g时，a极上消耗的O2在标准状,况下的体积为5.6L,D一段时间后锌片质量减少,解析：左池为燃料电池，右池为电解池；电子由b极流向锌，,当阳极铜溶解32g时，负极消耗0.25mol氧气，在标准状况下的体积为5.6L。,答案：BC,Cb极反应的电极反应式为：H22e2OH=2H2O,考向分析电化学知识是化学基本理论部分的一个重要内容，也是历年高考考查的一个重点。电化学知识既可以综合学科内的知识，如联系到：化学实验现象的判断和分析、定量实验的操作要求、离子方程式的书写、氧化还原反应问题分析、化学计算等。也可以涉及到学科间的知识的运用，如联系到物理学的“有关电流强度的计算、有关电量和阿伏加德罗常数的计算”等，还可以与生产生活(如金属的腐蚀和防护、电镀废液的危害与环保)、新科技及新技术(新型电池)等问题相联系。,从近几年广东高考命题来看，试题常以选择题居多，也可能以填空、简答、实验、计算等形式命题。在第卷中主要是结合题目设置与原电池或电解池相关的问题，例如原理考查，电极反应式书写，现象描述，计算等问题。,【典例】(2011年广东茂名模拟)A、B、C、D是常见不同主族的短周期元素，它们的原子序数逐渐增大，A元素原子最外层电子数是内层电子数的2倍；其中只有C是金属元素，且C元素原子最外层电子数是D元素原子最外层电子数的一半；B元素原子的最外层电子数比D元素原子最外层电子数少一个；E与D同主族，且E元素的非金属性比D强。,图3218,(1)写出A、B、E三种元素的元素符号：A：_，B：_，E：_。(2)如图3218所示：以C和A的单质为电极材料，两池内的电解质溶液均为D的最高价氧化物对应的水化物。a中A为：_极，电池总反应的离子方程式为：_；b中A上的电极反应式为：_，一段时间后b中的pH_(填“变大”、“变小”或“不变”)。,来制备合成氨的原料气，在1000下，用高压水蒸气洗涤混合气体，再经过处理后即可直接作为合成氨的原料气。高温、高压处理的理由是_。,(4)汽车内燃机工作时产生的高温会引起N2和O2的反应：之一，该反应在不同温度下的平衡常数K如下表：,Av(正)v(逆)Cv(正)v(逆),Bv(正)v(逆)D无法确定,考查要点：本题以元素推断为入手点，进而考查了原电池和电解池原理，电极方程式书写和pH的变化。(3)和(4)问则独立考查了化学平衡的知识。,解析：根据周期表中原子结构特点推断A为C，B为N，C为Al，D为S，E为O；所以构成C硫酸Al原电池，活泼金属铝作负极，总反应是铝与稀硫酸的反应；在电解池中，Al,质是电解水，所以一段时间后硫酸溶液浓度变大，pH变小。,与负极相连不参加反应，阴极H放电，阳极OH放电，电解实,思路指导：元素推断是基础，进而分析原电池和电解池反应。,答案：(1)C,N,O,O2,变小,(3)高温有利于提高反应速率，高压水蒸气条件下CO转化率增大，且二氧化碳在水中的溶解度也增大(答出两点即可),(4)吸热,D,【突破训练】1(2011年广东肇庆模拟)二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的清洁、高效能源。,CO2(g),H247kJ/mol。一定条件下该反应在密闭容器中达,到平衡后，要提高CO的转化率，可以采取的措施是_(填字母)。,B加催化剂D增加CO浓度,A低温高压C体积不变充入N2E分离出二甲醚,H2O(g)。在某温度下，在1L密闭容器中加入CH3OH，反应到10分钟时达到平衡，此时测得各组分的浓度如下：,该温度的平衡常数为_。,10min内平均反应速率v(CH3OH)_。(3)图3219为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。该反应的还原剂是_(写名称)；若b电极的反,_。,应式为：3O212e12H=6H2O，则a电极的反应式为：,图3219,解析：(3)二甲醚燃料电池，可燃物二甲醚为还原剂，失电子，氧气是氧化剂，得电子；电极方程式先写出反应物和产物，再算出得失电子数，巧妙利用信息中质子交换膜配平方程式；也可以写出总反应式，再减去正极反应式，即得负极反应式。,答案：(1)AE,1(2011年广东广州模拟)电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等,杂质的粗铜。下列叙述正确的是(,)。,A电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极B粗铜与电源负极相连，发生氧化反应D电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥,C阴极上发生的反应是：Cu22e=Cu,解析：精炼铜时粗铜作阳极，发生氧化反应，电极反应式：,答案：C,Cu2e=Cu2，Ag等活泼性比Cu差的金属形成阳极泥,2(2011年广东惠州模拟)图32110中a、b为直流电源电极，c、d为惰性电极，电