2023年高中化學(xué)競(jìng)賽-電化學(xué)

電化學(xué)胡征善電化學(xué)是電與化學(xué)準(zhǔn)確地說(shuō)是電子與氧化復(fù)原反響的結(jié)晶。氧化復(fù)原反響有電子的轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電——電池，電能使某些化學(xué)物種有電子得失而發(fā)生氧化復(fù)原反響——電解。原電池必需ΔG<0電解、利用光能可使ΔG>0被迫發(fā)生能量轉(zhuǎn)化

強(qiáng)者優(yōu)先1、概念

負(fù)陽(yáng)氧，正陰還內(nèi)離移，外電流

電極反響與離子方程式電解質(zhì)溶〔熔〕液應(yīng)用1、型化學(xué)電源的開(kāi)發(fā)2、物質(zhì)制備(合成)的方法3、環(huán)境化學(xué)(廢氣、廢液的處理)4、金屬的電化腐蝕與電化防腐

1.離子遷移〔鹽橋與交換膜〕2.n(離子)、V(aq)、pH變化離子可在多孔的固體中定向移動(dòng)電化學(xué)包括電池和電解。電池即在兩電極上自發(fā)發(fā)生氧化反響和復(fù)原反響而產(chǎn)生電流電動(dòng)勢(shì)>0和復(fù)原反響。e—e—IA負(fù)極〔—〕——電位低發(fā)生氧化反響活潑的金屬——電極失電子而溶解燃料——燃料失電子燃料電池的電極可以一樣，但要求電極多孔()——吸附能力強(qiáng)；具有催化作用正極〔+〕——電位高發(fā)生復(fù)原反響1．①較不活潑的金屬、石墨——導(dǎo)體②氧化性較強(qiáng)的難溶性氧PbO2、Ag2O或Ag2O2NiO(OH)——電極本身得電子2．氧化性氣體[如氧氣(空氣)、氯氣等]——氧化性氣體得電子、電解質(zhì)溶(熔)液e— e—

電池的電動(dòng)勢(shì)大于電解質(zhì)溶(熔)液的分解電壓，電解才能得以實(shí)現(xiàn)e— e—陰極——接電池的負(fù)極〔多電子的電極〕發(fā)生復(fù)原反響金屬或石墨——導(dǎo)體氧化性材料——得電子

電解質(zhì)溶(熔)液

陽(yáng)極——接電池的正極〔缺電子的電極〕發(fā)生氧化反響惰性電極(Au、Pt、石墨)——導(dǎo)體。溶(熔)液中陰離子失電子2．活潑電極電極本身失電子溶解外電路的電子流淌與電解質(zhì)溶(熔)液中離子遷移的關(guān)系：例如：通過(guò)溶液每一截面:n(H+)+n(Cl—)=xmol 2n(Cu2+)+n(Cl—)=xmol假設(shè)有陰或陽(yáng)離子交換膜：一、電池(化學(xué)電源)電池(化學(xué)電源)有多種不同的分類。如：一次電池和二次電池；酸性電池、堿性電池和有機(jī)電解液電池；熔鹽電池、燃料電池、濃差電池等。中學(xué)化學(xué)已學(xué)過(guò)一次電池、二次電池、燃料電池等，這里不再贅述。下面說(shuō)說(shuō)濃差電池。濃差電池有兩大類型：電解質(zhì)溶液濃度差和兩電極上氣體壓強(qiáng)差。1.濃差電池例如：(a)CuCuCl2(c1) CuCl2(c2)Cu(b) c1>c2 為陰離子交換膜b為負(fù)極：Cu—2e—=Cu2+ a為正極：Cu2++2e—=CuCl—通過(guò)交換膜從左池遷移至右池，最終兩池CuCl2溶液濃度一樣?？傔^(guò)程為：Cu2+(c1) Cu2+(c2)又如：(0.2MPaCl2)Pt(a) HCl(aq) (b)Pt(0.1MPaCl2)Pt極為正極：Cl2+2e—=2Cl— (b)Pt極為負(fù)極：2Cl——2e—=Cl2總過(guò)程為：Cl2(p1) Cl2(p2) p1>p2Cl2H2，則：(a)Pt極為負(fù)極：H2—2e—=2H+ (b)Pt極為正極：2H——2e—=H2總過(guò)程為：H2(p1) H2(p2) p1>p2總之，濃差電池是同一電解質(zhì)溶液濃度大或電極上同一氣體壓強(qiáng)大的自發(fā)地向濃度小或壓強(qiáng)小的方向集中。利用濃差電池工作原理可研發(fā)海水濃差電池。型化學(xué)電源：固態(tài)鋰電池(固體電解質(zhì)代替有機(jī)電解液)、石墨烯基-鋰離子電池(具有充電快蓄電量大的等特點(diǎn))、生物電池等，例如2023年高考題“利用生物燃料電池原理室溫下合成氨”：二、電解1.惰性電極電解水溶液的放電規(guī)律1-1.陽(yáng)極放電——復(fù)原性越強(qiáng)的粒子(分子或離子)優(yōu)先放電離子放電挨次：S2－＞SO32—＞I－＞Fe2+＞Br－＞(OH－)＞Cl－＞OH－＞最高價(jià)含氧酸根離子>F—復(fù)原性氣體：CO、NO、NH3、SO2、H2等都可在陽(yáng)極放電，MnO42—在陽(yáng)極放電1-2.陰極放電——氧化性越強(qiáng)的粒子(分子或離子)優(yōu)先放電陽(yáng)離子放電挨次：ClO、NO 、MnO 等氧化性離子都可在陰極放電－3－4—2.電解的電極反響與電極、電解質(zhì)、交換膜、電壓等有關(guān)。2-1.與交換膜有關(guān)。如：電解裝置如以下圖，電解槽內(nèi)裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開(kāi)。在確定的電壓下通電，覺(jué)察左側(cè)溶液變藍(lán)色，一段時(shí)間后，藍(lán)色漸漸變淺。Ag＋>Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2ClO、NO 、MnO 等氧化性離子都可在陰極放電－3－4—2.電解的電極反響與電極、電解質(zhì)、交換膜、電壓等有關(guān)。2-1.與交換膜有關(guān)。如：電解裝置如以下圖，電解槽內(nèi)裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開(kāi)。在確定的電壓下通電，覺(jué)察左側(cè)溶液變藍(lán)色，一段時(shí)間后，藍(lán)色漸漸變淺。。以下說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是A．右側(cè)發(fā)生的電極方程式：2H2O+2e—==H2↑+2OH—B．電解完畢時(shí)，右側(cè)溶液中含有IO3—C．電解槽內(nèi)發(fā)生反響的總化學(xué)方程式KI+3H2O======KIO3+3H2↑D．假設(shè)用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜，電解槽內(nèi)發(fā)生的總化學(xué)方程式不變【解析】電解的電極反響為：陽(yáng)極2I——2e—==I2 左側(cè)溶液變藍(lán)色陰離子交換膜3I2+6OH—==IO3—+5I—+3H2O 一段時(shí)間后，藍(lán)色變淺陰離子交換膜向右側(cè)移動(dòng)陰極2H2O+2e—==H2↑+2OH— 電解總的離子方程式：I—+3H2O======IO3—+3H2↑假設(shè)用陽(yáng)離子交換膜代替陰離子交換膜：電極反響為：陽(yáng)極2I——2e—==I2 多余K+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜遷移至陰極陰極2H2O+2e—==H2↑+2OH— 電解總的離子方程式：2I—+2H2O======I2+2H2↑+2OH—類似于電解飽和NaCl溶液2-2.與外加電壓有關(guān)2-2-1.通直流電至電解質(zhì)溶(熔)液，電解不愿定能進(jìn)展，外加直流電的電壓必需到達(dá)電解質(zhì)溶(熔)液的最小分解電壓。例如：用Pt電極電解0.5mol/LH2SO4溶1.7V。而由其組成的原電池〔—〕Pt-H20.5mol/LH2SO4溶液O2-Pt〔+〕標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)為1.229V故而單個(gè)上述電池電解0.5mol/LH2SO4溶液(Pt作電極)是不能進(jìn)展的，除非將兩個(gè)這種電池串聯(lián)起來(lái)。2-2-2.電壓不同，電解產(chǎn)物可能不同例如：用FeNaOH溶液作電解質(zhì)溶液，電壓低時(shí)：Fe—2e—+2OH—=Fe(OH)2，電解法制備Fe(OH)2；電壓高且NaOH12mol/L時(shí)：Fe—6e—+8OH—=FeO42—+4H2O)FeO2—。42-2-3.電解質(zhì)溶液濃度不同，電解產(chǎn)物可能不同H2O2。工業(yè)上曾用電解法制過(guò)氧化氫：電解60%的硫酸(或硫酸氫銨)95%的雙氧水。由于隨硫酸濃度的增大，SO2—中帶1個(gè)單位負(fù)電荷的O(S—O—)失去1個(gè)e—，4S—O·，2S—O·S—O—O—S。2SO

2——2e—=SO2— —OS—O—O—SO—4 2 8 3 3HO—HＨ—OH(合成)(減少污染、除廢水廢氣中有害物質(zhì))習(xí)題4-1.電解C(CH2Br)4可制得4-1-1.寫(xiě)出陽(yáng)極反響式。4-1-2.畫(huà)出空間構(gòu)造，并命名。4-1-3.確定二氯代產(chǎn)物的數(shù)目(包括立體異構(gòu))，畫(huà)出具有內(nèi)消旋體的空間構(gòu)造?！敬鸢浮?-1-2.螺[2,2]戊烷4-1-1.C(CH2Br)4+4e—====4-1-2.螺[2,2]戊烷【解析】1,1-二氯螺[2,2]戊烷有對(duì)稱面，內(nèi)消旋體【解析】要求2個(gè)碳環(huán)相互垂直，每個(gè)H【解析】1,1-二氯螺[2,2]戊烷有對(duì)稱面，內(nèi)消旋體順-1,2-二氯螺[2,2]戊烷 反-1,2-二氯螺[2,2]戊烷有對(duì)稱面，內(nèi)消旋體 (1R,2S-) (1S,2R-)1,4-二氯螺[2,2]戊烷(2對(duì)對(duì)映異構(gòu))(1R,4S-) (1S,4R-) (1R,4R-) (1S,4S-)4-2.電解法除去工業(yè)廢水(H+NO3—)和廢氣(NO)電解裝置圖如下：4-2-1.a、b電極分別是 ；從a極流出溶液中含 ；電極反響為 。4-2-2.1mol電子，分析兩池中的質(zhì)量變化狀況。4-2-1.陰極：NO+5e—+6H+=NH4++H2O 陽(yáng)極：NO—3e—+2H2O=NO3—+4H+HNO3b極為陽(yáng)極，a極為陰極；a極流出的溶液是含NH4+NO3—的溶液4-2-2.1mole—1molH+b極遷a1/5molNO1/5molNH4+1/5molH2O，陰極區(qū)(左池)6g+1g=7gm(NH4+)+m(NH4+)+△m(H+)=1/5mol×2×18g/mol