高考化学总复习二轮系列课件9 电化学及应用

高三化学总复习基本理论电化学原电池和电解池的比较原电池电解池概念能量转化借助氧化还原反应而产生电流的装置。借助电流引起氧化还原反应的装置化学能转化为电能电能转化为化学能一、原电池构成原电池的基本条件是什么？（1）必须自发进行氧化还原反应（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电解质中；（4）两个电极必须相连并形成闭合回路。（2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；把化学能转化为电能的装置。原电池正负极的比较比较项目正极负极电子流动方向电子流入电子流出金属活泼性相对不活泼相对活泼电极反应Nm++me-=N(还原反应)M-ne-=Mn+(氧化反应)电极质量变化增大或不变一般：减小离子移动方向阳离子移向该极阴离子移向该极氧化反应M-ne－=Mn+产生电流失e-沿导线转移还原反应Nm++me－=N原电池的工作原理负极正极阴离子阳离子e－e－综述1、负极失电子发生氧化反应；溶液中氧化性较强的微粒在正极上得电子发生还原反应；2、电子由负极流向正极，电流方向是由正极流到负极（外电路）。用Al、Cu作电极，如何使Cu作负极，Al作正极？浓硝酸作电解液用Mg、Al作电极，如何使Al作负极，Mg作正极？NaOH作电解液思考原电池原理的应用(2)比较金属的活泼性；构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性正极(3)加快某些化学反应的反应速率；(1)制做化学电源；(4)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。金属的电化学腐蚀（一）金属腐蚀1.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。2.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成阳离子而损耗3.金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较项目化学腐蚀电化学腐蚀发生条件共同点是否构成原电池有无电流实质化学腐蚀与电化学腐蚀的比较电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多金属跟接触到的物质直接发生化学反应不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应无电流无原电池构成无数微小原电池有弱电流金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀金属原子失去电子变成阳离子而损耗钢铁的电化学腐蚀比较项目析氢腐蚀吸氧腐蚀发生条件电极反应负极正极总反应钢铁表面吸附的水膜酸性较強时Fe-2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时Fe-2e-=Fe2+O2＋2H2O＋4e-=4OH-Fe2++2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多金属的防护方法：1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）2.在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷；（5）使金属表面形成致密的氧化膜。3.电化学保护法：（1）牺牲阳极的阴极保护法（2）外加电流的阴极保护法判断金属腐蚀快慢的规律不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：1）与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快；2）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般说来可用下列原则判断：（电解原理引起的腐蚀）＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀二、常见的化学电池干电池电极:Zn为负极,碳棒为正极电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊另有黑色的MnO2粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。电极方程式：负极(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋正极：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O银锌电池Zn为负极,Ag2O为正极电解液:KOH溶液电极反应式:负极:Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2正极:Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－总反应式:Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2铅蓄电池:电极：Pb为负极,PbO2为正极.电解液:30%的H2SO4溶液电极反应式:放电时：为原电池负极(Pb)：Pb＋SO42-－2e-＝PbSO4正极(PbO2)PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e-＝PbSO4＋2H2O总电池反应:PbO2＋Pb＋2H2SO4＝2PbSO4↓＋2H2O充电时：为电解池阴极(Pb)：PbSO4＋2e-＝Pb＋SO42-阳极(PbO2)PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H＋＋SO42－总电解反应:2PbSO4＋2H2O＝PbO2＋Pb＋2H2SO4通电铝——空气——海水电池负极：4Al-12e-＝4Al3+正极：3O2+6H20+12e-＝120H-电池总反应式为：4Al+3O2+6H20=4Al(OH)31991年，我国首创以铝-空气-海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯．以取之不尽的海水为电解质燃料电池(1)电极:Pt制作的惰性电极(2)电解质溶液:KOH溶液(4)反应原理:正极:2H2+4OH－－4e-＝4H2O负极:O2＋2H2O＋4e-＝4OH－总反应：2H2＋O2＝2H2O电极反应：负极：CH4+10OH-－8e=CO32-+7H2O正极：O2+2H2O+4e=4OH-总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O以甲烷作燃料的燃料电池电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。组成电解池的条件：(1)．外接直流电源(2)．电极(金属或惰性电极)(3)．电解质溶液或熔融的电解质(4)．形成闭合回路阳极氧化反应阴极还原反应e-e-电解池电解池阴阳极的比较比较项目阴极阳极与电源连接接电源负极接电源正极电子流动方向电子流入电子流出电极反应Nm++me－=N(还原反应)Rn－–ne－=RM–ne－=Mn+(氧化反应)电极质量变化增大或不变减小或不变离子移动方向阳离子移向该极阴离子移向该极阳极阴极＋－电解池的工作原理阴离子阳离子氧化反应还原反应Nm++me-=Ne－e－Rn－－ne－＝R4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑非惰性电极：M-ne-=Mn+（电极本身溶解）电子流动方向电解质溶液电源负极电解池阴极电源正极电解池阳极在惰性电极上离子放电顺序：阴极(与电极材料无关)：Ag+Fe3+Cu2+H+Pb2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+得到电子由易到难阳极(与电极材料有关)：在水溶液中SO42-，NO3-等不会放电。金属S2-﹥I-﹥Br-﹥Cl-﹥OH-﹥NO3-﹥SO42-﹥F-失去电子由易到难电极反应阳极活泼金属作电极由电极本身失电子R-ne=Rn+惰性电极溶液中较易失电子的阴离子优先放电阴极一定是溶液中易得电子的阳离子优先放电Rn++ne=R电解时电极产物的判断Rn--ne=R（Pt、Au、石墨）用惰性电极电解电解质溶液的规律（1）电解水型（NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解阴极：4H++4e-2H2阳极：4OH--4e-O2+2H2O总反应式：2H2O2H2+O2电解（2）分解电解质型（HCl、CuCl2等）溶液的电解阴极：Cu2++2e-Cu阳极：2Cl--2e-Cl2总反应式：CuCl2Cu+Cl2电解（3）放氢生碱型（NaCl、MgBr2）溶液的电解阴极：4H++4e-2H2阳极：2Cl--2e-Cl22NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2电解（4）放氧生酸型阴极；2Cu2++4e-2Cu阳极：4OH--4e-O2+2H2O（CuSO4、AgNO3等）溶液的电解总反应：2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4电解电解原理的应用铜的电解精炼粗铜纯铜CuSO4溶液阳极：粗铜阴极：纯铜薄片电解质溶液：CuSO4溶液（加入一定量的H2SO4）Cu－2e－=Cu2+比铜活泼的杂质也会同时失去电子而溶解：Zn－2e－=Zn2+Fe－2e－=Fe2+Ni－2e－=Ni2+比铜不活泼的杂质（Au、Ag）不会溶解而从阳极上脱落下来而形成阳极泥。Cu2+＋2e－=CuCuSO4溶液的浓度基本保持不变。提炼金、银等贵重金属。电镀铜阳极：铜片阴极：待镀铁制品Cu－2e－=Cu2+Cu2+＋2e－=CuCuSO4溶液的浓度保持不变。实验结果：在铁制品上镀上了一层铜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叫电镀。电镀电镀的目的：（1）增强防锈抗腐能力；（2）增加美观和表面硬度。阳极——镀层金属:M－ne＝Mn＋阴极——镀件:Mn＋＋ne＝M电解液:含镀层金属阳离子的盐溶液电镀槽特点（1）阳极本身溶解；（2）电解液浓度保持不变。离子交换膜法制烧碱阳极：钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）阴极：碳钢网只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过将电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜：阳极室放出Cl2；阴极室放出H2并生成NaOH食盐水的精制。粗盐泥沙Ca2+、Mg2+、Fe3+SO42－等杂质①混入产品，导致产品不纯②生成Mg(OH)2、Fe(OH)3等沉淀，堵塞膜孔。如何除去粗盐水中的杂质？试剂：BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液、HCl溶液粗盐水NaOHBaCl2Na2CO3过滤适量HCl除Mg2+、Fe3+除SO42-除Ca2+及过量Ba2+滤去泥沙及沉淀除过量的OH－、CO32－阳离子交换树脂精盐水少量Ca2+、Mg2+1、Na2CO3必须在BaCl2之后2、加入盐酸在过滤之后电解法测定阿伏加德罗常数【例题】某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来测定阿佛加德罗常数值，其实验方案的要点为：①用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如右图：②在电流强度为I安培，通电时间为t秒钟后，精确测得某电极上析出的铜的质量为m克。试回答：(1)连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注仪器接线柱的英文字母表示。下同）E接，C接，接F。实验线路中的电流方向为→→→C→→。(2)写出B电极上发生反应的离子方程式；G试管中淀粉KI溶液变化的现象为；相应的离子方程式是。DABFBADE2Cl－－2e－=Cl2↑变蓝色Cl2+2I－=2Cl－+I2(3)为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序应是。（选填下列操作步骤的编号）①称量电解前电极质量②刮下电解后电极上的铜并清洗③用蒸馏水清洗电解后电极④低温烘干电极后称量⑤低温烘干刮下的铜后称量⑥再次低温烘干后称量至恒重(4)已知电子的电量为1.6×10-19库仑。试列出阿佛加德罗常数的计算表达式：NA。19-101.62Itm64①③④⑥有关电解的计算原则:电化学的反应是氧化一还原反应,各电极上转移电子的物质的量相等,无论是单一电池还是串联电解池,均可抓住电子守恒计算.关键:①电极名称要区分清楚.②电极产物要判断准确.③各产物间量的关系遵循电子得失守恒.例用下图装置进行电解实验(a、b、c、d均为铂电极),供选择的有4组电解液,要满足下列要求:①工作一段时间后A槽pH值上升,B槽的pH下降.②b、c两极上反应的离子的物质的量相等(1)应选择的电解质是上述四组中的第____组(2)该组电解过程中各电极上的电极反应为a极______b极__________c极__________d极___________(3)当b极上析出7.1g电解产物时,a极上析出产物的质量为____g;若B槽电解质溶液500mL，且忽略电解前后电解液的体积变化，则此时B槽中的[H＋]比电解前增加了____mol/L.44H＋＋4e＝2H2↑4Cl－－4e＝2Cl2↑4Ag＋＋4e＝4Ag4OH－－4e＝2H2O＋O2↑0.20.4例：用两支惰性电极插入1000mLCuSO4溶液，通电电解，当电解液的PH由6.0变为3.0时，下列叙述正确的是A、阴极上析出11.2mL氢气（标况）B、阴极上析出32mg铜C、阳极和阴极质量都没有变化D、阳极上析出5.6mL氧气（标况）BD例：按右图装置进行