人教版跨越高考化学二轮复习 第2专题第5讲电化学基础及其应用（一）.ppt

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1、纵观近年来新课标省份的高考试题,电化学题已成为每套试卷的必考题,考查的主要内容为:分析带有盐桥的原电池装置;根据原电池、电解池的电极反应,比较金属活动性的强弱;判断酸、碱、盐的水溶液在电解时pH的变化趋势;对几种新型电池的电极反应的认识与书写;有关电解产物的判断和计算。预计2011年新课标省份高考命题的趋势为:带有盐桥的原电池装置的分析、原电池和电解池的实物图分析、电解饱和食盐水原理、原电池的设计方法。2021/8/9星期一1原电池电解池电镀池定义将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置形成条件活动性不同的两电极两电极插入电解质溶液形成闭

2、合回路两电极接直流电源两电极插入电解质溶液形成闭合回路镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极电镀液必须含有镀层金属离子2021/8/9星期一2电极名称负极:较活泼金属正极:较不活泼金属(或能导电的非金属)阳极:与电源正极相连的电极阴极:与电源负极相连的电极阳极:必须是镀层金属阴极:镀件2021/8/9星期一3电极反应负极:氧化反应,金属失电子正极:还原反应,溶液中的阳离子得电子阳极:氧化反应,溶液中的阴离子失电子,或金属电极失电子阴极:还原反应,溶液中的阳离子得电子阳极:金属电极失电子阴极:电镀液中阳离子得电子电子流向负极正极负极阴极阳极正极负极阴极阳极正极2021/8/9星期一4(续表)原电

3、池电解池电镀池反应原理原电池电解池2021/8/9星期一5 技能归纳1.原电池的构成和工作原理(1)构成(以铜锌原电池为例):负极反应:Zn-2eZn2+(氧化反应)正极反应:Cu2+2e-Cu(还原反应)电池总反应的化学方程式:Zn+CuSO4ZnSO4+Cu探究点一:原电池原理2021/8/9星期一6(2)原理:从能量转化来看,原电池是将化学能转化为电能的装置。从化学反应来看,原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂,使氧化还原反应分别在两个电极上进行。2021/8/9星期一72.正、负极的确定(1)由两极的相对活泼性强弱确定:活泼性较强的金属为负极,活泼性较弱的

4、金属或能导电的其他材料为正极。一般来说,负极材料与电解质溶液要能发生反应。如,Mg-Al-HCl溶液构成的原电池中,负极为Mg,但Mg-Al-NaOH溶液构成的原电池中,负极为Al。(2)根据在两电极发生反应物质的化合价的升降情况来判断。如,甲醇燃料电池,甲醇燃烧一般生成二氧化碳,则碳的价态升高,失电子,所以通入甲醇的电极为负极。(3)由电极变化情况确定:某一电极若不断溶解或其质量不断减少,该电极发生氧化反应,则此电极为原电池的负极;若某一电极上有气体产生,电极的质量不断增加或不变,该电极发生还原反应,则此电极为2021/8/9星期一8原电池的正极(燃料电池除外)。如,Zn-C-CuSO4溶液

5、构成的原电池中,C电极上会析出紫红色固体物质,则C电极为此原电池的正极。(4)根据某些显色现象确定:一般可以根据电极附近显色指示剂(石蕊、酚酞、湿润的淀粉等)的变色情况来分析推断该电极发生的反应、化合价升降情况、是氧化反应还是还原反应,从而确定正、负极。(5)根据外电路中自由电子的移动方向确定:在外电路中电子流出的电极为负极,电子流入的电极为正极。(6)根据内电路中自由离子的运动方向确定:在内电路中阳离子移向的电极为正极,阴离子移向的电极为负极。2021/8/9星期一93.电极反应式的书写(1)如果题目给定的是图示装置,先分析正、负极,再根据正、负极反应规律书写电极反应式。(2)如果题目给定的

6、是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),再选择某一极上的简单变化情况去写电极反应式,另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式,用总反应式减去已写出的电极反应式即可(加、减法)。加、减法书写电池反应式的归纳:电池总反应式:还原剂+氧化剂氧化产物+还原产物负极:还原剂-ne-氧化产物(还原剂失去电子,发生氧化反应)2021/8/9星期一10正极:氧化剂+ne-还原产物(氧化剂得到电子,发生还原反应)电解质溶液中的离子(如H+、OH-)和H2O等,若氧化(或还原)产物能与之发生反应,则其一般书写在电极反应式中。两个电极反应式相加即得电池总反应

7、式,用电池总反应减去较简单的电极反应式即为较复杂的电极反应式。原电池反应式一般都可以用加、减法书写。2021/8/9星期一11典例1(2010年新课标全国理综,12)根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是()A.2Ag(s)+Cd2+(aq)2Ag+(aq)+Cd(s)B.Co2+(aq)+Cd(s)Co(s)+Cd2+(aq)C.2Ag+(aq)+Cd(s)2Ag(s)+Cd2+(aq)D.2Ag+(aq)+Co(s)2Ag(s)+Co2+(aq)【解析】由左图原电池可知Cd为负极,Cd较Co活泼;由右图原电池可知Co为负极,Co较Ag活泼,所以三种金属的活泼性顺序为CdCoAg。根据金

8、属活泼性可知前者可置换出后者,而银不可能将Cd或Co置换出来,故A项错误。答案A2021/8/9星期一12演练1某动物园一猕猴近期情绪反常,管理员经检查后发现是由补过的牙齿引起的。当时用的补牙剂为汞合金,其成分为Ag2Hg3和单质银粉。当猕猴享受游人扔的口香糖或糖果时,会因补过的牙齿不小心咬到包装用的铝箔而感觉到疼痛。其原理为:铝与这种补牙剂接触时,唾液充当电解液形成微电池,微电池产生的微电流刺激牙神经,就产生了疼痛感。其电极反应式为:Ag2Hg3和银粉极:3H+4Ag+6e-2Ag2Hg3;2021/8/9星期一13铝箔极:2Al-6e-2Al3+据此判断Ag2Hg3和银粉极是()A.正极,

9、被还原B.负极,被氧化C.阳极,被还原D.阴极,被氧化答案A2021/8/9星期一14 技能归纳1.关于金属腐蚀的问题(1)干燥的环境下以化学腐蚀为主,一般情况下以电化学腐蚀为主。(2)金属腐蚀快慢的判断方法电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀有防腐措施的腐蚀。(3)钢铁腐蚀,然后Fe2+Fe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈),注意:铁作电极一般不能直接变为Fe3+。探究点二:原电池的应用2021/8/9星期一152.新型燃料电池(1)正、负极的判断:还原剂(可燃物)进入负极,氧化剂(空气或氧气)进入正极。例氢氧燃料电池中,氢气进入负极,氧气进入正极。(2)常见燃料电池两极反

10、应式及总反应式氢氧燃料电池电池组成Pt(H2)负极Pt(O2)正极总反应NaOH溶液2H2-4e-+4OH-4H2OO2+4e-+2H2O4OH-2H2+O22H2OH2SO4溶液2H2-4e-4H+O2+4e-+4H+2H2O2H2+O22H2O2021/8/9星期一16甲烷燃料电池熔融盐燃料电池用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在650下工作的燃料电池。负极反应式为2CO+2C-4e-4CO2电池组成Pt(CH4)负极Pt(O2)正极总反应NaOH溶液CH4-8e-+10OH-7H2O+C2O2+8e-+4H2O8OH-

11、CH4+2OH-+2O23H2O+CH2SO4溶液CH4-8e-+2H2O8H+CO22O2+8e-+8H+4H2OCH4+2O22H2O+CO2正极反应式为O2+4e-+2CO22C总反应式为2CO+O22CO22021/8/9星期一173.原电池的设计方法以氧化还原反应为基础,首先要确定原电池的正、负极,电解质溶液及电极反应,再利用基础知识书写电极反应式,参照Zn-Cu-H2SO4原电池模型处理问题。如根据反应:Cu+2FeCl32CuCl2+2FeCl2设计一个原电池,分析此化学方程式,可得到:Cu作负极,C(或Pt)作正极,FeCl3作电解质溶液,负极的电极反应式为Cu-2e-Cu2+

12、,正极的电极反应式为2Fe3+2e-2Fe2+。2021/8/9星期一18典例2(2010年安徽理综,11)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为:2H2+O22H2O,下列有关说法正确的是()A.电子通过外电路从b极流向a极B.b极上的电极反应式为:O2+2H2O+4e-4OH-C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极2021/8/9星期一19别为负极和正极反应物,a极、b极分别为负极、正极,H2在a极产生的H+移向b极,参与正极反应生成水,故外电路中电子从a极流向b极,b极的电极反应式为O2+

13、4H+4e-2H2O,A、B两项均错误,D项正确;1.12LH2未指明所处状态,故不能确定H2的体积,C项错误。答案D【解析】由总反应知,H2和O2分别作还原剂和氧化剂,故H2和O2分2021/8/9星期一20演练2许多电动汽车使用了先进的锰酸锂动力电池,该电池具有高电压、高能量密度和良好的热稳定性等优点。可充电锰酸锂动力电池的两电极材料分别为LiMn2O4和嵌入锂的碳材料,含Li+导电固体为电解质,放电时电池总反应为Li+LiMn2O4Li2Mn2O4。下列有关锰酸锂动力电池的说法中正确的是()A.放电时,LiMn2O4发生氧化反应B.放电时,嵌入锂的碳材料为正极C.放电时,负极质量增加D.

14、放电时,正极反应为Li+LiMn2O4+e-Li2Mn2O4【解析】放电时,Li为负极,发生氧化反应:Li-e-Li+,负极质量不断减少;LiMn2O4为正极,发生还原反应:Li+LiMn2O4+e-Li2Mn2O4。答案D2021/8/9星期一21 技能归纳1.电极的判断及反应的类型(1)看电源正、负极,若与电源负极相连,则为阴极;若与电源正极相连,则为阳极。(2)看电极周围元素价态的升降,若价态升高,则为阳极。注意:元素价态升降的判断很多时候是根据各种实验现象(如通过对气体成分的描述来判断)来推测反应产物而得出的。(3)看电子的流向,电子流出的电极为阳极;电子流入的电极为阴极。注意:一定不

15、能根据两极活泼性的相对大小判断。(4)阳极:若为活性电极,则电极本身失电子,发生氧化反应;若为惰性探究点三:电解池原理2021/8/9星期一22电极(Pt、Au、石墨),则是溶液中阴离子失电子,发生氧化反应。阴极:电极本身不反应(不论是惰性电极还是活性电极),溶液中阳离子在阴极获得电子,发生还原反应。2021/8/9星期一232.电解时电极产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极,如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前,包括Ag)作阳极,则电极材料本身失电子,电极溶解。如果是惰性电极,则只看溶液中的阴离子的失电子能力,阴离子的放电顺序为S2-I-Br-Cl-OH-,其产物依次对应为S、I2、

16、Br2、Cl2、H2O和O2。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序(如下)进行判断:Ag+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+,其产物依次对应为Ag、Fe2+、Cu、H2、Rb、Sn、Fe、Zn。2021/8/9星期一243.电解过程中(用惰性电极)电解质溶液的变化情况在充分了解了电解原理及离子放电顺序的基础上,要具体问题具体分析,不必对“电解规律”的知识点死记硬背。2021/8/9星期一25典例3(2010年浙江理综,9)Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为:2Li+FeS+2e-Li2S+Fe有关该电池的下列说法中,正确的是()A

17、.Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价B.该电池的电池反应式为2Li+FeSLi2S+FeC.负极的电极反应式为Al-3e-Al3+D.充电时,阴极发生的电极反应式为Li2S+Fe-2e-2Li+FeS【解析】Li-Al为负极材料,其中Li为0价,A项错误;负极的电极反应式为Li-e-Li+,B项正确,C项错误;充电时阴极发生还原反应,电极反应式为Li+e-Li,D项错误。答案B2021/8/9星期一26演练3能够使反应:Cu+2H2OCu(OH)2+H2发生的装置是()A.铜片作原电池的负极,碳棒作原电池的正极,电解质溶液为NaCl溶液B.用铜片作阴极,电解Na2SO4溶液C.用铜片作阳极,电解NaOH溶液D.用铜片作阳极,电解CuSO4溶液【解析】欲使该反应发生,铜必须作阳极材料。若用CuSO4作电解质,阳极:Cu-2e-Cu2+,阴极:Cu2+2e-Cu,不符合题意;若用NaOH作电解质,阳极生成的Cu2+在溶液中与OH-结合成Cu(OH)2沉淀,阴极是H2O电离出的H+得电子放出H2,符合题意,故C项正确。答案C2021/8/9星期一27