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1、專題十一電化學,高考化學（天津?qū)Ｓ茫?考點一原電池工作原理及應用 基礎知識 1.原電池的概念 把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2.構(gòu)成條件 (1)有兩個活潑性不同的電極。 (2)將電極插入電解質(zhì)溶液中并形成閉合回路。 (3)能自發(fā)進行的氧化還原反應一般都可設計成原電池。,考點清單,3.工作原理 下圖是Cu-Zn原電池示意圖,4.原電池原理的應用 (1)應用一:比較金屬的活動性強弱 原電池中,一般活動性相對較強的金屬作負極,而活動性相對較弱的金屬(或?qū)щ姷姆墙饘?作正極。 (2)應用二:加快化學反應速率 由于形成了原電池,導致反應速率加快。如Zn與稀硫酸反應制氫氣時,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液

2、,形成Cu-Zn原電池,加快反應速率。 (3)應用三:用于金屬的防護 使需要保護的金屬制品作原電池正極而受到保護。例如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁,可將其與一塊鋅塊相連,使鋅作原電池的負極。,(4)應用四:設計制作原電池 設計原電池要緊扣構(gòu)成原電池的三個條件: a.必須是能自發(fā)進行的氧化還原反應。 b.根據(jù)氧化還原反應找出正、負極材料(負極就是失電子的物質(zhì),正極用比負極活動性差的金屬即可,也可以用石墨)及電解質(zhì)溶液。 c.形成閉合回路。,重點難點 1.在原電池內(nèi)電路中,陽離子移向正極,陰離子移向負極(包括鹽橋中的陰、陽離子)。這是因為負極發(fā)生的是失電子的反應,致使該極附近有大量正電荷,所

3、以溶液中的陰離子要移向負極;正極發(fā)生的是得電子的反應,致使該極附近有大量負電荷,所以溶液中的陽離子要移向正極。 2.電極材料的選擇 在原電池中,一般選擇活動性相對較強的金屬作負極;活動性相對較弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O。,3.電解質(zhì)溶液的選擇 電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極材料發(fā)生反應,或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負極材料發(fā)生反應(如溶解于溶液中的氧氣)。如果兩個 半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋),則兩個容器中的電解質(zhì)溶液應含有相應電極材料的陽離子。如在Cu-Zn原電池中,負極Zn浸泡在含有Zn2+的電解質(zhì)溶液中,而正極Cu浸泡在含有Cu2+的電解質(zhì)溶液中。,考點二電解原理及應用

4、 基礎知識 1.電解原理 (1)相關概念 使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫電解。 將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置叫電解池。 (2)電解池的構(gòu)成條件 直流電源,兩個電極,電解質(zhì)(熔融態(tài)或溶液),閉合回路。,(3)電解池的工作原理以電解CuCl2溶液為例,2.電解原理的應用 (1)氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水,陽極(放電順序:Cl-OH-):2Cl--2e- Cl2(氧化反應) 陰極(放電順序:H+Na+):2H++2e- H2(還原反應) 總反應:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2 離子方程式:2Cl-+2H2O 2OH-+H2+Cl2,(2)電鍍和電解

5、精煉銅,續(xù)表,(3)電冶金 a.原理:利用電解原理使礦石中的金屬離子獲得電子,從它們的化合物中還原出來。 b.適用范圍:制取活潑金屬單質(zhì),如電解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al,化學方程式分別為2NaCl(熔融) 2Na+Cl2, MgCl2(熔融) Mg+Cl2,2Al2O3(熔融) 4Al+3O2。,重點難點 (1)電解質(zhì)溶液導電時一定發(fā)生化學反應,因為電解質(zhì)溶液導電的過程 即電解的過程,電解池的兩極分別發(fā)生氧化反應、還原反應,有新物質(zhì) 生成。金屬導電是物理變化。 (2)原電池和電解池中,陰、陽離子一定在電解質(zhì)(熔融態(tài)或溶液)中移動,電子一定在導線中移動?？珊営洖椤半x子

6、不上岸,電子不下水”。,考點三金屬的腐蝕與防護 基礎知識 1.化學腐蝕和電化學腐蝕的比較,2.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕,3.金屬的防護 (1)在金屬表面覆蓋保護層 a.涂礦物質(zhì)油脂、油漆等; b.鍍抗腐蝕金屬電鍍、熱鍍、噴鍍法; c.用化學方法使其表面形成一層致密氧化膜,如烤藍。 (2)改變金屬內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)而增強抗腐蝕能力,如制成不銹鋼。,(3)電化學防護 a.犧牲陽極的陰極保護法:形成原電池時,讓被保護金屬作正極,不反應,起到保護作用;活潑金屬反應而被腐蝕。 b.外加電流的陰極保護法:將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩極,使被保護的金屬作陰極,在外加直流電的作用下使其得到 重點難點

7、在同一電解質(zhì)溶液中,金屬腐蝕的快慢可用下列規(guī)律判斷: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。,保護。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設備的腐蝕。,方法1原電池正、負極的判斷及電極反應式的書寫 1.原電池正、負極的判斷,方法技巧,注意原電池的正、負極不僅跟電極材料有關,還與電解質(zhì)溶液的性質(zhì)有關,如Mg、Al在稀硫酸中構(gòu)成原電池時,Mg作負極,Al作正極,但若以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液,則Al為負極,Mg為正極。 2.原電池電極反應式的書寫 (1)一般電極反應式的書寫,(2)復雜電極反應式的書寫 總體思路:復雜電極反應式=總反應式-較簡單一極電極反應式 (3)燃料電

8、池電極反應式的書寫 .正極反應式的書寫 正極通入的氣體一般是氧氣,根據(jù)電解質(zhì)的不同,分以下幾種情況: 在酸性溶液中生成水: O2+4H++4e- 2H2O; 在堿性溶液中生成氫氧根離子: O2+2H2O+4e- 4OH-; 在固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2-)中生成O2-: O2+4e- 2O2-;,在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)中生成碳酸根離子: O2+2CO2+4e- 2C。 .負極反應式的書寫 負極通入的是燃料,發(fā)生氧化反應,負極生成的離子一般與正極產(chǎn)物結(jié)合,有以下幾種情況: 若負極通入的氣體是氫氣,則 a.酸性溶液中:H2-2e- 2H+; b.堿性溶液中:H2-2e-+2OH- 2H

9、2O; c.熔融氧化物中:H2-2e-+O2- H2O。 若負極通入的氣體為含碳的化合物,如CO、CH4、CH3OH等,碳元素均轉(zhuǎn)化為+4價碳的化合物,在酸性溶液中生成CO2,在堿性溶液中生成,C ,熔融碳酸鹽中生成CO2,熔融氧化物中生成C,含有的氫元素最終 生成水。如CH3OH燃料電池負極反應式在酸性溶液中為CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+,在堿性溶液中為CH3OH-6e-+8OH- C+6H2O。 3.書寫電極反應式時應注意的問題 (1)兩電極得失電子數(shù)目相等。 (2)電極反應式常用“”而不用“”表示。 (3)書寫電極反應式時要保證電荷守恒、原子守恒。 例1鋰空氣電池由于具有較

10、高的比能量而成為未來電動汽車的希望,其原理模型如圖所示。下列說法中不正確的是(),A.可以用LiOH溶液作電解質(zhì)溶液 B.鋰既是負極材料又是負極反應物 C.正極反應式為2Li++O2+2e- Li2O2 D.正極采用多孔碳材料是為了更好地吸附空氣,根據(jù)離子的移動方向確定正、負極,明確各電極上發(fā)生的電極反應是解題的關鍵。 解析鋰和水反應生成氫氧化鋰和氫氣,所以不能采用水性電解液,故A錯誤;該電池負極上鋰失電子發(fā)生氧化反應,所以鋰既是負極材料又是負極反應物,故B正確;正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應,電極反應式為 2Li++O2+2e- Li2O2,故C正確;多孔碳材料表面積大,正極采用多孔碳 材料是

11、為了更好地吸附空氣,故D正確。 答案A,解題導引,方法2電解池中陰、陽極的判斷與電極反應式的書寫 1.陰、陽極的判斷方法 (1)根據(jù)電源的正負極、離子移動的方向、發(fā)生反應的類型判斷 (2)依據(jù)電極質(zhì)量變化判斷 一般,電極質(zhì)量減輕的是陽極,電極質(zhì)量增加的是陰極。,(3)依據(jù)電極產(chǎn)物判斷 產(chǎn)生Cl2或O2的電極是陽極;產(chǎn)生H2的電極是陰極。 (4)依據(jù)溶液變化判斷 如果電解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)時某極附近溶液能使酚酞呈紅色,則它是陰極(H+放電,OH-濃度增大)。 2.電解時電極產(chǎn)物的判斷,3.電極反應式的書寫 (1)首先判斷陰、陽極,分析電極材料,陽極為金屬活性電極時,電極材料

12、放電。 (2)再分析溶液中的離子種類,根據(jù)離子放電順序,分析電極反應并判斷電極產(chǎn)物,寫出電極反應式。 (3)電解水溶液時,應注意放電順序中H+(水)、OH-之后的離子一般不參與放電。 4.電解總方程式的書寫 (1)必須在連接號上標明通電或電解。,(2)若只是電解質(zhì)被電解,電解總方程式中只寫電解質(zhì)及電解產(chǎn)物。如電解CuCl2溶液:CuCl2 Cu+Cl2。 (3)若只有水被電解,只寫水及電解產(chǎn)物即可。如電解稀硫酸、NaOH溶液、Na2SO4溶液時,電解總方程式應寫為2H2O 2H2+O2。 (4)若電解質(zhì)、水同時被電解,則都要寫進電解總方程式。如電解飽和食鹽水:2NaCl+2H2O H2+Cl2

13、+2NaOH。 例2鉛蓄電池反應原理為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2 H2O(l),下列說法中正確的是() A.放電時,負極的電極反應式為Pb-2e- Pb2+ B.放電時,正極得電子的物質(zhì)是PbO2,C.充電時,電解質(zhì)溶液中硫酸濃度減小 D.充電時,陰極的電極反應式為PbSO4-2e-+2H2O PbO2+4H++S 放電時Pb作負極,充電時Pb與外加電源負極相接作陰極。 解析A項,放電時鉛蓄電池中鉛是負極,失去電子發(fā)生氧化反應,電極反應式為Pb(s)-2e-+S(aq) PbSO4(s);B項,放電時鉛蓄電池中PbO2 是正極,得到電子發(fā)生還原反應;C項,充電時生成硫酸,電解質(zhì)溶液中硫酸的濃度增大;D項,充電時,陰極上PbSO4得到電子發(fā)生還原反應,即Pb-SO4(s)+2e- Pb(s)+S(aq)。 答案B,解題導引,