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1、電化學基礎,第21講 考綱導視,基礎反饋 1判斷正誤，正確的畫“”，錯誤的畫“”。,(1)在原電池中，發(fā)生氧化反應的一極一定是負極(,)。,(2) 在原電池中，負極材料的活潑性一定比正極材料強,(,)。 (3)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應，負極本身,一定要發(fā)生氧化反應(,)。,(4)其他條件均相同，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽,橋”的原電池電流持續(xù)時間長(,)。,(5)由 Al、Cu、稀 H2SO4 組成的原電池中，負極反應式為,Al3e===Al3(,)。,(6)由 Fe、Cu、FeCl3 溶液組成的原電池中，負極反應式為,Cu2e===Cu2(,)。,答案：(1),(2),(3

2、),(4),(5) (6),2在有鹽橋的銅鋅原電池中，電解質溶液的選擇可以是與 電極材料不相同的陽離子嗎？如 Zn 極對應的是硫酸鋅，能不能 是氯化銅或者氯化鈉？,答案：可以，如果該溶液中溶質的陽離子對應的金屬單質 比電極強的話沒有問題。因為負極區(qū)發(fā)生的反應只是Zn的溶解 而已。但是如果比電極弱的話，例如氯化銅，鋅就會置換出銅， 在表面形成原電池，減少供電量。使用鹽橋就是為了避免這種 情況。,考點一,原電池,化學電源 【知識梳理】,一、原電池,化學能,電能,1概念：把________轉化為________的裝置。,2構成條件。,活潑性不同的,電解質溶液,(1)兩個_______________

3、_電極。 (2)將兩個電極插入____________中。,(3)用導線連接電極形成____________。 (4)具有自發(fā)進行的________________。,氧化還原反應,閉合回路,3工作原理(以鋅銅原電池為例)。,Zn,Cu,氧化反應,還原反應,Zn2e===Zn2,Cu22e===Cu,二、化學電源,1堿性鋅錳干電池一次電池。,Zn2OH2e===Zn(OH)2,2.鉛蓄電池二次電池。,Pb 2e ===,PbO2Pb2H2SO4,PbSO4,3.氫氧燃料電池(堿性介質)。,能量利用率高、無污染、原料來源廣泛等,2H24OH4e===,4H2O,O24e2H2O===,4OH

4、,2H2O2===2H2O,B中 Mg 作負極，電極反應式為：Mg2e===Mg2+,C中 Fe 作負極，電極反應式為：Fe2e===Fe2+,D中 Cu 作正極，電極反應式為：O22H2O4e===4OH,【考點集訓】 例1 分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是,(,)。,,,,,A中 Mg 作負極，中 Fe 作負極,解析：中Mg 不與NaOH溶液反應，而Al 能和NaOH 溶 液反應失去電子，故Al 是負極；中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu 和濃HNO3 反應失去電子作負極，A、B、C錯。,答案：D,歸納總結,原電池正、負極判斷方法,說明：原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與

5、電解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的思維定勢。,例2(2015 年新課標卷)微生物電池是指在微生物的作用 下將化學能轉化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有,A正極反應中有 CO2 生成 B微生物促進了反應中電子的轉移 C質子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū) D電池總反應為 C6H12O66O2===6CO26H2O,思路指導：正極發(fā)生還原反應，化合價降低；負極發(fā)生氧化反應，化合,價升高。,答案：A,易錯警示,在原電池中，外電路由電子定向移動導電，電子總是從負 極流出，流入正極；內電路由離子的定向移動導電，陽離子向 正極移動，陰離子向負極移動。,例3下列說法正確的是(,)。,A用導線將

6、金屬 A 和石墨棒連接后插入稀硫酸中，一段 時間后觀察到 A 極溶解，則說明 A 是正極。 B向稀硫酸溶液中滴加少量硫酸銅溶液，會減慢鋅和硫 酸反應制取氫氣的速率。,,解析：A 極溶解，則說明 A 的活潑性強，作負極，A 項錯 誤；向溶液中加少量硫酸銅溶液，形成銅-鋅原電池加快反應的 進行速率，B項錯誤；根據(jù)總反應式可知，每生成1 mol CH3OH 時，C 元素的化合價由4 降低到2，轉移6 mol 電子，D 項 錯誤。,答案：C,歸納總結,原電池原理的應用,(1)比較不同金屬的活動性強弱。,根據(jù)原電池原理可知，在原電池反應過程中，一般活動性 強的金屬作負極，而活動性弱的金屬(或碳棒)作正極

7、。,(2)加快化學反應速率。,原電池可以加快化學反應速率。如鋅和稀硫酸反應制取氫 氣時，可向溶液中滴加少量硫酸銅，形成銅-鋅原電池，加快反 應的進行速率。,(3)設計制作化學電源。,設計原電池時要緊扣原電池的四個條件。具體方法是： 首先將氧化還原反應拆成兩個半反應，即氧化反應和還,原反應。,結合兩個半反應找出正負極材料及電解質溶液。 按要求畫出原電池裝置圖。,例4把適合題意的圖象填在橫線上(填序號)。,A,B,C,D,(1)將等質量的兩份鋅粉 a、b 分別加入過量的稀硫酸，同時 向 a 中加入少量的CuSO4溶液，產生H2的體積 V(L)與時間t(min) 的關系是________。 (2)將

8、過量的兩份鋅粉 a、b 分別加入定量的稀硫酸，同時向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液，產生 H2 的體積 V(L)與時間 t(min) 的關系是________。 (3)將(1)中的 CuSO4 溶液改成 CH3COONa 溶液，其他條件 不變，則圖象是________。,答案：(1)A (2)B (3)C,考點二,電解池,【知識梳理】,一、電解原理,電流,陰陽兩極,氧化還原反應,1電解：使________通過電解質溶液(或熔融的電解質)而 在__________引起________________的過程。 2電解池。 (1)概念：把電能轉化為化學能的裝置。 (2)構成：直流電源、電極、電

9、解質、閉合回路。,(3)電極名稱及電極反應式(如下圖)。,(4)電子和離子的移動方向。,陽極,氧化,2Cl2e===Cl2,陰極,還原,Cu22e===Cu,3兩極放電順序。,方法技巧,(1)陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液,(或熔融電解質)中的陽離子放電。,(3)電解水溶液時，KAl3不可能在陰極放電，即不可能 用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al 等金屬。,二、電解原理的應用 1電解飽和食鹽水。,氫氣,氯氣,燒堿,2Cl2e===Cl2,2H2e===H2,2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2,2.電鍍或電解精煉銅。,陰極,陽極,Cu2e===Cu2,C

10、u22e===Cu,3.冶煉金屬(以冶煉 Na 為例)。,鈉、鎂、鋁,2Cl2e===Cl2,2Na2e===2Na,2NaCl(熔融) 2NaCl2,【考點集訓】 例5(2013 年北京卷)用石墨電極電解 CuCl2 溶液(見右圖)。,下列分析正確的是(,)。,Aa 端是直流電源的負極 B通電使 CuCl2 發(fā)生電離 D通電一段時間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體,答案：B,例6(2015 年福建卷)某模擬“人工樹葉”電化學實驗裝置 如下圖所示，該裝置能將H2O和CO2轉化為O2和燃料(C3H8O)。,下列說法正確的是(,)。,A該裝置將化學能轉化為光能和電能 B該裝置工作時，H從 b

11、極區(qū)向 a 極區(qū)遷移 C每生成 1 mol O2，有 44 g CO2 被還原,答案：B,解題模型,電解電極反應式的書寫,(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活性,電極。,(2)再分析電解質水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽離,(3)然后排出陰、陽兩極的放電順序。,(4)分析電極反應，判斷電極產物，寫出電極反應式，要注,意遵循原子守恒和電荷守恒。,(5)最后寫出電解反應的總化學方程式或離子方程式。,例7(1)在 298 K 時，1 mol CH4 在氧氣中完全燃燒生成二 氧化碳和液態(tài)水，放出熱量 890.0 kJ。寫出該反應的熱化學方程 式：___________________

12、_________?，F(xiàn)有 CH4 和 CO 的混合 氣體 0.75 mol，完全燃燒后，生成 CO2 氣體和 18 g 液態(tài)水，并 放出 515 kJ 熱量，則 CH4 和 CO 的物質的量分別為________、 ______mol。,(2)利用該反應設計一個燃料電池：用氫氧化鉀溶液作電解 質溶液，多孔石墨作電極，在電極上分別通入甲烷和氧氣。通 入甲烷氣體的電極應為______極(填“正”或“負”)，該電極 上發(fā)生的電極反應是______(填字母代號)。,(3)在右圖所示實驗裝置中，石墨棒上的電極反應式為： ______________________；如果起始時盛有1000 mL pH5的

13、 硫酸銅溶液(25 ，CuSO4足量)，一段時間后溶液的pH變?yōu)?， 此時可觀察到的現(xiàn)象是________________________；若要使溶 液恢復到起始濃度(溫度不變，忽略溶液體積的變化)，可向溶 液中加入______(填物質名稱)，其質量約為______。,規(guī)律總結,電解質溶液的復原應遵循“從溶液中析出什么補什么”的 原則，即從溶液中析出哪種元素的原子，則應按比例補入哪些 原子。,例8空間實驗室“天宮一號”的供電系統(tǒng)中有再生氫氧 燃料電池(RFC), RFC是一種將水電解技術與氫氧燃料電池技術 相結合的可充電電池。下圖為RFC工作原理示意圖，有關說法,正確的是(,)。,答案：C,考

14、點三,金屬的電化學腐蝕與防護,【知識梳理】 1金屬的腐蝕。 金屬與周圍的氣體或液體物質發(fā)生__________反應而引起 損耗的現(xiàn)象。金屬腐蝕的本質：____________。 (1)化學腐蝕：金屬與接觸的物質直接發(fā)生__________而引 起的腐蝕。 (2)電化學腐蝕：不純的金屬跟電解質溶液接觸發(fā)生______ 反應，較活潑的金屬被氧化的腐蝕。 (3)兩種腐蝕往往________發(fā)生，但________腐蝕更普遍， 速度快，危害更重。,氧化還原,金屬被氧化,化學反應,原電池,同時,電化學,2電化學腐蝕的分類(以鐵的腐蝕為例)。,Fe2e===Fe2,2Fe4e===2Fe2,O24e2H2

15、O===4OH,呈中性或弱酸性,2H2e===H2,呈酸性,吸氧,Fe2H===Fe2H2,2FeO22H2O===,2Fe(OH)2,3.金屬的防護方法。,(1)加防護層，如____________________________________。 (2)改變__________________，,如將普通鋼制成不銹鋼。,(3)電化學保護法。,犧牲負極的正極保護法利用______原理，______極 被保護。如在被保護的鋼鐵設備上裝上若干較活潑的金屬如鋅， 讓被保護的金屬作原電池的正極。,外加電流的陰極保護法利用______原理，______極 被保護。如用被保護的鋼鐵設備作陰極，惰性電極作

16、陽極，外 接直流電源。,涂油漆、覆蓋陶瓷、電鍍、金屬鈍化等(合理即可),金屬的內部結構,原電池,電解池,正,陰,【考點集訓】,A生鐵塊中的碳是原電池的正極 B紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋?C兩試管中相同的電極反應式是：Fe2e===Fe2 Da 試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b 試管中發(fā)生了析氫腐蝕,解析：a 試管中食鹽水為中性，發(fā)生了吸氧腐蝕，壓強減 ?。籦 試管中氯化銨溶液為酸性，發(fā)生了析氫腐蝕，壓強增大， 所以紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟾哂业汀?答案：B,例10對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。,(1)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極 的原因是_____________

17、_______________________________。 (2)利用右圖裝置，可以模擬鐵的電化學防護。若 X 為碳棒， 為減緩鐵的腐蝕，開關 K 應置于______處。若 X 為鋅，開關 K 置于 M 處，該電化學防護法稱為_________________________。,解析：(1)電鍍時若用石墨作陽極，則電解過程中電解液中 Cu2濃度不斷減小，導致鐵表面不能鍍上均勻的銅。(2)若X為 碳棒，則只能用外加電源的陰極保護法，此時開關K 應置于N 處。若X 為Zn，K 置于M 處，其保護原理稱為犧牲負極的正 極保護法。,答案：(1)補充溶液中消耗的Cu2，保持溶液中Cu2濃度恒,定,

18、(2)N 犧牲負極的正極保護法,例11(2015 年重慶卷)我國古代青銅器工藝精湛，有很高 的藝術價值和歷史價值，但出土的青銅器大多受到環(huán)境腐蝕， 故對其進行修復和防護具有重要意義。,(1)原子序數(shù)為 29 的銅元素位于元素周期表中第_________,周期。,(2)某青銅器中 Sn、Pb 的質量分別為 119 g、20.7 g，則該,青銅器中 Sn 和 Pb 原子數(shù)目之比為____________。,(3)研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕嚴重的青銅器表面大都存在 CuCl。關于 CuCl 在青銅器腐蝕過程中的催化作用，下列敘述正確的是 ________。,A降低了反應的活化能 B增大了反應的速率 C降低了反應

19、的焓變,D增大了反應的平衡常數(shù),(4)采用“局部封閉法”可以防止青銅器進一步被腐蝕。如 將糊狀 Ag2O 涂在被腐蝕部位，Ag2O 與有害組分 CuCl 發(fā)生復 分解反應，該化學方程式為_____________________________。,(5)如圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學腐蝕的原理示,意圖。,腐蝕過程中，負極是____________(填圖中字母“a”或“b”,或“c”)；,若生成 4.29 g Cu2(OH)3Cl，則理論上耗氧體積____L(標,準狀況)。,101，根據(jù)NnNA 知，物質的量之比等于其個數(shù)之比，所以 Sn、Pb 原子個數(shù)之比為101。 (3)催化劑改變反應路

20、徑，能降低反應活化能，但焓變不變， C 錯誤；對于指定反應，平衡常數(shù)只與溫度有關，溫度不變， 平衡常數(shù)不變，與催化劑無關，D 錯誤。 (4)Ag2O 與有害組分CuCl發(fā)生復分解反應，則二者相互交 換成分生成另外的兩種化合物，這里生成Cu2O。,答案：(1)四,(2)101,(3)AB,(4)Ag2O2CuCl===2AgClCu2O (5)c 2Cu23OHCl===Cu2(OH)3Cl 0.448,思維模型,鹽橋原電池專題突破,1鹽橋的組成和作用。 (1)鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊脂制成的膠 凍。 (2)鹽橋的作用：連接內電路，形成閉合回路；平衡電 荷，使原電池不斷產生電流

21、。,2單池原電池和鹽橋原電池的對比。,負極(Zn)：Zn2e===Zn2 正極(Cu)：Cu22e===Cu 總反應：ZnCu2===CuZn2,(續(xù)表),2Ag(s)設計的原電池如下圖所示，其中鹽橋內裝瓊脂-飽和 KNO3溶液。,請回答下列問題：,(1)電極 X 的材料是______；電解質溶液 Y 是____________。 (2)銀電極為電池的______極，寫出兩電極的電極反應式： 銀電極：_______________________________________； X 電極：_______________________________________。 (3)外電路中的電子是

22、從______電極流向________電極。 (4)鹽橋中向 CuSO4 溶液中遷移的離子是_______(填序號)。,(5)其中 CuSO4 溶液能否被稀硫酸溶液代替？________(填 “能”或“否”，下同)；Ag 電極能否被石墨代替？________。,答案：(1)Cu AgNO3 溶液,(2)正,2Ag2e===2Ag,Cu2e===Cu2,(3)Cu,Ag,(4)B (5)能,能,應用1能量之間可以相互轉化：電解食鹽水制備 Cl2 是將 電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能。設計兩 種類型的原電池，探究其能量轉化效率。,限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，C

23、uSO4(aq)；銅片，鐵,片，鋅片和導線。,(1)完成原電池的裝置示意圖(見下圖)，并作相應標注。 要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。,(2)以銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質溶液，只在一個 燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極______ __________________________________。,(3)甲、乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉化為電能的 是______，其原因是_____________________________。,答案：(1)裝置圖如下：,或,或,(2)電極逐漸溶解，電極上有紅色物質析出,(3)甲,可以避免活潑金屬和C

24、uSO4 接觸發(fā)生置換反應，,從而提供穩(wěn)定電流,易錯警示,電化學裝置圖常見失分點,(1)不注明電極材料名稱或元素符號。 (2)不畫出電解質溶液(或畫出但不標注)。 (3)誤把鹽橋畫成導線。 (4)不能連成閉合回路。,思維模型,原電池電極反應式的書寫,1“加減法”書寫電極反應式。 (1)先確定原電池的正負極，列出正負極上的反應物質，并 標出電子的得失。 (2)注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子 是否共存。若不共存，則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極 反應式。 (3)在電子守恒的基礎上正負極反應式相加得到電池反應 的總反應式。若已知電池反應的總反應式，可先寫出較易書寫 的一極的電極反應

25、式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減 去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的 電極反應式。,典例2Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材 料分別為鋰和碳，電解液是 LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應可表 示為：4Li2SOCl2===4LiClSSO2。 請回答下列問題： (1) 電池的負極材料為__________ ，發(fā)生的電極反應為： __________________________。 (2)電池正極發(fā)生的電極反應為：_____________________。,2燃料電池電極反應式的書寫。 第一步：寫出電池總反應式。 燃料電池的總反應與燃料的燃燒

26、反應一致，若產物能和電解質反 應則總反應為加合后的反應。 例如：氫氧燃料電池的總反應式為：2H2O2===2H2O； 甲烷燃料電池(電解質溶液為 NaOH 溶液)的反應式為：,CH42O2===CO22H2O CO22NaOH===Na2CO3H2O, ,式式得燃料電池總反應式為：CH42O22NaOH=== Na2CO33H2O。,第二步：寫出電池的正極反應式。,根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質 都是O2，隨著電解質溶液的不同，其電極反應有所不同，因此， 我們只要熟記以下四種情況：,(1)酸性電解質溶液環(huán)境下電極反應式： O24H4e===2H2O。,(2)堿性電解質溶液環(huán)

27、境下電極反應式：,第三步：根據(jù)電池總反應式和正極反應式寫出電池的負極,反應式。,根據(jù)第一、二步寫出的反應，可得：電池的總反應式電 池正極反應式電池負極反應式，注意在將兩個反應式相減時， 要約去正極的反應物O2。,燃料電池正極反應式：O22H2O4e===4OH,典例3以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應式 的書寫方法： (1)酸性條件。,燃料電池總反應式：CH42O2===CO22H2O,,2，得燃料電池負極反應式：__________________。 (2)堿性條件。,燃料電池總反應式：CH42O22NaOH===Na2CO33H2O,,,,2，得燃料電池負極反應式：____________________。,應用2(1)根據(jù)氧化還原反應：2H2O2===2H2O，設計成 燃料電池，負極通的氣體應是________ ，正極通的氣體應是 ________。,(2)根據(jù)選擇電解質溶液的不同，填寫下表：,(3)若把H2改為CH4，KOH作電解質，則正極反應式為：,________________________。,答案：(1)H2 O2,(2),(3)2H2OO24e===4OH,