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高考电化学专题-复习精华版

[日期:2016-06-28 17:08] 来源:未知 作者:化学组

                        第一部分  原电池基础
一、原电池基础
装置特点:化学能转化为电能。
                ①、两个活泼性不同的电极;
形成条件:②、电解质溶液(一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应);
             ③、形成闭合回路(或在溶液中接触)
             负极:用还原性较强的物质作负极,负极向外电路提供电子;发生氧化反应。
  基本概念: 正极:用氧化性较强的物质正极,正极从外电路得到电子,发生还原反应。
             电极反应方程式:电极反应、总反应。

e-,沿导线传递,有电流产生

 
          
              氧化反应  负极      铜锌原电池   正极  还原反应
反应原理 文本框: 溶解
不断

 Zn-2e-=Zn2+                            2H++2e-=2H2
                                  
                               电解质溶液
 
 
 
二、常见的电池种类
 
                                        电极反应: 负极(锌筒)Zn-2e-=Zn2+
                                        正极(石墨)2NH4++2e-=2NH3+H2
               普通锌——锰干电池     总反应:Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2
  干电池:                          电解质溶液:糊状的NH4Cl
  特点:电量小,放电过程易发生气涨和溶液
  碱性锌——锰干电池
电极反应: 负极(锌筒)Zn-2e- +2OH- =Zn(OH)2
           正极(石墨)2e- +2H2O +2MnO2= 2OH-2MnOOH   ( 氢氧化氧锰)                总反应:2 H2O +Zn+2MnO2= Zn(OH)22MnOOH                      
               电极:负极由锌改锌粉(反应面积增大,放电电流增加);使用寿命提高
               电解液:由中性变为碱性(离子导电性好)。
                         正极(PbO2 PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O

放电
文本框: 化学电源简介                         负极(Pb   Pb+SO42--2e-=PbSO4

充电
            铅蓄电池     总反应:PbO2+Pb+2H2SO4        2PbSO4+2H2O
电解液:1.25g/cm3~1.28g/cm3H2SO4 溶液
 蓄电池             特点:电压稳定, 废弃电池污染环境

可充电电池
   Ⅰ、镍——镉(Ni——Cd)可充电电池;

放电
放电`
             其它     负极材料:Cd;正极材料:涂有NiO2,电解质:KOH溶液
                         NiO2+Cd+2H2O         Ni(OH)2+ Cd(OH)2
   Ⅱ、银锌蓄电池

充电
放电`
    正极壳填充Ag2O和石墨,负极盖填充锌汞合金,电解质溶液KOH
    反应式为: 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2
充电
放电`
                                                         
          锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)8Li+3SOCl2   =   6LiCl+Li2SO3+2S
                负极:             ;正极:                      
      锂电池     用途:质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命,                       
                广泛应用于军事和航空领域。
                  ①、燃料电池与普通电池的区别
 不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内,而是工作时不断从外界输入,同时
             电极反应产物不断排出电池。
           ②、原料:除氢气和氧气外,也可以是CH4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。
                   ③、氢氧燃料电池:
总反应:O2 +2H2 =2H2O  特点:转化率高,持续使用,无污染。
1.普通锌锰电池
    干电池用锌制桶形外壳作负极,位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极,在石墨周围填充NH4ClZnCl2和淀粉作电解质溶液,还填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2,防止产生极化现象。电极总的反应式为:2NH4Cl+Zn+2MnO2=ZnCl22NH3+Mn2O3+H2O
     问题:
      ①通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了?
      ②我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生,请推测可能是干电池中的什么成分起了作用?
 
 
2.氢氧燃料电池反应汇总:
介质 电池反应 2H2 + = 2H2O
酸性 负极   2H2 - 4e- = 4H+
正极      O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O
      中性 负极   2H2 - 4e- = 4H+
正极      O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
      碱性 负极 2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
正极      O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
3.固体氢氧燃料电池:
固体电解质介质   电池反应: 2H2 + = 2H2O
  负极  2H2 - 4e- +2O2= 2H2O
 
正极  O2 +  4e-=  2O2
 
负极  2H2 - 4e- = 4H+
 
正极  O2 + 4H+ + 4e-=  2H2O
 
4.甲烷新型燃料电池
以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极,又在两极上分别通入甲烷和氧气。
电极反应为:
 负极:CH4+ 10OH --8e-= CO32- + 7H2O
 正极:2O2+ 4H2O +8e-= 8OH -
    电池总反应:CH4+ 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3 H2O
分析溶液的pH变化。
C4H10、空气燃料电池、电解质为熔融K2CO3,
 用稀土金属材料作电极(具有催化作用)
负极:2C4H10 -52e- + 26CO32-- = 34 CO2+ 10H2O
正极:13O2 +52e- + 26CO2 =26CO3 2-
电池总反应:2C4H10+ 13O2  = 8CO2 + 10 H2O
5.——空气燃料电池(海水):
   负极:4Al -12e- = 4Al3+
   正极:3O2 +12e- + 6H2O =12OH-
   电池总反应:4Al +3O2 +6H2O = 4Al(OH)3
【课堂练习】
.C2H6燃料电池、电解质为KOH溶液
负极:2C2H6+ 36OH --28e-= 4CO32- + 24H2O
正极:7O2+ 14H2O +28e-=28OH -
电池总反应:2C2H6+ 7O2 +8KOH = 4K2CO3 + 10 H2O
.CH3OH燃料电池、电解质为KOH溶液
负极:2CH3OH+ 16OH --12e-= 2CO32- + 12H2O
正极:3O2+6H2O +12e-= 12OH -
电池总反应:2CH3OH+ 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6 H2O
三、原电池的主要应用:
1.利用原电池原理设计新型化学电池;
2.改变化学反应速率,如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气;
3.进行金属活动性强弱比较;
4.电化学保护法,即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。
5.解释某些化学现象
四、金属的腐蚀与防护
腐蚀概念:金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
概述: 腐蚀危害:
           腐蚀的本质:M-ne-Mn+(氧化反应)
分类: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)、电化腐蚀
文本框: 金属的腐蚀与防护定义:因发生原电池反应,而使金属腐蚀的形式。
                                     负极(Fe):Fe-2e-=Fe2+
                        吸氧腐蚀:   正极(C):O2+2H2O+4e-=4OH-
电化                            总反应:2Fe+O2+2H2O=Fe(OH)2
腐蚀                            后继反应:4Fe(OH)2 +O2 +2H2O =4Fe(OH)3
钢铁的腐蚀                          2Fe(OH) 3====Fe2O3 +3H2O
                                
    负极(Fe):Fe-2e-=Fe2+
析氢腐蚀:  正极(C):2H++2e-=H2
 总反应:  Fe+2H+=Fe2++H2
影响腐蚀的因素:金属本性、介质。
金属的防护:             ①、改变金属的内部组织结构;
保护方法:  ②、在金属表面覆盖保护层;
 ③、电化学保护法(牺牲阳极的阴极保护法
           
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                         第二课时 电解池原理
  • 电解池基础
 定义:使电流通过电解质溶液而在阴阳
两极引起氧化还原反应的过程。
装置特点:电能转化为化学能。
  ①、与电源本连的两个电极;
 形成条件    ②、电解质溶液(或熔化的电解质)
  ③、形成闭合回路。
文本框: 电解池原理电极     阳极:与直流电源正极相连的叫阳极。
概念            阴极:与直流电源负极相连的叫阴极。
电极反应:
                      原理:谁还原性或氧化性强谁先放电(发生氧化还原反应)
离子放电顺序:   阳极:阴离子还原性 S2->I->Br->Cl->OH->SO42-(含氧酸根)>F-
  阴极:阳离子氧化性 Ag+>Fe3+>Cu2+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+
电子流向                 e-                 e-
文本框: 移  向
阳离子

氧化反应     阳极                 阴极     还原反应
文本框: 移向
阴离子

反应原理:4OH--4e-=2H2O +O2                                 Cu2++2e-=Cu
                                     电解质溶液        
电解结果:在两极上有新物质生成。
               总反应:2CuSO4+ 2H2O= 2Cu+2H2SO4+O2
注意:当离子浓度相差较大时,放电顺序要发生变化,相同时按H+,不同时按(H+
  • 电解池原理
                            粗铜板作阳极,与直流电源正极相连;
                ①、装置    纯铜作阴极,与直流电源负极相连;
CuSO4 (加一定量H2SO4)作电解液。
  阴极:Cu2++2e-=Cu
电解精炼铜              阳极:Cu-2e-=Cu2+Zn-2e-=Zn2+
②、原理:       Ni-2e-=Ni2+
  阳极泥:含AgAu等贵重金属;
  电解液:溶液中CuSO4浓度基本不变
③、电解铜的特点:纯度高、导电性好。
   ①、概念:利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。
              ②、方法:镀层金属与电源正极相连作阳极;
                       将待镀金属与电源负极相连作阴极;
电镀:            用含镀层金属离子的电解质溶液配成电镀液。
文本框: 电解的应用   ③、原理:阳极 Cu-2e-=Cu2+  Cu2++2e-=Cu
   ④、装置
   ⑤、电镀工业:镀件预处理→电镀液添加剂→
装置:(如图)
现象       ①、阴极上有气泡;
           ②、阳极有刺激性气体产,能使湿润的淀粉KI变蓝;
电解食盐水           ③、阴极区附近溶液变红,有碱生成

氯碱
工业
            通电前: NaCl =Na++Cl-  H2O      H++OH-
                        原理             阴极(Fe:Na+,H+移向阴极;2H++2e-=H2(还原反应)

电解
                               通电后:  阳极(C):Cl-OH-移向阳极;2Cl--2e-=Cl2(氧化反应)
 总反应:2NaCl +2H2O        2NaOH +Cl2+H2
                                 阳极、阴极、离子交换膜、电解槽、导电铜棒等
                                 ①、组成:阳极:金属钛网(涂有钌氧化物);阴极:碳钢网(涂有Ni涂层)
阳离子交换膜:只允许阳离子通过,阻止阴离子和空气通过;
 ②、装置:
文本框: 离子交换膜法制烧碱
 
 
 
 
食盐         湿氯气                氯气
③生成流程:        淡盐水                         氢气
                                                    NaOH溶液   NaOH固体
精制食盐水   +   —       纯水(含少量NaOH
 
    粗盐水(含泥沙、Cu2+Mg2+Ba2+SO42-等)
阳离子交换树脂:除Cu2+Mg2+
BaCl2Ba2++SO42-=BaSO4
④、粗盐水精制: Na2CO3Ca2++CO32-=CaCO3;Ba2++CO32-=BaCO3
NaOHMg2++2OH-=Mg(OH)2↓;Fe3++3OH-=Fe(OH)3
 
三、电解实例及规律
电解液 溶质类别 电解总反应式 相当于电解 溶液pH
NaOH溶液 强碱 2H2O 2H2↑+O2 升高
H2SO4溶液 含氧酸 降低
Na2SO4溶液 活泼金属的含氧酸盐  
(两极混合液)
CuCl2溶液 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 Cu+Cl2 电解质本身 接近7
HCl溶液 无氧酸 2HCl H2↑+Cl2 升高
NaCl溶液 活泼金属的无氧酸盐 2NaCl+2H2O H2+2NaOH+Cl2↑www.k s5u.c om 电解质与水 升高
CuSO4溶液 不活泼金属的含氧酸盐 2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4
降低
NaCl(熔融) 离子化合物 2NaCl 2Na+Cl2 电解质本身  
Al2O3(熔融) 2Al2O3 4Al+3O2
 
【课堂练习】
1.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为
3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O ====== 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH
下列叙述不正确的是(      
   A.放电时负极反应为:Zn—2e— +2OH—= Zn(OH)2
   B.充电时阳极反应为: Fe(OH)3 - — 3e- + 5 OH- = FeO42-+ 4H2O
   C.放电时每转移3 mol电子,正极有1mol K2FeO4 被氧化         D.放电时正极附近溶液的碱性增强
   2.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(      (已知:氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+
A.阳极发生还原反应,其电极反应式: Ni2+ + 2e- = Ni   B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和Zn2+      D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
3.向水中加入等物质的量的Ag+、Pb2+、Na+、Cl,  SO42-、NO3- 将该溶液倒入惰性材料作电极的电解槽中,通电片刻。氧化产物与还原产物的质量比为(   
   (A)35.5:108       (B)16:207     (C)8:1              (D)108:35.5
 
 

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