2010年高考电化学专题

高考化学电化学专题1一、原电池1、概念:将化学能转化成电能的装置叫做原电池.2、构成原电池的条件（1）、活泼性不同的两种电极（可以是金属和金属、金属和非金属、金属和金属氧化物等）（2）、电解质溶液（3）、形成闭合回路3、原电池的原理由正负电极和适当的电解质溶液组成原电池，用导线连接原电池的正负电极时，原电池便开始工作。原电池的正负电极是由电极材料决定的。还原性相对较强的金属做负极（即活泼金属做负极），原电池放电时，电子从负极流出，负极发生氧化反应；电子流入的一极为正极，氧化剂在正极上得到电子被还原。原电池放电时正负电极反应可表示如下：负极反应：负极上发生失电子的反应，即氧化反应。正极反应：正极发生还原反应。（1）若电池的负极能直接与电解质反应时，正极反应：Nn++ne-=N（2）若电池负极不与电解质反应，则原电池中其他氧化剂在正极得电子，例如：2H2O+O2+4e-=4OH-3、电极反应式和原电池总反应式的书写（1）负极——失电子，发生氧化反应（一般是负极本身失电子）（2）正极——得电子，发生还原反应（一般是溶液中阳离子在正极上得电子，但也可能是O2在正极上得电子，或正极本身得电子）（3）总反应式=正极反应式+负极反应式（4）怎样书写电极反应式和总反应式？可逆电池如何书写电极反应式？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-不能乱用）然后是方向（5）怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？书写步骤：写出燃烧反应；根据电解液改写燃料电池总反应；写出正极的电极反应式(一般较简单);由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式(但要注意电极反应式中不能有氧化剂)以金属铂做电极，KOH为电解质，在两极上分别通入甲烷和氧气构成燃料电池，请写出电极反应式和总反应方程式。①.(燃烧总反应)CH4+2O2→CO2+2H2O②.(电池总反应)CH4+2OH-+2O2→CO32-+3H2O③.正极：2O2+4H2O+8e-→8OH-④.负极：CH4+10OH--8e-→CO32-+7H2O（6）、原电池原理的应用①制作多种化学电源，如干电池、蓄电池、高能电池、燃料电池②加快化学反应速率。如纯锌与盐酸反应制H2反应速率较慢，若滴入几滴CuCl2溶液，使置换出来的铜紧密附在锌表面，形成许多微小的原电池，可大大加快化学反应。③金属的电化学保护，牺牲阳极的阴极保护法④金属活动性的判断二、金属的腐蚀和防护1、金属腐蚀的实质是铁等金属原子失去电子而被氧化成金属阳离子的过程，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。金属与氧化剂（一般非电解质）接触，直接发生化学反应引起的腐蚀叫化学腐蚀，如铁与氯气接触发生的腐蚀为化学腐蚀。而更普遍存在的，危害也更为严重的是电化学腐蚀，即不纯的金属或合金与电解质溶液发生原电池反应引起的腐蚀。如钢铁在水膜酸性较强条件下发生析氢腐蚀Fe-2e-=Fe2+，2H++2e-=H2↑；在水膜酸性很弱或中性条件下，则发生吸氧腐蚀：2Fe-4e-=2Fe2+，2H2O+O2+4e-=4OH-。2、金属的防护方法高考化学电化学专题2①改变金属的内部结构；②覆盖保护层；③使用电化学保护法三、电解原理及应用1、电解池（1）电解池是在外电源作用下工作的装置。电解池中与电源负极相连的一极为阴极，阳离子在该极接受电子被还原；与电源正极相连的一极为阳极，阴离子或电极本身（对电镀而言）在该极失去电子被氧化。（2）电解池（或电镀池）中，根据反应现象可推断出电极名称。凡发生氧化的一极必为阳极，凡发生还原的一极必为阴极。例如用碳棒做两极电解溶液，析出Cu的一极必为阴极；放出的一极必为阳极。注意：·电解池中，与外电源正极相连的为阳极，与负极相连的为阴极，这一点与原电池的负对阳，正对阴恰恰相反。·电解池的电极常称阴阳极，不称正负极。·电镀池是一种特殊的电解池，电极名称的判定同电解池。2、电解原理的应用（1）制取物质：例如用电解饱和食盐水溶液可制取氢气、氯气和烧碱。（2）电镀：应用电解原理，在某些金属或非金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程。电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，选择含有镀层金属阳离子的盐溶液为电解质溶液。电镀过程中该金属阳离子浓度不变。（3）精炼铜：以精铜作阴极，粗铜作阳极，以硫酸铜为电解质溶液，阳极粗铜溶解，阴极析出铜，溶液中Cu2+浓度减小（4）电冶活泼金属：电解熔融状态的Al2O3、MgCl2、NaCl可得到金属单质。四、掌握电解反应产物及电解时溶液pH值的变化规律及有关电化学的计算1、要判断电解产物是什么，必须理解溶液中离子放电顺序阴极：放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。放电顺序是K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+(H+)、Cu2+、Fe3+、Ag+、Au3+放电由难到易阳极：若是惰性电极作阳极，溶液中的阴离子放电，放电顺序是S2-、I-、Br-、Cl-、OH-、含氧酸根离子(NO3-、SO42-、CO32-)、F-失电子由易到难若是非惰性电极作阳极，则是电极本身失电子。要明确溶液中阴阳离子的放电顺序，有时还需兼顾到溶液的离子浓度。如果离子浓度相差十分悬殊的情况下，离子浓度大的有可能先放电。如理论上H+的放电能力大于Fe2+、Zn2+，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液时，由于溶液[Fe2+]或[Zn2+][H+]，则先在阴极上放电的是Fe2+或Zn2+，因此，阴极上的主要产物则为Fe和Zn。但在水溶液中，Al3+、Mg2+、Na+等是不会在阴极上放电的。2、电解时溶液pH值的变化规律电解质溶液在电解过程中，有时溶液pH值会发生变化。判断电解质溶液的pH值变化，有时可以从电解产物上去看。①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH值增大；②若阴极上无H2，阳极上产生O2，则电解后溶液pH值减小；③若阴极上有H2，阳极上有O2，且222OHVV，则有三种情况：a如果原溶液为中性溶液，则电解后pH值不变；b如果原溶液是酸溶液，则pH值变小；c如果原溶液为碱溶液，则pH值变大；④若阴极上无H2，阳极上无O2产生，电解后溶液的pH可能也会发生变化。如电解CuCl2溶液（CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性），一旦CuCl2全部电解完，pH值会变大，成中性高考化学电化学专题3溶液。3、进行有关电化学计算，如计算电极析出产物的质量或质量比，溶液pH值或推断金属原子量等时，一定要紧紧抓住阴阳极或正负极等电极反应中得失电子数相等这一规律。五、原电池和电解池的比较装置比较原电池电解池装置判断无外接直流电源有外接电源组成条件活泼性不同的两个电极；相应的电解质溶液；两个电极和电解质的必须形成闭合回路两个电极；有外接电源；有电解质溶液电极负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属阴极：与电源负极相连阳极：与电源正极相连电极反应负极：电极本身失电子，发生氧化反应正极：一般是电极本身不发生反应，溶液中的阳离子得电子，发生还原反应阴极：本身不反应，溶液中阳离子得电子发生还原反应。阳极：发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中阴离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子电子流向负极e正极电源负极e阴极，阳极e电源正极能量转化化学能→电能电能→化学能六、各种典例：例1、锌锰电池，负极是锌，正极是炭棒。电解质是拌湿的NH4Cl、MnO2是去极剂，除去炭棒上的氢气膜，减小电池的内阻。正极反应是NH4+水解而提供的H+，所以电极反应和总反应分别为：负极：Zn—2e-=Zn2+（失电子，电荷平衡）正极：2NH4++2e-+2MnO2=2NH3+H2O+Mn2O3(得电子，电荷平衡)总：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3+H2O+Mn2O3例2、铅蓄电池（放电），负极是Pb，正极是PbO2、H2SO4是电解质。正负极生成的Pb2+同时SO42-结合生成难溶的PbSO4负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4（失电子，电荷平衡）正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O(得电子，电荷平衡)总：Pb+PbO2+4H++2SO42-放电2PbSO4+2H2O例3、氢氧燃料电池，分别以KOH和H2SO4作电解质的电极反应如下：碱作电解质：负极：H2—2e-+2OH-=2H2O正极：O2+4e-+2H2O=4OH-酸作电解质：负极：H2—2e-=2H+正极：O2+4e-+4H+=2H2O总反应都是：2H2+O2=2H2O例4、甲烷、空气、KOH燃料电池，CH4被氧气氧化，因此通CH4的一极是负极，且生成的CO2会与OH-反应。负极：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O（总反应合理）例5、甲醇、空气（含CO2），与碳酸锂熔融盐燃料电池。甲醇被氧化，因此通甲醇的一极是负极，CO32-参与反应。负极：CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2+2H2O（失电子，电荷平衡）正极：O2+4e-+2CO2=2CO32-(得电子，电荷平衡)总：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O（总反应合理）高考化学电化学专题4例6、以Al空气，海水为能源的海水电池。H2O中的OH-参与负极反应，可以直接写成OH-负极：Al-3e-+3OH-=Al（OH）3正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总：4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3例7、银器日久表面生成黑色Ag2S，可将硫银器置于盛食盐水的铝制容器中，又能恢复银白。H2O中的OH-和H+分别参与了两极的反应。负极：Al-3e-+3OH-=Al（OH）3正极：Ag2S+2e-+2H+=2Ag+H2S总：2Al+3Ag2S+6H2O=2Al（OH）3↓+6Ag↓+3H2S↑（H2O的电离）例8、已知反应：AsO43-+2I-+2H+====AsO33-+I2+H2O是可逆电池反应如图装置，（Ⅰ）向B杯中逐滴加浓盐酸电流计指针偏转。（Ⅱ）若向B杯中滴加40%HaOH渗液，电流计指针又会向上述相反方向偏转。（Ⅰ）负极（碳1）：2I-—2e-=I2（氧化反应）正极（碳2）：AsO43-+2e-+2H+=AsO33-+H2O（还原反应）（Ⅱ）负极（碳2）：AsO33--2e-+2OH-=AsO43-+H2O正极（碳1）：I2+2e-=2I-例9、丁烷、空气燃料电离、电池，其电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态能传导O2-因此O2-参与负极反应。负极：C4H10-26e-+13O2-=4CO2+5H2O正极：O2+4e-=2O2-总：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O例10、氢氧燃料电池，固体电解质在熔融状态分别能传导O2-或H+书写时要依据电解质的性质。（Ⅰ）传导O2-：负极：H2—2e-+O2-=H2O正极：O2+4e-=2O2-（Ⅱ）传导H+：负极：H2—2e-=2H+正极：O2+4e-+4H+=2H2O总反应都是：2H2+O2=2H2O例11、以惰性电极，电解硫酸溶液，H2O中的H+、OH-参与电极反应，电极方程式中直接写与H+、OH-。阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑（氧化反应）阴极：2H++2e-=H2↑（还原反应）总反应：2H2O电解2H2↑+O2↑（左边有H2O的电离）例12、高铁电池总反应为：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH放电：负极：Zn—2e-+2OH-=Zn（OH）2正极：FeO42-+3e-+4H2O=Fe（OH）3+5OH-充电：阳极：Fe（OH）3+5OH--3e-=FeO42-+4H2O阴极：Zn（OH）2+2e-=Zn+2OH-七、分散系1、分散系的概念充电放电高考化学电化学专题5分散系：由一种物质（或几种物质）以粒子形式分散到另一种物质里说形成的混合物，统称为分散系。分散质：分散系中分散成粒子的物质。分散剂：分散质分散在其中的物质。2、三种分散系的比较3、胶体（1）概念：分散质粒子直径在1nm～10