人教版辽宁地区高三化学总复习之电化学与应用 课件

1、2021/8/9 星期一1高三化学总复习基本理论电化学2021/8/9 星期一2原电池和电解池的比较原电池电解池概念能量转化借助氧化还原反应而产生电流的装置。借助电流引起氧化还原反应的装置化学能 转化为电能电能转化为化学能2021/8/9 星期一3一、原电池构成原电池的基本条件是什么？ （1）必须自发进行氧化还原反应 （3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融 的电解质中；（4）两个电极必须相连并形成闭合回路。（2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；把化学能转化为电能的装置。2021/8/9 星期一4原电池正负极的比较比较项目正极负极电子流动方向电子流入电子流出金属活泼性相对不活泼相对活泼电

2、极反应 Nm+ + me- = N(还原反应)M - ne- = Mn+(氧化反应) 电极质量变化增大或不变一般：减小离子移动方向阳离子移向该极阴离子移向该极2021/8/9 星期一5氧化反应 M-ne=Mn+产生电流失e-沿导线转移还原反应 Nm+me=N原电池的工作原理负极正极阴离子阳离子ee综述1、负极失电子发生氧化反应；溶液中氧化性较强的微粒在正极上得电子发生还原反应；2、电子由负极流向正极，电流方向是由正极流到负极（外电路）。2021/8/9 星期一6用Al、Cu作电极，如何使Cu作负极，Al作正极？浓硝酸作电解液用Mg、Al作电极，如何使Al作负极，Mg作正极？NaOH作电解液思考

3、2021/8/9 星期一7原电池原理的应用(2)比较金属的活泼性；构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性 正极(3)加快某些化学反应的反应速率；(1)制做化学电源；(4)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。2021/8/9 星期一8金属的电化学腐蚀（一）金属腐蚀1.概念：金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。2.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成阳离子而损耗3.金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀2021/8/9 星期一9比较项目化学腐蚀电化学腐蚀发生条件共同点是否构成原电池有无电流实质化学腐蚀与电化学腐蚀

4、的比较电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多金属跟接触到的物质直接发生化学反应不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应无电流无原电池构成无数微小原电池有弱电流金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀金属原子失去电子变成阳离子而损耗2021/8/9 星期一10钢铁的电化学腐蚀比较项目析氢腐蚀吸氧腐蚀发生条件电极反应负极正极总反应钢铁表面吸附的水膜酸性较強时Fe - 2e- = Fe2+2H+ + 2e- = H2Fe+ 2H+ = Fe2+ H2钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时Fe - 2e- = Fe2+O22H2O4e-=4OH-Fe2+2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)

5、34Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈)+(3-x)H2O吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多2021/8/9 星期一11金属的防护方 法：1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）2.在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷 ；（5）使金属表面形成致密的氧化膜 。3.电化学保护法 ：（1）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴极保护法 2021/8/9 星期一12判断金属腐蚀快慢的规律 不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：1）与构成微电池的材

6、料有关，两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快；2）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。一般说来可用下列原则判断：（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腐措施的腐蚀2021/8/9 星期一13二、常见的化学电池干电池电极:Zn为负极,碳棒为正极电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊 另有黑色的MnO2粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。电极方程式：负极(Zn):Zn2e-Zn2正极：2MnO2 + 2NH4+ + 2e-

7、= Mn2O3 + 2NH3 +H2O2021/8/9 星期一14银锌电池Zn为负极,Ag2O为正极 电解液: KOH溶液电极反应式: 负极:Zn2OH2e-Zn(OH)2 正极:Ag2OH2O2e-2Ag2OH总反应式: ZnAg2OH2O2AgZn(OH)22021/8/9 星期一15铅蓄电池: 电极：Pb为负极, PbO2为正极. 电解液: 30%的H2SO4溶液 电极反应式:放电时：为原电池 负极(Pb) ： PbSO42-2e-PbSO4 正极(PbO2) PbO24HSO422e-PbSO42H2O总电池反应: PbO2Pb2H2SO42PbSO42H2O充电时：为电解池 阴极(P

8、b)： PbSO4 2e- PbSO42- 阳极(PbO2) PbSO42H2O2e-PbO24HSO42总电解反应:2PbSO42H2O PbO2Pb2H2SO4通电2021/8/9 星期一16铝空气海水电池负极：4Al -12e- 4Al3+正极：3O2 + 6H20 + 12e- 120H-电池总反应式为：4Al+3O2+6H20=4Al(OH)31991年，我国首创以铝-空气-海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质2021/8/9 星期一17燃料电池 (1)电极:Pt制作的惰性电极 (2)电解质溶液:KOH溶液(4)反应原理: 正极: 2H2+4OH 4e-4

9、H2O 负极: O22H2O 4e-4OH 总反应：2H2O22H2O 电极反应：负极：CH4 + 10OH- 8e = CO32- + 7H2O 正极： O2 + 2H2O + 4e = 4OH- 总反应式： CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O 以甲烷作燃料的燃料电池 电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。2021/8/9 星期一18组成电解池的条件：(1)外接直流电源(2)电极(金属或惰性电极)(3)电解质溶液或熔融的电解质 (4)形成闭合回路 阳极 氧化反应 阴极 还原反应e-e-电解池2021/8/9 星期一19电解池阴阳极的比较比较项目阴

10、极阳极与电源连接接电源负极接电源正极电子流动方向电子流入电子流出电极反应 Nm+ + me = N(还原反应)Rn ne= RM ne= Mn+(氧化反应) 电极质量变化增大或不变减小或不变离子移动方向阳离子移向该极阴离子移向该极2021/8/9 星期一20阳极阴极电解池的工作原理 阴离子阳离子氧化反应还原反应 Nm+me-=NeeRnneR4OH4e2H2OO2非惰性电极：M-ne-=Mn+（电极本身溶解）电子流动方向电解质溶液电源负极电解池阴极电源正极电解池阳极2021/8/9 星期一21 在惰性电极上离子放电顺序： 阴极(与电极材料无关)：Ag+Fe3+ Cu2+ H+Pb2+ Fe2+

11、 Zn2+ Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+ 得到电子 由易到难 阳极(与电极材料有关)：在水溶液中SO42-，NO3-等不会放电。 金属 S2-I- Br- Cl- OH- NO3- SO42- F- 失去电子由易到难2021/8/9 星期一22电极反应 阳极 活泼金属作电极 由电极本身失电子 R - ne = Rn+惰性电极 溶液中较易失电子的 阴离子优先放电阴极 一定是溶液中易得电子的阳离子优先放电 Rn+ + ne = R 电解时电极产物的判断Rn- - ne = R （Pt、Au、石墨）2021/8/9 星期一23用惰性电极电解电解质溶液的规律（1）电解水型（NaOH、H2

12、SO4、K2SO4等）的电解阴极：4H+ + 4e- 2H2阳极：4OH- - 4e- O2 + 2H2O总反应式： 2H2O 2H2 + O2电解（2）分解电解质型（HCl、CuCl2等）溶液的电解阴极：Cu2+ + 2e- Cu阳极：2Cl- - 2e- Cl2总反应式： CuCl2 Cu + Cl2电解2021/8/9 星期一24（3）放氢生碱型（NaCl、MgBr2）溶液的电解阴极：4H+ + 4e- 2H2阳极：2Cl- - 2e- Cl22NaCl + 2H2O 2NaOH +H2 +Cl2电解（4）放氧生酸型阴极；2Cu2+ + 4e- 2Cu阳极：4OH- - 4e- O2 +

13、 2H2O（CuSO4、AgNO3等）溶液的电解总反应：2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4电解2021/8/9 星期一25电解原理的应用铜的电解精炼粗铜纯铜 CuSO4溶液阳极：粗铜阴极：纯铜薄片电解质溶液：CuSO4溶液（加入一定量的H2SO4）Cu2e= Cu2+ 比铜活泼的杂质也会同时失去电子而溶解：Zn2e= Zn2+ Fe2e= Fe2+ Ni2e= Ni2+ 比铜不活泼的杂质（Au、Ag）不会溶解而从阳极上脱落下来而形成阳极泥。Cu2+ 2e= CuCuSO4溶液的浓度基本保持不变。提炼金、银等贵重金属。2021/8/9 星期一26 电镀铜阳极：铜片阴极

14、：待镀铁制品Cu2e= Cu2+Cu2+ 2e= CuCuSO4溶液的浓度保持不变。实验结果：在铁制品上镀上了一层铜利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或合金的过程叫电镀。电镀电镀的目的：（1）增强防锈抗腐能力；（2）增加美观和表面硬度。2021/8/9 星期一27阳极镀层金属:MneMn阴极镀件: MnneM电解液:含镀层金属阳离子的盐溶液电镀槽特点（1）阳极本身溶解；（2）电解液浓度保持不变。2021/8/9 星期一28离子交换膜法制烧碱阳极：钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）阴极：碳钢网 只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过将电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜：阳极室放出C

15、l2；阴极室放出H2并生成NaOH2021/8/9 星期一29食盐水的精制。粗盐泥沙Ca2+、Mg2+、Fe3+SO42等杂质混入产品，导致产品不纯生成Mg(OH)2、Fe(OH)3等沉淀，堵塞膜孔。如何除去粗盐水中的杂质？ 试剂：BaCl2 溶液、Na2CO3 溶液、NaOH 溶液、HCl 溶液粗盐水NaOHBaCl2Na2CO3过滤适量HCl除Mg2+、Fe3+除SO42-除Ca2+及过量Ba2+滤去泥沙及沉淀除过量的OH、CO32阳离子交换树脂精盐水少量Ca2+、Mg2+1、Na2CO3必须在BaCl2之后2、加入盐酸在过滤之后2021/8/9 星期一30电解法测定阿伏加德罗常数【例题】

16、某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来测定阿佛加德罗常数值，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，通电时间为t秒钟后，精确测得某电极上析出的铜的质量为m克。2021/8/9 星期一31试回答：(1)连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注仪器接线柱的英文字母表示。下同）E接 ，C接 ， 接F。实验线路中的电流方向为 C 。 (2)写出B电极上发生反应的离子方程式 ； G试管中淀粉KI溶液变化的现象为 ；相应的离子方程式是 。 D A B F B A D E 2Cl2e=Cl2 变蓝色 Cl2+2I=2Cl+I2 2021/8/9 星期一32(3)为精

17、确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序应是 。（选填下列操作步骤的编号）称量电解前电极质量 刮下电解后电极上的铜并清洗用蒸馏水清洗电解后电极 低温烘干电极后称量 低温烘干刮下的铜后称量 再次低温烘干后称量至恒重 (4)已知电子的电量为1.610-19库仑。试列出阿佛加德罗常数的计算表达式： NA 。 2021/8/9 星期一33 有关电解的计算原则: 电化学的反应是氧化一还原反应,各电极上转移电子的物质的量相等,无论是单一电池还是串联电解池,均可抓住电子守恒计算.关键: 电极名称要区分清楚. 电极产物要判断准确. 各产物间量的关系遵循电子得失守恒. 2021/8/9 星期一34例

18、 用下图装置进行电解实验(a、b、c、d均为铂电极),供选择的有4组电解液,要满足下列要求: 工作一段时间后A槽pH值上升,B槽的pH下降.b、c两极上反应的离子的物质的量相等(1)应选择的电解质是上述四组中的第_组(2)该组电解过程中各电极上的电极反应为a极_ _ b极_ _ c极_ _ d极_ _(3)当b极上析出7.1g电解产物时,a极上析出产物的质量为_g;若B槽电解质溶液500mL，且忽略电解前后电解液的体积变化，则此时B槽中的H比电解前增加了_mol/L.44H4e2H24Cl4e2Cl24Ag4e4Ag4OH4e2H2OO20.20.42021/8/9 星期一35例：用两支惰性电

19、极插入1000mL CuSO4溶液，通电电解，当电解液的PH由6.0变为3.0时，下列叙述正确的是 A、阴极上析出11.2mL氢气（标况） B、阴极上析出32mg铜 C、阳极和阴极质量都没有变化 D、阳极上析出5.6mL氧气（标况） BD2021/8/9 星期一36 例：按右图装置进行电解（均是惰性电极），已知A烧杯中装有500 mL20的NaOH溶液，B烧杯中装有500 mL pH为6的CuSO4溶液。通电一段时间后，在b电极上收集到28mL气体（标准状况），则B烧杯中溶液pH变为（溶液体积变化忽略不计） （ ） A4 B3 C2 D1C2021/8/9 星期一37例：将1L一定浓度的CuS

20、O4溶液，用a、b两个石墨电极电解，当a极上产生22.4L(标)气体时，b极上只有固体析出。然后将a、b两电板反接，继续通直流电，b板上又产生22.4L(标)气体，溶液质量共减少227g。(1)a极上产生22.4L(标)气体时，b极增加的质量；(2)原溶液的物质的量浓度。(1)解：2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2阳极：mO2=1mol32g/mol=32g；阴极增加：mb=2mol64g/mol=128g；溶液减少：m(1)=160g2021/8/9 星期一38(2)电源反接后，b为阳极：先Cu放电，后OH-(水电)放电， a 为阴极：先Cu2+放电，后H+

21、(水电)放电，可细分为三个阶段： 电镀铜，此阶段m=0电解硫酸铜溶液，设有xmolO2生成： 2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2 2xmol 2xmol xmol此阶段溶液减少： m=160 x g 电解硫酸溶液，其本质是水电解： 2H2O = 2H2 + O2 2ymol 2ymol ymol，溶液减少：m=36y gx+y=1，160+160 x+36y=227 X=0.25，y=0.75CCuSO4=(2+20.25)mol1L=2.5molL-12021/8/9 星期一39例5工业上为了处理含有Cr2O72- 酸性工业废水，采用下面的处理 方法，往工业废

22、水中加入适量的NaCl，以铁为电极进行 电解，经过一段时间后，有Cr(OH)3 和Fe(OH)3 沉淀生成， 工业废水中铬的含量已低于排放标准, 请回答下面问题：1. 两极发生的电极反应：2. 写出Cr2O72-变为Cr3+的离子方程式：3工业废水由酸性变为碱性的原因：4能否改用石墨电极？说明原因。 阳极：Fe 2e =Fe2+, 阴极：2H+ + 2e = H2Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6 Fe3+ + 7H2OH+不断放电, Cr2O72- 与Fe2+反应中消耗H+, 打破了水的电离平衡, 使溶液中OH- H+不能, 阳极产生Cl2, 得不到Fe2+

23、，缺少还原剂, 不能使Cr2O72- 变为Cr3+生成Cr(OH)3沉淀而除去2021/8/9 星期一40电解一段时间，如何恢原到电解前的溶液既要考虑“质”又要考虑“量”.例如:电解CuSO4溶液： 抓住溶液的变化若加入CuO、Cu(OH)2，均能与H2SO4反应生成CuSO4. CuOH2SO4CuSO4H2O Cu(OH)2H2SO4CuSO42H2O比较、消耗的H2SO4、生成的CuSO4、H2O即可知道:加入1mol Cu(OH)2能与1mol H2SO4反应能生成1mol CuSO4和2molH2O.不符合电解时的相关物质的比例.若改加CuO，则很合适.2021/8/9 星期一41思

24、考2： 如何确定所加物质的量?(惰性电极)分析： 由于两极上通过的电子数相等,故阴、阳两极产物的物质的量间一定满足确定的关系.因而加入物与其也有一定关系.例如: 电解含0.4mol CuSO4溶液一段时间后，阳极上生成2.24L气体(S.T.P),则应加入CuO多少克？(用惰性电极) 解析 O2 2CuO 1mol 2mol 0.1mol 0.2mol m(CuO)0.28016(g) 故加入16g CuO即能恢复2021/8/9 星期一42例用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液, 电解一段时间后, 再加入W, 能使溶液恢复到电解前的状态, 符合题意的组是 ( ) X Y Z W A C FeNaCl H2O B Pt CuCuSO4CuSO4溶液 C C CH2SO4 H2O D Ag FeAgNO3AgNO3晶体 CA、NaCl电解后生成NaOH, 再加水后不能恢复电解前的状态B、电解CuSO4溶液中的SO42-物质的量没变,再加CuSO4也不能恢复C、实质是水的电解,再加适量水, 可使H2SO4溶液恢复D、实质是电镀, AgNO3溶液浓度不变, 不需加AgNO3晶体2021/8/9