2021年高中化学-专题二-第三单元《化学能与电能的转化》知识点汇总-苏教版必修2

2021年高中化学专题二第三单元《化学能与电能的转化》知识点汇总苏教版必修2一．电解的原理1．电解：在直流电的作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化还原反应的过程。2．电解是将电能转化为化学能的一种重要的方法。通过电解，可以使许多在通常条件下不能发生的反应得以进行。3．电解质电解的过程就是电解质导电的过程。所以，电解质导电与导体导电不同，电解质导电是化学变化，金属导体导电是物理变化。4．电解池的工作原理（1）连接电源负极的电极成为阴极，发生还原反应；连接电源正极的电极称为阳极，发生氧化反应。（2）溶液中的阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。（3）电子从电源负极出发，沿导线到阴极，阳离子在阴极上得到电子发生还原反应；阴离子在阳极上失去电子发生氧化反应。电子沿导线回到电源的正极而构成闭合回路。5．电极上离子放电的规律（1）阴极----发生还原反应阴极材料本身一般不参加反应，溶液中的阳离子在阴极上得电子:K+＜Ca2+＜Na+＜Mg2+＜Al3+＜H+水中＜Zn2+＜Fe2+＜Pb2+＜H+（酸中）＜Cu2+＜Fe3+＜Hg2+＜Ag+（2）阳极-----发生氧化反应若阳极为活性材料(金属活动顺序表Ag以前的金属)时，则阳极材料本身失电子被氧化。若阳极为惰性材料（常指Pt、C、金）时，阳极本身不参加反应，溶液中的阴离子在阳极上失电子：S2->SO32->I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－注意：电极上离子放电的规律还受离子浓度的影响。①当金属电极做阳极时,一般是金属电极溶解。②当溶液中〔OH-〕≈〔Cl-〕时,OH-比Cl-先失去电子。所以，要电解NaCl的饱和溶液。6．分析一个电解过程的思维步骤（以惰性电极电解饱和CuSO4溶液为例）：（1）通电前，存在着CuSO4和H2O的电离，溶液中有：Cu2+、H+、SO42-、OH-。（2）通电后，Cu2+、H+移向阴极，Cu2+首先在阴极上得电子还原成Cu；OH-、SO42-移向阳极，OH-首先失去电子被氧化，阳极上析出O2。电极反应式为：阴极：Cu2++2e-=Cu（还原反应）阳极：4OH—4e-=2H2O+O2↑（氧化反应）（3）写出电解方程式：写电解方程式时，先看电极反应式，电极上何种离子放电，电离产生这种离子的物质就要写进电解方程式。溶液中没有放电的离子结合成新的物质。电解CuSO4溶液的化学方程式和离子方程式分别为：2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+H2SO42Cu2++2H2O=2Cu+O2↑+2H+（4）电解后溶液的变化：CuSO4溶液的浓度减小，溶液的酸性增强，pH减小。（5）溶液恢复到原来状态的措施原则是：两极析出什么加什么。对于CuSO4溶液，就要加入适量的CuO、CuCO3，但不能加入Cu（OH）2。7．电解的规律（1）电解质本身电解：无氧酸溶液和不活泼金属的无氧酸盐溶液电解属于这一类。如：HCl、HBr、HI、CuCl2、CuBr2等。电解方程式为：2HCl=H2↑+Cl2↑CuCl2=Cu+Cl2↑电解后，电解质溶液减小，无氧酸溶液的酸性减弱，pH增大；加入适量的这种电解质可以使溶液恢复到原来状态。（2）电解H2O：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐溶液电解属于这种类型。如：H2SO4、HNO3、NaOH、KOH、Ba（OH）2、Na2SO4、KNO3等。电解方程式为：2H2O=2H2↑+O2↑特点是：阴、阳两极产生的气体体积比为：2:1。电解后，对于含氧酸，酸性增强，pH减小；对于强碱，碱性增强，pH增大；对于活泼金属的含氧酸盐，pH一般认为不变。电解一段时间后，加入适量的H2O可使溶液恢复到原来状态。（3）电解质和水电解：活泼金属的无氧酸盐、不活泼金属的无氧酸盐的水溶液电解属于这种类型。如：NaCl、KCl、CuSO4、Cu（NO3）2、AgNO3等。电解活泼金属的无氧酸盐溶液时（以NaCl为例），电解方程式为：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑特点是：阴极附近溶液显碱性，滴入酚酞显红色。电解后溶液的pH增大，溶液的碱性增强，加入适量HCl可使溶液恢复到原来状态。电解不活泼金属含氧盐溶液（以AgNO3为例）时，电解方程式为：4AgNO3+2H2O=4ag+O2↑+4HNO3电解后溶液的酸性增强，pH减小，加入适量的Ag2O可使溶液恢复到原来状况。8．有关电解的计算有关电解的计算题，解题方法是守恒法。阴极上得到的电子数=阳极上失去的电子数。还有些情况下，也可根据电解方程式计算。二．电解原理的应用1．电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气（即氯碱工业）（1）装置：阳离子交换膜电解槽。膜的作用是允许阳离子通过，而不允许阴离子通过，能使NaOH在阴极附近富集，防止H2和Cl2混合剧烈反应发生爆炸。（2）饱和食盐水的精制：粗食盐中含有Mg2+、Ca2+、SO42-等杂质离子，如不除去，会在电解过程中产生Mg（OH）2、Ca（OH）2等沉淀堵塞隔膜。除去这些杂质离子的试剂和顺序是：①加过量的NaOH除Mg2+：Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓；②加过量的BaCl2除SO42-：Ba2++SO42-=BaSO4↓；③加过量的Na2CO3除Ca2+和过量的Ba2+：Ca2++CO32-=CaCO3↓，Ba2++CO32-=BaCO3↓；④加适量的盐酸除过量的CO32-、OH-，调节溶液的pH接近7，H++OH-=H2O，CO32-+2H+=CO2↑+H2O。（3）电解过程通电后，Na+、H+移向阴极，Cl-、OH-移向阳极。阴极：2H++2e-=H2↑（还原）阳极：2Cl—2e-=Cl2↑（氧化）阴极上H+放电后，打破了H2O的电离平衡，促使H2O不断典礼出H+和OH-，而H+不断放电，最后溶液中OH-浓度大于H+浓度，溶液显碱性，Na+、OH-形成NaOH溶液。电解方程式为：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑。阳极产物为Cl2，阴极产物为H2和NaOH。2．电镀（1）电镀：应用电解原理，在金属表面镀上一层金属或合金的过程称为电镀。进行电镀的装置称为电镀池。（2）电镀的原理：镀件（待镀的金属）作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液。电极反应式为：阳极：M-ne-=Mn+（氧化）阴极：Mn++ne-=M（还原）由得失电子相等的原理可知，电解质溶液中Mn+的浓度不会发生改变。例如：铁表面镀铜时，铁作阴极，铜作阳极，CuSO4溶液作电解质溶液。（3）电镀时电解原理的应用，电镀池是一种特殊的电解池，电镀的特点是电解质溶液中的离子浓度保持不变。3．铜的电解精练（1）粗铜常含有：Zn、Fe、Ni、Ag、Au、Pt等杂质，精练的方法是电解。（2）电解精练铜的装置：粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液。（3）电极反应式为：阳极：Zn-2e-=Zn2+；Fe-2e-=Fe2+；Ni-2e-=Ni2+；Cu-2e-=Cu2+阴极：Cu2++2e-=CuZn2+、Fe2+、Ni2+由于氧化性比Cu2+弱，留在溶液中，；Ag、Au、Pt由于还原性弱不易失去电子，而以单质的形式与泥沙一起沉落到阳极附近形成阳极泥。电解精练铜类似于电镀铜，但不同的是，电解精练铜的电解质溶液中Cu2+浓度要略为减少。4．电解冶炼铝工业上用电解熔融的Al2O3的方法冶炼铝。由于Al2O3的熔点很高，必须加入冰晶石（Na3AlF6）作熔剂，其作用是降低Al2O3的熔点。阳极：6O2—12e-=3O2↑阴极：4Al3++12e-=4Al阳极材料是石墨，高温下伴随发生反应：C+O2=CO2，因此，电解过程中要定期补充电极。5．电解冶炼钠和电解冶炼镁。2NaCl（熔融）=2Na+Cl2↑MgCl2（熔融）=Mg+Cl2↑。化学能转化为电能---电池知识要点一、原电池的工作原理1、原电池：借助氧化还原反应，将化学能转化为电能的装置称为原电池。2、构成原电池的条件（1）有活动性不等的两个电极（2）电极要与电解质溶液接触（3）要形成闭合回路三个条件要同时满足，否则不构成原电池。一般说来，氧化还原反应都可在一定条件下设计成原电池。构成原电池后，一般说来化学反应速率要加快。实验室不用纯锌与稀硫酸反应制氢气而要用粗锌与稀硫酸反应制氢气，就是利用原电池的原理。在原电池中，电极并不一定要与电解质溶液直接反应。当电极不与电解质溶液直接反应时，正极上得电子的物质一般为溶解在水溶液中的氧气，正极上的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-。3、原电池的工作原理（1）相对活泼的金属作负极，负极上一定发生氧化反应；相对不活泼的金属（或非金属）作正极，正极上一定发生还原反应。（2）电子从负极流向正极，电流从正极流向负极。（3）溶液中的阴离子移向负极，阳离子移向正极。但是，有一些特例：将镁和铝插到NaOH溶液中，用导线连接后构成原电池，铝是负极，镁是正极。负极：2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O正极：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-总反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑还有，将铁和铜插到浓硝酸中，用导线连接构成原电池，由于铁在浓硝酸中钝化不能继续反应，而铜可与浓硝酸反应，所以，铜时负极，铁是正极。负极：Cu-2e-=Cu2+正极：2NO3-+4H++2e-=2NO2↑+2H2O由此可见，并不一定是活泼性强的金属作负极。金属作负极还是作正极，要看电解质溶液而定。4、电极反应式的书写（1）书写电极反应式的方法是--------叠加法。即将两个电极反应叠加一定得到电池总反应。在推写电极反应时，一般先写出电池总反应，然后再写出负极反应式或正极反应式，将总反应减去负极反应式或正极反应式就可得到正极反应式或负极反应式。例如：将两个Pt电极插入KOH溶液中，用导线连接，分别往两极上通入CH4和O2，则可构成一个燃料电池。该电池的总反应的离子方程式为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O可以知道通CH4的一极是负极，通入O2的一极是正极。正极反应式是：2O2+8e-+4H2O=8OH-。将总反应减去正极反应得负极反应式：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O。（2）在推写电极反应式还必须注意到介质（环境）的种类。例如，当正极参与反应的物质是O2时，如果在碱性环境或中性环境中，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-；如果在酸性环境中，电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O。又如：当负极上反应的物质为H2时，如果在酸性环境中，电极反应式为：H2+2e-=2H+；当在碱性环境中，电极反应式为：H2+2OH-+2e-=2H2O。二、化学电源1、一次电池：即只能放电不能充电的电池。这种电池使用后随即弃去，因此可造成环境污染。常见的一次电池有干电池，即锌锰电池。其负极是锌壳，正极是中间的碳棒，电解质是NH4Cl和MnO2的糊状物。其工作原理如下：负极：（Zn）Zn-2e-=Zn2+正极：（C）2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑MnO2的作用是吸收产生的H2，发生反应的化学方程式为：2MnO2+H2=Mn2O3+H2O。反应产生的NH3是被负极产生的Zn2+吸收，二者形成稳定的锌氨络离子。反应的离子方程式为：Zn2++4NH3=[Zn（NH3）4]2+。由于NH4Cl溶液显酸性，对锌壳有腐蚀作用，即使不使用也可漏液失效。为了延长电池的使用寿命和提高其性能，人们将电池内的NH4Cl溶液换成KOH溶液制成碱性锌锰电池。电池的总反应为：Zn+2MnO2+H2O=Zn（OH）2+Mn2O3。负极：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2正极：2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH-2、二次电池：即可充电电池或蓄电池。它是利用可逆的氧化还原反应设计的。可充电电池在放电时是一个原电池，将化学能转化为电能；在充电时是一个电解池，将电能转化为化学能。二次电池常见的有铅蓄电池。其工作原理如下：（1）放电时：负极（Pb）Pb+SO42--2e-=PbSO4正极（PbO2）PbSO2+4H++SO42-=PbSO4+2H2O（2）充电时：阴极（Pb）PbSO4+2e-=Pb+SO42-阳极（PbO2）PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-总反应为：Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O该电池在放电过程中，每消耗1molH2SO4转移1mol电子。3、燃料电池：通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生电极反应，将化学能转化为电能的装置。燃料电池的总反应是与燃料燃烧时发生的反应相同的反应。一般说来，燃料气是通入负极，助燃气通入正极。例如：一种以H2为燃料气，O2为助燃气，KOH溶液为电解质溶液的燃料电池，其总反应为：2H2+O2==2H2O。电极反应分别为：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-负极：2H2+4OH—4e-=4H2O但是，如果是H2SO4作电解质溶液，则电极反应分别为：负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4H++4e-=2H2O三、金属的腐蚀与防护1、金属的腐蚀：金属的表面与周围的物质接触发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏的过程称为金属的腐蚀。因此，金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化腐蚀两种。其中，电化腐蚀的危害更大。2、金属的电化腐蚀：当两种互相接触的金属