2019年高考化學大串講 專題12 電化學教案.doc

《2019年高考化學大串講 專題12 電化學教案.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019年高考化學大串講 專題12 電化學教案.doc（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

專題12 電化學 一．原電池工作原理 1．工作原理示意圖(以銅鋅原電池為例) 2．原電池電極的判斷 3. 原電池的負極 一般，在原電池反應中活潑金屬作負極包含兩層含義： (1) “活潑”是指相對活潑而不是絕對活潑。 (2) 在大部分原電池反應中，金屬活動性較強的一極作負極，另一電極作正極。但在某些特殊條件下例外，例如： ① 冷的濃硝酸作電解質溶液，金屬鐵或鋁與金屬銅作電極時，鐵或鋁在冷的濃硝酸中鈍化，金屬活動性弱的銅與濃硝酸發(fā)生氧化反應作負極。 ② NaOH溶液作電解質溶液，金屬鎂與金屬鋁作電極時，因鋁能與NaOH溶液反應，作負極，而金屬活動性強的鎂只能作正極。 4. 原電池的設計 從理論上講，能自發(fā)進行的氧化還原反應均可以設計成原電池，實際設計時應注意以下幾點： ⑴ 負極(還原性較強的物質)； ⑵ 正極是活動性較差的金屬或能導電的非金屬； ⑶ 電解質溶液：兩電極浸入電解質溶液中，陰離子移向負極，陽離子移向正極。 例1 關于下列各裝置圖的敘述不正確的是 A． 用圖①裝置實現(xiàn)鐵上鍍銅，a 極為銅，電解質溶液可以是CuSO4溶液 B． 圖②裝置鹽橋中 KCl的 Cl－移向乙燒杯 C． 圖③裝置中鋼閘門應與外接電源的負極相連獲得保護 D． 圖④兩個裝置中通過導線的電子數(shù)相同時，消耗負極材料的物質的量不同 【答案】B 例2鋅-空氣電池（原理如下圖）適宜用作城市電動車的動力電源。該電池放電時Zn轉化為ZnO。該電池工作時下列說法正確的是（ ） A． 該電池的正極反應為Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 B． 該電池放電時電子經(jīng)氫氧化鉀溶液向石墨電極移動 C． 該電池的鋅電極是負極 D． 氧氣在石墨電極上發(fā)生氧化反應 【答案】C 二．原電池原理的應用 1．加快氧化還原反應的速率 例如：在鋅與稀硫酸反應時加入少量CuSO4溶液，能使產(chǎn)生H2的速率加快。 2．比較金屬活動性強弱 3．設計化學電池 例如：以Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu為依據(jù)，設計一個原電池。 (1) 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的電極反應式。 負極：Fe－2e－===Fe2＋， 正極：Cu2+＋2e－===Cu。 (2) 確定電極材料 若發(fā)生氧化反應的物質為金屬單質，可用該金屬直接作負極；若發(fā)生氧化反應的為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負極。發(fā)生還原反應的電極材料一般不如負極材料活潑。 本例中可用Fe作負極，用鉑絲或碳棒作正極。 (3) 確定電解質溶液 一般選用反應物中的電解質溶液即可，如本例中可用CuCl2溶液作電解液。 (4) 構成閉合回路：將電極用導線連接，使之構成閉合回路。 4．電化學防護：犧牲陽極的陰極保護法——利用原電池原理 ① 負極(陽極)是作保護材料的金屬； ② 正極(陰極)是被保護的金屬設備。 例3研究電化學腐蝕及防護的裝置如右圖所示。下列有關說法錯誤的是（ ） A． d為石墨，鐵片腐蝕加快 B． d為石墨，石墨上電極反應為：O2 + 2H2O + 4e == 4OH– C． d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕 D． d為鋅塊，鐵片上電極反應為：2H+ + 2e == H2↑ 【答案】D 三．電極反應式的書寫 總的原則同化學方程式的書寫：先寫反應物，再寫生成物，根據(jù)化合價標出得失電子數(shù)，再根據(jù)電荷守恒和物料守恒配平，同時注意溶液的酸堿性。 1. 先確定原電池的正、負極，列出正、負極上的反應物質，并標出相同數(shù)目電子的得失。 2. 注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極反應式；若正極上的反應物質是O2，且電解質溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應式中，且O2生成OH－，若電解質溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應式中，O2生成水。 3. 正、負極反應式相加得到電池反應的總反應式。若已知電池反應的總反應式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的電極反應式。 4. 燃料電池電極反應中，酸性溶液中不能出現(xiàn)OH－，堿性溶液中不能出現(xiàn)H＋，水溶液中不能出現(xiàn) O2－，而熔融電解質中O2被還原為O2－。 例4利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2，并用陰極排出的溶液吸收NO2。下列關于該裝置的四種說法，正確的組合是 ①.a為直流電源的負極 ②.陰極的電極反應式為：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O ③.陽極的電極反應式為：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+ ④.電解時，H+由陰極室通過陽離子交換膜到陽極室 A． ①和② B． ①和③ C． ②和③ D． ③和④ 【答案】C 例5 右圖1為甲烷和O2構成的燃料電池示意圖，電解質溶液為KOH溶液，圖2為電解AlCl3溶液的裝置，電極材料均為石墨。用該裝置進行實驗，反應開始后觀察到x電極附近出現(xiàn)白色沉淀。下列說法正確的是 A． 圖2中Y電極為陰極 B． 圖2中總反應的化學方程式為：2AlCl3+6H2O22Al(OH)3↓+3Cl2↑+3H2↑ C． 圖1中電解質溶液的pH增大 D． 圖1中的a 電極反應式為：CH4-8e-+8OH-=CO2+6H2O 【答案】B 【解析】根據(jù)所給裝置的特點分析，圖①是燃料電池，圖②是電解池。反應開始后觀察到x電極附近出現(xiàn)白色沉淀為Al(OH)3，說明X是陰極，氫離子放電，產(chǎn)生OH－，所以得到Al(OH)3沉淀。故a是負極， A處通入通入甲烷氣體，發(fā)生氧化反應，電極反應式為CH4＋10OH--8e-===CO32-＋7H2O，由于反應消耗了OH-，電解質溶液的pH減小，A 、C、D均錯誤；X極：2H++2e-=H2↑，Al3++3OH-= Al(OH)3↓；Y 極2Cl--2e-=Cl2↑；總反應為2AlCl3+6H2O2Al(OH)3↓+3Cl2↑+3H2↑；B正確。 四．用惰性電極電解電解質溶液規(guī)律總結 1．電解水型 電解質(水溶液) 電極反應式 電解物質 總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原 含氧酸 (如H2SO4) (如KNO3、Na2SO4) 陽極： 4OH－－4e－=O2↑+2H2O 陰極：4H＋＋4e==2H2↑ 水 2H2OO2↑＋2H2↑ 增大 減小 加H2O 強堿(如NaOH) 增大 加H2O 活潑金屬 的含氧酸鹽 不變 加H2O 2. 電解電解質型 電解質 (水溶液) 電極方程式 電解物質 總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原 無氧酸 (如HCl) 除HF外 陽極： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極： 2H＋＋2e－===H2↑ 酸 2HClCl2↑＋H2↑ 減小 增大 通入HCl氣體 不活潑金屬的無氧酸鹽 (如CuCl2) 除氟化物外 陽極： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極： Cu2＋＋2e－=Cu 鹽 CuCl2 Cu＋Cl2↑ 加CuCl2固體 3. 放H2生堿型 電解質 (水溶液) 電極方程式 電解物質 總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原 活潑金 屬的無 氧酸鹽 (如NaCl) 陽極： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極： 2H＋＋2e－===H2↑ 水和鹽 2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新電解質 增大 通入HCl氣體 4. 放O2生酸型 電解質 (水溶液) 電極方程式 電解物質 總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原 不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4) 陽極： 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 陰極： 2Cu2＋＋4 e－===2Cu 水和鹽 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新電解質 減小 加CuO或CuCO3 例6 利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料?？捎秒娊釲iCl溶液制備LiOH，裝置如下圖所示。下列說法正確的是 A． 電極B連接電源正極 B． A極區(qū)電解液為LiCl溶液 C． 陽極反應式為：2H2O+2e-= H2↑+2OH- D． 每生成1molH2，有1molLi+通過該離子交換膜 【答案】B 接電源負極，A不正確：B. A極區(qū)電解液為LiCl溶液，B正確；C. 陽極反應式為2Cl－+2e-= Cl2↑，C不正確；D. 每生成1molH2，有2molLi+通過該離子交換膜，D不正確。 例7最近有研究人員發(fā)現(xiàn)了一種處理高濃度乙醛廢水的新方法一隔膜電解法，乙醛分別在陰、陽極發(fā)生反應，轉化為乙醇和乙酸。實驗室以一定濃度的乙醛—Na2SO4 溶液為電解質溶液，模擬乙醛廢水的處理過程，其裝置如圖所示。下列說法正確的是 A． 電解過程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產(chǎn)生了無色氣體，則陽極產(chǎn)生的是O2 B． 陽極反應為CH3CHO-2e-+2H+=CH3COOH+H2O C． 電解過程中，陰極區(qū)Na2SO4的物質的量增大 D． 若以CH4—空氣燃料電池為直流電源，燃料電池的b 極應通入空氣 【答案】A 五．電解原理的應用 1. 電解飽和食鹽水 ⑴　電極反應 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(反應類型：氧化反應)。 陰極：2H＋＋2e－===H2↑(反應類型：還原反應)。 ⑵　總反應方程式： 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑； 離子方程式： 2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 【名師點撥】 ① NaCl溶液中的Na+、H+在通電后向陰極移動，H+放電，使水的電離平衡右移，OH－濃度增大，如果NaCl溶液中加了酚酞，陰極先變紅。 ②　陽離子交換膜(以電解NaCl溶液為例)，只允許陽離子(Na＋)通過，而阻止陰離子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通過，這樣既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影響燒堿質量。 2. 電解精煉銅 電解裝置 電極反應 電極 材料 陽 極 粗銅（含Zn、Fe、 Ni、Ag、Au） Cu-2e-===Cu2+ Zn-2e-===Zn2+ Fe-2e-===Fe2+ 粗銅中的Ag、Au不反應，沉積在電解池底部形成陽極泥 陰 極 純 銅 Cu2++ 2e- === Cu 電解質溶液 CuSO4溶液 Cu2+濃度減小 3. 電鍍(Fe表面鍍Cu) 陰極：鍍件（Fe） 陽極：鍍層金屬（Cu） 電解質溶液：含鍍層金屬離子的溶液（含Cu2＋的鹽溶液） 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 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 電極反應 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑； 陰極：2Na＋＋2e－===2Na。 ⑵　冶煉鎂 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 電極反應 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑； 陰極：Mg2＋＋2e－===Mg。 ⑶　冶煉鋁 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 電極反應 陽極：6O2－－12e－===3O2↑； 陰極：4Al3＋＋12e－=== 4Al。 例8碳酸二甲酯(CH3O)2CO]是一種具有發(fā)展前景的“綠色”化工產(chǎn)品，電化學合成碳酸二甲酯的工作原理如圖所示（加入兩極的物質均是常溫常壓下的物質）。下列說法正確的是 A． H+由石墨2極通過質子交換膜向石墨l極移動 B． 石墨l極發(fā)生的電極反應為：2CH3OH+CO-e-=== (CH3O)2CO+H+ C． 石墨2極與直流電源正極相連 D． 電解一段時間后，陰極和陽極消耗的氣體的物質的量之比為l∶2 【答案】D 例9直接電解吸收是煙氣脫硝的一種有效方法。用6%的稀硝酸吸收NOx會生成亞硝酸，再將吸收液導入電解槽使之轉化為硝酸。電解裝置如下(陰、陽離子可通過隔膜,但分子不能通過): 下列說法不正確的是 A． 吸收NOx的過程涉及氧化還原反應 B． 石墨電極為顆粒狀，可增大接觸面積，提高電解效率 C． 當b極上產(chǎn)生2.8 L(標準狀況)H2時，轉移的電子數(shù)為0.5NA(設NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值) D． 極的電極反應式為HNO2-2e-+H2O=3H++N03- 【答案】C 六. 原電池、電解池、電鍍池的比較 原電池 電解池 電鍍池 定義 將化學能轉變成電能的裝置 將電能轉變成化學能的裝置 應用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其它金屬的裝置。一種特殊的電解池。 裝 置 舉 例 形 成 條 件 ① 活動性不同的兩電極(連接) ② 電解質溶液(電極插入其中并與電極自發(fā)反應) ③ 形成閉合回路 ① 兩電極接直流電源 ② 兩電極插人電解質溶液 ③ 形成閉合回路 ① 鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負極 ② 電鍍液必須含有鍍層金屬的離子 電 極 名 稱 負極：較活潑金屬； 正極：較不活潑金屬(或能導電的非金屬等) 陽極：電源正極相連的電極 陰極：電源負極相連的電極 陽極：鍍層金屬； 陰極：鍍件 電 子 流 向 負極正極 電源負極陰極 電源正極陽極 電源負極陰極 電源正極陽極 電 極 反 應 負極（氧化反應）：金屬原子失電子； 正極（還原反應）：溶液中的陽離子得電子 陽極（氧化反應）：溶液中的陰離子失電子，或金屬電極本身失電子； 陰極（還原反應）：溶液中的陽離子得電子 陽極（氧化反應）：金屬電極失電子； 陰極（還原反應）：電鍍液中陽離子得電子 離子流向 陽離子：負極→正極（溶液中） 陰離子：負極←正極（溶液中） 陽離子→陰極（溶液中） 陰離子→陽極（溶液中） 陽離子→陰極（溶液中） 陰離子→陽極（溶液中） 例10膜技術原理在化工生產(chǎn)中有著廣泛的應用，有人設想利用電化學原理制備少量硫酸和綠色硝化劑N2O5，裝置圖如下。下列說法不正確的是 A． X是原電池，能夠生產(chǎn)硫酸;Y是電解池，能夠生產(chǎn)N2O5 B． C電極的電極反應方程式為N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+ C． 當電路中通過2mole，X、Y中各有2molH+從左邊遷移到右邊 D． 電路中電子流向為adcba形成閉合回路 【答案】D 【解析】A、由裝置圖可知X為原電池，a作負極，a極上的SO2失去電子結合水生成H2SO4，b作正極，O2得到電子結合溶液中的H+生成水，Y是電解池，c是陽極，N2O4失去電子生成N2O5，d作陰極，硝酸得到電子生成NO2，所以A正確；B、C為陽極，其電極的反應方程式為N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+，生成的H+通過隔膜移向陰極，所以B正確；C、根據(jù)電子和H+所帶電荷相等，只是電性相反，在裝置工作時，原電池X中H+從負極a(左邊)遷移到正極b(右邊)，而在電解池Y中H+從陽極c(左邊)遷移到陰極d(右邊)，所以當電路中通過2mol e- 時，X、Y中各有2molH+從左邊遷移到右邊，所以C正確；D、電路中電子的流向為ad、cb，與兩個裝置內的H+從左邊遷移到右邊一起形成閉合回路，所以D錯誤。 例11如圖，C、D、E、F、X、Y都是惰性電極。將電源接通后，向（乙）中滴入酚酞溶液，在F極附近顯紅色．則下列說法正確的是（　?。? A． 若用乙烷、空氣燃料電池作電源，電解質為KOH溶液，則A極的電極反應式為：C2H6 -14e-+ 18OH- = 2CO32- + 12H2O B． 欲用（丙）裝置給銅鍍銀，H應該是Ag，電鍍液選是AgNO3溶液 C． （丁）裝置中Y極附近紅褐色變深，說明氫氧化鐵膠體帶正電荷 D． C、D、 E. F電極均有單質生成，且其物質的量比為1:2:2:2 【答案】D