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2013届高考化学第一轮考点第7讲电化学基础PPT课件.ppt

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? 热点知识剖析 ? 电化学基础知识是高考中常考的知识点。
这部分知识的主要考点有原电池和电解池 的工作原理、电极的判断、电极反应式的 书写以及与氧化还原反应、离子反应、化 学计算等知识相综合的问题。试题常常以 生产、生活中的问题为切入点,以新的角 度来考查运用电化学知识分析问题的能力。 在复*中,要从氧化还原反应的原理和规 律上理解原电池和电解池的反应原理,并 注意归纳和总结这两种装置的基本类型, 学会运用守恒的规律解决定量计算的问题。

基础知识回顾
1.原电池是利用氧化还原反应,将化学。
能 转化为电能的装置。由铜、锌和稀硫酸组 成的原电池,锌为负极,发生氧化反应,电 子从负(或锌)极通过导线流向正(或铜)极,溶 液中的氢离子获得电子被还原成氢气。正极 电极反应式是 2H++2e- H2↑ ,负极电极反 应式是 Zn-2e- Zn2+ 。

2.化学电源主要包括一次电池、二次电 池、燃料电池等几大类。常见的普通锌锰电 池、碱性锌锰电池属于一次电池,又叫干电 池,其特点是一次电池的活性物质消耗到一 定程度,就不能再用了。常见的蓄电池属于 二次电池,又叫充电电池或蓄电池,其特点 是放电后可以再充电使活性物质获得再生。 燃料电池是一种连续将燃料和氧化剂的化学 能转化成电能的化学电池。燃料电池的电极 本身不包含活性物质,只是一个催化转化元 件,它工作时燃料和氧化剂连续由外部供给 ,在电极上不断地进行反应,生成物不断被 排出,从而使电池可连续不断地提供电能。

? 3.电解池是将 电转能化为 化学的能装置 。电解时,电子从电源的负极沿导线流 入电解池的阴极,该电极上发生还原反 应的同时,阳极上发生氧化反应,电子 又从电解池的阳极流出回到电源正极。

? 4.当电极材料为惰性电极(如Pt、C)电解电 解质溶液时,在阴极区氧化性强的阳离子
先得到 电子,被还原 。在阳极区还原性强 的 子A阴g离+、子失H先+去、Na电+、子A被l3氧+、化Cu。2+例在如阴:极阳得离电 子难易顺序为Ag+>Cu2+>H+>Al3+>Na+,阴 离子OH-、Cl-、含氧酸根在阳极上失电子 难易顺序为Cl->OH->含氧酸根。

5.当电极材料为金属时,阳极通常是电极 参加反应被氧化,阴极金属不参加反应。例如, 要在铁片上镀银,如图:
阳极:Ag-e- Ag+ 阴极:Ag++e- Ag 电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极, 把镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的电 解质溶液作电镀液。

6.金属腐蚀的本质是金属原子失去电 子变成金属阳离子,金属腐蚀一般可分为
电化学腐蚀和 化学腐蚀,这两种腐蚀的主 要差别是一个以原电池原理反应,一个是 直接的化学反应不形成原电池。

钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀,常有吸

氧腐蚀和析氢腐蚀,它们具有的共同点是两

种腐蚀都是铁作负极,被氧化失去电子成为

亚铁离子,电极反应:Fe-2e- Fe2+;不同点 是吸氧腐蚀是在酸性不强的条件下,析氢腐

蚀是在酸性条件下,两者形成原电池的正极

反应不同。吸氧反应正极上发生:

O2+2H2O+4e发生 2H++2e-

4OH- ,析氢反应正极上 H2↑ 。

? 7.金属的防护方法有很多。牺牲阳极 的阴极保护法的特点是在被保护的金 属附*加装更具活性的金属,使被保 护的金属变成正极;外加电流的阴极 保护法的特点是向被保护金属通电而 使其成为阴极;还可以通过许多物理 方法和化学方法防护金属。

? 重点知识归纳
? 1.原电池
? (1)原电池的装置特点:利用氧化 还原反应将化学能转化为电能。
? (2)原电池的形成的一般条件:① 电极;②电解质溶液;③形成闭 合回路。

(3)反应原理

负极:失去电子,向外电路提供电子,

电极

发生氧化反应。 正极:得到电子,从外电路获得电子,

发生还原反应。

电极反应与电子流向:以铜锌原电池为例:

总反应:Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑

(4)原电池正负极的判断
判断原电池正负极最根本的方法是 根据电极发生的氧化还原反应,即发生 氧化反应的电极为负极,发生还原反应 的电极为正极。下列方法也可以作为一 般的辅助判断方法。

①根据电极的材料判断:一般来说较 活泼的金属作负极,活泼性较弱的金属或 能导电的非金属作正极。但有的有特殊性, 例如,当Mg和Al两个电极与稀硫酸形成原 电池时,Mg为负极,Al为正极;而当Mg 和Al两个电极与氢氧化钠溶液形成原电池 时,由于Al与氢氧化钠溶液反应失去电子, Mg不与氢氧化钠溶液反应,故Al为负极, Mg为正极。

? ②根据电极反应表现的现象判断:电极若不 断溶解或质量不断减少,该电极发生氧化反 应,此电极为负极。电极的质量若不断增加 或不变,该电极发生还原反应,此电极为正 极。
? ③还可以通过电极附*溶液颜色的变化来判 断反应的类型,进一步判断电极的正负极。
? ④根据电流(电子流动)的方向判断:从外 电路看,电流是从正极流向负极,电子是从 负极流向正极。
? ⑤根据总反应判断:在电池总反应中,元素 化合价升高的物质所在电极为负极,化合价 降低的物质所在电极为正极。

? (5)电极反应式的书写 ? 书写原电池的电极反应,有以下两种基本的
思路:
? ①如果题目给定的是原电池的装置图,一般 先正确分析正、负极,根据电极和电解质溶 液正确判断得失电子的元素和反应前后的价 态变化,在此基础上写出电极反应式。
? ②如果题目给定的是总反应式,先分析元素 化合价的变化把反应分成氧化反应(失电子 )和还原反应(得电子),选择一个变化简 单的电极写出电极反应,再推断另一个电极 的电极反应。

(6)常见化学电源

化学电 负极反应 源种类 式

正极反应式

总反应式

2MnO2+2H2O+2 Zn+2MnO2+2H2

碱性锌 锰电池

Zn+2OH-2eZn(OH)2

e- 2MnO (OH)+2OH注:MnO(OH)

O Zn(OH)2+ 2MnO(OH)注:
MnO(OH)也可写

也可写成Mn2O3 成Mn2O3

铅蓄电 池

Pb+SO24?
-2e-
PbSO4

PbO2+4H++SO

2? 4

PbO2+Pb+2H2SO

+2e-

4

2PbSO4+

PbSO4+2H2O 2H2O

续表

化学电 源种类

负极反应式

正极反应式

总反应式

氢氧燃

料电池 (酸作电 2H2-4e-

4H+

O2+4H++4e2H2O

O2+2H2 2H2O

解质)

氢氧燃

料电池 2H2+4OH--4e-

(碱作电 解质)

4H2O

O2+2H2O+4e4OH-

O2+2H2 2H2O

? 2.电解池 ? (1)电解池的装置特点 ? 利用外加电源将电能转化为化学能。 ? (2)电解池的形成条件 ? ①直流电源; ? ②两个电极,电解质溶液(或熔化的电解
质),形成闭合回路。

? (3)反应原理

?

阳极:与直流电源正极相连 的电

? ?

电阴极极:与极直叫流阳电极源,电负极极发相生连氧的化电反极应。

?

叫阴极,电极发生还原反应。

电极反应及电子流向:以电解氯化钠溶液

为例

总反应:2NaCl+2H2O 电解2NaOH+H2↑+Cl2↑

? (4)电极产物的判断
? 电解池的阳极上一定失去电子发生氧化反应, 阴极上一定得到电子发生还原反应。电极上 得失电子的物质与得失电子的能力有关。
? ①阳极:如果电极为活泼电极(如:Fe、 Cu等),则电极材料失去电子,电极溶解。 如果电极为惰性电极(Pt、Au、石墨),则 是溶液中的阴离子失去电子,阴离子失去电 子强弱(即还原性)的顺序为S2->I->Br->Cl>OH->
? (含氧SO酸24?根)>F-。

? ②阴极:电极不参与反应,电解液中的 阳离子得到电子,阳离子得电子强弱 (即氧化性)的顺序为
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Z n2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+。
? 注意:上面顺序中有两个H+,其中前面 的H+一般指酸提供的氢离子(即浓度较 大时),后者一般是指水提供的氢离子 (即浓度较小时)。

? (5)电解的类型举例

? ①电极为惰性电极:碳棒或铂等材料为电极,

电极不参与反应

?

特点:溶质中的阳离子得电子,阴

?

离子失电子,溶质的量减少

? CuCl2阴型极:Cu2++2e- Cu

?

阳极:2Cl--2e- Cl2↑

?

总反应:CuCl2 电C解u+Cl2↑

? 特点:溶质中的阳离子得电子,水中

?

的氢氧根离子失电子,溶液pH减小

?

阴极:Cu2++2e- Cu

?CuSO4阳型极:4OH--4e- 2H2O+O2↑

? ?

总反应:2CuSO4+2H2O 电解 2Cu+

2H2SO4+O2↑

?

特点:水中的氢离子得电子,阴离

?

子失电子,溶液pH增大

? ? ?

NaCl阴阳型极极::22HC+l-+-22ee--

H2↑ Cl2↑

总反应:2NaCl+2H2O

电解

?

2NaOH+H2↑+Cl2↑

特点:水中的氢离子得电子,水中

的氢氧根离子失电子,溶液浓度增

Na2SO4型

阴极:2H++2e阳极:4OH--4e总反应:2H2O 电解

H2↑ 2H2O+O2↑ 2H2↑+O2↑

? ②活泼电极:阳极上为活泼电极,电极失去 电子参与反应

? 特点:活泼金属失去电子,溶液中

?

的金属离子得到电子,理论

?

上电镀液浓度不变

? 阳极:镀层金属 ? 电镀阴极:镀件

? 电镀液:含镀层金属离子的可溶性

?

溶液

? (6)电解的应用
? ①电镀:目的是使金属增强抗腐蚀能力,增 加美观和表面硬度。电镀时待*鹗糇饕跫 镀层金属作阳极,含镀层金属离子的盐溶液 作电镀液。
? ②精炼铜:以粗铜(粗铜中含有Zn、Fe、Ag、 Au等杂质)作阳极,精铜作阴极,含铜离子 的盐溶液为电解质,可以提纯粗铜。
? ③氯碱工业:用碳棒作阳极,铁棒作阴极, 电解氯化钠溶液,可制得氢氧化钠、氢气、 氯气等化工原料。

? ④冶炼活泼的金属:Na、Mg、Al等较活泼 的金属很难用还原剂将其还原出来,工业日
常采用电解熔融态物质的方法,制得这些金
属单质。例如: ? 2Al2O3(熔融) 冰通晶电4石Al+3O2↑ ? MgCl2(熔融) 通M电g+Cl2↑ ? 2NaCl(熔融) 通2电Na+Cl2↑

? 3.金属的腐蚀与防护 ? (1)腐蚀的本质:金属原子失去电子被氧化,

? M-ne-→Mn+ ? (2)金属腐蚀的类型:
? ①化学腐蚀:金属与接触到的物质直接发生 化学反应而引起的腐蚀。
? ②电化学腐蚀:不纯的金属因构成原电池发 生氧化还原反应而引起的腐蚀。

? 钢铁腐蚀主要是电化学腐蚀,并有以下两种 情况:

? ①吸氧腐蚀:电解质溶液呈弱碱性、中性或 弱酸性时发生吸氧腐蚀,主要反应如下:

? 负极(Fe):Fe-2e- Fe2+

? 正极(C):O2+2H2O+4e? 总反应:2Fe+O2+2H2O ? 后继反应:

4OH2Fe(OH)2

? 4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3 ? 2Fe(OH)3 △Fe2O3+3H2O

? ②析氢腐蚀:电解质溶液呈酸性时发生析氢 腐蚀,主要反应如下:
? 负极(Fe):Fe-2e- Fe2+;
? 正极(C):2H++2e- H2↑ ? 总反应:Fe+2H+ Fe2++H2↑ ? (3)金属腐蚀快慢规律
? ①活泼性不同的两种金属构成两个电极,活泼 性差别越大,活泼性强的金属腐蚀得越快。
? ②同种金属中,电解原理引起的腐蚀>原电池 原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐 蚀。

? (4)金属的防护:影响腐蚀的因素一是金属本 身的活泼性,二是金属存在的环境。金属的 防护的主要方法有
? ①改变金属的内部组织结构,如合金钢;
? ②覆盖保护层,如电镀、涂油漆等;
? ③电化学保护法:牺牲阳极的阴极保护法 (即在要保护的金属上连接一个更活泼的金 属)和外加电流的阴极保护法(即把要保护 的金属连接在电源的负极上)。

(考查原电池的原理)(2011·福建卷)研究人员研制出一种锂水 电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为 电极材料,以 LiOH 为电解质,使用时加入水即可放电。关于该 电池的下列说法不正确的是( )
A.水既是氧化剂又是溶剂 B.放电时正极上有氢气生成 C.放电时 OH-向正极移动 D.总反应为:2Li+2H2O===2LiOH+H2↑

由题意可选出 C 项是错误,因为原电池放电时 OH-是向负极移动的。这种电池名*酗绯兀 可推测其总反应为:2Li+2H2O===2LiOH+H2↑, 再写出其电极反应如下:
负极:2Li-2e-===2Li+ 正极:2H2O+2e-===2OH-+H2↑ 结合选项分析 A、B、D 都是正确的。

? 方法指导:考查新型原电池,原电池的 两电极反应式,电子流向与电流流向, 太阳能电池的工作原理,原电池的总反 应式等,还考查考生变通能力和心理素 质,能否适应陌生的情境下应用所学知 识解决新的问题等。

?

(考查电化腐蚀的知识)为了避

免青铜器生成铜绿,以下方法不正确的是

( C) ? A.将青铜器放在铁质托盘上

? B.将青铜器保存在干燥的环境中

? C.将青铜器保存在潮湿的空气中

? D.在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子



?

铜绿是生活中常见的现象,反应原理

为2Cu+O2+CO2+H2O Cu2CO3(OH)2,故 青铜器应保存在干燥的环境中或表面覆盖一

层防渗的高分子膜防止被腐蚀。放在铁质托

盘上,会构成原电池反应,但铜为正极被保

护。

? 方法指导:原电池原理在解决能源的利用和 金属材料防腐等问题中应用较广,要学会运 用原电池的反应原理分析社会和生活中的具 体问题。

?

(考查电化学的计算问题)

将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧

化铝的三个电解槽串联,在一定条件下

通电一段时间后,析出钾、镁、铝的物

质的量之比为( )

? A.1∶2D∶3

B.3∶2∶1

? C.6∶3∶1

D.6∶3∶2

?

三个电解槽串联时,每个电解槽的

电极上通过的电子数相等。设每个电极上都

通过6 mol电子(此为参照数法,也可设其他

的数为参照),则析出金属钾、镁、铝的物

质的量分别为6 mol、3 mol、2 mol,所以

析出钾、镁、铝的物质的量之比为6∶3∶2。

? 方法指导:在解决有关电解池或原电池的计 算问题时,运用电子得失守恒的规律是一种 基本的方法。

?

(考查原电池与电解池知识的综

合运用)下图所示装置中,甲、乙、丙三个

烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、

足量的CuSO4溶液和100 g 10 00%的 K2SO4溶液,电极均为石墨电极。

(1)接通电源,经过一段时间后,测得丙中
K2SO4浓度为10.47%,乙中c电极质量增加。据此 回答问题:

①电源的N端为正极;

②电极b上发生的电极反应为 4OH--4e- 。

2H2O+O2↑;

③列式计算电极b上生成的气体在标准状况

下的体积:水减少的质量:100

g

?

(1

?10 ? 00% 10 ? 47%

)

?

4.5。g

生成O2体积:18

4?5 g g ? mol-1

?

1 2

?

22

?

4

L

?

mol-1

=2

?

8

L



④电极c的质量变化是16g; ⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生 变化,简述其原因: 甲溶液碱性增大,因为电解后,水量减少。, 溶液中NaOH浓度增大; 乙溶液 酸性增大因为阳极上OH-生成O2,。 溶液中H+浓度增大; 丙溶液 酸碱性大小没有变化因为K2SO4 。 是强酸强碱盐,浓度增加不影响溶液的酸碱性。

(2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解 能否继续进行,为什么?
能继续进行,因为CuSO4溶液已转变为 。 H2SO4溶液,反应也就变为水的电解反应 。

?

(1)①乙中c电极质量增加,则c处

发生的反应为:Cu2++2e- Cu,即c处为阴

极,由此可推出b为阳极,a为阴极,M为负

极,N为正极。丙中为K2SO4,相当于电解 水,设电解的水的质量为xg。由电解前后溶

质质量相等有,100×10%=(100-

x)×10.47%,得x=4.5 g,故为0.25mol。由

方程式2H2+O2

? 2H2O可知,生成2mol H2O,转移4 mol电子, 所以整个反应中转移0.5 mol电子,而整个

电路是串联的,故每个烧杯中的电极上转移

电子数是相等的。

②甲中为NaOH,相当于电解H2O,阳极 b处为阴离子OH-放电,即4OH--4e- 2H2O +O2↑。③转移0.5 mol电子,则生成O2为 0.5/4=0.125 mol,标准状况下的体积为 0.125×22.4=2.8 L。④Cu2++2e- Cu,转移0.5 mol电子,则生成的m(Cu)=0.5/2×64=16 g。⑤ 甲中相当于电解水,故NaOH的浓度增大, pH变大。乙中阴极为Cu2+放电,阳极为OH-放 电,所以H+增多,故pH减小。丙中为电解水, 对于K2SO4而言,其pH几乎不变。(2)铜全部 析出,可以继续电解H2SO4,有电解液即可电 解。

方法指导:本题是一道综合性较强的 试题,在分析这类问题时,一是要正确判断 各电极的电极反应(同一个电极上可能不 止发生一种反应),二是要利用电子得失 守恒分析各物质的关系。



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