高考二轮《电化学》专题复习

(2009年高考二轮专题复习)【学习目标】1、掌握原电池、电解池的概念及原理，了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应原理2、学会电极的判断，学会正确书写电极反应及总反应方程式，掌握常见离子放电的规律；3、能运用得失电子守恒法解决电化学的相关计算。高考化学二轮专题《电化学》复习【复习重点】原电池、电解原理及应用；电极反应方程式书写【知识概括】一个反应：氧化还原反应一个计算：得失电子守恒法解决电化学的相关计算两个转化：化学能和电能的相互转化两个应用:原电池原理应用、电解原理应用三个条件：原电池、电解池的形成条件四个池子：原电池、电解池、电镀池、电解精炼池【专题难点】电极反应及总反应方程式正确书写一、原电池、电解池工作原理1.原电池原理：通过自发氧化还原反应把化学能转化为电能。2.电解原理：连接电源，使电流通过电解质溶液在阴阳两极上被迫发生非自发氧化还原反应，从而把电能转化为化学能。阳极（内电路）阴极（内电路）CCH2SO4溶液阳极阴极+－ee电源正极负极CuZnH2SO4溶液eeH+SO42–H+SO42–氧化反应:Zn-2e-=Zn2+还原反应:2H++2e-=H2↑还原反应:2H++2e-=H2↑氧化反应:4OH–+4e-=O2↑+2H2O(左池)(右池)原电池电解池OH–OH–原电池电解池定义（能量转化）化学能转变成电能的装置。将电能转变成化学能的装置。形成条件①活动性不同两电极（燃料电池电极除外）②电解质溶液（有选择性）③两电极必须插入电解质溶液中（或两电极相靠）形成闭合回路①两电极接直流电源（两电极活动性可相同，也可不同）②电解质溶液（任意）③两电极必须插入电解质溶液中形成闭合回路电极名称电极判断负极：较活泼金属正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等)阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连电极反应得失电子负极（内电路为阳极）：发生氧化反应（失电子）正极（内电路为阴极）：发生还原反应（溶液中的阳离子移向正极得电子）阳极：发生氧化反应（电极或溶液中的阴离子移向阳极失电子）阴极：发生还原反应（溶液中的阳离子移向阴极失电子）电子流向负极正极负极阴极；阳极正极二、四池比较池型（原理）电解池电镀池（应用电解原理）铜的精炼池（应用电解原理）装置特征阳极:惰性电极Pt、Au、C、Ti(或活性电极)阴极:惰性、活性电极均可电解液：任意阳极:镀层金属(M)阴极：镀件电镀液：含镀层金属离子(Mn+)阳极:粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等)阴极:精铜电解液:CuSO4溶液电极反应阳极:易放电的阴离子首先放电（或电极参与反应）阴极:易放电的阳离子首先放电阳极：M－ne-=Mn+阴极：Mn++ne-=M阳极:Cu－2e-=Cu2+（Zn-2e-=Zn2+，Fe-2e-=Fe2+等）阴极:Cu2++2e-=Cu（Ag、Pt、Au以金属单质沉积于阳极，成为“阳极泥”）电解质溶液的浓度改变不变基本不变常见阴阳离子放电顺序(离子浓度接近时)阳离子放电（得电子）由难到易K+Ca2+Na+Mg2+Al3+(H+)Zn2+Fe2+Pb2+(H+)Cu2+Fe3+Hg2+Ag+阴离子放电（失电子）由难到易:F-ROmn-OH-Cl-Br-I-S2-1.金属腐蚀:(1)化学腐蚀(2)电化腐蚀a.析氢腐蚀b.吸氧腐蚀2.防护方法:(1)改变金属内部组织结构(2)在金属表面覆盖保护(3)电化学保护法(牺牲阳极的阴极保护法)3.制造新化学电源：如太阳能电池、核电池、燃料电池、银-锌电池碱性蓄电池、银-锌电池、浓差电池等）★原电池应用说明：①电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀②同一种金属的腐蚀:强电解质弱电解质非电解质【思考题】下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度从快到慢的顺序是（）A③④②①B②③①④C④②①③D③②①④D★电解原理的应用1、镀铜反应原理阳极(纯铜)：Cu-2e—=Cu2+，阴极(镀件)：Cu2++2e—=Cu，电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液.2、氯碱工业反应原理阳极：2Cl—-2e—=Cl2↑，阴极：2H++2e—=H2↑2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑3、电解精炼反应原理(电解精炼铜)粗铜中含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等阳极(粗铜)：Cu-2e—=Cu2+，（Zn-2e—=Zn2+，Fe-2e—=Fe2+，等）阴极(精铜)：Cu2++2e—=Cu电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4。Zn2＋、Ni2＋等阳离子得电子能力小于Cu2+而留在电解质溶液中。金属活动顺序排在Cu后的Ag、Pt、Au等失电子能力小于Cu，以金属单质沉积于阳极，成为“阳极泥”。4.铝的冶炼五、电解质溶液用惰性电极电解的规律电解类型举例电极反应溶液变化溶液复原物质类别实例PHC浓度电解水含氧酸H2SO4阳极：4OH—-4e—=O2↑+2H2O阴极：4H++4e—=2H2↑减小增大H2O强碱NaOH增大增大活泼金属的含氧酸盐Na2SO4不变增大分解电解质无氧酸HCl阳极：2Cl—-2e—=Cl2↑阴极：2H++2e—=H2↑增大减小HCl不活泼金属的无氧酸盐CuCl2阳极：2Cl—-2e—=Cl2↑阴极：Cu2++2e—=Cu增大略变CuCl2溶质和溶剂同时电解活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极：2Cl—-2e—=Cl2↑阴极：2H++2e—=H2↑增大放出H2生成碱生成新物质HCl不活泼金属的含氧酸盐CuSO4阳极：4OH—-4e—=O2↑+2H2O阴极：2Cu2++4e—=2Cu减小放出O2生成酸生成新物质CuO1.原电池正、负极的确定(1)根据构成原电池的必要条件之一确定:活泼金属一般作负极；说明:正负极的确定还与所用的电解质溶液有关,如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中,Mg为负极,Al为正极;若改用溶液即Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中,则Mg为正极,Al为负极。(2)根据电子流向或电流方向确定：电子流出的一极或电流流入的一极为负极；(3)根据内电路中自由离子的移动方向确定：在内电路中阴离子移向的电极为负极，阳离子移向的电极为正极。（4）根据氧化还原反应确定:发生氧化反应(还原剂中元素化合价升高)的一极为负极。此外还可以借助氧化反应过程发生的一些特殊现象（如电极溶解、减重，电极周边溶液或指示剂的变化等）来判断。六、原电池与电解池电极的确定2.电解池阴、阳极的判断★可根据电极与电源两极相连的顺序判断阴极：与直流电源的负极相连接的电解池中的电极。其反应时,溶液中氧化能力强的阳离子首先在阴极上得到电子,发生还原反应。阳极：与直流电源的正极直接连接的电极。①若是惰性电极（Pt、Au、C、Ti)，在该极上，溶液中还原性强的阴离子首先失去电子被氧化；②若是活性电极，电极材料参与反应，自身失去电子被氧化而溶入溶液中。★原电池、电解池的区分关键看是否有外接电源；有外加电源的装置一定是电解池，无外加电源的装置一定是原电池。★电解池、电镀池和精炼池的区分关键看阳极材料和电解质溶液。【说明】：多池组合时,一般是含有活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下工作的电解池；若最活泼的电极相同时，则两极间活泼性差别较大的是原电池，其余为电解池。七、怎样区分原电池、电解池、电镀池和精炼池？1.单池判断：2.多池组合判断：①无外电源：一池为原电池，其余为电解池；②有外电源：全部为电解池或电镀池、精炼池练习1.请观察下列实验装置图，指出各装置的名称。电解池电镀池NaCl溶液硫酸溶液原电池课堂练习CuZnCCuFeFe粗CuCuSO4溶液精Cu精炼池ABCDCuSO4溶液电解池原电池阴极阳极练习2、判断下列装置各属于什么池？正极负极练习3、如下图两个电解槽中，A、B、C、D均为石墨电极。如果电解过程中共有0.02mol电子通过，下列叙述中正确的是()A.甲烧杯中A极上最多可析出铜0.64gB.甲烧杯中B极上电极反应式为：4OH——4e—=2H2O+O2↑C.乙烧杯中滴入酚酞试液，D极附近变红D.乙烧杯中C极上发生还原反应C★电极反应的书写与下列几个因素有关1、与装置类型有关2、与电极类型及电极材料有关3、与反应类型有关4、与电子守恒有关5、与电解质环境有关6、与总反应式有关7、与题给信息有关8、与离子的氧化还原性强弱有关★如何书写电极反应？规律：原电池或电解池的两电极反应式之和即为总反应式，写法：总反应式减去一电极反应式即为另一个电极反应式。对于较复杂的、陌生的反应可用该方法解题并检验。书写注意事项：一看电极材料；二看环境介质；三看附加条件与信息七、电极反应的书写书写步骤：（1）写出燃烧反应正确的化学方程式；（2）根据电解液改写燃料电池总反应；（3）写出正极的电极反应式(一般较简单);（4）由燃料电池总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。1.怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？练习4.已知CH4、O2、NaOH溶液组成的燃料电池总反应：CH4+2OH-+2O2→CO32-+3H2O请写出其电极反应。解：①燃烧总反应：CH4+2O2→CO2+2H2O②燃料电池总反应：CH4+2OH-+2O2→CO32-+3H2O③正极：2O2+4H2O+8e－→8OH-④负极：CH4+10OH--8e－→CO32-+7H2O氢氧燃料电池介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O酸性负极正极中性负极正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=4H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-2.如何书写可逆电池电极反应式？可逆电池电极反应式书写的关键是要弄清电解液是酸性还是碱性（H+和OH-），不可乱用，然后是反应方向判断。练习5.已知铅蓄电池充放电的电池反应式如下：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O试写出放电时的正、负极,充电时的阴、阳极的电极反应式。放电时：负极：Pb-2e－+SO42-=PbSO4正极：PbO2+2e－+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O充电时：阴极：PbSO4+2e－=Pb+SO42-阳极：PbSO4+2H2O-2e－=PbO2+SO42-+4H+九、电解计算——电子守恒法练习5.铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(S.T.P)气体.求电解后溶液的pH.Cu2+得电子数+H+得电子数=OH-失电子总数n(Cu2+)×2+0.5×2=0.5×4n(Cu2+)=0.5molCu2+～2H+C(H+)=1mol/LpH=0解析：阳极4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极Cu2++2e-=Cu2H++2e=H2↑练习7、下列图一、图二是铁钉在水中被腐蚀的实验数天后数天后图一图二（1）上述两装置中铁钉发生变化的共性是：（2）图一说明原溶液呈性，铁钉发生腐蚀，电极反应为：（3）图二说明原溶液呈性，铁钉发生腐蚀，电极反应为：发生了原电池反应中性或弱酸吸氧负极：Fe-2e=Fe2+；正极：2H2O+O2+2e=4OH-负极：Fe-2e=Fe2+；正极：2H++2e=H2↑较强酸性析氢1、池型的判断有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池（电镀池中是以镀层金属为阳极，镀件为阴极，含镀层金属阳离子的溶液为电解液；电解精炼池中是以粗金属为阳极，纯金属为阴极，含该纯金属阳离子的溶液为电解液）。多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。小结：原电池与电解池的比较及判断：3、电解池放电顺序的判断阳极放电：1）惰性电极（如Pt、Au、C、Ti)：则溶液中阴离子放电（见书本顺序）。2）非惰性电极：电极材料首先失电子（即电极参与反应）。阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电（金属活动顺序表）。2、电极的判断原电池：看电极材料，较活泼金属为负极（或失电子极），反之为正极；电解池：看电源的正负极，与电源正极相连的为阳极；反之为阴极。4、电极反应的书写①书写规律：原电池或电解池的两电极反应式之和即为总反应式