电化学原理及其应用-PPT课件.ppt

第4讲电化学原理及其应用 12考纲解读1了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和总反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。2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。3考情探究近五年来，新课标地区对原电池的工作原理考查18次，如：2011北京理综8题，2011福建理综11题，2009广东化学14题；对电解原理及其应用考查12次，如2011广东理综12题，2010福建理综11题；对金属的电化学腐蚀与防护考查6次，如2010北京理综6题。考查题型以及选择题出现34次，每题分值36分；填空题出现1次，分值约为12分。高考试题对本讲能力点的考查以接受、吸收、整合化学信息的能力为主，试题难度中等以上。4将电化学知识与图表相结合进行考查，也与氧化还原反应的知识结合考查，还可与生产生活、新科技及新技术等相联系进行考查。电化学是高考的热点，2012年高考在题型上将以传统题型为主，其中原电池的工作原理、电解产物的判断与计算、电极及电池反应方程式的书写都是高考命题的热点内容，题型主要以选择题为主，分值约为36分。预计在2012年的高考中该部分不仅不会降温，而且还有“变热”的趋势，特别是要注意能根据题目所给信息正确书写电极及电池反应方程式，题目会更加新颖。56真题链接高考真题有灵性，课前饭后碰一碰1(2011浙江理综)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()7A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：O22H2O4e=4OHC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：Cu2e=Cu2答案：B8大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静9点拨：本题考查原电池、钢铁的吸氧腐蚀等知识。依题意，可判断中心区a为原电池的负极，液滴边缘O2含量较大，是原电池的正极，A中Cl在电池工作时向负极(a)移动，A选项错误；B项显然正确，C中Fe失电子被氧化而被腐蚀，故C项错误，D中因Fe比Cu活泼，当负极的是Fe，负极反应为Fe2e=Fe2，故D错误。102(2011山东理综)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镀锌层破损后对铁制品失去保护作用答案：C11点拨：A项，该装置中没有自发的氧化还原反应发生，因此，不能构成原电池；B项，根据能量守恒定律可知，总的能量一定，它等于电镀过程中转化的化学能和转化的热能的和，因此通过的电量与锌的析出量有确定的关系；C项，电流恒定，单位时间内提供给阴极的电量就一定，析出的锌的量也一定；D项，镀锌层破损后形成的ZnFe原电池起到牺牲阳极保护阴极的作用。12思维激活名校模拟可借鉴，抽空一定看一看3(2011北京海淀一模)查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为CO2，但实际上乙醇被氧化为X，其中一个电极的反应式为：CH3CH2OH2e=X2H。下列说法中正确的是()A电池内部H由正极向负极移动B另一极的电极反应式为：O24e2H2O=4OHC乙醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极13D电池总反应为：2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O答案：D点拨：A项，在电池内部H应移向正极；B项，正极反应式为：O24H4e=2H2O；C项，乙醇被氧化，应在负极反应。144(2011河北唐山一中二调)在一电解槽的中间加一镁片将其分成隔开的两部分，左侧加适量的NaOH溶液，并插入一根铝棒，右侧加适量的浓HCl，也插入一根铝棒。如图所示，下列有关说法中不正确的是()A当闭合K1打开K2时，铝作负极B当闭合K2打开K1时，镁作负极C当K1、K2都闭合时，镁片上产生气泡的速度比只闭合一个开关时更快D当K1、K2都打开时，仍存在金属的腐蚀答案：C15点拨：A项当闭合K1打开K2时，左边形成原电池，自发进行铝与NaOH溶液的反应，故铝作负极。B项当闭合K2打开K1时，右边形成原电池，自发进行镁与浓HCl的反应，镁作负极。D项当K1、K2都打开时，左边铝插入NaOH溶液会溶解而腐蚀，右边镁铝插入浓HCl都会溶解而腐蚀。1617网控全局知识网络优化记忆18考点整合高效提升触类旁通1原电池(1)原电池的判定先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：看电极两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)；看溶液两极插入溶液中；看回路形成闭合回路或两极直接接触；看本质有无氧化还原反应发生，原电池反应应该是总反应能够发生的反应。19多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其他各池可看做电解池。(2)原电池正、负极的确定由两极的相对活泼性确定：相对活泼性较强的金属为负极(一般地，负极材料与电解质溶液要能发生反应)，相对活泼性较差的金属或导电的非金属为正极。如MgAlHCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但要注意的是，在MgAlNaOH溶液构成的原电池中，负极为Al。20由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，则此电极为负极；若某一电极上有气体产生、电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，则此电极为正极，燃料电池除外。如ZnCCuSO4溶液构成的原电池中，C电极上会析出紫红色固体物质，则C为此原电池的正极。根据某些显色现象确定：一般可以根据电极附近指示剂(石蕊、酚酞、湿润的淀粉KI试剂等)的显色情况来分析推断该电极发生的反应情况，是氧化反应还是还原反应，是H还是OH或I等放电，从而确定正、负极。21温馨提示：负极上一定发生氧化反应，正极上一定发生还原反应；负极电子流出，正极电子流入，阳离子向正极定向移动，阴离子向负极定向移动。22(3)电极反应式的书写如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。特别需要指出的是：对于可逆电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。232金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护(1)不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。24与金属所接触 的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般来说，可用下列原则判断：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措施的腐蚀。25(2)金属腐蚀的防护方法改变金属的组成结构。如铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢，具有很强的耐腐蚀性。含铬又含镍的铬镍不锈钢，耐腐蚀性更好。在金属表面覆盖一层保护层，使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离，便可保护金属，防止金属腐蚀。如在金属表面上喷漆、电镀、覆盖搪瓷或表面钝化等。电化学保护法。如把金属连接在电源的负极上，这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应，也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金属，发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护。263电解时电极产物的确定首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表中Ag以前的金属)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中离子的失电子能力。(1)阳极产物的判断根据阴离子放电顺序进行判断。阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根F27(2)阴极产物的判断根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序：AgHg2Fe3Cu2H(酸)Pb2Sn2Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K284原电池、电解池、电镀池的比较2930315.电解原理的应用(1)氯碱工业食盐水的精制32主要生产过程3334(2)电镀(如铁件镀锌)电镀液：含Zn2的盐溶液(如ZnCl2溶液)阳极(Zn)：Zn2e=Zn2阴极(铁件)：Zn22e=Zn电镀过程中电镀液浓度不发生变化。镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液中必须含有镀层金属离子。35(3)电解精炼如粗铜(含Zn、Fe、Ag等)的提纯阳极(粗铜)：Zn2e=Zn2Fe2e=Fe2Cu2e=Cu2阴极(纯铜)：Cu22e=Cu电解过程中，活泼性比Cu弱的Ag、Au不放电，形成阳极泥(可从阳极泥中提纯Ag、Au)，电解质溶液中c(Cu2)会不断减小，应定期更换电解质溶液。36温馨提示：阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na)通过，而阻止阴离子(Cl、OH)和分子(Cl2)通过，这样既能阻止H2和Cl2混合发生爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量。电解或电镀时，电极质量减少的电极必为阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。37电解精炼铜，粗铜含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其他的杂质以阳极泥的形式沉积。电解质溶液的Cu2浓度会逐渐减小。电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。38方法归纳拓展思维活学活用1惰性电极电解电解质溶液的规律方法：394041温馨提示：强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐，用惰性电极电解时，实际上是电解H2O，溶质的质量分数增大，浓度增大。电解时产物的判断要遵循阴、阳离子的放电顺序。电解后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质，该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如用惰性电极电解CuSO4，要恢复原溶液的浓度，可向电解后的溶液中加入CuO。也可以加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水量增加。4243(2)图像类问题实物图问题。这一类问题是近几年高考的重要考查形式，需加以注意。这一类问题的设题方式较多，且灵活多变，如实物图接线柱的连接、电极情况分析，与化学实验相结合、化学计算等。解题时，要充分利用题给实物图，从实物图中获得解题信息(如密封装置中的空白部分表示气体、电源的正、负极等)并提炼信息，从而正确解题。坐标图问题。对此类问题要注意一点：一是横坐标、纵坐标的含义；二是拐点的意义；三是曲线的变化或走势情况。弄清这三点，问题就迎刃而解了。44(3)表格类问题解答此类问题的基本思路是：抓住表格中数据的特征或变化规律，以理论、规律、物质性质、反应原理等为依据，寻找解题问题的切入点。(4)计算类问题常见情况包括：两极产物的定量计算(求析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、某元素的化合价或确定物质的化学式、根据电量求产物的量或根据产物的量求电量等。解决此类问题的方法有四种：守恒法、总反应式法、关系式法、排除法。4546例1(2010安徽高考)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H，其基本结构如图，电池总反应可表示为：2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是()47A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC每转移0.1 mol电子，消耗1.12L的H2DH由a极通过固体酸电解质传递到b极解析：由电池总反应方程式及原电池原理可知，充入H2的一极即a极是负极，充入O2的一极即b极是正极；电子由负极经外电路流向正极；电流内部阳离子即H移向正极，正极即b极的电极反应式应为：O24H4e=2H2O，故A项、B项错误，D项正确，C项没有指明标准状况，故C项误。48答案：D点拨：(1)原电池中，误认为阳离子(或阴离子)向负极(或正极)定向移动是常出现的错误。(2)利用两极的相对活泼性确定原电池的正负极要注意电解质及所处环境，否则易出错：495051AK闭合时，d电极反应式：PbSO42H2O2e=PbO24HSO42B当电路中转移0.2 mol电子时，I中消耗的H2SO4为0.2 molCK闭合时，中SO42向c电极迁移DK闭合一段时间后，可单独作为原电池，d电极为正极52解析：当K闭合后，为原电池、为电解池，其中：a为正极、b为负极、c为阴极、d为阳极，中的SO42应向d电极迁移，C项错。中原电池反应为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，当电路中转移0.2 mol e时，中消耗0.2 mol H2SO4，B项正确。当K闭合后，c电极PbSO42e=PbSO42，d电极PbSO42H2O2e=PbO24HSO42，一般时间后c、d电极上分别覆着Pb和PbO2，故D项正确。答案：C53点拨：要注意下面电路图的区别：图一中无外接电源，两个烧杯中必有一个是原电池装置(相当于发电装置)，为电解池装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，如图一中左边烧杯为原电池装置，右边烧杯为电解池装置。图二中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联，通过的电流相等。同时要注意到原电池中的两极称为正、负极，电解池中的两极称为阴、阳极。54例3下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()A纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B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C在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D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55解析：掌握原电池的构成条件，用原电池工作原理进行分析、判断，分析时注意电化学腐蚀与化学腐蚀，牺牲阳极的阴极保护法与外加电源阴极保护法的区别。A项，银器在空气中久置会被O2氧化变黑，为化学腐蚀，A正确；B项，当镀层破损时，SnFe可形成原电池，Fe被腐蚀，B错；C项Fe与锌块形成原电池，Zn作负极(阳极)，从而保护Fe正极(阴极)，所以C正确；D项外加电源保护法应该与直流电源的负极相连，故D错。答案：AC56点拨：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。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活动性不同的两金属，活动性越大，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。57例4(2010浙江高考)LiAl/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：2LiFeS2e=Li2SFe有关该电池的下列说法中，正确的是()ALiAl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：2LiFeS=Li2SFeC负极的电极反应式为：Al3e=Al358D充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2SFe2e=2LiFeS解析：在该电池中LiAl是负极材料，该材料中Li的化合价为0价，负极电极反应式为：Lie=Li，结合题给的正极电极的反应式可推出总反应式为：2LiFeS=Li2SFe；故B正确，A、C错误。D项，充电时，阴极上发生还原反应得电子，故D项错误。解答本题的关键是理解原电池原理和电解池原理并能正确书写电极反应式。答案：B59点拨：二次电池的充电的过程即为电解池工作过程，放电过程即为原电池工作过程。解有关二次电池问题的关键在于正确书写电极反应式。要正确书写放电时的电极反应式，既要弄清得失电子的物质，还要特别注意电极产物是否与电解质溶液共存，要写出实际存在的电极反应式。然后根据原电池的负极反应与电解池的阳极反应、原电池的正极反应与电解池的阴极反应互为逆反应，即可快速写出充放电时的电极反应式。60