电化学基础5(课件PPT).ppt 74页

'专题二　化学基本理论 第五讲　电化学基础 考纲展示1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。3．了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。4．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。 真题热身(2011·新课标，11)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是()A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为FeB．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O 解析：放电时作原电池，负极失电子，化合价升高，发生氧化反应；正极得电子，化合价降低，发生还原反应；由题给电池的总反应式可知，铁元素的化合价升高，Fe失电子，作负极；镍元素化合价降低，Ni2O3得电子，作正极；负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，A、B正确。充电时作电解池，阴极得电子，发生还原反应，即Fe(OH)2在阴极上放电生成Fe和OH－，阴极的电极反应式为： Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，由于生成了OH－，故阴极附近溶液的pH升高，C错；阳极失电子，发生氧化反应，即Ni(OH)2在阳极上放电，生成Ni2O3和水，D正确；选C。答案：C 2．(2011·全国卷，10)用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解质溶液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的()A．CuSO4B．H2OCCuOD．CuSO4·5H2O 答案：C 3．(2011·安徽，12)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是() A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgClB．每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子C．Na＋不断向“水”电池的负极移动D．AgCl是还原产物 解析：本题综合考查原电池和氧化还原反应的相关知识。正极反应应该得电子，因此A错；原电池中电解质溶液中的阳离子应该向正极移动，C错；Ag是反应的还原剂，因此AgCl是氧化产物，D错。答案：B 4．(2011·山东，15)以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是()A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用 解析：电镀时Zn为阳极，Fe为阴极，KCl、ZnCl2的混合溶液为电解质溶液，若未通电，不存在自发进行的氧化还原反应，故不能构成原电池，故A错；电镀时，导线中每通过2mol电子，就会析出1mol锌，通过的电量与析出的锌量的关系确定，故B错；电镀时保持电流恒定，则反应的速率就不会改变，故升高温度对反应的速率无影响，故C正确；镀锌层破损后，锌与铁可构成原电池的两个电极，铁做正极受到保护，故D错。答案：C 5．(2011·浙江，10)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是() A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu－2e－===Cu2＋ 解析：本题考查电化学内容中金属吸氧腐蚀的原理的分析。液滴边缘O2多，在铁板的碳粒上发生正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，液滴下的Fe发生负极反应，Fe－2e－===Fe2＋，为腐蚀区(a)。A项错误，Cl－应该由b区向a区迁移；液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，C项错误；Cu更稳定，作正极，反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项错误。答案：B 命题规律电化学内容是高考试卷中的常客，对原电池和电解池的考查往往以选择题的形式考查两电极反应式的书写、两电极附近溶液性质的变化、电子的转移或电流方向的判断等。 在第Ⅱ卷中会以应用性和综合性进行命题，如与生产生活(如金属的腐蚀和防护等)相联系，与无机推断、实验及化学计算等学科内知识综合，尤其特别注意燃料电池和新型电池的正、负极材料分析和电极反应式的书写。题型新颖、但不偏不怪，只要注意基础知识的落实，以及能力的训练便可以从容应对。 考点突破考点1原电池的工作原理 2．电极反应式及总反应式的书写无论是原电池还是电解池，其电极反应均是氧化还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。书写时应先对电极材料和溶液介质情况分析，再书写电极反应式和总反应式。 (1)原电池的电极反应式和总反应式的书写方法第一步：确定电极的正、负；第二步：根据溶液中离子参加反应的情况确定电极反应；第三步：将电极反应相加得总反应式。 (2)电解池的电极反应和总反应式的书写方法第一步：先检查阳极电极材料和确定溶液中的离子种类；第二步：由放电顺序确定放电产物和电极反应；第三步：将电极反应相加得总反应式。 [例1]甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒(如图)。请回答下列问题： (1)若两池中均盛放CuSO4溶液，反应一段时间后：①有红色物质析出的是：甲池中的______________棒；乙池中的________________棒。②在乙池中阳极的电极反应式是________________。 (2)若两池中均盛放饱和NaCl溶液。①写出甲池中正极的电极反应式：_____________。②写出乙池中的总反应的离子方程式：_________。③据资料显示电解氯化钠稀溶液可制备“84消毒液”(主要成分为NaClO)，通电时氯气被溶液完全吸收，若所得消毒液仅含一种溶质，写出该电解过程的化学方程式：________________________________________。 解析：甲为原电池，乙为电解池。当溶液均为CuSO4溶液时，甲中的碳棒为正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；乙中的铁棒为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。当溶液均为NaCl溶液时，甲池发生吸氧腐蚀，乙池为氯碱工业的反应，生成氢气、氯气和氢氧化钠。制备“84消毒液”时，由于其溶质只有一种，故阳极只产生NaClO，阴极只产生氢气。 归纳总结：有关原电池问题的解题思路解决原电池问题时，一般的思维程序是：根据电极材料的活泼性判断出正、负极―→电极反应的类型(氧化反应、还原反应)―→电极反应方程式―→原电池反应方程式 A．正极反应为：Zn－2e－＝Zn2＋B．电池反应为：Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从正极流向负极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 解析：铜锌原电池工作时，负极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，电池总反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故A项错误，B项正确。原电池工作时，电子从负极由外电路流向正极，由于左池阳离子增多、右池阳离子减少，为平衡电荷，则盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，而Cl－则移向ZnSO4溶液，故C、D项错误。答案：B 2．(2010·浙江理综)Li－Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe有关该电池的下列说法中，正确的是()A．Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价B．该电池的电池反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋Fe C．负极的电极反应式为：Al－3e－===Al3＋D．充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS 解析：在Li－Al/FeS电池中，负极材料为Li－Al，该材料中Li以游离态存在，为0价，故A错；负极反应式为2Li－2e－===2Li＋或2Li―→2Li＋＋2e－，C错；已知正极反应式为2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe或2Li＋＋FeS＋2e－―→Li2S＋Fe，则总反应为2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B对；充电时，阴极应发生还原反应得电子，故D错。 新型可充电电池是近年来高考的热点，旨在考查学生对原电池工作原理的理解，注意充分利用题给信息、准确判断电池正、负极材料的反应特点，综合分析选项即可作出判断。答案：B 考点2电解原理 (2)阴极产物的判断直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断。阳离子放电顺序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋ 2．电解规律(惰性电极)类型电极反应特点实例电解物质电解质溶液浓度pH电解质溶液复原所需加入物质电解水型阴极：4H＋＋4e－===2H2↑或4H＋＋4e－―→2H2↑阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或4OH－―→2H2O＋O2↑＋4e－NaOH溶液水增大增大水H2SO4溶液水增大减小水Na2SO4溶液水增大不变水 电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl溶液电解质本身减小增大氯化氢CuCl2溶液电解质本身减小氯化铜 放H2生碱型阴极：放出H2生成碱阳极：电解质阴离子放电NaCl溶液电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：OH－放电生成酸CuSO4溶液电解质和水生成新电解质减小氧化铜 A．石墨电极上产生氢气B．铜电极发生还原反应C．铜电极接直流电源的负极D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成 解析：由总反应知失电子的为Cu，得电子的是H2O中的氢元素。因此Cu极为电解池的阳极，接电源的正极，石墨为阴极，接电源的负极。当有0.1mol电子转移时，应有0.05molCu2O生成。答案：A 变式训练3．下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。 (1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：①电源的N端为________极；②电极b上发生的电极反应为__________________；③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：____________________________________； ④电极c的质量变化是________g；⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：甲溶液__________________________________；乙溶液__________________________________；丙溶液__________________________________； (2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？_______________________________________________________________________________。解析：本题的突破口之一在于发现丙中K2SO4浓度前后变化情况——浓度由10.00%变为10.47%，结合阴、阳离子放电顺序可知，丙中实质是电解水。经过简单计算：100×10.00%＝(100－x)×10.47%，可知x＝4.5g， 答案：(1)①正　②4OH－－4e－===O2↑＋2H2O③2.8L④16⑤碱性增大，因为电解后，水量减少，溶液中NaOH浓度增大　酸性增大，因为阳极上OH－放电生成O2，H＋浓度增加　酸碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液酸碱性(2)可以。因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应 本题考查电化学——电解池原理相关知识。图中给出三个串联的电解池，电解质溶液互不相同，因而电解过程及结果都不同，但它们有一个联系点，就是导线上通过的电子相等，即电子守恒。这是解该类计算题的基本依据。 4．500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是()A．原混合溶液中c(K＋)为2mol·L－1B．上述电解过程中共转移4mol电子C．电解得到的Cu的物质的量为0.5molD．电解后溶液中c(H＋)为2mol·L－1 答案：AB 考点3金属的腐蚀与防护1.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质就是金属失电子被氧化。金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。若金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而引起腐蚀，则是化学腐蚀，此类腐蚀无电流发生； 若合金或不纯金属接触到电解质溶液构成原电池，其中活泼金属作负极失去电子被腐蚀，称为电化学腐蚀，此类腐蚀伴随电流产生，且腐蚀速率比化学腐蚀快。电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，水膜酸性较强时发生析氢腐蚀，水膜酸性很弱或非酸性时发生吸氧腐蚀。 2．判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀(电解原理的防护>原电池原理的防护)。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。 (3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 [例3](2010·北京理综)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋ 解析：A项，钢管与电源正极连接，则钢管为电解池的阳极，发生氧化反应被腐蚀；B项，铁遇冷浓硝酸，表面形成致密的氧化膜可保护内部不被腐蚀；C项，钢管与铜管露天堆放在一起时易形成原电池，钢管作负极被腐蚀；D项，负极反应应为Fe－2e－===Fe2＋或Fe―→Fe2＋＋2e－。答案：B 变式训练5．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗②当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用③海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法④可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀A．①②B．②③C．①③D．①④ 解析：纯银器表面在空气中易生成硫化物失去光泽；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁作原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而海轮外壳被保护；要采用电解原理保护金属，应将金属与电源的负极相连，即作电解池的阴极。综合上述分析，可知①、③正确。答案：C 6．下图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是() A．生铁块中的碳是原电池的正极B．红墨水柱两边的液面变为左低右高C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－===Fe2＋D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 解析：a、b试管中均发生铁的电化学腐蚀，在食盐水中的Fe发生吸氧腐蚀，正极为碳：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，负极为铁：2Fe－4e－===2Fe2＋，由于吸收O2，a管中气压降低；b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液，故发生析氢腐蚀，正极：2H＋＋2e－===H2↑，负极：Fe－2e－===Fe2＋，由于放出氢气，b管中气压增大，故U型管中的红墨水应是左高右低，B选项错误。答案：B 高考失分警示 2．无论什么样的电极材料、电解质溶液(或熔融状态的电解质)构成原电池，只要是原电池就永远遵守电极的规定：电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。3．在化学反应中，失去电子的反应(电子流出的反应)是氧化反应，得到电子的反应(电子流入的反应)是还原反应，所以在原电池中，负极永远发生氧化反应，正极永远发生还原反应。 4．在电解池中分析阳极上的电极反应，应首先看阳极材料，因为活泼电极作阳极会先放电。5．在原电池中两种金属电极的活动性是相对的，即相对活泼的金属作负极，而相对不活泼的金属作正极，在不同的电解质溶液中，它们活动性的相对强弱可能会改变。 如Mg和Al，在以稀硫酸为电解质溶液的原电池中，Mg比Al金属性强，所以Mg作负极，Al作正极；将电解质溶液换为NaOH溶液，由于Mg不能与NaOH溶液发生反应，而Al易与NaOH溶液发生反应，所以在NaOH溶液中Al比Mg活泼，Al作负极，而Mg作正极。由此可见，在判断原电池的正负极时，不仅要比较两种金属的金属活动性，还要注意电解质溶液的性质。 课时作业（8） 4、教学必须从学习者已有的经验开始。——杜威5、构成我们学习最大障碍的是已知的东西，而不是未知的东西。——贝尔纳6、学习要注意到细处，不是粗枝大叶的，这样可以逐步学习摸索，找到客观规律。——徐特立7、学习文学而懒于记诵是不成的，特别是诗。一个高中文科的学生，与其囫囵吞枣或走马观花地读十部诗集，不如仔仔细细地背诵三百首诗。——朱自清8、一般青年的任务，尤其是共产主义青年团及其他一切组织的任务，可以用一句话来表示，就是要学习。——列宁9、学习和研究好比爬梯子，要一步一步地往上爬，企图一脚跨上四五步，平地登天，那就必须会摔跤了。——华罗庚10、儿童的心灵是敏感的，它是为着接受一切好的东西而敞开的。如果教师诱导儿童学习好榜样，鼓励仿效一切好的行为，那末，儿童身上的所有缺点就会没有痛苦和创伤地不觉得难受地逐渐消失。——苏霍姆林斯基11、学会学习的人，是非常幸福的人。——米南德12、你们要学习思考，然后再来写作。——布瓦罗14、许多年轻人在学习音乐时学会了爱。——莱杰15、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基16、我们一定要给自己提出这样的任务：第一，学习，第二是学习，第三还是学习。——列宁17、学习的敌人是自己的满足，要认真学习一点东西，必须从不自满开始。对自己，“学而不厌”，对人家，“诲人不倦”，我们应取这种态度。——毛泽东18、只要愿意学习，就一定能够学会。——列宁19、如果学生在学校里学习的结果是使自己什么也不会创造，那他的一生永远是模仿和抄袭。——列夫·托尔斯泰20、对所学知识内容的兴趣可能成为学习动机。——赞科夫21、游手好闲地学习，并不比学习游手好闲好。——约翰·贝勒斯22、读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，自然哲学使人精邃，伦理学使人庄重，逻辑学使人善辩。——培根23、我们在我们的劳动过程中学习思考，劳动的结果，我们认识了世界的奥妙，于是我们就真正来改变生活了。——高尔基24、我们要振作精神，下苦功学习。下苦功，三个字，一个叫下，一个叫苦，一个叫功，一定要振作精神，下苦功。——毛泽东25、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。——别林斯基13、在寻求真理的长河中，唯有学习，不断地学习，勤奋地学习，有创造性地学习，才能越重山跨峻岭。——华罗庚52、若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。53、希望是厄运的忠实的姐妹。54、辛勤的蜜蜂永没有时间悲哀。55、领导的速度决定团队的效率。56、成功与不成功之间有时距离很短只要后者再向前几步。57、任何的限制，都是从自己的内心开始的。58、伟人所达到并保持着的高处，并不是一飞就到的，而是他们在同伴誉就很难挽回。59、不要说你不会做！你是个人你就会做！60、生活本没有导演，但我们每个人都像演员一样，为了合乎剧情而认真地表演着。61、所谓英雄，其实是指那些无论在什么环境下都能够生存下去的人。62、一切的一切，都是自己咎由自取。原来爱的太深，心有坠落的感觉。63、命运不是一个机遇的问题，而是一个选择问题；它不是我们要等待的东西，而是我们要实现的东西。64、每一个发奋努力的背后，必有加倍的赏赐。65、再冷的石头，坐上三年也会暖。66、淡了，散了，累了，原来的那个你呢？67、我们的目的是什么？是胜利！不惜一切代价争取胜利！68、一遇挫折就灰心丧气的人，永远是个失败者。而一向努力奋斗，坚韧不拔的人会走向成功。69、在真实的生命里，每桩伟业都由信心开始，并由信心跨出第一步。70、平凡的脚步也可以走完伟大的行程。71、胜利，是属于最坚韧的人。72、因害怕失败而不敢放手一搏，永远不会成功。73、只要路是对的，就不怕路远。74、驾驭命运的舵是奋斗。不抱有一丝幻想，不放弃一点机会，不停止一日努力。3、上帝助自助者。24、凡事要三思，但比三思更重要的是三思而行。25、如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵。26、没有退路的时候，正是潜力发挥最大的时候。27、没有糟糕的事情，只有糟糕的心情。28、不为外撼，不以物移，而后可以任天下之大事。29、打开你的手机，收到我的祝福，忘掉所有烦恼，你会幸福每秒，对着镜子笑笑，从此开心到老，想想明天美好，相信自己最好。30、不屈不挠的奋斗是取得胜利的唯一道路。31、生活中若没有朋友，就像生活中没有阳光一样。32、任何业绩的质变，都来自于量变的积累。33、空想会想出很多绝妙的主意，但却办不成任何事情。34、不大可能的事也许今天实现，根本不可能的事也许明天会实现。35、再长的路，一步步也能走完，再短的路，不迈开双脚也无法到达。'