新高考版化学总复习专题六化学能与电能的转化（讲解练）教学讲练

考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引专题六化学能与电能的转化高考化学高考化学考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引考点一原电池原理及其应用考点一原电池原理及其应用考点清单考点清单基础知识一、原电池的工作原理1.原电池将化学能转化为电能的装置。2.构成条件(1)具有两个活泼性不同的电极(金属和金属或金属和导电的非金属)。(2)电解质溶液。(3)形成闭合回路。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引3.原电池的两极负极:通常是活泼性较强的金属,发生氧化反应。正极:通常是活泼性较弱的金属或能导电的非金属,发生还原反应。4.电极反应式的书写和电子移动方向考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引(1)电极反应式的书写(以Zn-Cu原电池为例,如图)负极:Zn,电极反应式:Zn-2e-Zn2+。正极:Cu,电极反应式:Cu2+2e-Cu。电池总反应:Zn+Cu2+Zn2+Cu。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引(2)电子移动方向电子由负极释放,经外电路流入 正极,电解质溶液中的阳离子移向正极,某些阳离子在正极上得电子被还原,形成一个闭合回路。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引电池电极反应式总反应式碱性锌锰电池负极:Zn+2OH-2e-Zn(OH)2Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2正极:2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-铅蓄电池负极:Pb(s)+S(aq)-2e-PbSO4(s)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)正极:PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)+2e-PbSO4(s)+2H2O(l)二、化学电源考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引氢镍电池负极:H2+2OH-2e-2H2O2NiOOH+H22Ni(OH)2正极:2NiOOH+2H2O+2e-2Ni(OH)2+2OH-氢氧燃料电池(H2SO4作电解质)负极:2H2-4e-4H+2H2+O22H2O正极:O2+4H+4e-2H2O氢氧燃料电池(KOH作电解质)负极:2H2+4OH-4e-4H2O2H2+O22H2O正极:O2+2H2O+4e-4OH-电池电极反应式总反应式考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引CH4燃料电池(H2SO4作电解质)负极:CH4+2H2O-8e-CO2+8H+CH4+2O2CO2+2H2O正极:2O2+8H+8e-4H2OCH3OH燃料电池(NaOH作电解质)负极:2CH3OH+16OH-12e-2C+12H2O2CH3OH+3O2+4NaOH2Na2CO3+6H2O正极:3O2+6H2O+12e-12OH-电池电极反应式总反应式考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引三、原电池原理的应用1.金属的腐蚀(1)化学腐蚀:金属跟接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀a.定义:不纯的金属与电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫电化学腐蚀。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引注意金属的腐蚀主要是发生电化学腐蚀。b.吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁的电化学腐蚀为例)2.金属的防护(1)改变金属的内部结构。例如把Ni、Cr等加入普通钢中制成不锈钢。(2)覆盖保护层:a.涂油脂、喷油漆、搪瓷、覆盖塑料等;b.电镀耐腐蚀的金属(Zn、Sn、Cr、Ni等)。类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性很弱或呈中性水膜呈酸性正极反应(C)O2+2H2O+4e-4OH-2H+2e-H2负极反应(Fe)Fe-2e-Fe2+其他反应Fe2+2OH-Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引(3)电化学保护法:通常采用如下两种方法。a.牺牲阳极的阴极保护法。这种方法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)装上若干镁合金或锌块。b.外加电流的阴极保护法。这种方法是把被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为阴极,用惰性电极作为阳极,两者均存在于电解质溶液(如海水)里,外接直流电源。通电后,电子被强制流向被保护的钢铁设备,使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近于零,从而起到保护作用。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引3.金属腐蚀快慢的比较不纯的金属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:(1)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,进行氧化还原反应的速率越快,活泼金属被腐蚀的速率就越快。(2)与金属所接触的介质有关,通常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,可用下列原则判断金属腐蚀的快慢: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考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引考点二电解原理及其应用考点二电解原理及其应用基础知识一、电解原理1.电解使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引2.电解池(1)装置特点电能转化为化学能。(2)形成条件a.与直流电源相连的两个电极。b.电解质溶液(或熔融态电解质)。c.形成闭合回路。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引3.电极反应规律(1)阴极与电源负极相连,得到电子发生还原反应。(2)阳极与电源正极相连,失去电子发生氧化反应。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引二、电解原理的应用1.氯碱工业(1)食盐水的精制考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引(2)主要生产过程考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引说明阳离子交换膜(以电解饱和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混合爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO影响烧碱质量。(3)电极反应及总反应阳极:2Cl-2e-Cl2。阴极:2H+2e-H2。总反应(离子方程式):2Cl-+2H2O2OH-+Cl2+H2。2.电镀(1)电镀的特点电镀时,阳极是镀层金属,阴极是镀件,一般用含有镀层金属离子的溶液作电镀液;电镀池工作时,阳极质量减小,阴极质量考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引增大,电解质溶液浓度不变。(2)铜的电解精炼阳极(用粗铜):Cu-2e-Cu2+。粗铜中的金、银等金属杂质,因失电子能力比铜弱,难以在阳极失去电子变成阳离子,以阳极泥的形式沉积下来。阴极(用纯铜):Cu2+2e-Cu。3.电冶金金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子,从其化合物中还原出来。通式为Mn+ne-M。钠的冶炼:NaCl在熔融状态下发生电离,通直流电,阴极反应式为2Na+2e-2Na,阳极反应式为2Cl-2e-Cl2。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引核心精讲一、惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电解物质电解质的变化pH使电解质溶液复原的方法电解水型阴极:4H+4e-2H2阳极:4OH4e-2H2O+O2NaOH水浓度增大增大加水H2SO4水浓度增大减小加水Na2SO4水浓度增大不变加水考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引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电解质浓度减小增大加氯化氢CuCl2电解质浓度减小加氯化铜放H2生碱型阴极:放出H2阳极:电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大加氯化氢放O2生酸型阴极:电解质阳离子放电阳极:OH-放电CuSO4电解质和水生成新电解质减小加氧化铜类型电极反应特点实例电解物质电解质的变化pH使电解质溶液复原的方法考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引说明(1)用惰性电极电解强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐的稀溶液时,实际上是电解H2O,溶质的质量分数增大,浓度增大。(2)电解时产物的判断要遵循阴、阳离子的放电顺序。(3)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溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,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。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引原电池电解池电镀池定义将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的装置装置举例二、原电池、电解池、电镀池的比较考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引形成条件活泼性不同的两电极电解质溶液(电极插入其中,并能与电极发生自发反应)形成闭合回路两电极接直流电源两电极插入电解质溶液(或熔融电解质)中形成闭合回路镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极电镀液必须含有镀层金属的离子(电镀过程中电镀液浓度不变)电极名称负极:氧化反应,金属失电子或者氢气等还原性物质失电子正极:还原反应,溶液中的阳离子得电子或者氧气等得电子阳极:氧化反应,溶液中的阴离子失电子,或金属电极失电子阴极:还原反应,溶液中的阳离子得电子阳极:金属电极失电子阴极:电镀液中镀层金属阳离子得电子(在电镀控制的条件下,水电离产生的H+及OH-一般不放电)原电池电解池电镀池考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引负极正极电源负极阴极电源正极阳极同电解池(1)同一原电池的正、负极的电极反应中得失电子数相等。(2)同一电解池的阴、阳极的电极反应中得失电子数相等。(3)串联电路中的各个电极反应得失电子数相等。上述三种情况下,在计算电解产物的量时,应按得失电子数相等计算原电池电解池电镀池考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引一、原电池电极反应式的书写方法1.一般电极反应式的书写知能拓展知能拓展考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引2.复杂电极反应式的书写总体思路:复杂电极反应式=总反应式-较简单一极电极反应式(1)燃料电池正极反应式的书写正极通入的气体一般是氧气,根据电解质的不同,分以下几种情况:在酸性溶液中生成水:O2+4H+4e-2H2O;在碱性溶液中生成氢氧根离子:O2+2H2O+4e-4OH-;在固体电解质(高温下能传导O2-)中生成O2-:O2+4e-2O2-;考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)中生成碳酸根离子:O2+2CO2+4e-2C。(2)燃料电池负极反应式的书写负极通入的是燃料,发生氧化反应,负极生成的离子一般与正极产物结合,有以下几种情况:若负极通入的气气体是氢气,则a.酸性溶液中:H2-2e-2H+;b.碱性溶液中:H2-2e-+2OH-2H2O;c.熔融氧化物中:H2-2e-+O2-H2O。若负极通入的气体为含碳的化合物,如CO、CH4、CH3OH等,碳元素均转化为+4价碳的化合物,在酸性溶液中生成CO2,在碱性溶液中生成C,熔融碳酸盐中生成CO2,熔融氧化物中生成C;含有的氢元素最终生成水。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引如CH3OH燃料电池负极反应式在酸性溶液中为CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+;在碱性溶液中为CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O。例1(2019河南汝州期末,18)图甲是一种利用微生物将废水中的尿素CO(NH2)2的化学能直接转化为电能,并生成对环境友好物质的装置,同时利用此装置的电能在铁上镀铜(如图乙)。下列说法中正确的是()考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引A.铜电极应与X相连接B.H+透过质子交换膜由右向左移动C.当N电极消耗0.25mol气体时,铁电极增重16gD.M电极反应式:H2NCONH2+H2O-6e-CO2+N2+6H+解题导引微生物电池是燃料电池的一种,实质还是氧化还原反应。根据示意图判断电池的正、负极,再结合图中微粒变化的情况书写出电极反应式。考点清单知能拓展实践探究创新思维栏目索引解析解析A项,根据图甲可判断出N极为正极,