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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
外
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
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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