第四章氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)（知識(shí)梳理）-2023-2024學(xué)年高二化學(xué)（滬科版2020選擇性必修1）

第四章氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)知識(shí)梳理知識(shí)梳理氧化還原反應(yīng)第1節(jié)氧化還原反應(yīng)第1節(jié)1.氧化劑和還原劑(1)概念:在氧化還原反應(yīng)中,失去電子的物質(zhì)是還原劑,還原劑發(fā)生氧化反應(yīng),表現(xiàn)出還原性;得到電子的物質(zhì)是氧化劑,氧化劑發(fā)生還原反應(yīng),表現(xiàn)出氧化性。(2)幾組概念間的關(guān)系2.氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律內(nèi)容應(yīng)用守恒規(guī)律還原劑失電子總數(shù)＝氧化劑得電子總數(shù)＝氧化劑化合價(jià)降低總數(shù)＝還原劑化合價(jià)升高總數(shù)＝轉(zhuǎn)移電子總數(shù)氧化還原反應(yīng)方程式的配平和相關(guān)計(jì)算強(qiáng)弱規(guī)律在同一個(gè)氧化還原反應(yīng)中,氧化性:氧化劑＞氧化產(chǎn)物;還原性:還原劑＞還原產(chǎn)物比較物質(zhì)間氧化性、還原性的強(qiáng)弱先后規(guī)律多種氧化劑與一種還原劑相遇,氧化性強(qiáng)的首先得電子被還原;多種還原劑與一種氧化劑相遇,還原性強(qiáng)的首先失電子被氧化判斷物質(zhì)的穩(wěn)定性和反應(yīng)順序價(jià)態(tài)規(guī)律歸中規(guī)律:同種元素不同價(jià)態(tài)之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí),高價(jià)態(tài)＋低價(jià)態(tài)→中間價(jià)態(tài),即“只靠攏,不交叉”判斷物質(zhì)的氧化性、還原性及反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目3.氧化還原反應(yīng)方程式配平的方法常用方法——化合價(jià)升降法第2節(jié)原電池和化學(xué)電源第2節(jié)原電池和化學(xué)電源一、原電池的工作原理1．原電池的構(gòu)成2．原電池工作原理示意圖輕巧記憶(鋅銅原電池工作原理)：3．原電池正負(fù)極的判斷4．一般電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法(1)定電極，標(biāo)得失。按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，找出得失電子的數(shù)量。(2)看環(huán)境，配守恒。電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液中應(yīng)能穩(wěn)定存在，如堿性介質(zhì)中生成的H＋應(yīng)讓其結(jié)合OH－生成水。電極反應(yīng)式要依據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒、得失電子守恒等加以配平。(3)兩式加，驗(yàn)總式。兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)方程式對(duì)照驗(yàn)證。二、化學(xué)電源1．一次電池(1)鋅錳干電池。普通鋅錳干電池制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但存在放電時(shí)間短、放電后電壓下降較快等缺點(diǎn)。堿性鋅錳電池比普通鋅錳干電池性能優(yōu)越，它的比能量[電池單位質(zhì)量或單位體積所輸出電能的多少，單位(W·h)/kg或(W·h)/L]大，能提供較大電流并連續(xù)放電。普通鋅錳干電池和堿性鋅錳干電池的比較堿性鋅錳干電池示意圖構(gòu)造負(fù)極反應(yīng)物：鋅粉正極反應(yīng)物：二氧化錳電解質(zhì)溶液：氫氧化鉀工作原理負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正極：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)22．鉛蓄電池(1)構(gòu)造與組成。(2)工作原理。放電過(guò)程充電過(guò)程負(fù)極：Pb－2e－＋SOeq\o\al(\s\up12(2－),\s\do4(4))=PbSO4(氧化反應(yīng))陰極：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(\s\up12(2－),\s\do4(4))(還原反應(yīng))正極：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up12(2－),\s\do4(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O(還原反應(yīng))陽(yáng)極：PbSO4＋2H2O－2e－=_PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up12(2－),\s\do4(4))(氧化反應(yīng))總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O總反應(yīng)：2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4鉛蓄電池的充、放電過(guò)程：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O3．鋰離子電池(1)構(gòu)造與組成。鋰離子電池由正極、負(fù)極和電解質(zhì)溶液三部分組成，正極材料多采用磷酸鐵鋰(LiFePO4)或鈷酸鋰(LiCoO2)等，一般是具有可供鋰離子嵌入或脫嵌(即可逆嵌脫)結(jié)構(gòu)的化合物。負(fù)極材料大多數(shù)是碳素材料，如人工石墨、碳纖維、天然石墨等。(2)工作原理(鈷酸鋰-石墨鋰電池為例)。電極電極反應(yīng)負(fù)極LixO6－xe－=6C＋xLi＋正極Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2電池反應(yīng)LixC6＋Li(1－x)CoO2=LiCoO2＋6C(3)反應(yīng)過(guò)程。在放電過(guò)程中，鋰離子從負(fù)極脫出，嵌入到正極。在充電過(guò)程中，鋰離子從正極材料晶格間脫離出來(lái)，嵌入到負(fù)極材料里。在充放電過(guò)程中，鋰離子在正、負(fù)極間不斷地進(jìn)行可逆嵌脫。4．氫氧燃料電池(1)氫氧燃料電池原理示意圖。(2)氫氧燃料電池工作原理。酸性電解質(zhì)(H2SO4)堿性電解質(zhì)(KOH)負(fù)極反應(yīng)2H2－4e－=4H＋2H2－4e－＋4OH－=4H2O正極反應(yīng)O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋4e－＋2H2O=4OH－總反應(yīng)2H2＋O2=2H2O第3節(jié)電解池第3節(jié)電解池1．電解池工作原理①電解時(shí)必須使用直流電源，不能使用交流電源。②電解質(zhì)的水溶液或熔融電解質(zhì)均可被電解，因?yàn)樗鼈兙呻婋x出自由移動(dòng)的陰、陽(yáng)離子。③電解過(guò)程中，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在電解產(chǎn)物中，轉(zhuǎn)化過(guò)程中遵循能量守恒定律。④電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))的導(dǎo)電過(guò)程，就是電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))的電解過(guò)程，是化學(xué)變化，而金屬的導(dǎo)電是利用其物理性質(zhì)。⑤電解法是一種強(qiáng)氧化還原手段，可以完成非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。2．電解池的陰極、陽(yáng)極的判斷方法3．電解產(chǎn)物的判斷方法4．電解池電極反應(yīng)式、電池總反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)書(shū)寫(xiě)步驟具體操作判斷兩極陽(yáng)極：與電源正極相連陰極：與電源負(fù)極相連判斷反應(yīng)微?；钚噪姌O：電極材料本身失電子溶液中的較易得電子的陽(yáng)離子反應(yīng)惰性電極：溶液中較易失去電子的陰離子反應(yīng)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式活性電極：M－ne－=Mn＋Mn＋＋ne－=M惰性電極：mRn－－mne－=Rm書(shū)寫(xiě)電解總方程式根據(jù)得失電子數(shù)相等，將陰陽(yáng)極電極反應(yīng)式相加得電解總反應(yīng)式，注意若是水電離的H＋或OH－參與電極反應(yīng)，寫(xiě)總反應(yīng)式時(shí)要寫(xiě)成H2O4．電解飽和食鹽水(1)裝置電解飽和食鹽水的原理示意圖(2)現(xiàn)象陽(yáng)極上有黃綠色氣體產(chǎn)生；陰極上有無(wú)色氣體產(chǎn)生。(3)原理分析及電極反應(yīng)電解時(shí)，Cl－、OH－移向陽(yáng)極，H＋、Na＋移向陰極。①陽(yáng)極離子放電順序：Cl－>OH－，電極反應(yīng)：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反應(yīng))。②陰極離子放電順序：H＋>Na＋，電極反應(yīng)：2H＋＋2e－=H2↑(還原反應(yīng))。③電池反應(yīng)化學(xué)方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up9(通電))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，離子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up9(通電))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。5．電鍍(1)電鍍的概念：應(yīng)用電解原理在某些金屬或其他材料制品表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程。電鍍可以使金屬更加美觀耐用，抗腐蝕性能增強(qiáng)。(2)某電鍍銀實(shí)驗(yàn)裝置(電鍍池)如圖所示。電鍍銀原理示意圖請(qǐng)回答下列問(wèn)題：①銀為鍍層金屬，與直流電源的正極相連，作陽(yáng)極；待鍍金屬與直流電源的負(fù)極相連，作陰極；含銀離子溶液為電鍍液，含有鍍層金屬離子。②陽(yáng)極反應(yīng)式為Ag－e－=Ag＋(氧化反應(yīng))陰極反應(yīng)式為Ag＋＋e－=Ag(還原反應(yīng))③可觀察到的現(xiàn)象是待鍍金屬表面鍍上一層光亮的銀，銀不斷溶解。④含銀離子溶液濃度的變化是不變。(3)電鍍的特點(diǎn)是陽(yáng)極參與電極反應(yīng)，電鍍過(guò)程中相關(guān)離子的濃度、溶液pH等保持不變。6．銅的電解精煉(1)銅的電解精煉示意圖銅的電解精煉示意圖(2)粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質(zhì)，常用電解的方法進(jìn)行精煉。電解池的構(gòu)成是用粗銅作陽(yáng)極，用純銅作陰極，用硫酸銅溶液作電解質(zhì)溶液。(3)陽(yáng)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋、Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋等；陰極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu。(4)電解精煉銅的原理：粗銅中比銅活潑的金屬鋅、鐵等，失去電子形成陽(yáng)離子而溶解(殘留在溶液中)；比銅不活潑的金屬銀、金等，以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽的底部(形成陽(yáng)極泥)；粗銅中的銅在純銅上析出。第4節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)第4節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)1．金屬的電化學(xué)腐蝕(1)吸氧腐蝕。鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性時(shí)，氧氣參加電極反應(yīng)，發(fā)生吸氧腐蝕。鐵吸氧腐蝕的原理示意圖①負(fù)極：2Fe－4e－=2Fe2＋(氧化反應(yīng))；②正極：2H2O＋O2＋4e－=4OH－(還原反應(yīng))；③總反應(yīng)：2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2。Fe(OH)2進(jìn)一步被O2氧化生成Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3脫去一部分水生成Fe2O3·nH2O，它就是鐵銹的主要成分。鐵銹(Fe2O3·nH2O)的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O＋(3－n)H2O。(2)析氫腐蝕。金屬表面的電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)，腐蝕過(guò)程中不斷有H2放出。鋼鐵的析氫腐蝕示意圖①負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋(氧化反應(yīng))；②正極：2H＋＋2e－=H2↑(還原反應(yīng))；③總反應(yīng)：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。2、金屬的電化學(xué)防護(hù)1．本質(zhì)阻止金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。2．方法(1)加防護(hù)層，如在金屬表面涂油或油漆、覆蓋塑料、鍍不活潑金屬等。(2)改