高中化學總復習課件第2單元第7講 電化學基礎

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歡迎進入化學課堂 2 熱點知識剖析電化學基礎知識是高考中?？嫉闹R點 這部分知識的主要考點有原電池和電解池的工作原理 電極的判斷 電極反應式的書寫以及與氧化還原反應 離子反應 化學計算等知識相綜合的問題 試題常常以生產 生活中的問題為切入點 以新的角度來考查運用電化學知識分析問題的能力 在復習中 要從氧化還原反應的原理和規(guī)律上理解原電池和電解池的反應原理 并注意歸納和總結這兩種裝置的基本類型 學會運用守恒的規(guī)律解決定量計算的問題 3 基礎知識回顧1 原電池是利用氧化還原反應 將 轉化為電能的裝置 由銅 鋅和稀硫酸組成的原電池 鋅為負極 發(fā)生氧化反應 電子從負 或鋅 極通過導線流向正 或銅 極 溶液中的氫離子獲得電子被還原成氫氣 正極電極反應式是 負極電極反應式是 4 化學 能 2H 2e H2 Zn 2e Zn2 2 化學電源主要包括一次電池 二次電池 燃料電池等幾大類 常見的普通鋅錳電池 堿性鋅錳電池屬于一次電池 又叫干電池 其特點是一次電池的活性物質消耗到一定程度 就不能再用了 常見的蓄電池屬于二次電池 又叫充電電池或蓄電池 其特點是放電后可以再充電使活性物質獲得再生 燃料電池是一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學能轉化成電能的化學電池 燃料電池的電極本身不包含活性物質 只是一個催化轉化元件 它工作時燃料和氧化劑連續(xù)由外部供給 在電極上不斷地進行反應 生成物不斷被排出 從而使電池可連續(xù)不斷地提供電能 5 3 電解池是將轉化為的裝置 電解時 電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極 該電極上發(fā)生還原反應的同時 陽極上發(fā)生氧化反應 電子又從電解池的陽極流出回到電源正極 6 電能 化學能 4 當電極材料為惰性電極 如Pt C 電解電解質溶液時 在陰極區(qū)氧化性強的陽離子先電子 被 在陽極區(qū)還原性強的陰離子先電子被 例如 陽離子Ag H Na Al3 Cu2 在陰極得電子難易順序為Ag Cu2 H Al3 Na 陰離子OH Cl 含氧酸根在陽極上失電子難易順序為Cl OH 含氧酸根 7 得到 還原 失去 氧化 5 當電極材料為金屬時 陽極通常是電極參加反應被氧化 陰極金屬不參加反應 例如 要在鐵片上鍍銀 如圖 8 陽極 Ag e Ag 陰極 Ag e Ag電鍍時 通常把待鍍的金屬制品作陰極 把鍍層金屬作極 用含有的電解質溶液作電鍍液 陽 鍍層金屬離子 6 金屬腐蝕的本質是金屬原子失去電子變成金屬陽離子 金屬腐蝕一般可分為腐蝕和腐蝕 這兩種腐蝕的主要差別是一個以原電池原理反應 一個是直接的化學反應不形成原電池 9 電化學 化學 鋼鐵的腐蝕主要是電化學腐蝕 常有吸氧腐蝕和析氫腐蝕 它們具有的共同點是兩種腐蝕都是鐵作負極 被氧化失去電子成為亞鐵離子 電極反應 Fe 2e Fe2 不同點是吸氧腐蝕是在酸性不強的條件下 析氫腐蝕是在酸性條件下 兩者形成原電池的正極反應不同 吸氧反應正極上發(fā)生 析氫反應正極上發(fā)生 10 O2 2H2O 4e 4OH 2H 2e H2 7 金屬的防護方法有很多 犧牲陽極的陰極保護法的特點是在被保護的金屬附近加裝更具活性的金屬 使被保護的金屬變成正極 外加電流的陰極保護法的特點是向被保護金屬通電而使其成為陰極 還可以通過許多物理方法和化學方法防護金屬 11 重點知識歸納1 原電池 1 原電池的裝置特點 利用氧化還原反應將化學能轉化為電能 2 原電池的形成的一般條件 電極 電解質溶液 形成閉合回路 12 3 反應原理負極 失去電子 向外電路提供電子 發(fā)生氧化反應 正極 得到電子 從外電路獲得電子 發(fā)生還原反應 電極反應與電子流向 以銅鋅原電池為例 總反應 Zn H2SO4ZnSO4 H2 13 電極 4 原電池正負極的判斷判斷原電池正負極最根本的方法是根據電極發(fā)生的氧化還原反應 即發(fā)生氧化反應的電極為負極 發(fā)生還原反應的電極為正極 下列方法也可以作為一般的輔助判斷方法 14 根據電極的材料判斷 一般來說較活潑的金屬作負極 活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬作正極 但有的有特殊性 例如 當Mg和Al兩個電極與稀硫酸形成原電池時 Mg為負極 Al為正極 而當Mg和Al兩個電極與氫氧化鈉溶液形成原電池時 由于Al與氫氧化鈉溶液反應失去電子 Mg不與氫氧化鈉溶液反應 故Al為負極 Mg為正極 15 根據電極反應表現(xiàn)的現(xiàn)象判斷 電極若不斷溶解或質量不斷減少 該電極發(fā)生氧化反應 此電極為負極 電極的質量若不斷增加或不變 該電極發(fā)生還原反應 此電極為正極 還可以通過電極附近溶液顏色的變化來判斷反應的類型 進一步判斷電極的正負極 根據電流 電子流動 的方向判斷 從外電路看 電流是從正極流向負極 電子是從負極流向正極 根據總反應判斷 在電池總反應中 元素化合價升高的物質所在電極為負極 化合價降低的物質所在電極為正極 16 5 電極反應式的書寫書寫原電池的電極反應 有以下兩種基本的思路 如果題目給定的是原電池的裝置圖 一般先正確分析正 負極 根據電極和電解質溶液正確判斷得失電子的元素和反應前后的價態(tài)變化 在此基礎上寫出電極反應式 如果題目給定的是總反應式 先分析元素化合價的變化把反應分成氧化反應 失電子 和還原反應 得電子 選擇一個變化簡單的電極寫出電極反應 再推斷另一個電極的電極反應 17 6 常見化學電源 18 續(xù)表 19 2 電解池 1 電解池的裝置特點利用外加電源將電能轉化為化學能 2 電解池的形成條件 直流電源 兩個電極 電解質溶液 或熔化的電解質 形成閉合回路 20 3 反應原理陽極 與直流電源正極相連的電極叫陽極 電極發(fā)生氧化反應 陰極 與直流電源負極相連的電極叫陰極 電極發(fā)生還原反應 21 電極 電極反應及電子流向 以電解氯化鈉溶液為例總反應 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 電解 4 電極產物的判斷電解池的陽極上一定失去電子發(fā)生氧化反應 陰極上一定得到電子發(fā)生還原反應 電極上得失電子的物質與得失電子的能力有關 陽極 如果電極為活潑電極 如 Fe Cu等 則電極材料失去電子 電極溶解 如果電極為惰性電極 Pt Au 石墨 則是溶液中的陰離子失去電子 陰離子失去電子強弱 即還原性 的順序為S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 22 陰極 電極不參與反應 電解液中的陽離子得到電子 陽離子得電子強弱 即氧化性 的順序為Ag Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H Al3 Mg2 Na 注意 上面順序中有兩個H 其中前面的H 一般指酸提供的氫離子 即濃度較大時 后者一般是指水提供的氫離子 即濃度較小時 23 5 電解的類型舉例 電極為惰性電極 碳棒或鉑等材料為電極 電極不參與反應特點 溶質中的陽離子得電子 陰離子失電子 溶質的量減少陰極 Cu2 2e Cu陽極 2Cl 2e Cl2 總反應 CuCl2Cu Cl2 24 CuCl2型 電解 特點 溶質中的陽離子得電子 水中的氫氧根離子失電子 溶液pH減小陰極 Cu2 2e Cu陽極 4OH 4e 2H2O O2 總反應 2CuSO4 2H2O 25 CuSO4型 電解 2Cu 2H2SO4 O2 特點 水中的氫離子得電子 陰離子失電子 溶液pH增大陰極 2H 2e H2 陽極 2Cl 2e Cl2 總反應 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 26 NaCl型 電解 特點 水中的氫離子得電子 水中的氫氧根離子失電子 溶液濃度增陰極 2H 2e H2 陽極 4OH 4e 2H2O O2 總反應 2H2O2H2 O2 Na2SO4型 電解 活潑電極 陽極上為活潑電極 電極失去電子參與反應特點 活潑金屬失去電子 溶液中的金屬離子得到電子 理論上電鍍液濃度不變陽極 鍍層金屬陰極 鍍件電鍍液 含鍍層金屬離子的可溶性溶液 27 電鍍 6 電解的應用 電鍍 目的是使金屬增強抗腐蝕能力 增加美觀和表面硬度 電鍍時待鍍金屬作陰極 鍍層金屬作陽極 含鍍層金屬離子的鹽溶液作電鍍液 精煉銅 以粗銅 粗銅中含有Zn Fe Ag Au等雜質 作陽極 精銅作陰極 含銅離子的鹽溶液為電解質 可以提純粗銅 氯堿工業(yè) 用碳棒作陽極 鐵棒作陰極 電解氯化鈉溶液 可制得氫氧化鈉 氫氣 氯氣等化工原料 28 冶煉活潑的金屬 Na Mg Al等較活潑的金屬很難用還原劑將其還原出來 工業(yè)日常采用電解熔融態(tài)物質的方法 制得這些金屬單質 例如 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 MgCl2 熔融 Mg Cl2 2NaCl 熔融 2Na Cl2 29 通電 冰晶石 通電 通電 3 金屬的腐蝕與防護 1 腐蝕的本質 金屬原子失去電子被氧化 即M ne Mn 2 金屬腐蝕的類型 化學腐蝕 金屬與接觸到的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕 電化學腐蝕 不純的金屬因構成原電池發(fā)生氧化還原反應而引起的腐蝕 30 鋼鐵腐蝕主要是電化學腐蝕 并有以下兩種情況 吸氧腐蝕 電解質溶液呈弱堿性 中性或弱酸性時發(fā)生吸氧腐蝕 主要反應如下 負極 Fe Fe 2e Fe2 正極 C O2 2H2O 4e 4OH 總反應 2Fe O2 2H2O2Fe OH 2后繼反應 4Fe OH 2 O2 2H2O4Fe OH 32Fe OH 3Fe2O3 3H2O 31 析氫腐蝕 電解質溶液呈酸性時發(fā)生析氫腐蝕 主要反應如下 負極 Fe Fe 2e Fe2 正極 C 2H 2e H2 總反應 Fe 2H Fe2 H2 3 金屬腐蝕快慢規(guī)律 活潑性不同的兩種金屬構成兩個電極 活潑性差別越大 活潑性強的金屬腐蝕得越快 同種金屬中 電解原理引起的腐蝕 原電池原理引起的腐蝕 化學腐蝕 有防護措施的腐蝕 32 4 金屬的防護 影響腐蝕的因素一是金屬本身的活潑性 二是金屬存在的環(huán)境 金屬的防護的主要方法有 改變金屬的內部組織結構 如合金鋼 覆蓋保護層 如電鍍 涂油漆等 電化學保護法 犧牲陽極的陰極保護法 即在要保護的金屬上連接一個更活潑的金屬 和外加電流的陰極保護法 即把要保護的金屬連接在電源的負極上 33 34 35 方法指導 考查新型原電池 原電池的兩電極反應式 電子流向與電流流向 太陽能電池的工作原理 原電池的總反應式等 還考查考生變通能力和心理素質 能否適應陌生的情境下應用所學知識解決新的問題等 36 考查電化腐蝕的知識 為了避免青銅器生成銅綠 以下方法不正確的是 A 將青銅器放在鐵質托盤上B 將青銅器保存在干燥的環(huán)境中C 將青銅器保存在潮濕的空氣中D 在青銅器的表面覆蓋一層防滲的高分子膜 37 C 銅綠是生活中常見的現(xiàn)象 反應原理為2Cu O2 CO2 H2OCu2CO3 OH 2 故青銅器應保存在干燥的環(huán)境中或表面覆蓋一層防滲的高分子膜防止被腐蝕 放在鐵質托盤上 會構成原電池反應 但銅為正極被保護 方法指導 原電池原理在解決能源的利用和金屬材料防腐等問題中應用較廣 要學會運用原電池的反應原理分析社會和生活中的具體問題 38 考查電化學的計算問題 將分別盛有熔融的氯化鉀 氯化鎂 氧化鋁的三個電解槽串聯(lián) 在一定條件下通電一段時間后 析出鉀 鎂 鋁的物質的量之比為 A 1 2 3B 3 2 1C 6 3 1D 6 3 2 39 D 三個電解槽串聯(lián)時 每個電解槽的電極上通過的電子數(shù)相等 設每個電極上都通過6mol電子 此為參照數(shù)法 也可設其他的數(shù)為參照 則析出金屬鉀 鎂 鋁的物質的量分別為6mol 3mol 2mol 所以析出鉀 鎂 鋁的物質的量之比為6 3 2 方法指導 在解決有關電解池或原電池的計算問題時 運用電子得失守恒的規(guī)律是一種基本的方法 40 考查原電池與電解池知識的綜合運用 下圖所示裝置中 甲 乙 丙三個燒杯依次分別盛放100g5 00 的NaOH溶液 足量的CuSO4溶液和100g10 00 的K2SO4溶液 電極均為石墨電極 41 1 接通電源 經過一段時間后 測得丙中K2SO4濃度為10 47 乙中c電極質量增加 據此回答問題 電源的N端為極 電極b上發(fā)生的電極反應為 列式計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積 42 正 4OH 4e 2H2O O2 電極c的質量變化是g 電解前后各溶液的酸 堿性大小是否發(fā)生變化 簡述其原因 甲溶液 乙溶液 丙溶液 43 酸堿性大小沒有變化因為K2SO4 16 堿性增大 因為電解后 水量減少 酸性增大因為陽極上OH 生成O2 溶液中NaOH濃度增大 溶液中H 濃度增大 是強酸強堿鹽 濃度增加不影響溶液的酸堿性 2 如果電解過程中銅全部析出 此時電解能否繼續(xù)進行 為什么 44 能繼續(xù)進行 因為CuSO4溶液已轉變?yōu)?H2SO4溶液 反應也就變?yōu)樗碾娊夥磻?1 乙中c電極質量增加 則c處發(fā)生的反應為 Cu2 2e Cu 即c處為陰極 由此可推出b為陽極 a為陰極 M為負極 N為正極 丙中為K2SO4 相當于電解水 設電解的水的質量為xg 由電解前后溶質質量相等有 100 10 100 x 10 47 得x 4 5g 故為0 25mol 由方程式2H2 O22H2O可知 生成2molH2O 轉移4mol電子 所以整個反應中轉移0 5mol電子 而整個電路是串聯(lián)的 故每個燒杯中的電極上轉移電子數(shù)是相等的 45 甲中為NaOH 相當于電解H2O 陽極b處為陰離子OH 放電 即4OH 4e 2H2O O2 轉移0 5mol電子 則生成O2為0 5 4 0 125mol 標準狀況下的體積為0 125 22 4 2 8L Cu2 2e Cu 轉移0 5mol電子 則生成的m Cu 0 5 2 64 16g 甲中相當于電解水 故NaOH的濃度增大 pH變大 乙中陰極為Cu2 放電 陽極為OH 放電 所以H 增多 故pH減小 丙中為電解水 對于K2SO4而言 其pH幾乎不變 2 銅全部析出 可以繼續(xù)電解H2SO4 有電解液即可電解 46 方法指導 本題是一道綜合性較強的試題 在分析這類問題時 一是要正確判斷各電極的電極反應 同一個電極上可能不止發(fā)生一種反應 二是要利用電子得失守恒分析各物質的關系 47 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全