【课件】2023届高三化学二轮复习化学反应与电能专题复习课件.pptx

化学反应与电能专题复习化学反应与电能专题复习利用手持技术测定利用手持技术测定Zn-CuZn-Cu原电池的电能转换效率原电池的电能转换效率 组实验组实验 将温度传感器插入溶液正中央，点击将温度传感器插入溶液正中央，点击“开开始始”按钮。等待按钮。等待15s，待温度传感器显示的，待温度传感器显示的 温度读数和曲线稳定温度读数和曲线稳定 后，将未连接电流传后，将未连接电流传 感器的锌片和铜片放入稀硫酸中，放置在温感器的锌片和铜片放入稀硫酸中，放置在温 度传感器两侧，与温度传感器相距度传感器两侧，与温度传感器相距1.0cm。500s后停止收集数据，保存数据。称量实验后停止收集数据，保存数据。称量实验 后剩余锌片的质量后剩余锌片的质量m后后，计算实验数据。因，计算实验数据。因 铜片在反应中可能会吸热，故组实验放入铜片在反应中可能会吸热，故组实验放入铜片，以便实验数据可以和组实验作比较。铜片，以便实验数据可以和组实验作比较。组实验组实验 将锌片和铜片与电流传感器连接好，形将锌片和铜片与电流传感器连接好，形成闭合回路，其余实验操作与成闭合回路，其余实验操作与 组实验相组实验相同。同。利用手持技术测定利用手持技术测定Zn-CuZn-Cu原电池的电能转换效率原电池的电能转换效率(1)电能转化的反映电能转化的反映用电流传感器测量实验中电流的变化情况，使用采集到的电流数据和锌片质用电流传感器测量实验中电流的变化情况，使用采集到的电流数据和锌片质量变化值量变化值 m，计算原电池由化学能转化为电能的效率，计算原电池由化学能转化为电能的效率。计算方法：计算方法：1mol元电荷的电荷量为法拉第常数元电荷的电荷量为法拉第常数96500C/mol。对于化学反应。对于化学反应Zn+H2SO4=ZnSO4+H2，每，每1molZn被氧化为被氧化为Zn2+，转移的电荷量，转移的电荷量Q=2F。由锌片质量变化值由锌片质量变化值 可知锌片物质的量可知锌片物质的量,则理论转移的电荷量为则理论转移的电荷量为QZn=2nF。因为电流是单位时间里通过导体任一横截面的电荷量，所以一定时间内通因为电流是单位时间里通过导体任一横截面的电荷量，所以一定时间内通过导体任一横截面的电荷量可以用过导体任一横截面的电荷量可以用Q测测=来计算。用软件的积分功能来计算。用软件的积分功能处理电流传感器采集到的电流数据，得到实际实验中通过导线的电荷量处理电流传感器采集到的电流数据，得到实际实验中通过导线的电荷量 测测。原电池化学能转化为电能的效率。原电池化学能转化为电能的效率=Q测测/QZn。以实验以实验1B为例，经计算，理论转移电荷量为例，经计算，理论转移电荷量QZn=37.406C，实际转移电荷，实际转移电荷量量Q测测，该原电池化学能转化为电能的效率，该原电池化学能转化为电能的效率=40.53%。用同样方法可以计算出实验用同样方法可以计算出实验2B，3B，4B中原电池化学能转化为电能的效中原电池化学能转化为电能的效率率，分别为，分别为39.06，36.85，34.65。利用手持技术测定利用手持技术测定Zn-CuZn-Cu原电池的电能转换效率原电池的电能转换效率利用手持技术测定利用手持技术测定Zn-CuZn-Cu原电池的电能转换效率原电池的电能转换效率(2)热能转化的反映热能转化的反映用温度传感器测量实验前后溶液温度前用温度传感器测量实验前后溶液温度前，后，后，计算温度变化值，计算温度变化值，可以判断，可以判断实实 验过程是否存在热能转化。用电子天平验过程是否存在热能转化。用电子天平测量实验前后锌片质量前测量实验前后锌片质量前,后后,计算质量计算质量变化值变化值、消耗单位质量锌片的温度变、消耗单位质量锌片的温度变化值化值，可以比较不同实验过程中，可以比较不同实验过程中热能转化程度的差异。热能转化程度的差异。利用手持技术测定利用手持技术测定Zn-CuZn-Cu原电池的电能转换效率原电池的电能转换效率 利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，差，由于浓度差导致半电池上发生的氧化还原反应程度不同由于浓度差导致半电池上发生的氧化还原反应程度不同，从而产生不同，从而产生不同的电势。的电势。浓差电池浓差电池1.电极浓差电池电极浓差电池 由两个材料相同但浓度不同的金属电极或气压不同的气体电极构成，电解由两个材料相同但浓度不同的金属电极或气压不同的气体电极构成，电解质溶液中相应离子的浓度相同。质溶液中相应离子的浓度相同。(1)气体电极构成的浓差电池两个负载有不同压力的氢气的气体电极构成的浓差电池两个负载有不同压力的氢气的Pt片插入一定浓片插入一定浓度的酸性介质中构成的浓差电池度的酸性介质中构成的浓差电池:(2)金属汞齐电极构成的浓差申池两个浓度不同的金属钠汞齐材料插入一定金属汞齐电极构成的浓差申池两个浓度不同的金属钠汞齐材料插入一定熔融熔融Na+中也构成的浓差电池中也构成的浓差电池:1.电极浓差电池电极浓差电池浓差电池浓差电池Na(a%)-Hg Na(熔融)Na(b%)一Hg (ab)浓差电池浓差电池2.电解质浓差电池电解质浓差电池 电解质浓差电池由两个材料相同的金属或金属微溶盐，插入浓度不同的电解质浓差电池由两个材料相同的金属或金属微溶盐，插入浓度不同的相同电解质溶液中构成。相同电解质溶液中构成。(1)金属电极构成的电解质浓差电池金属电极构成的电解质浓差电池Ag AgNO3(a1)AgNO3(a2)Ag(2)2)金属微溶电极构成的电解质浓差电池金属微溶电极构成的电解质浓差电池浓差电池浓差电池2.电解质浓差电池电解质浓差电池Ag，AgCl(s)HCl(a1)HCl(a2)AgCl(s)，AgB1.近日，某科研团队研制设计了一种高性能碱性阴离子交换膜直接氨燃料电近日，某科研团队研制设计了一种高性能碱性阴离子交换膜直接氨燃料电池池(DAFC)，其工作原理如图所示：，其工作原理如图所示：下列说法错误的是下列说法错误的是A电极电极A为负极，发生氧化反应为负极，发生氧化反应B电流方向：电极电流方向：电极B灯泡灯泡电极电极A电极电极BC电极电极B的电极反应式为的电极反应式为O24e2H2O=4OHD若交换膜中通过若交换膜中通过0.3molOH，A电极区消耗电极区消耗2.24LNH3D2.基于硫化学的金属硫电池是有望替代当前锂离子电池技术、满足人类社基于硫化学的金属硫电池是有望替代当前锂离子电池技术、满足人类社会快速增长的能源需求会快速增长的能源需求，该电池的结构及原理如图所示。，该电池的结构及原理如图所示。下列有关叙述正确的是下列有关叙述正确的是A该电池可采用含该电池可采用含K的水溶液或有机物为电解质的水溶液或有机物为电解质溶液溶液B放电时，电子的移动方向：电极放电时，电子的移动方向：电极a电极电极b隔膜隔膜电极电极aC充电时，充电时，正极区可能发生的正极区可能发生的反应反应有有xK2S3(2x6)e=3Sx22xKD充电时，充电时，电路中转移电路中转移2 mole时，负极质量减重时，负极质量减重78 gC3.一种微生物光电化学复合系统可高效实现固定一种微生物光电化学复合系统可高效实现固定CO2并生成并生成CH4，其原理，其原理如图所示。双极隔膜可向两极室分别提供如图所示。双极隔膜可向两极室分别提供H和和OH。下列有关说法错误的是下列有关说法错误的是Aa电极为负极电极为负极，发，发生氧化反应生氧化反应 Bb电极的电极电极的电极反应式为反应式为CO28H8e=CH42H2O Cb极每生极每生成成16gCH4，双极隔膜中有，双极隔膜中有4NA个个H2O发生解发生解离离D该该系统是一种极具前景的太阳能燃系统是一种极具前景的太阳能燃料直接转换系统料直接转换系统C4.全钒液流电池具有响应速度快、操作安全、使用寿命长等优点，被广泛应全钒液流电池具有响应速度快、操作安全、使用寿命长等优点，被广泛应用于各领域，其原理如图用于各领域，其原理如图1所示。离子交换膜是钒电池的关键组成部分，一种所示。离子交换膜是钒电池的关键组成部分，一种两性离子交换膜中离子迁移示意图如图两性离子交换膜中离子迁移示意图如图2所示。所示。下列有关叙述错误的是下列有关叙述错误的是A放电时，正极反应式为放电时，正极反应式为VO2+2He=VO2H2OB充电时，负极反应式为充电时，负极反应式为V3e=V2C充电时，充电时，SO42/HSO4通过荷正电固定基团向负极移动通过荷正电固定基团向负极移动D两性离子交换膜中荷正电的固定基两性离子交换膜中荷正电的固定基团可有效地提高阻钒性团可有效地提高阻钒性C（2022广东模拟广东模拟）物质有从浓度大的区域向浓度小的区域扩散的趋势，利）物质有从浓度大的区域向浓度小的区域扩散的趋势，利用该趋势可设计浓差电池。如图所示装置可测定氧气的含量，参比侧通入纯用该趋势可设计浓差电池。如图所示装置可测定氧气的含量，参比侧通入纯氧，测量侧气压调节到与参比测相同，接通电路，通过电势差大小可测出测氧，测量侧气压调节到与参比测相同，接通电路，通过电势差大小可测出测量侧气体的含氧量。下列说法不正确的是量侧气体的含氧量。下列说法不正确的是A参比侧为正极参比侧为正极B负极的电极反应式为负极的电极反应式为2O24e=O2C测量侧处于封闭环境时，测量侧处于封闭环境时，初期的读数比较准确初期的读数比较准确D相同压强下，电势相同压强下，电势差越大，测量侧气体中含氧量越高差越大，测量侧气体中含氧量越高A右边吸附层中发生了还原反应右边吸附层中发生了还原反应B负极的电极反应是负极的电极反应是H22e2OH=2H2OC电池的总反应是电池的总反应是2H2O2=2H2OD电解质溶液中电解质溶液中Na向右移动，向右移动，ClO4向左移动向左移动（2019浙江）浙江）最近，科学家研发了最近，科学家研发了“全氢电池全氢电池”，其工作原理如图所示。下列，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是说法不正确的是氧浓差腐蚀 如图所示，两块铁片浸在同一浓度的稀盐水中，如图所示，两块铁片浸在同一浓度的稀盐水中，其中一块铁片与通入的空气接触，另一块铁片与其中一块铁片与通入的空气接触，另一块铁片与通入的氮气接触。通入的氮气接触。在这两块铁片上负电荷密度本来应该是相同的，在这两块铁片上负电荷密度本来应该是相同的，但是由于溶液中含氧量不同，但是由于溶液中含氧量不同，在发生下列反应时在发生下列反应时所进行的程度也不同：所进行的程度也不同：O2+4e+2H2O=4OH。在。在通入空气的铁电极上，氧气的还原反应较迅速，通入空气的铁电极上，氧气的还原反应较迅速，因而表面电子被中和，负电荷密度降低较多。在因而表面电子被中和，负电荷密度降低较多。在通入氮气的铁电极上，因氧气较少，还原反应难通入氮气的铁电极上，因氧气较少，还原反应难以进行，因此负电荷密度几乎没有什么变化。这以进行，因此负电荷密度几乎没有什么变化。这样，由于溶液中氧气浓度的不同造成了电位差，样，由于溶液中氧气浓度的不同造成了电位差，产生了腐蚀电流。在上述电池中可观察到，与氮产生了腐蚀电流。在上述电池中可观察到，与氮气接触的铁片发生了溶解，而与空气接触的铁片气接触的铁片发生了溶解，而与空气接触的铁片没有腐蚀。没有腐蚀。模型建构氧浓差电池腐蚀是金属常见的腐蚀现象。氧浓差电池腐蚀是金属常见的腐蚀现象。氧气浓度大为正极，氧气浓度低为负极。氧气浓度大为正极，氧气浓度低为负极。负极反应负极反应：MneMn+（M代表金属代表金属单质）单质）正极反应：正极反应：O2+2H2O+4e4OH正极正极负极负极水线腐蚀示意图远离水线以下的区域虽然氧气浓度低，远离水线以下的区域虽然氧气浓度低，但是由于水溶液的电阻大，腐蚀电流小，但是由于水溶液的电阻大，腐蚀电流小，因而腐蚀并不严重，通常严重腐蚀区部因而腐蚀并不严重，通常严重腐蚀区部位离水线并不远，故常称为水线腐蚀。位离水线并不远，故常称为水线腐蚀。（2014福建卷福建卷）铁及其化合物与生产、生活关系密切）铁及其化合物与生产、生活关系密切，下图是实验室研究下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。该电化腐蚀称为该电化腐蚀称为_。图中图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是四个区域，生成铁锈最多的是_(填字母填字母)。钢铁在海水钢铁在海水(中性环境中性环境)中发生的中发生的应该是吸氧腐蚀。应该是吸氧腐蚀。A:O2浓度高，但缺少电解质浓度高，但缺少电解质B:O2浓度高，有电解质，正极，浓度高，有电解质，正极，为生锈区（需要氧气）为生锈区（需要氧气）C:O2浓度低，负极，腐蚀区浓度低，负极，腐蚀区D:深水区，深水区，O2浓度低，理论上浓度低，理论上作为负极，但远离正极，水电阻作为负极，但远离正极，水电阻大，腐蚀并不严重大，腐蚀并不严重吸氧腐蚀吸氧腐蚀B放电顺序放电顺序 阳极放电顺序：阳极放电顺序：惰性电极惰性电极一般指一般指Pt、Au、石墨等，惰性电极不参与电极反应；、石墨等，惰性电极不参与电极反应；活活性性电电极极（除除Au、Pt以以外外的的金金属属材材料料作作电电极极），电电极极材材料料失失电电子子，生生成成金属阳离子。金属阳离子。S2、I、Br、Cl放放电电，产产物物分分别别是是 ；若若OH放电，则得到放电，则得到 。阴极放电顺序：阴极放电顺序：。若若金金属属阳阳离离子子（Fe3除除外外）放放电电，则则得得到到相相应应金金属属单单质质；若若H放放电电，则则得到得到H2。1.1.电解原理电解原理活活性性电电极极S2IBrClOH含含氧氧酸酸根根离子。离子。S、I2、Br2、Cl2H2O和和O2AgFe3Cu2H（酸酸）Fe2Zn2H（水水）Al3Mg2特别提醒：特别提醒：放放电电顺顺序序本本质质遵遵循循氧氧化化还还原原反反应应的的优优先先规规律律，即即得得（失失）电电子子能能力力强强的的离离子子先放电。先放电。因因氧氧化化性性、还还原原性性强强弱弱受受外外界界因因素素（如如试试剂剂浓浓度度、反反应应温温度度、溶溶液液酸酸碱碱性性等等）的影响，放电顺序并非一成不变的影响，放电顺序并非一成不变，具体应用时要结合试题情境加以分析。，具体应用时要结合试题情境加以分析。1.1.电解原理电解原理（4 4）惰性电极电解电解质溶液的产物判断）惰性电极电解电解质溶液的产物判断1.1.电解原理电解原理类型实例电极反应式电解对象溶液pH变化溶液复原方法电解水型含氧酸 H2SO4阳极：_阴极：_总反应：_水_强碱NaOH阳极：_阴极：_总反应：_提升关键能力专项突破专项突破专项突破专项突破1.完成下表(电极为惰性电极)2H2O4e=4HO24H4e=2H24OH4e=2H2OO24H2O4e=2H24OH减小增大加水类型实例电极反应式电解对象溶液pH变化溶液复原方法电解水型活泼金属的含氧酸盐KNO3阳极：_阴极：_总反应：_水_电解电解质型无氧酸(氢氟酸除外)HCl阳极：_阴极：_总反应：_不活泼金属的无氧酸盐CuCl2阳极：_阴极：_总反应：_2H2O4e=4HO24H2O4e=2H24OH不变加水2Cl2e=Cl22H2e=H2HCl增大通入HCl气体2Cl2e=Cl2Cu22e=CuCuCl2加CuCl2固体类型实例电极反应式电解对象溶液pH变化溶液复原方法放氢生碱型活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极：_阴极：_总反应：_放氧生酸型不活泼金属的含氧酸盐AgNO3阳极：_阴极：_总反应：_ _2Cl2e=Cl22H2O2e=H22OHCl22OH2H2O4e=4HO24Ag4e=4AgO24HNaClH2O增大通入HCl气体AgNO3 H2O减小加入Ag2O固体和和按要求书写电极反应式和总反应方程式：(1)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_；(2)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_；电解池电极反应式的书写2Cl2e=Cl2Mg22H2O2e=H2Mg(OH)26H2O6e=3H26OH大本大本187187(3)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应方程式：_；(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的_极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为_。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为_。Fe2e=Fe22H2O2e=H22OH负H21.（2021河河北北卷卷16题题节节选选）CO2在在碱碱性性介介质质中中电电还还原原为为正正丙丙醇醇的的电电极极反反应应方程式为方程式为 。2.以铝材为阳极，电解以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，溶液，在在铝材表面形成氧化膜铝材表面形成氧化膜阳极反应式：阳极反应式：；阴极反应式：阴极反应式：；总反应方程式：总反应方程式：。3.用用惰惰性性电电极极电电解解饱饱和和NaHSO4溶溶液液可可以以制制备备过过硫硫酸酸钠钠Na2S2O8。已已知知在在阳阳极极放放电电的的离离子子主主要要为为HSO4，则则阳阳极极反反应应式式为为 。强化提升强化提升12CO218e4H2OCH3CH2CH2OH9CO32 Al Al2O32 6e6H+3H2O6H6e3H22Al3H2O Al2O33H2 HSO4 =S2O822 2e+2H4.电化学干法氧化法脱除电化学干法氧化法脱除H2S的原理如图所示。的原理如图所示。阳极发生的电极反应为阳极发生的电极反应为 ；阴极上阴极上COS发生的电极反应为发生的电极反应为 。2S24eS2COS2eS2CO强化提升强化提升5.（2021年年八八省省联联考考江江苏苏卷卷9题题）利利用用电电解解法法将将CO2转转化化为为CH4的的原原理理如如图所示。下列说法正确的是（图所示。下列说法正确的是（）A电解过程中，电解过程中，H由由a极区向极区向b极区迁移极区迁移B电极电极b上反应为：上反应为：CO28HCO38eCH48CO322H2OC电解过程中化学能转化为电能电解过程中化学能转化为电能D电解时电解时Na2SO4溶液浓度保持不变溶液浓度保持不变阴极：CO28HCO3+8eCH48CO322H2O阳极：4H2O8e8H+2O2H+A6.（2022年浙江卷）通过电解废旧锂电池中的年浙江卷）通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的可获得难溶性的Li2CO3和和MnO2，电解示意图如下（其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离，电解示意图如下（其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计）。下列说法不正确的子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计）。下列说法不正确的是是（）A电极电极A为阴极，发生还原反应为阴极，发生还原反应B电极电极B的电极发应：的电极发应：2H2O+Mn2+2eMnO2+4H+C电解一段时间后溶液中电解一段时间后溶液中Mn2+浓度保持不变浓度保持不变D电解结束，可通过调节电解结束，可通过调节pH除去除去Mn2+，再加入，再加入Na2CO3溶液以获得溶液以获得Li2CO3阴极：2LiMn2O4+6e+16H+2Li+4Mn2+8H2O阳极：6H2O+3Mn2+6e3MnO2+12H+总反应：2LiMn2O4+4H+2Li+Mn2+3MnO2+2H2OC2.2.电解原理电解原理的应用的应用Al2O3Na3AlF6 纯的氯化铝是无色的晶体纯的氯化铝是无色的晶体,在通常情况下氯化铝容易挥发在通常情况下氯化铝容易挥发,180时开始升时开始升华华,研究其蒸气密度表明在研究其蒸气密度表明在400以下氯化铝的分子式为以下氯化铝的分子式为Al2Cl6,氯化铝溶于有氯化铝溶于有机机 溶剂或处于熔融态时都以溶剂或处于熔融态时都以Al2Cl6形式存在形式存在,双聚分子的结构如下：双聚分子的结构如下：2.2.电解原理电解原理的应用的应用金属铝的冶炼金属铝的冶炼 由于氯化铝受热时会升华由于氯化铝受热时会升华,所以它的所以它的熔点是在加压情况下测定的熔点是在加压情况下测定的,而对于氯化而对于氯化铝晶体来说铝晶体来说,随着温度的升高其导电性的随着温度的升高其导电性的变化比较特殊变化比较特殊,实验研究表明氯化铝晶体实验研究表明氯化铝晶体随温度变化其导电性变化情况如图随温度变化其导电性变化情况如图综上所述熔融的氯化铝是导电的综上所述熔融的氯化铝是导电的,但导电能力很弱但导电能力很弱,因此电解意义不大。因此电解意义不大。(1)低温电解低温电解 AlCl3熔盐生产铝的方法：熔盐生产铝的方法：以氧化铝或含铝硅酸盐矿物为原料以氧化铝或含铝硅酸盐矿物为原料,氯化制得无水氯化铝；氯化制得无水氯化铝；再以无水氯化铝为原料再以无水氯化铝为原料,制备制备 AlCl3型离子液体型离子液体(AlCl3MCl,M 为碱金属为碱金属或有机阳离子或有机阳离子)以此以此AlCl3型离子液体为电解质进行电解型离子液体为电解质进行电解,阴极上生产出铝阴极上生产出铝,阳极上放出氯阳极上放出氯气。气。2.2.电解原理电解原理的应用的应用金属铝的冶炼金属铝的冶炼阳极：4AlCl4 2e=2Al2Cl7+Cl2隔绝空气2.2.电解原理电解原理的应用的应用金属铝的冶炼金属铝的冶炼 在在AlCl3MCl熔融盐中熔融盐中,AlCl3的质量分数为的质量分数为70%80%,在在180 200 温度范围内温度范围内,控制适当的电流密度就可得到光滑、致密、外观银白控制适当的电流密度就可得到光滑、致密、外观银白色的铝。色的铝。若生产若生产铝合金铝合金，在所制备的，在所制备的AlCl3型离子液体中添加合金元素氯化物型离子液体中添加合金元素氯化物MeCln,配制成配制成 MeCln AlCl3型离子液体型离子液体，阴极上得到铝合金，阳极上放，阴极上得到铝合金，阳极上放出氯气，出氯气，收集氯气返回制备氯化铝使用收集氯气返回制备氯化铝使用。低温电解生产铝的方法生产率高，电能利用率高，比电解低温电解生产铝的方法生产率高，电能利用率高，比电解Al2O3Na3AlF6节省电能节省电能30%，所用原料来源广；，所用原料来源广；离子液体电解质质量轻、无毒、无挥发性、无可燃性、导电性良好、热离子液体电解质质量轻、无毒、无挥发性、无可燃性、导电性良好、热 稳定性高、熔点低、沸点高，能够减缓对电极材料和槽衬的腐蚀。稳定性高、熔点低、沸点高，能够减缓对电极材料和槽衬的腐蚀。2.2.电解原理电解原理的应用的应用Al2O3Na3AlF6装置图装置图说明说明 氯碱工业氯碱工业 A极反应式：极反应式：B极反应式：极反应式：NaNa通过阳离子交换膜进入通过阳离子交换膜进入 极区极区阳离子阳离子透过透过阳离子阳离子交换膜交换膜电解池电解池 极极思考：能否用阴离子交换膜？思考：能否用阴离子交换膜？2Cl-2e=Cl22H2O2e=H22OH阴阴阴阴不能，不能，OH移向阳极，会与移向阳极，会与 Cl2反应反应氯碱工业氯碱工业电化学装置中的催化剂1（2019新课标全国新课标全国卷）卷）利用生物燃料电池原理研究室温下氨利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是如下所示。下列说法错误的是（）A相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B阴极区，在氢化酶作用下发生反应阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H+2MV+C正极区，固氮酶为催化剂，正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动B负极（阳极）：MV+eMV2+H2+2MV2+2H+2MV+正极（阴极）：MV2+eMV+N2+6H+6MV+2NH3+6MV2+H+电催化剂必须具备的性能：电催化剂必须具备的性能：（1 1）催催化化剂剂有有一一定定的的电电子子导导电电性性：与与导导电电材材料料充充分分混混合合后后能能为为电电子子交交换反应提供不引起严重电压降换反应提供不引起严重电压降低低的电子通道，即电极材料的电阻不的电子通道，即电极材料的电阻不能能太大。太大。（2 2）高高的的催催化化活活性性：实实现现催催化化反反应应，抑抑制制有有害害的的副副反反应应，能能耐耐受受杂杂质质及中间产物的作用而不致较快地中毒失活。及中间产物的作用而不致较快地中毒失活。（3 3）催催化化剂剂的的电电化化学学稳稳定定性性：在在实实现现催催化化反反应应的的电电势势范范围围内内催催化化，表表面不至于因电化学反应而面不至于因电化学反应而“过早地过早地”失去催化活性。失去催化活性。2.2.电催化剂（电子传递体）电催化剂（电子传递体）催化剂的结构与组成。催化剂的结构与组成。催化剂的氧化催化剂的氧化-还原电势。还原电势。催化剂的载体对电催化活性也有很大影响。催化剂的载体对电催化活性也有很大影响。影响电催化因素：影响电催化因素：2（2021年年全全国国甲甲卷卷13题题）乙乙醛醛酸酸是是一一种种重重要要的的化化工工中中间间体体，可可采采用用如如图图所所示示的的电电化化学学装装置置合合成成。图图中中的的双双极极膜膜中中间间层层中中的的H2O解解离离为为H和和OH，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是（并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是（）AKBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B阳极上的反应式为：阳极上的反应式为：2H2e H2OC制得制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 mol电子电子D双极膜中间层中的双极膜中间层中的H在外电场作用下向铅电极方向迁移在外电场作用下向铅电极方向迁移D阳极阴极新鲁科版（2017版）21页二次电池的电极名称在教育部考试中心在教育部考试中心2020年版高考试分析（年版高考试分析（2019年全国卷年全国卷12）中明确：）中明确：物理学中规定，以正电荷的运动方向为电流的方向，且电流总是从电势物理学中规定，以正电荷的运动方向为电流的方向，且电流总是从电势高的正极流向电势低的负极，这与电子的流向刚好相反。无论是电解池高的正极流向电势低的负极，这与电子的流向刚好相反。无论是电解池还是原电池在讨论其中单个电极时，都可还是原电池在讨论其中单个电极时，都可把发生氧化作用的电极称为阳把发生氧化作用的电极称为阳极，而把发生还原作用的电极称为阴极极，而把发生还原作用的电极称为阴极。3.（2022年年河河北北卷卷12题题）科科学学家家研研制制了了一一种种在在较较低低电电压压下下获获得得氧氧气气和和氢氢气气的电化学装置。工作原理示意图如下。下列说法正确的是（的电化学装置。工作原理示意图如下。下列说法正确的是（）A电极电极b为负极为负极B隔膜为阴离子交换膜隔膜为阴离子交换膜C生成气体生成气体M与与N的物质的量之比为的物质的量之比为2:1D反反应应室室中中反反应应的的离离子子方方程程式式为为4Fe(CN)63+4OH 4Fe(CN)64+O2+2H2O阳极：Fe(CN)64e=Fe(CN)63阴极：2H2O+2e+DHPS=DHPS2H+2OH4Fe(CN)63+4OH 4Fe(CN)64+O2+2H2ODHPS2H DHPS+H2 OHO2H2BD离子隔膜在电化学中的应用一、知识重构一、知识重构1.单液电池单液电池图1 单液Zn-Cu原电池装置 图2单液Zn-Cu原电池电流曲线 图3单液Zn-Cu原电池温度曲线图图2和图和图3说明单液说明单液ZnCu原电池存在什么弊端？原因是什么？原电池存在什么弊端？原因是什么？部分能量转化为热能，部分能量转化为热能，电能转化率低电能转化率低电流衰减，不稳定电流衰减，不稳定原因：原因：Zn与电解质与电解质CuSO4直接接触直接接触2.双液电池双液电池盐桥盐桥负极：负极：Zn2e=Zn2+正极：正极：Cu2+2e=Cu总反应：总反应：Zn+Cu2+=Zn2+Cu盐桥的作用是盐桥的作用是隔离隔离Zn和和CuSO4溶液，避免直接反应溶液，避免直接反应提供离子迁移通道，平衡电荷，形成闭提供离子迁移通道，平衡电荷，形成闭合回路合回路盐桥成分：琼胶、饱和盐桥成分：琼胶、饱和KCl溶液溶液Zn2e=Zn2+ClCu2+2e=CuK+一、知识重构一、知识重构2.双液电池双液电池盐桥盐桥对盐桥的深入认识对盐桥的深入认识（1）盐桥中琼胶的作用：）盐桥中琼胶的作用：（2）用饱和氯化钾的原因：）用饱和氯化钾的原因：（3）盐桥使用一段时间需要更换，恢复的方式是）盐桥使用一段时间需要更换，恢复的方式是:控制离子流速，防止过早失效。控制离子流速，防止过早失效。K+和和Cl迁移速率接近，且不发生化学反应。迁移速率接近，且不发生化学反应。放入饱和氯化钾溶液中。放入饱和氯化钾溶液中。分析下图，带盐桥的双液电池电流有何特点？分析下图，带盐桥的双液电池电流有何特点？带盐桥的双液锌铜原电池电流稳定，但明显小于单液电池双液原电池电流弱的原因？双液原电池电流弱的原因？1.离子运动的距离长离子运动的距离长2.离子运动的通道窄离子运动的通道窄3.离子离子容量小容量小单液：负极与电解液直接接触单液：负极与电解液直接接触 盐桥：有效隔离，电阻增大盐桥：有效隔离，电阻增大 离子交换膜：有效隔离，电阻小离子交换膜：有效隔离，电阻小3.离子交换膜离子交换膜（1）作用：）作用：能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。能选择性的通过离子，起到能选择性的通过离子，起到 的作用。的作用。平衡电荷，形成闭合回路平衡电荷，形成闭合回路（2）分类）分类（3）三种离子交换膜举例分析）三种离子交换膜举例分析种类种类装置图装置图说明说明阳离子交阳离子交换膜换膜(只允只允许阳离子许阳离子和水分子和水分子通过通过)氯碱工业氯碱工业 A极反应式：极反应式：B极反应式：极反应式：NaNa通过阳离子交换膜进入通过阳离子交换膜进入 极区极区阳离子阳离子透过透过阳离子阳离子交换膜交换膜电解池电解池 极极思考：能否用阴离子交换膜？思考：能否用阴离子交换膜？2Cl-2e=Cl22H2O2e=H22OH阴阴阴阴不能，不能，OH移向阳极，会与移向阳极，会与 Cl2反应反应3.离子交换膜离子交换膜种类种类装置图装置图说明说明阴离子阴离子交换膜交换膜(只允只允许阴离许阴离子和水子和水分子通分子通过过)以以Pt为电极电解淀为电极电解淀粉粉KI溶液，制备碘溶液，制备碘酸钾，中间用阴离酸钾，中间用阴离子交换膜隔开子交换膜隔开 阴极反应式：阴极反应式：阳极反应式：阳极反应式：阴极产生的阴极产生的OH移向阳极与阳极产物反应：移向阳极与阳极产物反应：阴离子阴离子透过阴离子交换膜透过阴离子交换膜电解池电解池 极极2H2O2e=H22OH2I2e=I23I26OH=IO35I3H2O阳阳3.离子交换膜离子交换膜（3）三种离子交换膜举例分析）三种离子交换膜举例分析种类种类装置图装置图说明说明质子交质子交换膜换膜(只允只允许许H H和水分和水分子通过子通过)在微生物作用下电解有在微生物作用下电解有机废水机废水(含含CH3COOH)，可获得清洁能源，可获得清洁能源H2 阴极反应式：阴极反应式：阳极反应式：阳极反应式：阳极产生的阳极产生的H通过质子交换膜移向阴极通过质子交换膜移向阴极H透过质子交换膜透过质子交换膜电解池的电解池的 极极2H2e=H2CH3COOH8e2H2O=2CO28H阴阴3.离子交换膜离子交换膜（3）三种离子交换膜举例分析）三种离子交换膜举例分析（5）判断）判断根据溶液呈电中性根据溶液呈电中性，巧借，巧借离子迁移方向离子迁移方向的判断的判断，从而确定离子交换膜的类型从而确定离子交换膜的类型。离子从离子从“生成区生成区”移向移向“消耗区消耗区”以电解以电解CO2制制HCOOH为例为例，其原理如图所示。，其原理如图所示。阴阴CO2+2e+2H=HCOOH 阳阳2H2O-4e=O2+4H+生成生成H+消耗消耗H+质子交换膜质子交换膜3.离子交换膜离子交换膜离子从离子从“原料区原料区”移向移向“产物区产物区”以电渗析法制备以电渗析法制备H3PO2为例，其原理如图所示。为例，其原理如图所示。H2PO2Na+阴离子膜阴离子膜阳离子膜阳离子膜H+H2PO2=H3PO22H2O-4e=O2+4H+总：总：2H2O-4e+4H2PO2=4H3PO22H2O2e=H22OH溶液溶液“浓浓稀稀”，离子移出；溶液，离子移出；溶液“稀稀浓浓”，离子移入，离子移入正正负负一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所其工作原理如图所示示。ClNa+阴离子膜阴离子膜 阳离子膜阳离子膜4.双极膜双极膜双极膜亦称双极性膜，是特种双极膜亦称双极性膜，是特种离子交离子交换膜换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在电场电场作用下，阴、阳膜复合层间的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成解离成H+和和OH并分别通过并分别通过阳阳膜和膜和阴阴膜，膜，作为作为H+和和OH的离子源。的离子源。电解过程，双电解过程，双极膜中产生的极膜中产生的H+移向移向 极，极，OH移移向向 极。原电池中，双极膜中产生极。原电池中，双极膜中产生的的H+移向移向 极，极，OH移向移向 极。极。H+和和OH移动的移动的作用是作用是平衡电荷或参与平衡电荷或参与化学反应化学反应。双极膜结构及解离水示意图阴阴阳阳正正负负例：例：SO2的脱除与的脱除与H2O2的制备反应自发协同转化装置如下图所示的制备反应自发协同转化装置如下图所示(在在电场作用下，双极膜中间层的电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为解离为H+和和OH，并向两极迁移，并向两极迁移)。分析电极反应及分析电极反应及H+和和OH的移动方向。的移动方向。正正负负H+OHO2+2e+2H+=2H2O2SO32-2e+2OH=SO42+H2O4.双极膜双极膜例例1：（：（2021湖北）湖北）Na2Cr2O7的酸性水溶液随着的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是的原理如图所示。下列说法错误的是A电解时只允许电解时只允许H+通过离子交换膜通过离子交换膜B生成生成O2和和H2的质量比为的质量比为8 1C电解一段时间后阴极区溶液电解一段时间后阴极区溶液OH的浓度增大的浓度增大DCrO3的生的生成反应为：成反应为：Cr2O72+2H+=2CrO3+H2O阳阳阴阴阴极：阴极：2H2O2e=H22OH阳极：阳极：2H2O-4e=O2+4H+Cr2O72+2H+=2CrO3+H2O例例2：（：（2022全国甲卷）一种水性电解液全国甲卷）一种水性电解液ZnMnO2离子选择双隔膜电池如图离子选择双隔膜电池如图所示所示(KOH溶液中，溶液中，Zn2+以以Zn(OH)42存在存在)。电池放电时，下列叙述错误的。电池放电时，下列叙述错误的是是A区的区的K+通过隔膜向通过隔膜向区迁移区迁移B区的区的SO42通过隔膜向通过隔膜向区迁移区迁移CMnO2电极反应：电极反应：MnO2+2e+4H+=Mn2+2H2OD电池总反应：电池总反应：Zn+4OH+MnO2+4H+=Zn(OH)42+Mn2+2H2O正正负负例例3：（：（2020全国新课标全国新课标卷）科学家近年发明了一种新型卷）科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。OHOH H H+放电放