第四章 化學反應與電能（知識清單）高二化學同步備課系列（人教版2019選擇性必修1）

第第頁第04章第04章化學反應與電能【一、【一、原電池】考點過關考點過關一、原電池1.原電池的構成條件(1)定義:能把轉(zhuǎn)化為的裝置。

(2)構成條件:2.原電池原理(以鋅銅原電池、硫酸銅溶液作電解質(zhì)溶液為例)電極名稱負極正極電極材料

電極反應式

電極質(zhì)量變化

反應類型反應

反應

電子流向由極沿導線流向極

電流方向從極沿導線流向極

離子移向陽離子移向極,陰離子移向極

二、原電池的應用1.加快氧化還原反應的速率構成原電池的反應速率比直接接觸的反應速率快,例如,在鋅與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液,CuSO4與鋅發(fā)生置換反應生成Cu,從而形成Cu-Zn微小,加快產(chǎn)生H2的速率。

2.比較金屬活動性強弱例如,有兩種金屬a和b,用導線連接后插入稀硫酸中,觀察到a極溶解,b極上有氣泡產(chǎn)生。由此可判斷出a是負極,b是正極,且金屬活動性:ab。

3.設計原電池理論上,任何一個自發(fā)的反應,都可以設計成原電池。

(a)外電路負極——化合價的物質(zhì)

正極——活潑性弱的物質(zhì),一般選碳棒(b)內(nèi)電路:電解質(zhì)溶液。【答案】一、1.(1)化學能電能(2)活潑性不同電解質(zhì)2.鋅片銅片Zn-2e-Zn2+Cu2++2e-Cu減小增大氧化還原負正正負正負二、1.原電池2.>3.氧化還原升高思考與交流：將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液用一個鹽橋連接起來,然后將鋅片和銅片用導線連接,并在中間串聯(lián)一個電流表,觀察現(xiàn)象。1.若將CuSO4溶液換成稀硫酸能形成電流嗎?【答案】能。2.可以將鋅銅原電池中的Cu電極換成石墨嗎?為什么?【答案】可以;因為Cu在該原電池中起到傳遞電子的作用,其本身并未參與電極反應,所以可以把Cu電極換成能導電的石墨。3.原電池輸出電能的能力,主要取決于什么?【答案】組成原電池的反應物的氧化還原能力。4.什么是鹽橋?取出鹽橋,電流表的指針有何變化?鹽橋有什么作用?【答案】鹽橋是裝有含KCl飽和溶液的瓊膠,膠體不移動,離子可在其中自由移動。取出鹽橋,電流表指針回到零點。鹽橋的作用:①構成閉合回路,形成原電池;②避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應,有利于最大限度地將化學能轉(zhuǎn)化為電能;③鹽橋中的陰、陽離子定向遷移,使電解質(zhì)溶液保持電中性,反應持續(xù)進行,能長時間穩(wěn)定放電。5.在原電池中,鹽橋中的陰、陽離子是如何移動的?為什么?【答案】以鋅銅原電池為例,負極Zn失電子生成Zn2+進入左池,因此左池中離子所帶的正電荷增多,我們知道電解質(zhì)溶液是保持電中性的,因此鹽橋中的陰離子向左移動即向負極移動,同樣的道理,鹽橋中的陽離子向右移動即向正極移動。三．原電池電極反應式、電池總反應式的書寫核心歸納設計原電池的一般步驟理論上能自發(fā)進行的氧化還原反應都可以設計成原電池。1.拆反應將氧化還原反應拆成氧化反應和還原反應兩個半反應,分別作原電池的負極和正極。2.確定電極材料若發(fā)生氧化反應的物質(zhì)為金屬單質(zhì),則可用該金屬直接作負極;若為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子,則可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負極。一般情況下,發(fā)生還原反應的電極材料的活潑性弱于負極材料。3.確定電解質(zhì)溶液一般選用反應物中的電解質(zhì)溶液即可。4.構成閉合回路典型例題例1.若將反應Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑設計成原電池(如圖),下列說法不正確的是()。A.該裝置實現(xiàn)了化學能轉(zhuǎn)化為電能B.b極表面發(fā)生了還原反應C.c溶液可以是ZnSO4溶液D.鹽橋中的Cl-移向右邊燒杯【答案】D【解析】A項,該裝置形成原電池,化學能轉(zhuǎn)化為電能,正確;B項,根據(jù)電子移動方向,確定a為負極,b為正極,b極發(fā)生還原反應,正確;C項,鋅作原電池的負極,所以c溶液可以是硫酸鋅,正確;D項,鹽橋中氯離子向負極移動,即向左邊燒杯移動,錯誤。例2.圖甲和圖乙均是雙液原電池裝置。下列說法不正確的是()。甲乙A.甲中電池總反應的離子方程式為Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq)B.可以發(fā)生反應:2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)C.鹽橋的作用是形成閉合回路,并使兩邊溶液保持電中性D.乙中有1mol電子通過外電路時,正極有108gAg析出【答案】B【解析】由甲可知Cd的活動性強于Co,由乙可知Co的活動性強于Ag,則Cd的活動性強于Ag,故Ag不能置換出Cd,B項錯誤。四、化學電源1.化學電源的分類是各種化學電源的雛形,常分為以下三類:

(1)一次電池:也叫作,放電后不可再充電。

(2)二次電池:又稱或蓄電池,放電后可以再充電而反復使用的電池。

(3)燃料電池:連續(xù)地將和的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源。

2.判斷電池優(yōu)劣的主要標準(1)比能量:單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的多少,單位是(W·h)·kg-1或(W·h)·L-1。

(2)比功率:單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的大小,單位是W·kg-1或W·L-1。

(3)電池可儲存時間的長短。3.化學電池的回收利用廢舊電池中含有大量的、酸和堿等有害物質(zhì),隨處丟棄會給土壤、水源等造成嚴重的污染。廢舊電池要進行回收利用。

4.化學電源的發(fā)展方向小型化、供電方便、工作壽命長、不需要維護的電池受到人們的青睞。如鎳氫電池、鋰離子電池等。五、一次電池:鋅錳干電池普通鋅錳干電池堿性鋅錳干電池示意圖構造負極:鋅正極:石墨棒電解質(zhì):氯化銨和氯化鋅負極:鋅粉正極:二氧化錳電解質(zhì):氫氧化鉀工作原理極:Zn-2e-+2NH4+Zn(NH3)2正極:

總反應:Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)負極:

正極:2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-總反應:Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2六、二次電池1.鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池是常見的二次電池,其放電反應和充電反應表示如下:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O(1)負極是,正極是,電解質(zhì)溶液是溶液。

(2)放電反應原理①負極反應是。

②正極反應是。

③放電過程中,負極質(zhì)量的變化是,H2SO4溶液的濃度。

(3)充電反應原理①負極(還原反應)反應是PbSO4+2e-Pb+SO42?②正極(氧化反應)反應是PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++SO42?③充電時,鉛酸蓄電池正極與直流電源極相連,負極與直流電源極相連。即“負極接負極,正極接正極”。

2.鋰離子電池電極電極反應負極嵌鋰石墨(LixCy):LixCy-xe-xLi++Cy正極鈷酸鋰(LiCoO2):Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2總反應LixCy+Li1-xCoO2LiCoO2+Cy反應過程:放電時,Li+從石墨中脫嵌移向正極,嵌入鈷酸鋰晶體中,充電時,Li+從鈷酸鋰晶體中脫嵌,由正極回到負極,嵌入石墨中。這樣在放電、充電時,鋰離子往返于電池的正極、負極之間,完成與的相互轉(zhuǎn)化。

七、燃料電池1.燃料電池燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源。電極本身不包含活性物質(zhì),只是一個催化轉(zhuǎn)化元件。燃料電池工作時,燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給,在電極上不斷地進行反應,生成物不斷地被排出,于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。2.氫氧燃料電池(1)基本構造(2)工作原理酸性電解質(zhì)(H2SO4)堿性電解質(zhì)(KOH)負極反應

正極反應

總反應2H2+O22H2O3.能量轉(zhuǎn)換所有的燃燒均為放熱反應,若能量以的形式向外釋放,則形成燃料電池,所以燃料電池的總方程式類似燃燒的總方程式,只不過條件不同而已。

理論上來說,所有的燃燒反應均可設計成,所以燃料電池的燃料除氫氣外,還有烴、肼、甲醇、氨、煤氣等氣體或液體,且能量轉(zhuǎn)化率超過80%,由燃料電池組合成的發(fā)電站被譽為“綠色發(fā)電站”。

【答案】四、1.原電池(1)干電池(2)可充電電池(3)燃料氧化劑2.(1)電能(2)功率3.重金屬五、2MnO2+2H++2e-2MnO(OH)Zn+2OH--2e-Zn(OH)2六、1.(1)PbPbO2H2SO4(2)①Pb+SO42?-2e-PbSO4②PbO2+4H++SO42?+2e-PbSO4+2H七、2.(2)2H2-4e-4H+2H2-4e-+4OH-4H2OO2+4e-+4H+2H2OO2+4e-+2H2O4OH-3.電燃料電池思考與交流：1.一次電池和二次電池有什么區(qū)別?【答案】一次電池不可以充電;二次電池可以充電,可重復使用。2.對比普通鋅錳電池和堿性鋅錳電池,分析堿性鋅錳電池的優(yōu)點?！敬鸢浮繅A性鋅錳電池的優(yōu)點:單位質(zhì)量輸出的電能多且儲存時間長,能提供較大電流并連續(xù)放電。3.堿性鋅錳電池是一種常用的一次電池,總反應式為Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2。寫出該電池的電極反應式?！敬鸢浮控摌O反應:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2;正極反應:2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-。4.以氫氧燃料電池為例,寫出正、負極反應物與當電解質(zhì)溶液為KOH溶液時的電極反應式?！敬鸢浮控摌O反應物是氫氣,正極反應物是氧氣。負極:2H2-4e-+4OH-4H2O;正極:O2+4e-+2H2O4OH-。5.當氫氧燃料電池的電解質(zhì)溶液為稀硫酸時,寫出電極反應式?！敬鸢浮控摌O:2H2-4e-4H+;正極:O2+4H++4e-2H2O。6.電解質(zhì)溶液的酸堿性對書寫電極反應式有何影響?【答案】堿性溶液中電極反應式不出現(xiàn)H+,酸性溶液中電極反應式不出現(xiàn)OH-。7.酸性和堿性氫氧燃料電池中,反應進行一段時間后電解質(zhì)溶液的pH分別如何變化?【答案】酸性燃料電池中溶液的pH變大,堿性燃料電池中溶液的pH變小。核心歸納燃料電池電極反應式的書寫1.正極反應式的書寫正極通入的氣體一般是氧氣,發(fā)生還原反應:O2+4e-2O2-。根據(jù)電解質(zhì)的不同,分以下四種情況:(1)在酸性溶液中生成水:O2+4H++4e-2H2O。(2)在堿性溶液中生成OH-:O2+2H2O+4e-4OH-。(3)在固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2-)中生成O2-:O2+4e-2O2-。(4)在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)中生成CO32?:O2+2CO2+4e-2CO2.負極反應式的書寫負極通入的是燃料,發(fā)生氧化反應,負極生成的離子一般與正極產(chǎn)物結(jié)合,有以下幾種情況:(1)若負極通入的氣體是氫氣,則①酸性溶液中:H2-2e-2H+。②堿性溶液中:H2+2OH--2e-2H2O。③熔融氧化物中:H2+O2--2e-H2O。(2)若負極通入的氣體為含碳的化合物,如CO、CH4、CH3OH等,碳元素均轉(zhuǎn)化為正四價碳的化合物,在酸性溶液中生成CO2,在堿性溶液中生成CO32?,在熔融碳酸鹽中生成CO2,在熔融活潑金屬氧化物中生成CO2;含有的氫元素最終生成水。根據(jù)碳元素化合價的改變寫出失去的電子數(shù),再根據(jù)電荷守恒和原子守恒即可寫出電極反應式。如CH3OH燃料電池負極反應式在酸性溶液中為CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+,在堿性溶液中為CH3OH+8OH--6e-CO32?+6H典型例題例1.堿性鋅錳電池的總反應為Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列說法正確的是()。A.Zn為正極,MnO2為負極B.該電池為二次電池C.負極的電極反應為Zn+2OH--2e-Zn(OH)2D.工作時電子由MnO2經(jīng)外電路流向Zn【答案】C【解析】A項,堿性鋅錳電池的總反應為Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2,Zn元素的化合價升高,失去電子,被氧化,則Zn為負極,Mn元素的化合價降低,得到電子,被還原,MnO2為正極,錯誤;B項,堿性鋅錳電池為一次電池,錯誤;C項,Zn為負極,Zn失去電子轉(zhuǎn)化為Zn(OH)2,負極的電極反應為Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,正確;D項,Zn為負極,MnO2為正極,原電池中電子從負極經(jīng)導線流向正極,則工作時電子由Zn經(jīng)外電路流向MnO2,錯誤。例2.直接H2O2-H2O2燃料電池是一種新型化學電源,其工作原理如圖所示。電池放電時,下列說法不正確的是()。A.電極Ⅰ為負極B.電極Ⅱ的反應為H2O2+2H+-2e-2H2OC.電池總反應為2H2O2O2↑+2H2OD.該電池的設計利用了H2O2在酸堿性不同條件下氧化性、還原性的差異【答案】B【解析】由K+向電極Ⅱ所在區(qū)域遷移可知,電極Ⅱ為正極,發(fā)生還原反應,電極Ⅰ為負極,發(fā)生氧化反應;正極的電極反應為H2O2+2H++2e-2H2O,負極的電極反應為H2O2+2OH--2e-O2↑+2H2O。A項,電極Ⅰ為負極,正確;B項,電極Ⅱ為正極,發(fā)生還原反應:H2O2+2H++2e-2H2O,錯誤;C項,電池總反應為2H2O2O2↑+2H2O,正確;D項,該電池的設計利用了H2O2在酸堿性不同條件下氧化性、還原性的差異,正確。【二、【二、電解池】】考點過關考點過關一、電解原理實驗探究:電解CuCl2溶液實驗裝置實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論原因分析(a、b均為石墨)電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明電解質(zhì)溶液導電,形成閉合回路電解質(zhì)溶液導電的過程就是被電解的過程與負極相連的b極上逐漸覆蓋了一層紅色物質(zhì)析出

陰極:(還原反應)

與正極相連的a極上有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生,能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{產(chǎn)生了

陽極:(氧化反應)

電極名稱(1)陰極:與直流電源負極相連的電極;(2)陽極:與直流電源正極相連的電極1.通電前(1)電解質(zhì)的電離氯化銅的電離:(2)溶液中存在的離子有,通電前離子在溶液中作運動。

2.通電時(兩電極材料均為石墨)(1)在電場的作用下,溶液中的離子作運動,即Cl-、OH-移向極,Cu2+、H+移向極。

(2)離子的放電陰極反應:總反應:。

二、電解和電解池1.電解:使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陽極、陰極引起的過程。

2.電解池(1)將轉(zhuǎn)化為的裝置(也稱電解槽)。

(2)兩個電極陰極:與電源極相連的電極,在該電極上發(fā)生反應。

陽極:與電源極相連的電極,在該電極上發(fā)生反應。

3.電解池的構成條件(1);(2);(3)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì);(4)形成閉合回路。

4.電解原理5.陰、陽兩極上放電順序(1)陰極:與電極材料無關,氧化性強的先放電。放電順序:(2)陽極:若是活性電極作陽極,則活性電極首先失電子,發(fā)生氧化反應。若是惰性電極作陽極,放電順序:【答案】一、金屬銅Cu2++2e-Cu氯氣2Cl--2e-Cl2↑1.(1)CuCl2Cu2++2Cl-H2OH++OH-(2)Cu2+、Cl-、H+、OH-自由2.(1)定向陽陰(2)Cu2++2e-Cu還原2Cl--2e-Cl2↑氧化CuCl2Cu+Cl2↑二、1.氧化還原反應2.(1)電能化學能(2)負還原正氧化3.(1)直流電源(2)兩個電極三.電解池陰、陽極的判斷四.電極產(chǎn)物的判斷及有關反應式的書寫1.首先判斷陰、陽極,分析陽極材料是惰性電極還是活性電極。2.再分析電解質(zhì)水溶液的組成,找全離子并分陰、陽兩組(勿忘記水溶液中的H+和OH-)。3.排出陰、陽兩極的放電順序4.分析電極反應,判斷電極產(chǎn)物,寫出電極反應式,要注意遵循原子守恒、電荷守恒和電子守恒。5.寫出電解總反應,在兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相同的前提下,兩極反應相加即可得總反應的化學方程式或離子方程式。核心歸納1.惰性電極電解電解質(zhì)溶液的四種類型類型電極反應特點電解質(zhì)溶液電解對象電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復原電解水型陰極:2H2O+2e-H2↑+2OH-陽極:2H2O-4e-O2↑+4H+強堿(如NaOH)水增大增大加水含氧酸(如H2SO4)水增大減小加水活潑金屬的最高價含氧酸鹽(如Na2SO4)水增大不變加水電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電部分無氧酸(如HCl)電解質(zhì)減小增大通入HCl氣體不活潑金屬的無氧酸鹽(如CuCl2)電解質(zhì)減小-加CuCl2放H2生堿型陰極:H2O放H2生成堿陽極:電解質(zhì)陰離子放電活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大通入HCl氣體放O2生酸型陰極:電解質(zhì)陽離子放電陽極:H2O放O2生成酸不活潑金屬的最高價含氧酸鹽(如CuSO4)電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小加CuO2.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液前后溶液pH的變化規(guī)律有氫無氧增堿性,有氧無氫增酸性,有氫有氧增原性,無氫無氧減原性典型例題例1.用惰性電極進行電解,下列說法正確的是()。A.電解稀硫酸,實質(zhì)上是電解水,故溶液pH不變B.電解稀NaOH溶液,要消耗OH-,故溶液pH減小C.電解NaNO3溶液,在陰極上和陽極上生成氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2D.電解CuCl2溶液,在陰極上和陽極上生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1【答案】D【解析】電解稀硫酸,實質(zhì)上是電解水,溶劑的質(zhì)量減小,溶質(zhì)的質(zhì)量不變,所以溶液的濃度增大,H+的濃度增大,溶液的pH變小,A項錯誤;電解稀NaOH溶液,實質(zhì)上是電解水,溶劑的質(zhì)量減小,溶質(zhì)的質(zhì)量不變,所以溶液的濃度增大,OH-的濃度增大,溶液的pH變大,B項錯誤;電解NaNO3溶液,實質(zhì)上是電解水,陰極上H+得電子生成氫氣,陽極上OH-失電子生成氧氣,根據(jù)得失電子守恒,在陰極上和陽極上生成氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2∶1,C項錯誤;電解CuCl2溶液時,陰極上Cu2+得電子生成銅,陽極上Cl-失電子生成氯氣,根據(jù)得失電子守恒,在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1,D項正確。例2.在熔融鹽體系中,通過電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi),電解裝置如圖,下列說法正確的是()。A.石墨電極為陰極,發(fā)生氧化反應B.電極A的電極反應:8H++TiO2+SiO2+8e-TiSi+4H2OC.該體系中,石墨優(yōu)先于Cl-參與反應D.電解時,陽離子向石墨電極移動【答案】C【解析】由圖可知,在外加電源下石墨電極上C轉(zhuǎn)化為CO,失電子發(fā)生氧化反應,為陽極,與電源正極相連,則電極A作陰極,TiO2和SiO2獲得電子產(chǎn)生電池材料(TiSi),電極反應為TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-。A項,在外加電源下石墨電極上C轉(zhuǎn)化為CO,失電子發(fā)生氧化反應,為陽極,錯誤;B項,電極A的電極反應為TiO2+SiO2+8e-TiSi+4O2-,錯誤;C項,根據(jù)圖中信息可知,該體系中,石墨優(yōu)先于Cl-參與反應,正確;D項,電解池中石墨電極為陽極,陽離子向陰極移動,錯誤。五、電解飽和食鹽水1.電解飽和食鹽水的原理通電前:溶液中的離子是。

通電后:①移向陽極的離子是Cl-、OH-,Cl-比OH-容易失去電子,被氧化成氯氣。陽極:(氧化反應)。

②移向陰極的離子是Na+、H+,H+比Na+容易得到電子,被還原成氫氣。其中H+是由電離產(chǎn)生的。

陰極:(還原反應)。

③總反應:化學方程式為;

離子方程式為。

2.氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程燒堿、氯氣都是重要的化工原料,習慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫作工業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)中,電解飽和食鹽水的反應在中進行。

①陽離子交換膜電解槽②陽離子交換膜的作用:只允許Na+等陽離子通過,不允許Cl-、OH-等陰離子及氣體分子通過,可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸,也能避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉反應而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量和純度。3.氯堿工業(yè)產(chǎn)品及其應用(1)氯堿工業(yè)產(chǎn)品主要有、、、鹽酸、含氯漂白劑。

(2)以電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業(yè)產(chǎn)品在有機合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染、農(nóng)藥、金屬冶煉等領域中應用廣泛。六、電鍍與電解精煉1.電鍍是一種利用原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的加工工藝。電鍍的主要目的是使金屬增強抗腐蝕能力,增加表面硬度和美觀。

2.電鍍銅3.電解精煉銅七、電冶金1.金屬冶煉的本質(zhì):使礦石中的金屬離子獲得電子變成的過程。如Mn++ne-M。

2.電解法用于冶煉較活潑的金屬(如鉀、鈉、鎂、鋁等),但不能電解其鹽溶液,應電解其態(tài)鹽或氧化物。

如電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉:陽極:2Cl--2e-Cl2↑;陰極:Na++e-Na;總反應:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。【答案】五、1.Na+、Cl-、H+、OH-①2Cl--2e-Cl2↑②水2H2O+2e-H2↑+2OH-③2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-2.氯堿離子交換膜電解槽3.NaOHCl2H2六、電解Cu待鍍金屬制品Cu2+Cu-2e-Cu2+Cu2++2e-Cu粗銅純銅Zn-2e-Zn2+Fe-2e-Fe2+Cu-2e-Cu2+Cu2++2e-Cu七、1.金屬單質(zhì)2.熔融核心歸納1.電解飽和食鹽水電解飽和食鹽水原理示意圖符號表征陽極反應2Cl--2e-Cl2↑陰極反應2H2O+2e-H2↑+2OH-總反應離子方程式2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-總反應化學方程式2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH2.電鍍與銅的電解精煉的比較電鍍電解精煉銅概念電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法運用電解的方法將粗銅提煉為純銅主要目的使金屬增強抗腐蝕能力、增大表面硬度等將粗銅提煉為純銅示意圖電鍍電解精煉銅陽極鍍層金屬粗銅陰極待鍍金屬純銅電解質(zhì)含鍍層金屬陽離子CuSO4溶液陽極Cu-2e-Cu2+Zn-2e-Zn2+,比銅活潑的金屬雜質(zhì)以陽離子形式殘留在溶液中;Cu-2e-Cu2+,不如銅活潑的金屬雜質(zhì)形成陽極泥陰極Cu2++2e-CuCu2++2e-Cu電解質(zhì)溶液的濃度變化CuSO4溶液的濃度不變CuSO4溶液的濃度減小3.電冶煉鈉、鎂、鋁的原理,填寫表中空格。總反應的化學方程式陽極、陰極反應冶煉鈉2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑陽極:

陰極:

冶煉鎂MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑陽極:

陰極:

冶煉鋁2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑(冰晶石的作用是作Al2O3的助熔劑)陽極:

陰極:

【答案】2Cl--2e-Cl2↑2Na++2e-2Na2Cl--2e-Cl2↑Mg2++2e-Mg6O2--12e-3O2↑4Al3++12e-4Al4.電化學計算常用的三種方法(1)根據(jù)總反應式計算先寫出電極反應式,再寫出總反應式,最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。(2)根據(jù)電子守恒計算①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算,其依據(jù)是電路中通過的電子數(shù)相等。②用于混合溶液中電解的分階段計算。(3)根據(jù)關系式計算根據(jù)得失電子守恒關系建立起已知量與未知量之間的橋梁,構建計算所需的關系式。通過4mole-為基準可構建電極產(chǎn)物之間的如下關系式:典型例題例1.以熔融鹽為電解液,以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解,實現(xiàn)Al的再生,該過程()。A.陰極發(fā)生的反應為Mg-2e-Mg2+B.陰極上Al被氧化C.在電解槽底部產(chǎn)生含Cu的陽極泥D.陽極和陰極的質(zhì)量變化相等【答案】C【解析】根據(jù)電解原理可知,電解池中陽極發(fā)生失電子的氧化反應,陰極發(fā)生得電子的還原反應,該題中以熔融鹽為電解液,含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解,通過控制一定的條件,可使陽極區(qū)Mg和Al發(fā)生失電子的氧化反應,分別生成Mg2+和Al3+,Cu和Si不參與反應,陰極區(qū)Al3+得電子生成Al單質(zhì),從而實現(xiàn)Al的再生。A項,陰極應該發(fā)生得電子的還原反應,Mg在陽極失電子生成Mg2+,錯誤;B項,Al在陽極上被氧化生成Al3+,錯誤;C項,陽極材料中Cu和Si不參與氧化反應,在電解槽底部可形成陽極泥,正確;D項,因為陽極除了鋁參與電子轉(zhuǎn)移,鎂也參與了電子轉(zhuǎn)移,且還會形成陽極泥,而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質(zhì),根據(jù)電子守恒及元素質(zhì)量守恒可知,陽極與陰極的質(zhì)量變化不相等,錯誤。例2.一種電解精煉廢鋼的工藝原理如圖所示,通過O2-在兩極間的定向移動可實現(xiàn)廢鋼脫碳從而得到超低碳鋼,同時還可以回收硅作為副產(chǎn)品。下列說法錯誤的是()。A.電解時,M為電源的負極B.不能選用稀硫酸作為電解質(zhì)溶液C.電解時,陽極發(fā)生的電極反應為C+O2--2e-CO↑D.若有1molO2-移向廢鋼電極,則爐渣電極所得硅的質(zhì)量為28g【答案】D【解析】根據(jù)題意可知,該裝置可回收硅,因而產(chǎn)生硅單質(zhì)的爐渣一極為得電子的陰極,連接的M極為負極,而連接廢鋼的N極為正極。A項,根據(jù)分析可知,M為電源負極,正確;B項,廢鋼中含有大量Fe,稀H2SO4會與之反應,不能選用稀硫酸作為電解質(zhì)溶液,正確;C項,電解時,陽極上C失電子產(chǎn)生CO,發(fā)生的電極反應為C+O2--2e-CO↑,正確;D項,若有1molO2-移向廢鋼電極,由串聯(lián)電路中電流相等可知,轉(zhuǎn)移電子為2mol,陰極的電極反應為12SiOxn?+(x-n2)e-12Si+12xO2-,x?n22mol=12nSi,n【三、【三、金屬的腐蝕與防護】】考點過關考點過關一、金屬的腐蝕1.概念:金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生反應而引起損耗的現(xiàn)象。其實質(zhì)是金屬原子失去電子變?yōu)?金屬發(fā)生。

2.根據(jù)與金屬接觸的氣體或液體不同,金屬腐蝕可分為兩類:(1)化學腐蝕:金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接而引起的腐蝕。腐蝕的速率隨溫度升高而增大。

(2)電化學腐蝕:當不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時會發(fā)生反應,比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應而被腐蝕。

3.鋼鐵的電化學腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述條件水膜酸性較

水膜酸性很或呈性

負極Fe-2e-Fe2+正極

總反應

后續(xù)反應最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O),反應為4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O聯(lián)系通常兩種腐蝕同時存在,但后者更普遍二、金屬的防護1.改變金屬材料的組成在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優(yōu)異的合金。如普通鋼加入鎳、鉻制成不銹鋼,鈦合金不僅具有優(yōu)異的抗腐蝕性能且具有良好的生物相容性。2.在金屬表面覆蓋保護層在金屬表面覆蓋致密的保護層,將金屬制品與周圍物質(zhì)隔開是一種普遍采用的防護方法。如:在鋼鐵制品表面噴油漆,涂礦物性油脂,覆蓋搪瓷等;電鍍鋅、錫、鉻、鎳等,利用化學方法、離子注入法、表面滲鍍等方式在金屬表面形成穩(wěn)定的鈍化膜。3.電化學保護法金屬在發(fā)生電化學腐蝕時,總是作為原電池負極(陽極)的金屬被腐蝕,作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕,如果能使被保護的金屬成為陰極,該金屬就不易被腐蝕。(1)犧牲陽極法原理:原理。

要求:被保護的金屬作極,活潑性更強的金屬作極。

應用:鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊。(2)外加電流法原理:電解池原理。要求:被保護的金屬作為極,與電源的極相連。

應用:鋼鐵閘門、高壓線鐵架、地下管道連接直流電源的負極?！敬鸢浮恳弧?.氧化還原陽離