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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 Al 3e Al3 6 由Fe Cu FeCl3溶液組成的原電池中 負極反應式為 Cu 2e Cu2 答案 1 2 3 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 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 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu 二 化學電源 1 堿性鋅錳干電池 一次電池 Zn 2OH 2e Zn OH 2 2 鉛蓄電池 二次電池 Pb 2e PbO2 Pb2H2SO4 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 2H2 4OH 4e 4H2O O2 4e 2H2O 4OH 2H2 O2 2H2O B 中Mg作負極 電極反應式為 Mg 2e Mg2 C 中Fe作負極 電極反應式為 Fe 2e Fe2 D 中Cu作正極 電極反應式為 O2 2H2O 4e 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C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O 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1molCH3OH時 C元素的化合價由 4降低到 2 轉移6mol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 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(chǎn)生H2的體積V L 與時間t min 的關系是 2 將過量的兩份鋅粉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(chǎn)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 2Cl 2e Cl2 陰極 還原 Cu2 2e 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 K Al3 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 2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 2 電鍍或電解精煉銅 陰極 陽極 Cu 2e Cu2 Cu2 2e Cu 3 冶煉金屬 以冶煉Na為例 鈉 鎂 鋁 2Cl 2e Cl2 2Na 2e 2Na 2NaCl 熔融 2Na Cl2 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 A a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極區(qū)向a極區(qū)遷移C 每生成1molO2 有44gCO2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(chǎn)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298K時 1molCH4在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水 放出熱量890 0kJ 寫出該反應的熱化學方程式 現(xiàn)有CH4和CO的混合氣體0 75mol 完全燃燒后 生成CO2氣體和18g液態(tài)水 并放出515kJ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1000mLpH 5的硫酸銅溶液 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 Fe 2e Fe2 2Fe 4e 2Fe2 O2 4e 2H2O 4OH 呈中性或弱酸性 2H 2e H2 呈酸性 吸氧 Fe 2H Fe2 H2 2Fe O2 2H2O 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)樽蟮陀腋逤 兩試管中相同的電極反應式是 Fe 2e Fe2 D a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 壓強減小 b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?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 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 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119g 20 7g 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 29gCu2 OH 3Cl 則理論上耗氧體積 L 標 準狀況 10 1 根據(jù)N nNA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10 1 3 催化劑改變反應路徑 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 10 1 3 AB 4 Ag2O 2CuCl 2AgCl Cu2O 5 c 2Cu2 3OH Cl 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(chǎn)生電流 2 單池原電池和鹽橋原電池的對比 負極 Zn Zn 2e Zn2 正極 Cu Cu2 2e Cu總反應 Zn Cu2 Cu Zn2 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 CuAgNO3溶液 2 正 2Ag 2e 2Ag Cu 2e 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 FeSO4 aq CuSO4 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CuSO4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2 Li 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 4Li 2SOCl2 4LiCl S SO2 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反應一致 若產(chǎn)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 2H2 O2 2H2O 甲烷燃料電池 電解質溶液為NaOH溶液 的反應式為 CH4 2O2 CO2 2H2OCO2 2NaOH Na2CO3 H2O 式 式得燃料電池總反應式為 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 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 O2 4H 4e 2H2O 2 堿性電解質溶液環(huán)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 O2 2H2O 4e 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 CH4 2O2 CO2 2H2O 2 得燃料電池負極反應式 2 堿性條件 燃料電池總反應式 CH4 2O2 2NaOH Na2CO3 3H2O 2 得燃料電池負極反應式 應用2 1 根據(jù)氧化還原反應 2H2 O2 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 H2O2 2 3 2H2O O2 4e 4OH