2010年高中化学-《电化学总复习》-新人教版选修4

1、电化学专题知识复习,一、电化学知识的内部联系：,强迫发生,电解,自发发生,原电池,氧化还原反应,还原剂通过外电路将电子给予氧化剂,在外电场强迫下还原剂失、氧化剂得电子,失电子氧化反应,负极：电子流出,阳极：连电源正极,得电子还原反应,正极：电子流入,阴极：连电源负极,化学能,消耗电能,产生,产生电能,消耗,化学电源、电化学腐蚀、防腐,氯碱工业、精炼铜、电镀、冶炼活泼金属,1.如下图，一根铜棒插入硝酸银溶液中，回答： （1）一段时间后，观察到的实验现象 是： ， （2）写出相关的离子方程式并用单线桥法表示 电子转移的方向和数目： 。,问题探究一：,2.探究1中的氧化还原反应能否设计成原电池？若能

2、，请画出实验装置图并写出电极反应式和原电池反应方程式.,电极反应式： 负极： ， 正极： 。 原电池反应： 。,3.探究1中的氧化还原反应的逆反应 Cu2+ +2Ag=Cu +2Ag+ 能自发发生吗？你能否设计一个实验使该反应发生？若能，画出实验装置图并写出电极反应式和总反应方程式。,电极反应式： 阳极： ， 阴极： 。 电解反应式: .,总结： （1）一般的氧化还原反应是还原剂面对面的将电子给予氧化剂。 （2）从理论上说，任何一个自发发生的氧化还原反应，只要还原剂失去电子和氧化剂得到电子分两处进行，就可设计成原电池。 （3）一个不能自发发生的氧化还原反应可用电解的方法强迫它发生。,二、几组概

3、念的辨析 电离、电解 化学腐蚀、电化腐蚀 原电池、电解池 正极、负极；阳极、阴极 放电、充电 电镀、电解,电离与电解比较,电解质溶于水或 受热融化状态,电解质电离后，再通直流电,电解质电离成为自由移动的离子，例：CuCl2 =Cu2+ +2Cl-,阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。如：,只产生自由移动的离子,发生氧化还原反应生成了新物质,电解必须建立在电离的基础上,化学腐蚀与电化腐蚀,金属跟非金属单质 直接接触,不纯金属或合金 跟电解质溶液接触,无电流产生,有微弱电流产生,金属被氧化,较活泼金属被氧化,两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍,原电池和电解池知识比较表,较活泼金属或失电

4、子、流出电子的一极为负极,阴极：连接电源负极的一极,负极发生氧化反应 正极发生还原反应,阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应,负极用电器正极,阳极电源阴极,化学能变为电能,电能变为化学能,阳离子正极,阳离子阴极,电镀与电解比较表,阳极:M-ne- = Mn+ 阴极:Mn+ne- = M,离子浓度保持不变,离子浓度发生变化,阳极：失电子，被氧化 阴极：得电子，被还原,不变,可能升高或降低或不变,电镀是一种特殊的电解,稀硫酸 稀硫酸 稀硫酸 硫酸 A B C D,1 下列装置中属于原电池的是 （ ） 属于电解池的是 （ ）,B,CD,练习,2.对图中装置叙述错误的是（ ） A.甲是原电池，乙是电解池

5、 B.甲中溶液pH值将增大 C.乙中Cu2保持不变 D.甲中锌溶解的物质的量小于乙中阳极Cu溶解的物质的量,D,练习,判断原电池、电解池、电镀池的依据：,（1）若有外接电源，则为电解池或电镀池； 又阳极参与反应且电解过程中电解液浓度 不变，则是电镀池；否则是一般的电解池。 （2）若无外接电源，电极和电解质之间有自发 发生的氧化还原反应的为原电池，其他为电解池 或电镀池。,练习与探究：从理论上分析判断，下图中A、B、C分别是什么池（电解池/电镀池/原电池）？并写出各池的电极名称、电极反应式和总反应式。,一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质，以氧气作为正极反应

6、物质组成燃料电池。,三、化学电源,二次电池在放电后经充电可使电池中的活性物质恢复工作能力。铅蓄电池和可充电电池都是二次电池。,电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用，如干电池。,（1）一次化学电源 （2）二次化学电源 （3）燃料电池 又称为连续电池，,1.化学电源的分类,化学电源,一次电池,二次电池,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池,锂离子电池,镍镉电池,普通锌锰干电池,银锌钮扣电池,化学电源的分类,甲烷燃料电池,2.各类化学电源的工作原理：,普通锌锰电池,（1）普通干电池,负极,正极,电池反应：,（Zn）：Zn 2e- = Zn2+,（C）：,优点：制作

7、简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。,2MnO2+2NH4+2e- =Mn2O3 +2NH3+H2O,Zn2MnO2+2NH4Cl =Mn2O3 +Zn(NH3)2Cl2+H2O,（2）碱性锌-锰电池,碱性电池,（3）银锌钮扣电池,正极：Ag2O + H2O+ 2e- = 2Ag+2OH,负极：Zn +2OH-2e- = ZnO+H2O,总反应： Zn+ Ag2O = ZnO+ 2Ag,（4）铅蓄电池,放电过程总反应：,Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,Pb + SO42- -2e- =PbSO4,正极：,PbO2 + 4H+SO42-+2e- =2PbSO4

8、+2H2O,氧化反应,还原反应,负极：,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。,充电过程,PbSO4 +2e- =Pb + SO42-,还原反应,阴极：,阳极：,PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ SO42-,氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,铅蓄电池的充放电过程：,Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,Cd + 2NiO(OH) + 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 Fe + 2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2,放电,充电,放电,充电,（5）碱性蓄电池 这类电池一般寿命比铅酸蓄电

9、池长很多，且携带很方便。,Ni-Cd电池： Ni-Fe电池：,（6）燃料电池的类型,A.质子交换膜燃料电池,质子交换膜燃料电池的关键材料与部件为：1)电催化剂；2)电极；3）质子交换膜；4）双极板。 工作时，氢在负极被转变成氢离子的同时释放出电子，电子通过外电路回到电池正极，与此同时，氢离子则通过电池内部高分子膜电解质到达正极。在正极，氧气转变为氧原子，氧原子得到从负极传过来的电子变成氧离子，和氢离子结合生成水。右图是质子交换膜燃料电池工作原理示意图,负极 正极,B.固体氧化物燃料电池,固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质，除了高效，环境友好的特点外，它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题；在高

10、的工作温度下电池排出的高质量余热可以充分利用，使其综合效率可由50%提高到70%以上； 它的燃料适用范围广，不仅能用H2 ，还可直接用CO、天然气（甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、NH3 、H2S等作燃料。这类电池最适合于分散和集中发电。,C.熔融碳酸盐燃料电池,熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。反应原理示意图如下：正极： O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32-负极： 2H2 + 2CO32- 4e-= 2CO2 + 2H2O 总反应： O2 2H2 = 2H2O熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池（600

11、700），具有效率高（高于40%）、噪音低、无污染、燃料多样化（氢气、煤气、天然气等）、,练习1：写出分别以稀硫酸、KOH溶液、熔融碳酸盐、 固体氧化物为电解质时的氢氧燃料电池的电极反应式 和总反应式。,酸性电解质：,碱性电解质 负极: 2H2- 4e-+ 4OH- = 4H2O 正极: O2+ 2H2O+ 4e- = 4OH- 总反应: 2H2+ O2 = 2H2O,负极： 2H2 - 4e- = 4H+,正极： O2+ 4H+ + 4e- = 2H2O,总反应：2H2+ O2 = 2H2O,熔融碳酸盐,负极：2 H2 +2CO32- 4e- = 2H2O +2CO2 正极：O2 +2 CO

12、2 + 4e- = 2CO32- 总反应式：2H2 + O2 = 2H2 O,固体氧化物 负极：2H2 + 2O2- 4e- =2H2O 正极：O2 +4e- =2O2- 总反应式：2H2 + O2 = 2H2 O,3.原电池电极反应式的书写：,3负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32形式存在）；,2分析两极反应物分别写出两极电极反应式，将两极的电极反应式的电子得失数配平后，相加得到总反应加法,4溶液中不存在O2：在酸性溶液中它与H结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH；,1.根据条件写出自发

13、发生的氧化还原反应方程式，分析得、失电子的情况，写出正极或负极的电极反应式，总反应减去一极反应即得到另一极反应减法,练习2：仅改变练习1中的燃料：氢气变为甲 烷或甲醇，其他不变，写出其电极反应式和 总反应式,思考：通过比较三种燃料在四类燃料电池中的电极反应式，找出其共同点。,总结：各种燃料以氧气为氧化剂时在各类燃料电池中的电极反应式有何共同点？,正极：O2 + 4H+ +4e- =2H2O,质子交换膜燃料电池： 碱 性 燃 料 电 池： 熔融碳酸盐燃料电池： 固体氧化物燃料电池：,正极：O2 +2H2O+4e-=4OH-,正极：O2+2CO2+4e-=2CO32-,正极：O2 +4e- =2O

14、2-,练习3：将质子交换膜氢氧燃料电池的氧化剂改 成氯气可否做成氢氯燃料电池？若可行，写出其 电极反应式和总反应式，说明这种氢氯燃料电池 是否有实际使用价值；若不行，说明理由。,赏析(99理综)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质,CO为燃气,空气与CO2的混合气为助燃气,制得在6500下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式: 负极反应式: , 正极反应式:O2+2CO2+4e- =2CO32- 总电池反式: .,2CO+2CO32-4e- =4CO2,2CO+O2=2CO2,（1）阴极：,难 易 K+ Ca2+ Na+ Mg2+

15、Al3+ (H+) Zn2+ Fe2+ Pb2+ (H+) Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag +,难 易 阴离子 F- ROmn- (含氧酸根）OH- Cl- Br- I- S2-,四、电解 1.电极产物的判断,（2）阳极：,金属电极（除Au、Pt）：优先失电子，氧化反应,（总是阳离子得电子）,（活性电极优先失电子、惰性电极时阴离子失电子）,2.电解质溶液用惰性电极电解的规律,阳极：4OH-4e- =O2+2H2O 阴极：4H+ +4e- =2H2,增 大,H2O,阳极：2Cl- -2e- =Cl2 阴极：2H+ +2e- =H2,阳极：2Cl- -2e- =Cl2 阴极：Cu2+ +2e-

16、 =Cu,增大 减小 HCl,增大 减小 CuCl2,阳极：2Cl- -2e- =Cl2 阴极：2H+ +2e- =H2,增大 生成 新物质 HCl,减小 生成 新物质CuO,阳极：4OH- -4e- =O2+2H2O 阴极：2Cu2+ +4e- =2Cu,电 解 水,分解电解质,放氢生碱,放氧生酸,探究1：写出下列电解池中各电极的电极反应式和电解的总反应式，分析电解液的浓度和PH变化情况,探究2：写出下列电解池中各电极的电极反应式和电解的总反应式，分析电解液的浓度和PH变化情况,3.电解的相关计算：,(1)常见类型： A.电解后某产物的质量、气体产物的体积。 B.电解后溶液的PH。 C.电解

17、后溶液中某物质的物质的量浓度,（2）常见方法： A.根据电解方程式或电极反应式列比例式求 解 B.根据电路中、各电极上转移的电子的物质的 量相等求解,例题：如下图装置进行电解，B极是铜锌合金， A极为纯铜，电解质溶液中含有足量的铜离子， 通电一段时间后，若B极恰好全部溶解，此时 A极质量增加,.，溶液质量增加.，则合金中铜、锌原子个数比是。,：,五、电化学知识的应用,1.原电池知识的应用：,（1）设计、制造化学电源（理论上，任何一个自发发生的氧化还原反应都可设计成原电池）； （2）揭示金属腐蚀的原理和防腐的方法； 电化腐蚀最普遍；外加电压的阴极保护法、牺牲阳极的阴极保护法。 （3）加快化学反应速率； （4）比较、判断金属的活泼性,2电解知识的应用：,（1）氯碱工业：,A.为什么电解食盐水要用饱和食盐水？ B.为什么在电解食盐水时，阴极区溶液能使酚酞变红，阳极区不变红？ C.离子交换膜的作用是什么？ D.为什么在加入阴极室的纯水中要加入少量的NaOH? E.进入阳极室的饱和食盐水为什么必须精