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1、专题十一电化学高考化学（天津专用）高考化学（天津专用）考点一原电池工作原理及应用考点一原电池工作原理及应用基础知识基础知识1.原电池的概念原电池的概念把化学能转化为电能的装置。2.构成条件构成条件(1)有两个活泼性不同的电极。(2)将电极插入电解质溶液中并形成闭合回路。(3)能自发进行的氧化还原反应一般都可设计成原电池。考点清考点清单3.工作原理工作原理下图是Cu-Zn原电池示意图电极材料ZnCu电极名称负极正极电极反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn-2e-Zn2+Cu2+2e-Cu电子移动方向从负极流出经外电路流入正极电流方向从正极(Cu电极)流出经外电路流入负极(Zn电极)阴、阳离子移
2、动方向电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极4.原电池原理的应用原电池原理的应用(1)应用一:比较金属的活动性强弱原电池中,一般活动性相对较强的金属作负极,而活动性相对较弱的金属(或导电的非金属)作正极。(2)应用二:加快化学反应速率由于形成了原电池,导致反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原电池,加快反应速率。(3)应用三:用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。(4)应用四:设计制作原电池设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件:a.必
3、须是能自发进行的氧化还原反应。b.根据氧化还原反应找出正、负极材料(负极就是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液。c.形成闭合回路。重点难点重点难点1.在原电池内电路中,阳离子移向正极,阴离子移向负极(包括盐桥中的阴、阳离子)。这是因为负极发生的是失电子的反应,致使该极附近有大量正电荷,所以溶液中的阴离子要移向负极;正极发生的是得电子的反应,致使该极附近有大量负电荷,所以溶液中的阳离子要移向正极。2.电极材料的选择电极材料的选择在原电池中,一般选择活动性相对较强的金属作负极;活动性相对较弱的金属或导电的非金属作正极。3.电解质溶液的选择电解质溶液的选择电解质
4、溶液一般要能够与负极材料发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极材料发生反应(如溶解于溶液中的氧气)。如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶液应含有相应电极材料的阳离子。如在Cu-Zn原电池中,负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。考点二电解原理及应用考点二电解原理及应用基础知识基础知识1.电解原理电解原理(1)相关概念使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。将电能转化为化学能的装置叫电解池。(2)电解池的构成条件直流电源,两个电极,电解质(熔融态或溶液),闭合回
5、路。(3)电解池的工作原理以电解CuCl2溶液为例电极材料石墨(C1)石墨(C2)电极名称阴极(与电源负极相连)阳极(与电源正极相连)电极反应类型还原反应氧化反应电极反应式Cu2+2e-Cu2Cl-2e-Cl2电子移动方向从电源的负极沿导线流入电解池的阴极,再从电解池的阳极流出,并沿导线流回电源的正极电流方向从电源正极流出经外电路流入负极阴、阳离子移动方向电解质溶液中,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极2.电解原理的应用电解原理的应用(1)氯碱工业电解饱和食盐水阳极(放电顺序:Cl-OH-):2Cl-2e-Cl2(氧化反应)阴极(放电顺序:H+Na+):2H+2e-H2(还原反应)总反应:2NaC
6、l+2H2O2NaOH+H2+Cl2离子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+H2+Cl2(2)电镀和电解精炼铜续表(3)电冶金a.原理:利用电解原理使矿石中的金属离子获得电子,从它们的化合物中还原出来。b.适用范围:制取活泼金属单质,如电解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al,化学方程式分别为2NaCl(熔融)2Na+Cl2,MgCl2(熔融)Mg+Cl2,2Al2O3(熔融)4Al+3O2。重点难点重点难点(1)电解质溶液导电时一定发生化学反应,因为电解质溶液导电的过程即电解的过程,电解池的两极分别发生氧化反应、还原反应,有新物质生成。金属导电是物理变化。(2)原电池和电解池
7、中,阴、阳离子一定在电解质(熔融态或溶液)中移动,电子一定在导线中移动。可简记为“离子不上岸,电子不下水”。考点三金属的腐蚀与防护考点三金属的腐蚀与防护基础知识基础知识1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀原理金属与接触到的物质直接反应不纯的金属与电解质溶液接触发生原电池反应现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程实质与联系(1)实质都是金属原子失去电子被氧化而损耗;(2)化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生,但电化学腐蚀更普遍,腐蚀速率更大,危害更严重2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀3.金属的防护金属的防护(1
8、)在金属表面覆盖保护层a.涂矿物质油脂、油漆等;b.镀抗腐蚀金属电镀、热镀、喷镀法;c.用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜,如烤蓝。(2)改变金属内部组成、结构而增强抗腐蚀能力,如制成不锈钢。(3)电化学防护a.牺牲阳极的阴极保护法:形成原电池时,让被保护金属作正极,不反应,起到保护作用;活泼金属反应而被腐蚀。b.外加电流的阴极保护法:将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两极,使被保护的金属作阴极,在外加直流电的作用下使其得到重点难点重点难点在同一电解质溶液中,金属腐蚀的快慢可用下列规律判断: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。保护。此法主要用于防止土壤、海水及
9、河水中金属设备的腐蚀。方法方法1原电池正、负极的判断及电极反应式的书写原电池正、负极的判断及电极反应式的书写1.原电池正、负极的判断原电池正、负极的判断方法技巧方法技巧判断角度负极正极电极材料一般是活动性较强的金属一般是活动性较弱的金属或能导电的非金属电子流向电子流出的一极电子流入的一极离子移动方向阴离子移向的一极阳离子移向的一极发生的反应氧化反应还原反应反应现象一般质量减小质量增加或不变注意原电池的正、负极不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性质有关,如Mg、Al在稀硫酸中构成原电池时,Mg作负极,Al作正极,但若以NaOH溶液为电解质溶液,则Al为负极,Mg为正极。2.原电池电极反应式的书
10、写原电池电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写(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(3)燃料电池电极反应式的书写.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-;在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)中生成碳酸根离子:O2+2CO2+4e-2C。.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
11、极通入的气体是氢气,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。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。3.书写电极反应式时应注意的问题书写电极反应式时应注意的问题(1)两电极得失电子数目相等。(2)电极
12、反应式常用“”而不用“”表示。(3)书写电极反应式时要保证电荷守恒、原子守恒。例例1锂空气电池由于具有较高的比能量而成为未来电动汽车的希望,其原理模型如图所示。下列说法中不正确的是()A.可以用LiOH溶液作电解质溶液B.锂既是负极材料又是负极反应物C.正极反应式为2Li+O2+2e-Li2O2D.正极采用多孔碳材料是为了更好地吸附空气根据离子的移动方向确定正、负极,明确各电极上发生的电极反应是解题的关键。解析解析锂和水反应生成氢氧化锂和氢气,所以不能采用水性电解液,故A错误;该电池负极上锂失电子发生氧化反应,所以锂既是负极材料又是负极反应物,故B正确;正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式
13、为2Li+O2+2e-Li2O2,故C正确;多孔碳材料表面积大,正极采用多孔碳材料是为了更好地吸附空气,故D正确。答案答案A解题导引解题导引方法方法2电解池中阴、阳极的判断与电极反应式的书写电解池中阴、阳极的判断与电极反应式的书写1.阴、阳极的判断方法阴、阳极的判断方法(1)根据电源的正负极、离子移动的方向、发生反应的类型判断(2)依据电极质量变化判断一般,电极质量减轻的是阳极,电极质量增加的是阴极。(3)依据电极产物判断产生Cl2或O2的电极是阳极;产生H2的电极是阴极。(4)依据溶液变化判断如果电解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)时某极附近溶液能使酚酞呈红色,则它是阴极(H+放电,O
14、H-浓度增大)。2.电解时电极产物的判断电解时电极产物的判断3.电极反应式的书写电极反应式的书写(1)首先判断阴、阳极,分析电极材料,阳极为金属活性电极时,电极材料放电。(2)再分析溶液中的离子种类,根据离子放电顺序,分析电极反应并判断电极产物,写出电极反应式。(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+(水)、OH-之后的离子一般不参与放电。4.电解总方程式的书写电解总方程式的书写(1)必须在连接号上标明通电或电解。(2)若只是电解质被电解,电解总方程式中只写电解质及电解产物。如电解CuCl2溶液:CuCl2Cu+Cl2。(3)若只有水被电解,只写水及电解产物即可。如电解稀硫酸、NaOH溶液、N
15、a2SO4溶液时,电解总方程式应写为2H2O2H2+O2。(4)若电解质、水同时被电解,则都要写进电解总方程式。如电解饱和食盐水:2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH。例例2铅蓄电池反应原理为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l),下列说法中正确的是()A.放电时,负极的电极反应式为Pb-2e-Pb2+B.放电时,正极得电子的物质是PbO2C.充电时,电解质溶液中硫酸浓度减小D.充电时,阴极的电极反应式为PbSO4-2e-+2H2OPbO2+4H+S放电时Pb作负极,充电时Pb与外加电源负极相接作阴极。解析解析A项,放电时铅蓄电池中铅是负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式为Pb(s)-2e-+S(aq)PbSO4(s);B项,放电时铅蓄电池中PbO2是正极,得到电子发生还原反应;C项,充电时生成硫酸,电解质溶液中硫酸的浓度增大;D项,充电时,阴极上PbSO4得到电子发生还原反应,即Pb-SO4(s)+2e-Pb(s)+S(aq)。答案答案B解题导引解题导引
