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文檔簡介

考點一原電池的工作原理

1.概念和反應(yīng)本質(zhì)

原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。

2.原電池的構(gòu)成條件

(1)一看反應(yīng):看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活潑性強的

金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。

(2)二看兩電極:一般是活潑性不同的兩電極。

(3)三看是否形成閉合回路,形成閉合回路需三個條件:①電解質(zhì)溶液;②

兩電極直接或間接接觸;③兩電極插入電解質(zhì)溶液中。

3.工作原理

以鋅銅原電池為例

ZnSO,溶液

I

(1)反應(yīng)原理

電極名稱負極正極

電極材料鋅片銅片

電極反應(yīng)Zn—2e----ZirCu2++2e——Cu

反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)

電子流向由Zn片沿導(dǎo)線流向Cu片

鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KC1溶液,K+移向正極,crWflft

(2)鹽橋的組成和作用

①鹽橋中裝有飽和的KCLKNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。

②鹽橋的作用:①連接內(nèi)電路,形成閉合回路;②平衡電荷,使原電池不

斷產(chǎn)生電流。

(3)圖I中Zn在CuS04溶液中直接接觸Cu2+,會有一部分Zn與CIJ2+直接

反應(yīng),該裝置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化,又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱

能,裝置的溫度會升高。

圖n中Zn和CuSCU溶液分別在兩個池子中,Zn與CLJ2+不直接接觸,不存

在Zn與Cu2+直接反應(yīng)的過程,所以僅是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能,電流穩(wěn)定,

且持續(xù)時間長。

關(guān)鍵點:鹽橋原電池中,還原劑在負極區(qū),而氧化劑在正極區(qū)。

【深度思考】

1.原電池正'負極判斷方法

較不活該金

一電極材料

|較話談去黑h屬或豐金屬

|復(fù)化反應(yīng)卜

T遷原反應(yīng)卜電池反應(yīng)

I電子流出卜T負班卜匚I正枝|-T也于流入卜~電孑■流向

(外電路)

I不斷溶斛卜|電極增重

-或有氣體.反應(yīng)現(xiàn)象

明離子移向

P產(chǎn)生等

U陽高子容向】?■離子移向

(內(nèi)電路)

[:q作〒傳司同]

說明原電池的正極和負極與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān),

不要形成“活潑電極一定作負極”的思維定勢。

2.當(dāng)氧化劑得電子速率與還原劑失電子速率相等時,可逆反應(yīng)達到化學(xué)平

衡狀態(tài),電流表指針示數(shù)為零;當(dāng)電流表指針往相反方向偏轉(zhuǎn),暗示電路

中電子流向相反,說明化學(xué)平衡移動方向相反。

考點二原電池原理的“四”個基本應(yīng)用

1.用于金屬的防護

使被保護的金屬制品作原電池正圾而得到保護。例如,要保護一個鐵質(zhì)的

輸水管道或鋼鐵橋梁等,可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連,使鋅作原電池的

負極。

2.設(shè)計制作化學(xué)電源

(1)首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)。

(2)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點,結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負極材料和電解質(zhì)溶

液。

3.比較金屬活動性強弱

兩種金屬分別作原電池的兩極時,一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。

4.加快氧化還原反應(yīng)的速率

一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng),設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率增大。例如,在

Zn與稀H2s。4反應(yīng)時加入少量CuS04溶液能使產(chǎn)生出的反應(yīng)速率加快。

1.將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸,同時向a中加入少量

的CuSCU溶液,請畫出產(chǎn)生比的體積!/(!_)與時間t(min)的關(guān)系圖像。

答案孚【浮回

【反思歸納】

改變Zn與H+反應(yīng)速率的方法

⑴加入Cu或CuSCU,形成原電池,加快反應(yīng)速率,加入Cu不影響Zn的

量,但加入CuSCU,Zn的量減少,是否影響產(chǎn)生H2的量,應(yīng)根據(jù)Zn、H

+的相對量多少判斷。

(2)加入強堿弱酸鹽,由于弱酸根與H+反應(yīng),使c(H+)減小,反應(yīng)速率減小,

但不影響生成H2的量。

“裝置圖”常見失分點提示

1.不注明電極材料名稱或元素符號。

2.不畫出電解質(zhì)溶液(或畫出但不標(biāo)注)。

3.誤把鹽橋畫成導(dǎo)線。

4.不能連成閉合回路。

考點三化學(xué)電源

1.日常生活中的三種電池

⑴堿性鋅錦干電池一一一次電池

正極反應(yīng):2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-;

負極反應(yīng):Zn+20H-2e==Zn(OH)2;

總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O==2MnOOH+Zn(OH)2o

(2)鋅銀電池一一一次電池

負極反應(yīng):Zn+20H-2e==Zn(OH)2;

--

正極反應(yīng):Ag2O+H2O+2e==2Ag+2OH;

總反應(yīng):Zn+Ag20+H20=Zn(0H)2+2Ago

⑶二次電池(可充電電池)

鉛蓄電池是最常見的二次電池,負極材料是比,正極材料是PbO2。

①放電時的反應(yīng)

_2—

a.負極反應(yīng):Pb+SO4—2e-=PbSO4;

一2—

+-

b.正極反應(yīng):PbO2+4H+SO^4+2e==PbSO4+2H2O;

c.總反應(yīng):Pb+PbC)2+2H2so4=2PbSO4+2H2。。

②充電時的反應(yīng)

a.陰極反應(yīng):PbSO4+2e-===Pb+SO-4;

-+

b.陽極反應(yīng):PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H+SO^4;

c.總反應(yīng):2PbSO4+2H2O===Pb+PbO2+2H2so4。

注:可逆電池的充、放電不能理解為可逆反應(yīng)。

2.“高效'環(huán)境友好”的燃料電池

氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,可分酸性和堿性兩種。

種類酸性堿性

負極反應(yīng)式-+

2H2-4e=4H2H2+4OH--4e-=4H2O

正極反應(yīng)式+-

O2+4e+4H=2H2OO2+2H2O+4e==4OH

電池總反應(yīng)式

2H2+O2-2H2O

燃料電池的電極不參與反應(yīng)工很強的催化活羋礴后誓乍

備注

【深度思考】

1.化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般步驟

“加減法”書寫電極反應(yīng)式

⑴先確定原電池的正、負極,列出正、負極上的反應(yīng)物質(zhì),并標(biāo)出相同數(shù)目電

子的得失。

⑵注意負極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存,

則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負極反應(yīng)式;若正極上的反應(yīng)物質(zhì)是。2,且

電解質(zhì)溶液為中性或堿性,則水必須寫入正極反應(yīng)式中,且02生成0H,若電

解質(zhì)溶液為酸性,則H+必須寫入正極反應(yīng)式中,。2生成水。

⑶正、負極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)式。若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式,

可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式,然后在電子守恒的基礎(chǔ)上,總反應(yīng)式減

去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式,即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。

⑷燃料電池的電極反應(yīng)中,酸性溶液中不能出現(xiàn)0H,堿性溶液中不能出現(xiàn)H+,

水溶液中不能出現(xiàn)02,而熔融電解質(zhì)中。2被還原為

2.鋰離子電池充放電分析

常見的鋰離子電極材料

正極材料:LiM02(M:Co、Ni、Mn等)

LiM2O4(M:Co、Ni、Mn等)

LiMPO4(M:Fe等)

負極材料:石墨(能吸附鋰原子)

負極反應(yīng):LixCn—xe—=xLi++nC

正極反應(yīng):Lii-xMC)2+xLi++xe-=LiMC)2

總反應(yīng):Lii-xMCh+LixCn放電nC+LiM02。

考點四電解的原理

1.電解定義

在電流作用下,電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。

2.能量轉(zhuǎn)化形式

電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

3.電解池

⑴構(gòu)成條件

①有與電源相連的兩個電極。

②電解質(zhì)溶液(或熔融鹽)O

③形成閉合回路。

⑵電極名稱及電極反應(yīng)式(如圖)

電源

石墨

電極名稱:陽極「電極名稱:陰極

反應(yīng)類型:氧化反應(yīng)反應(yīng)類型:還原反應(yīng)

電極反應(yīng)式:電極反應(yīng)式:Cu"+2e-=Cu

2Cl--2e-=C12t卬字化字園

CuCM容液

⑶電子和離子的移動方向

特別提醒電解時,在外電路中有電子通過,而在溶液中是依靠離子定向移動形

成電流,即電子本身不會通過電解質(zhì)溶液。

4.分析電解過程的思維程序

⑴首先判斷陰、陽極,分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。

⑵再分析電解質(zhì)水溶液的組成,找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的

酎和0K)。

⑶然后排出陰、陽兩極的放電順序

陰極:陽離子放電順序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(I?)>Fe2+>Zn2+>H+(zK)>AI3+>Mg2+>Na

+>Ca2+>K+o

陽極:活潑電極>S2—>「油廠>C「>OFF>含氧酸根離子。

注意①陰極不管是什么材料,電極本身都不反應(yīng),一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中

的陽離子放電。②最常用、最重要的放電順序:陽極:CI->OH;陰極:Ag+>Cu2

+>H+o③電解水溶液時,K+?AF+不可能在陰極放電,即不可能用電解水溶液的

方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。

⑷分析電極反應(yīng),判斷電極產(chǎn)物,寫出電極反應(yīng)式,要注意遵循原子守恒和電

荷守恒。

⑸最后寫出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。

深度思考

1.用分析電解過程的思維程序分析電解下列物質(zhì)的過程,并總結(jié)電解規(guī)律(用惰

性電極電解)。

⑴電解水型

電解質(zhì)(水電解電解質(zhì)溶液

電極方程式總化學(xué)方程式溶液復(fù)原

溶液)物質(zhì)濃度PH

含氧酸(如

減小加旦也

H2s04)

強堿(如陽極:

增大加H2。

NaOH)4OH--4e-

=O2t+2氏0電解

H20增大

活潑金屬的陰極:2H2O^=O2f+2H2f

含氧酸鹽4H++4e-

=2Ht不變加壓。

(如KNO3、2

Na2sO”':二中學(xué)化學(xué)園

①電解水型電解一段時間后,其電解質(zhì)的濃度一定增大嗎?舉例說明。

答案不一定,如用惰性電極電解飽和Na2s。4溶液,一段時間后會析出Na2SO4-10

山0晶體,剩余溶液仍為該溫度下的飽和溶液,此時濃度保持不變。

②用惰性電極電解飽和Na2s。4溶液,一段時間后,析出wgNa2s。4口0七0晶體,

陰極上放出ag氣體,貝U飽和Na2so4溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為。

答案161(w+9aX100%

解析2H2。電解2H2t+02t

aa

2mol2mol

被電解的水的質(zhì)量為9ag

被電解的水與wg晶體組成該溫度下的飽和溶液

71w

其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為322X100%=161(w+9aX100%。

(2)電解電解質(zhì)型

電解質(zhì)(水電解總化學(xué)方電解質(zhì)溶液復(fù)

電極方程式溶液pH

溶液)物質(zhì)程式濃度原

陽極:2c廠一

無氧酸(如2HC1

2e-=Chf通入HC1

HC1),除HF酸增大

陰極:2H++氣體

2e-=H2t+CLt

減小

不活潑金屬陽極:「一\

2CCuCl

的無氧酸鹽-2

2e-Cl2t士卜電解「加CuCC

(如)陰極:Cu2++--------Cu二學(xué)

CuCl2,忑匚18Al

除氟化物外2e-=Cu+CI2t\

⑶放H2生堿型

電解質(zhì)(水溶電解總化學(xué)方電解質(zhì)溶液溶液

電極方程式

液)物質(zhì)程式濃度pH復(fù)原

陽極:2c「2CF+

—2e-2H2。

活潑金屬的無通入

=C1f水和電解生成新

氧酸鹽(如2增大HC1

陰極:2H+鹽Clt+電解質(zhì)

NaCI)2氣體

+2e~Ht+

2'七中學(xué)化學(xué)園

——H2t2OH-

要使電解后的NaCI溶液復(fù)原,滴加鹽酸可以嗎?

答案不可以,電解NaCI溶液時析出的是等物質(zhì)的量的CL和出,所以應(yīng)通入

氯化氫氣體,加入鹽酸會引入過多的水。

⑷放02生酸型

電解質(zhì)解總化學(xué)方電解質(zhì)溶液

電極方程式溶液復(fù)原

(水溶液)物程式濃度pH

質(zhì)

陽極:4OH-

2CU2++

—4e-

不活潑金屬2H2O

=2HO+水和生成新加CuO或

的含氧酸鹽2電解減小

Ot鹽-------2Cu電解質(zhì)CuCO3

(如CuSO)2

4陰極:。?++。2t+

2中學(xué)化學(xué)園

+4e-=2Cu4H+

1.做到“三看”,正確書寫電極反應(yīng)式

⑴一看電極材料,若是金屬(Au、Pt除外)作陽極,金屬一定被電解(注:Fe生成

2+

Fe)o

(2)二看介質(zhì),介質(zhì)是否參與電極反應(yīng)。

⑶三看電解質(zhì)狀態(tài),若是熔融狀態(tài),就是金屬的電冶煉。

2.規(guī)避“三個”失分點

⑴書寫電解池中電極反應(yīng)式時,一般以實際放電的離子表示,但書寫總電解反

應(yīng)方程式時,弱電解質(zhì)要寫成分子式。

⑵要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同,且應(yīng)注明條件“電解”。

⑶電解水溶液時,應(yīng)注意放電順序中H+、OH-之后的離子一般不參與放電。

考點五電解原理的應(yīng)用

1.電解飽和食鹽水

⑴電極反應(yīng)

陽極反應(yīng)式:2d—2e=CI2t(氧化反應(yīng))

陰極反應(yīng)式:2H++21=山t(還原反應(yīng))

(2)總反應(yīng)方程式

-

2NaCl+2H2OitW2NaOH+H2t+CI2t

離子反應(yīng)方程式:2(:廠+2力0一國篦20丁+%t+CI2f

⑶應(yīng)用:氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。

2.電鍍

右圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖,據(jù)此回答下列問題:

⑴鍍件作畫極,鍍層金屬銀作陽極。

⑵電解質(zhì)溶液是A&NO3溶液等含鍍層金屬陽離子的鹽溶液。

⑶電極反應(yīng):

陽極:Ag—==Ag-;

陰極:Ag+e-==Ago

⑷特點:陽極溶解,陰極沉積,電鍍液的濃度不變。

3.電解精煉銅

⑴電極材料:陽極為粗銅;陰極為純銅。

⑵電解質(zhì)溶液:含Cl|2+的鹽溶液。

⑶電極反應(yīng):

陽極:Zn—2e==Zn2+^Fe—2e==Fe2+^Ni—2e==Ni2+>Cu—2e=Cu2+;

陰極:Cu2++2e==Cuo

4.電冶金

利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。

⑴冶煉鈉

2NaCI(熔融)lfff2Na+Cl2t

電極反應(yīng):

+

陽極:2CP—2e==CI2t;陰極:2Na+2e===2Nao

⑵冶煉鋁

2Al2。3(熔融)用薛4AI+3O2t

電極反應(yīng):

2-3+

陽極:6O-12e==3O2t;陰極:4AI+12e-=4Alo

考點六應(yīng)對電化學(xué)定量計算的三種方法

1.計算類型

原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質(zhì)

量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等。

2.三種方法

⑴根據(jù)總反應(yīng)式計算

先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計算。

⑵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)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。

②用于混合溶液中電解的分階段計算。

⑶根據(jù)關(guān)系式計算

根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁,構(gòu)建計算所需的關(guān)系

式。

如以通過4mol-為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式:

4e?2cb(Br2、L)?。2?2H2?2Cu?4ArM

n

陽極產(chǎn)物陰極產(chǎn)瘍,中學(xué)化學(xué)團

(式中M為金屬,n為其離子的化合價數(shù)值)

該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值,熟記電極反應(yīng)式,靈活運用關(guān)系式

便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。

提示在電化學(xué)計算中,還常利用?="和(2=。伯一)><以*1.60*10-19£;來計算

電路中通過的電量。

串聯(lián)裝置圖比較

稀硫酸稀硫酸稀硫酸稀硫酸

圖甲中無外接電源,二者必有一個裝置是原電池(相當(dāng)于發(fā)電裝置),為電解裝置

提供電能,其中兩個電極活動性差異大者為原電池裝置,即左圖為原電池裝置,

右圖為電解裝置。圖乙中有外接電源,兩燒杯均作電解池,且串聯(lián)電解,通過的

電流相等。

考點七金屬的腐蝕和防護

1.金屬腐蝕的本質(zhì)

金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。

2.金屬腐蝕的類型

⑴化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕

類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕

條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸

現(xiàn)象無電流產(chǎn)生

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