专题八 电化学
电化学专题学案
考纲要求：
1.理解原电池原理。初步了解化学电源。了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法。
2.理解电解原理。了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应原理。
主干知识梳理：
1.原电池、电解池、电镀池的比较（对照3+X 资料35页表格）
2.电解产物的判断（对照3+X 资料36页）
3.金属的腐蚀与防护：
金属腐蚀的类型及比较
化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与非电解质等直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触
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
①电化学腐蚀分类：析氢和吸氧腐蚀。（掌握铁生锈的电极反应式）
②金属腐蚀快慢的判断：
a.电解引起的阳极腐蚀＞原电池引起负极的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐蚀措施的腐蚀；
b.同一种金属的腐蚀：强电解质＞弱电解质＞非电解质
③金属的防护方法：(1)改变金属的内部结构(2)覆盖保护层(3)电化学保护法
典型例题分析：
考点一 原电池及原电池工作原理
例1. LiFePO 4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为FePO 4+Li LiFePO 4,电池的正极材料是LiFePO 4，负极材料是石墨，含Li +导电固体为电解质。下列有关LiFePO 4电池说法正确的是 （ ）
A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
B.放电时电池内部Li +向负极移动
C.充电过程中，电池正极材料的质量减少
D.放电时电池正极反应为FePO 4+Li ++e - =LiFePO 4
练习1.
碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn （s ）+2MnO 2（s ）
+H 2O （l ） Zn(OH)2 (s)+Mn 2O 3（s ）下列说法错误的是（ ）
A ．电池工作时，锌失去电子
B ．电池正极的电极反应式为：2MnO 2（s ）+H 2O （l ）+2e —=Mn 2O 3（s+）+2OH —（aq ）
C ．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D ．外电路中每通过0.2mol 电子，锌的质量理论上减小6.5g 考点二 电极反应式的书写
例2．据报道,我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH 溶液,下列有关该电池的叙述不正确的是（ ）
A.正极反应式为O 2+2H 2O+4e -=4OH -
B.工作一段时间后，电解液中的KOH 的物质的量不变
C.该燃料电池的总反应方程式为2H 2+O 2=2H 2O
D.用该电池电解CuCl 2溶液，产生2.24 L Cl 2（标准状况）时，有0.1 mol 电子转移
练习2（2009年广东卷）可用於电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH 溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是（）
A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e＝Al（OH）3↓
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
考点三电解原理及其应用
【例3】(2009·安徽理综,12)Cu2O是一种半导体材料，基于绿
色化学理念设计的一制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反
应为2Cu+H2O Cu2O+H2↑。下列说法正确的是（）
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0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu
2
O生成
练习3：下图为相互串联的甲乙两个电解池，请回答：
（1）甲池若为用电解原理精炼铜的装置，A极是
，材料是，电极反应
为；
B极是，材料是，电极反应
为，
电解质溶液为。
（2）乙池中若滴入少量酚酞试液，开始一段时间后，______ 极附近呈红色。
（3）若甲槽阴极增重12.8 g，则乙槽阳极放出气体在标准状况下的体积为
（4）若乙槽剩余液体为400 mL，则电解后得到碱液的物质的量浓度为，pH 为。
练习4:相同条件下，用惰性电极分别电解足量下列溶液，通过0.1mol 电子产生气体最多的是（）
A.AgNO
3 B.H
2
SO
4
C.CuCl
2
D.NaCl
考点四金属的腐蚀与防护
【例4】(2009·上海，13) 如图装置中，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
练习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.①②
B.②③
C.①③
D.①④
电化学基础知识
电化学基础知识 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
电化学基础知识整理 1.原电池 原电池是将化学能转化为电能的装置 原电池原理 ①、原电池：将化学能转变成电能的装置 ②、形成条件：①活动性不同的两电极（连接）；②电解质溶液（插入其中并与电极自发反应）；③电极形成闭合电路④能自发的发生氧化还原反应 ③、电极名称： 负极：较活泼的金属（电子流出的一极） 正极：较不活泼的金属或能导电的非金属（电子流入的一极） ④、电极反应： 负极：氧化反应，金属失电子 正极：还原反应，溶液中的阴离子得电子或氧气得电子（吸氧腐蚀） ⑤、电子流向：由负极沿导线流向正极 锌-铜电池，负极-Zn，正极-Cu。 负极：Zn-2e=Zn2+，电解质溶液——稀硫酸。 正极：2H++2e=H2↑ 总反应：2H++Zn=H2↑+Zn2+ 注意：如果在铜锌的导线中加一个电流计，电流计指针会发生偏转。随时间的延续，电流计指针的偏转角度逐渐减小。 盐桥的作用：盐桥起到了使整个装置构成通路的作用 例如:铜锌原电池中用到了盐桥 现象:
⑴、检流计指针偏转，说明有电流通过。从检流计指针偏转的方向可以知道电流的方向是Cu极→Zn极。根据电流是从正极流向负极，因此，Zn极为负极，Cu极为正极。而电子流动的方向却相反，从Zn极→Cu极。电子流出的一极为负极，发生氧化反应；电子流入的一极为正极，发生还原反应。 一般说来，由两种金属所构成的原电池中，较活泼的金属是负极，较不活泼的金属是正极。其原理正是置换反应，负极金属逐渐溶解为离子进入溶液。反应一段时间后，称重表明，Zn 棒减轻，Cu棒增重。 ⑵、取出盐桥，检流计指针归零，重新放入盐桥，指针又发生偏转，说明盐桥起到了使整个装置构成通路的作用。盐桥是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动。 盐桥是怎样构成原电池中的电池通路呢Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+过多，带正电荷。Cu2+获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2+过少，SO42-过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在，其中Cl-向ZnSO4 溶液迁移，K+向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液，将两个烧杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥(如充满KCl饱和溶液和琼脂制成的胶冻)连接起来，再用导线将锌片和铜片联接，并在导线中串联一个电流表，就可以观察到下面的现象： (1)电流表指针发生偏转，根据指针偏转方向，可以判断出锌片为负极、铜片为正极. (2)铜片上有铜析出，锌片则被溶解. (3)取出盐桥，指针回到零点，说明盐桥起了沟通电路的作用. 2.化学电源 化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。
化学专题复习：电化学基础(完整版)
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I F Z I I I F Z 高考化学专题复习：电化学基础 要点一 原电池、电解池、电镀池的比较 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它金属的装置。一种特殊的电解池 装 置 举 例 形 成 条 件 ①活动性不同的两电极(连接) ②电解质溶液(电极插入其中 并与电极自发反应) ③形成闭合回路 ①两电极接直流电源 ②两电极插人电解质溶液 ③形成闭合回路 ①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极 ②电镀液必须含有镀层金属的离子 电 极 名 称 负极：较活泼金属； 正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等) 阳极：电源正极相连的电极 阴极：电源负极相连的电极 阳极：镀层金属； 阴极：镀件 电 子 流 向 负极正极 电源负极 阴极 电源正极 阳极 电源负极阴极 电源正极 阳极 电 极 反 应 负极（氧化反应）：金属原子失电子； 正极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：溶液中的阴离子失电子，或金属电极本身失电子； 阴极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：金属电极失电子； 阴极（还原反应）：电镀液中阳离子得电子 离 子流向 阳离子：负极→正极（溶液中） 阴离子：负极←正极（溶液中） 阳离子→阴极（溶液中） 阴离子→阳极（溶液中） 阳离子→阴极（溶液中） 阴离子→阳极（溶液中） 练习1、把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液 混合溶液的玻璃皿中（如图所示），经一段时间后， 观察到溶液变红的区域是（ ） A 、I 和III 附近 B 、I 和IV 附近 C 、II 和III 附近 D 、II 和IV 附近
高考电化学专题-复习精华版
２.氢氧燃料电池反应汇总: 介质电池反应2H2 +Ｏ = 2H2O ２ 酸性负极2H2 - 4e- = 4H+ 正极O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O 中性负极2H2 - 4e- = 4H+ 正极O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 碱性负极2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O 正极O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- ３.固体氢氧燃料电池: 固体电解质介质电池反应：2H2 +Ｏ = 2H2O ２ 负极 2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O 正极 O2 + 4e-= 2O2－ 负极2H2 - 4e- = 4H+ 正极 O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 4.甲烷新型燃料电池 以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷和氧气。 电极反应为： 负极:ＣH４+10OＨ-－8e－＝ＣＯ32- + 7Ｈ2O 正极：2O2+ 4H2Ｏ+8e-= 8OＨ- 电池总反应：ＣH4＋２O2 + 2KOH ＝K２CO３＋ 3 Ｈ２Ｏ 分析溶液的ｐH变化。 C4H10、空气燃料电池、电解质为熔融K2CＯ３， 用稀土金属材料作电极（具有催化作用) 负极：２C4H1 -52e- + 26ＣO32-- =34 CO2+10H２O ０
第二课时 电解池原理 一、 电解池基础 定义：使电流通过电解质溶液而在阴阳 两极引起氧化还原反应的过程。 装置特点：电能转化为化学能。 ①、与电源本连的两个电极; 形成条件 ②、电解质溶液(或熔化的电解质) ③、形成闭合回路。 电极 阳极:与直流电源正极相连的叫阳极。 概念 阴极:与直流电源负极相连的叫阴极。 电极反应： 原理：谁还原性或氧化性强谁先放电(发生氧化还原反应) 离子放电顺序： 阳极:阴离子还原性 S 2->Ｉ->Br － >Cl ->OH -＞SO 42－ (含氧酸根）>F － 阴极:阳离子氧化性 Ag +>Ｆe 3+>Cu 2＋ >Pb ２ +>Sn 2＋ >Fe 2+>Zn 2＋ >H +>A ｌ3+>Ｍｇ2+>N ａ＋ 电子流向 e - ｅ- 氧化反应 阳极 阴极 还原反应 反应原理：4OH --4e －=2H ２O +O 2 Ｃｕ2+＋2e -＝C ｕ 电解质溶液 电解结果：在两极上有新物质生成。 总反应：２CuSO 4＋ 2H 2O ＝ 2Cu+2H 2SO ４＋Ｏ2↑ 注意:当离子浓度相差较大时,放电顺序要发生变化，相同时按H +,不同时按（H +) 二、 电解池原理 粗铜板作阳极，与直流电源正极相连; ①、装置 纯铜作阴极,与直流电源负极相连； 用CuSO 4 (加一定量H 2SO 4)作电解液。 移向 阴离子 移 向 阳离 子 电 解池原理
电化学基础知识点(大全)
【知识点】 装置特点：化学能转化为电能。 ①、两个活泼性不同的电极； 形成条件：②、电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）； 原 ③、形成闭合回路（或在溶液中接触） 电 负极：用还原性较强的物质作负极，负极向外电路提供电子；发生氧化反应。 池 基本概念： 正极：用氧化性较强的物质正极，正极从外电路得到电子，发生还原反应。 原 电极反应方程式：电极反应、总反应。 理 氧化反应 负极 铜锌原电池 正极 还原反应 反应原理：Zn-2e -=Zn 2+ 2H ++2e -=2H 2↑ 电解质溶液 电极反应： 负极（锌筒）Zn-2e -=Zn 2+ 正极（石墨）2NH 4++2e -=2NH 3+H 2↑ ①、普通锌——锰干电池 总反应：Zn+2NH 4+=Zn 2++2NH 3+H 2↑ 干电池： 电解质溶液：糊状的NH 4Cl 特点：电量小，放电过程易发生气涨和溶液 ②、碱性锌——锰干电池 电极：负极由锌改锌粉（反应面积增大，放电电流增加）； 电解液：由中性变为碱性（离子导电性好）。 正极（PbO 2） PbO 2+SO 42-+4H ++2e -=PbSO 4+2H 2O 负极（Pb ） Pb+SO 42--2e -=PbSO 4 铅蓄电池：总反应：PbO 2+Pb+2H 2SO 4 2PbSO 4+2H 2O 电解液：1.25g/cm 3~1.28g/cm 3的H 2SO 4 溶液 蓄电池 特点：电压稳定。 Ⅰ、镍——镉（Ni ——Cd ）可充电电池； 其它蓄电池 Cd+2NiO(OH)+2H 2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Ⅱ、银锌蓄电池 锂电池 ①、燃料电池与普通电池的区别 不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是工作时不断从外界输入，同时 燃料 电极反应产物不断排出电池。 电池 ②、原料：除氢气和氧气外，也可以是CH 4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。 负极：2H 2+2OH --4e -=4H 2O ；正极：O 2+2H 2O+4e -=4OH - ③、氢氧燃料电池： 总反应：O 2 +2H 2 =2H 2O 特点：转化率高，持续使用，无污染。 废旧电池的危害：旧电池中含有重金属（Hg 2+）酸碱等物质；回收金属，防止污染。 失e -,沿导线传递，有电流产生 溶解 不断 移 向 阳离 子 化 学电源简介 放电 充电 放电 放电`
电化学法处理生活污水的性能研究
洛阳理工学院毕业设计（论文） 题目电化学法处理生活污水的性能研究 姓名杨振宇 系（部）环境工程与化学系 专业环境工程 指导教师吴长航 2013 年 6 月 2 日
电化学法处理生活污水性能的研究 摘要 鉴于生活污水处理存在设备复杂、残留物浓度过高等问题，采用电化学法对生活污水进行试验研究，分析了电化学法在水处理中的反应原理，以及其具有操作简单、自动化性强、环境兼容性好等优点。实验以IrO2 - Pt / Ti惰性电极为阳极，铜片为阴极，分别考察了电流密度、极板间距、氯离子浓度对污水中氨氮去除率的影响。实验得出当电流密度为30 mA/cm2，极板间距为2 cm，氯离子浓度为200mg/L时为最佳去除工况，这时氨氮的去除率最高，达到了国家要求的生活污水二级排放标准。同时提出了电化学法处理生活污水还需要解决能耗大、工业化应用等问题。 关键词：电化学法，生活污水，去除率，氨氮
The Research on Electrochemical Treatment of Sewage ABSTRACT According to the problem that the sewage treatment equipment complex and residue concentration is too high, experimental study of the sewage by electrochemical method, and analyzes the principle of electrochemical reaction in water treatment, and it has simple operation, automatic strong sex, as well as good environmental compatibility. As IrO2-Pt / Ti inert electrode is for anode, copper cathode, respectively investigates the current density, plate spacing, the chloride ion concentration of ammonia nitrogen removal rate in wastewater. Experiment when the current density of 30 mA/cm2, plate spacing is 2 cm, the chloride ion concentration of 200 mg/L when is the best working condition of removing, then ammonia nitrogen removal rate is highest, up to the national request of sewage secondary emission standards. Proposed the electrochemical method deal with sewage also need to solve the problem of large energy consumption, industrial application, etc. KEY WORDS: Electrochemical method, Sewage, Removal, NH4-N
专题8电化学
专题08 电化学及其应用 3．[2019天津]我国科学家研制了一种新型的高比能量锌?碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。 下列叙述不正确 ．．．的是 A．放电时，a电极反应为 B．放电时，溶液中离子的数目增大 C．充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02mol I 被氧化 D．充电时，a电极接外电源负极 4．[2019江苏]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是 A．铁被氧化的电极反应式为Fe?3e?Fe3+ B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 5. [2019浙江选考]化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确 ．．．的是
A. Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加 B.正极的电极反应式为Ag2O＋2e?＋H2O2Ag＋2OH? C.锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D.使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 6．[2019新课标Ⅱ节选]环戊二烯（）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题： （4）环戊二烯可用于制备二茂铁（Fe(C5H5)2，结构简式为），后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有 溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF溶液（DMF为惰性有机溶剂）。
该电解池的阳极为____________，总反应为__________________。电解制备需要在 无水条件下进行，原因为_________________________。 10．[2019浙江选考节选]水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。 （4）以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8，再与水反应得到H2O2，其中生成的NH4HSO4可以循环使用。 ①阳极的电极反应式是________。 ②制备H2O2的总反应方程式是________。 12．[2019·湖南省长沙市雅礼中学高三下学期二模]科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如左下图所示，用Cu? Si合金作硅源，在950℃下利用三层液熔盐进行电解精炼，并利用某CH4燃料电池(如下图所示)作为电源。下列有关说法不正确的是 A．电极c与b相连，d与a相连 B．左侧电解槽中；Si优先于Cu被氧化 C．a极的电极反应为CH4? 8e? +4O2? ===CO2+2H2O D．相同时间下，通入CH4、O2的体积不同，会影响硅的提纯速率
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第一部分 原电池基础 一、原电池基础 装置特点：化学能转化为电能。 ①、两个活泼性不同的电极； 形成条件：②、电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）； 原 ③、形成闭合回路（或在溶液中接触） 电 负极：用还原性较强的物质作负极，负极向外电路提供电子；发生氧化反应。 池 基本概念： 正极：用氧化性较强的物质正极，正极从外电路得到电子，发生还原反应。 原 电极反应方程式：电极反应、总反应。 理 氧化反应 负极 铜锌原电池 正极 还原反应 反应原理 Zn-2e -=Zn 2+ 2H ++2e -=2H 2↑ 电解质溶液 二、常见的电池种类 电极反应： 负极（锌筒）Zn-2e -=Zn 2+ 正极（石墨）2NH 4++2e -=2NH 3+H 2↑ ① 普通锌——锰干电池 总反应：Zn+2NH 4+=Zn 2++2NH 3+H 2↑ 干电池： 电解质溶液：糊状的NH 4Cl 特点：电量小，放电过程易发生气涨和溶液 ② 碱性锌——锰干电池 电极反应： 负极（锌筒）Zn-2e - +2OH - =Zn(OH)2 正极（石墨）2e - +2H 2O +2MnO 2= 2OH-＋2MnOOH ( 氢氧化氧锰) 总反应：2 H 2O +Zn+2MnO 2= Zn(OH)2＋2MnOOH 电极：负极由锌改锌粉（反应面积增大，放电电流增加）；使用寿命提高 电解液：由中性变为碱性（离子导电性好）。 失e -,沿导线传递，有电流产生 溶 解 不断
可充电电池 正极（PbO 2） PbO 2+SO 42-+4H ++2e -=PbSO 4+2H 2O 负极（Pb ） Pb+SO 42--2e -=PbSO 4 铅蓄电池 总反应：PbO 2+Pb+2H 2SO 4 2PbSO 4+2H 2O 电解液：1.25g/cm 3~1.28g/cm 3的H 2SO 4 溶液 蓄电池 特点：电压稳定, 废弃电池污染环境 Ⅰ、镍——镉（Ni ——Cd ）可充电电池； 其它 负极材料：Cd ；正极材料：涂有NiO 2，电解质：KOH 溶液 NiO 2+Cd+2H 2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 Ⅱ、银锌蓄电池 正极壳填充Ag 2O 和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH 。 反应式为： 2Ag+Zn(OH)2 ﹦ Zn+Ag 2O+H 2 锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl 2)：8Li+3SOCl 2 = 6LiCl+Li 2SO 3+2S 负极： ；正极： 。 锂电池 用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命， 广泛应用于军事和航空领域。 ①、燃料电池与普通电池的区别 不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是工作时不断从外界输入，同时 燃 料 电极反应产物不断排出电池。 电 池 ②、原料：除氢气和氧气外，也可以是CH 4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。 ③、氢氧燃料电池： 总反应：O 2 +2H 2 =2H 2O 特点：转化率高，持续使用，无污染。 1.普通锌锰电池 干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH 4Cl 、ZnCl 2和淀粉作电解质溶液，还填充MnO 2的黑色粉末吸收正极放出的H 2，防止产生极化现象。电极总的反应式为：2NH 4Cl+Zn+2MnO 2=ZnCl 2＋2NH 3↑+Mn 2O 3+H 2O 问题： ①通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？ ②我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用? 化学电 源 简 介 放电 充电 放电 放电` 充电 放电 ` 充电 放电 `
氧化还原反应及电化学-例题解析
第十四讲氧化还原反应及电化学 【例题解析】 【例1】(2005年江苏省化学竞赛夏令营选拔赛试题)铝是一种重要的金属材料，广泛用于制作导线、结构材料和日用器皿，铝合金大量用于飞机和其它构件的制造。十九世纪曾以电解熔融氧化铝的方法制备金属铝，当时铝由于价格昂贵而只被贵族用作装饰品。现代工业上是通过在1000℃左右的高温下电解氧化铝和冰晶石(Na3AlF6)的熔融液制备铝的。请回答下列问题： (1) 现代工业电解制备铝过程中正极和负极实际发生的反应分别为：在正极放电产生；在负极放电产生。 (2) 电解反应方程式为。 (3) 以现代工业方法制备的铝价格下降的可能原因是：。 (4) 若电流效率为75％，则制备1kg金属铝需以10A电流电解小时。 (5) 电解NaCl－AlCl3熔融液制备铝比电解Al2O3－Na3AlF6的熔融液制备铝节省电能约30％，为什么现在仍用后一种方法制备铝? 。 【解析】 (1) O2－3+ (2) O O Al 2 (3) 纯氧化铝熔点很高(＞2000℃)，加入Na3AlF6后由于形成共熔体使其熔点大大降低，从而使制备铝成本降低 (4) 397 (5) 由于AlCl3没有天然矿藏，制备AlCl3所需氯气仍需电解制得，电能没有省下。 【例2】(2006年江苏省化学竞赛夏令营选拔赛试题)锂离子电池、金属氢化物-镍电池(MH-Ni)、无水碱性锌-锰电池、燃料电池、太阳能电池等是21世纪理想的绿色环保电源。其中液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正负电极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，负极采用碳电极，充电后成为锂-碳层间化合物Li x C6(0 8种电化学水处理方法 电化学水处理- 世间万物，都是有一利就有一弊。社会的进步和人们生活水平的提高，也不可避免地对环境产生污染。废水就是其中之一。随着石化、印染、造纸、农药、医药卫生、冶金、食品等行业的迅速发展，世界各国的废水排放总量急剧增加，且由于废水中含有较多的高浓度、高毒性、高盐度、高色度的成分，使其难以降解和处理，往往会造成非常严重的水环境污染。 为了处理每天大量排出的工业废水，人们也是蛮拼的。物、化、生齐用，力、声、光、电、磁结合。今天笔者为您总结用电’ 来处理废水的电化学水处理技术。 电化学水处理技术，是指在电极或外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程，对废水中的污染物进行降解的过程。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为环境友好’ 技术。 电化学水处理的发展历程 1799 年 Valta制成Cu-Zn原电池，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源 1833 年 建立电流和化学反应关系的法拉第定律。 19世纪70年代 Helmholtz提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。 1887 年 Arrhenius提出电离学说。 1889 年 Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。 1903 年 Morse 和Pierce 把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去。 1905年 提出Tafel 公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系。 1906年 专题八电化学 [考纲要求] 1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.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。 考点一盐桥问题面面观 1．电化学装置中都有两个电极，分别发生氧化反应与还原反应。若两个电极插在同一电解质溶液的容器内，则由于阴阳离子的移动速率不同而导致两极之间出现浓度差，以及因电极本身直接与离子反应而导致两极之间电势差变小，影响了电流的稳定。为解决这个问题，人们使用了盐桥。盐桥主要出现在原电池中，有时也可在电解池中出现，其主要作用就是构建闭合的内电路，但不影响反应的实质。盐桥内常为饱和氯化钾、硝酸钾等溶液。 2．盐桥是新课改教材中出现的新名词，因而围绕盐桥的电化学知识已成为新课改地区命题的一个热点，所以有必要分析研究盐桥问题的考查思路。常从以下四方面命题。 (1)考查盐桥的作用； (2)考查含盐桥的电化学总反应式的书写； (3)考查盐桥内溶液离子的移动方向； (4)考查含盐桥的电化学装置的设计。 题组一明确原理，设计装置 1．根据下图，下列判断中正确的是() A．烧杯a中的溶液pH降低 B．烧杯b中发生氧化反应 C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2 D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2 2．[2013·广东理综，33(2)(3)](2)能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。 ①完成原电池甲的装置示意图(见上图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属 元素。 ②以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察 到负极__________。 ③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是_____________________。 (3)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在(2)的材料中应选__________作阳 极。 方法归纳 1．工作原理 原电池的闭合回路有外电路与内电路之分，外电路的电流是从正极流向负极，内电路是从负极流向正极， 高三专题——电化学专题 一、选择题 1．已知锂离子电池的总反应：Li x C＋Li1－x CoO2C＋LiCoO2，锂硫电池的总反应：2Li＋S Li2S，有关上述两种电池说法正确的是( ) A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移 B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C．理论上两种电池的比能量相同 D．上图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 【答案】B 2．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“=”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。 下列叙述中正确的是( ) A．甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转 B．甲组操作时，溶液颜色变浅 C．乙组操作时，C2作正极 D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－ 【答案】D 3．瑞典公司设计的用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池如图所示，下列有关说法正确的是（） A．电池工作时，电极2上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后停止，溶液 pH比开始时明显增大 C．电极1发生的电极反应为2NH3 + 6OH－－6e－＝ N2↑ + 6H2O D．用该电池做电源电解精炼铜，理论上每消0.2molNH3的同时阳极会得到 19.2g纯铜 【答案】C 4．如图装置，放电时可将Li、CO2转化为Li2CO3和C，充电时选用合适催化剂仅使Li2CO3转化为Li、CO2和O2。下列有关表述正确的是 A．放电时，Li+向电极X方向移动 B．充电时，电极Y应与外接直流电源的负极相连 C．充电时阳极的电极反应式为C+2Li2CO3-4e-==3CO2↑+4Li+ D．放电时，每转移4mol电子，生成1molC 【答案】D 5．全钒液流电池工作原理如图所示。在电解质溶液中发生的电池总反应为：VO2＋（蓝色）＋H2O＋V3＋（紫色）VO2＋（黄色）＋V2＋（绿色）＋2H＋。下列说法正确的是( ) A．当电池无法放电时，只要更换电解质溶液，不用外接电源进行充电就可正常工作B．放电时，负极反应为VO2++2H＋＋e－＝VO2＋＋H2O C．放电时，正极附近溶液由紫色变绿色 D．放电过程中，正极附近溶液的pH变小 【答案】A 6．甲图为一种新型污水处理装置，该装冒可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，乙图是种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。关于甲、乙的说法不正确的是 一、原电池的工作原理 装置特点：化学能转化为电能。 ①、两个活泼性不同的电极； 形成条件：②、电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）； 原③、形成闭合回路（或在溶液中接触） 电④、建立在自发进行的氧化还原反应基础之上 池负极：用还原性较强的物质作负极，负极向外电路提供电子；发生氧化反应。原基本概念：正极：用氧化性较强的物质正极，正极从外电路得到电子，发生还原反应。理电极反应方程式：电极反应、总反应。 氧化反应负极铜锌原电池正极还原反应 反应原理 Zn-2e - =Zn2+ 2H ++2e- =2H↑ 溶 电解质溶液 二、常见的电池种类 电极反应：负极（锌筒）Zn-2e-=Zn2+ 正极（石墨） 2NH4++2e- =2NH3+H2↑ ①普通锌——锰干电池总反应：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2↑ 干电池： 电解质溶液：糊状的 NH 4Cl 特点：电量小，放电过程易发生气涨和溶液 ② 碱性锌——锰干电池 电极反应： 负极（锌筒） Zn-2e -- 2 +2OH=Zn(OH) 正极（石墨） 2e - +2H 2 O +2MnO= 2OH-＋2MnOOH ( 氢氧化氧锰 ) 总反应： 2 H 2O +Zn+2MnO= Zn(OH) 2＋2MnOOH 电极：负极由锌改锌粉（反应面积增大，放电电流增加） ；使用寿命提高 电解液：由中性变为碱性（离子导电性好） 。 正极（ PbO 2） PbO 2+SO 42- +4H ++2e - =PbSO 4+2HO 负极（ Pb ） Pb+SO 4 2- -2e - =PbSO 4 铅蓄电池 总反应： PbO+Pb+2HSO 2PbSO 4 +2HO 2 4 电解液： 1.25g/cm 3~1.28g/cm 3 的 H 2SO 4 溶液 蓄电池 特点：电压稳定 , 废弃电池污染环境 Ⅰ、镍——镉（ Ni —— Cd ）可充电电池； 其它 负极材料： Cd ；正极材料：涂有 NiO ，电解质： KOH 溶液 2 NiO +Cd+2HO 放电 + Cd(OH) 2 Ni(OH) 2 2 电化学（electrochemistry）作为化学的分支之一，是研究两类导体（电子导体，如金 属或半导体，以及离子导体，如电解质溶液）形成的接界面上所发生的带电及电子转移变化的科学。 传统观念认为电化学主要研究电能和化学能之间的相互转换，如电解和原电池。但电化学并不局限于电能出现的化学反应，也包含其它物理化学过程，如金属的电化学腐蚀，以及电解质溶液中的金属置换反应。 16-17世纪：早期相关研究 16世纪标志着对于电认知的开始。在16世纪50年代，英国科学家威廉·吉尔伯特花了17年时间进行磁学方面的试验，也或多或少地进行了一些电学方面的研究。吉尔伯特由 于在磁学方面的开创性研究而被称为“磁学之父”，他的磁学研究为电磁学的产生和发展创造了条件。 1663年，德国物理学家奥托·冯·格里克发明了第一台静电起电机。这台机器由球形 玻璃罩中的巨大硫磺球和转动硫磺球用的曲轴组成的。当摇动曲轴来转动球体的时候，衬垫与硫磺球发生摩擦产生静电。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。 18世纪：电化学的诞生 在18世纪中叶，法国化学家夏尔·杜菲发现了两种不同的静电，他将两者分别命名为“玻璃电”和“松香电”，同种相互排斥而不同种相互吸引。杜菲因此认为电由两种不同液体组成：正电“vitreous”（“玻璃”），以及负电“resinous”（“树脂”），这便是电的双液体理论，这个理论在18世纪晚期被本杰明·富兰克林的单液体理论所否定。 1781年，法国物理学家夏尔·奥古斯丁·库仑在试图研究由英国科学家约瑟夫·普利 斯特里提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的法则。 1771年，意大利生理学家、解剖学家路易吉·伽伐尼发现蛙腿肌肉接触金属刀片时候会发生痉挛。他于1791年发表了题为“电流在肌肉运动中所起的作用”的论文，提出在生物形态下存在的“神经电流物质”，在化学反应与电流之间架起了一座桥梁。[1]这 篇论文的发表标志着电化学和电生理学的诞生。在论文中，伽伐尼认为动物体内中存在着一种与“自然”形式（如闪电）或“人工”形式（如摩擦起电）都不同的“动物电”，“动物电”通过金属探针来激活神经和有限的肌肉组织。 (时间：45分钟类型：（7+4）专项训练) 一、6分选择题专项训练 (一)低档题 1．下列有关电池的说法不正确的是 ( )。 A．手机上用的锂离子电池属于二次电池 B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D．锌锰干电池中，锌电极是负极 解析锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流从铜流向锌，而电子是沿外电路由锌流向铜，B项错；电池的实质即是将化学能转化成电能，C正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。 答案 B 2．下列叙述中不正确的是 ( )。 A．电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应 B．原电池的正极上发生氧化反应，负极上发生还原反应 C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应 D．用原电池作电源进行电解时，电子从原电池负极流向电解池阴极 答案 B 3．(2013·佛山模拟)用铁丝(电极a)、铜丝(电极b)和CuSO 4 溶液可以构成原电池或电解池，如图所示。则下列说法正 确的是 ( )。 A．构成原电池时b极反应为Cu－2e－===Cu2＋ B．构成电解池时a极质量一定减少 C．构成电解池时b极质量可能减少也可能增加 D．构成的原电池或电解池工作后可能产生大量气体 解析构成原电池时b极作正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，A错；构成电解池时a 和b的质量都是可能减少也可能增加，B错误，C正确；无论构成原电池还是电解池，工 作时都不可能产生大量气体，D 错误。 答案 C (二)中档题 4．(2012·北京理综，12)人工光合作用能够借助太阳能，用CO 2和H 2O 制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH 的原理示意图，下列说法不正确的是 ( )。 A ．该过程是将太阳能转化为化学能的过程 B ．催化剂a 表面发生氧化反应，有O 2产生 C ．催化剂a 附近酸性减弱，催化剂b 附近酸性增强 D ．催化剂b 表面的反应是CO 2＋2H ＋＋2e － ===HCOOH 解析 首先标化合价，看价变化，C ＋4O 2―→H C ＋2OOH ，CO 2中C 的化合价降低，得电子，由图示装置中电子转移的方向可知催化剂a 表面发生失电子的反应，催化剂b 表面发生得电子的反应，所以在催化剂b 表面发生的电极反应为CO 2＋2H ＋＋2e －===HCOOH ；在a 表面H 2O 失电子生成O 2，电极反应为2H 2O －4e －===4H ＋＋O 2↑，由电极反应式可知a 极附近酸性增强，b 极附近酸性减弱，C 错误。 答案 C 5．(2013·华南师大附中期中)下列说法正确的是 ( )。 电化学 1．新型电池的正、负极的判断 该类电池一般会给出相应的反应物、生成物或反应方程式，只要根据元素的常见价态去判断即可： 新型电池中? ????负极材料?????元素化合价升高的物质发生氧化反应的物质正极材料? ????元素化合价降低的物质发生还原反应的物质 2．书写新型电池电极反应式的步骤 3．新型电池中离子的移动方向 原电池中均存在阴离子移向负极、阳离子移向正极。这是因为负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，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；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。虽然从微观上讲不参与电极反应的离子发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。 4．电化学与化学实验有机融合 电化学知识中会涉及对电极材料、电解液中的离子等进行分析，因而就容易与化学实验融合在一起进行考查，如电解液的制备、净化，电极反应产物的检验，电化学装置的设计等，提高了试题的综合度。 5．在元素推断等知识中渗透电化学内容 物质推断、氧化还原反应、化学反应速率与化学平衡等知识是高考考查的重点内容，为了拓展知识考查的宽度，体现学科知识的密切相关性，故常在该类问题中设计一些简单的电化学知识。 6．原电池与化学平衡移动相碰撞 将可逆的氧化还原反应设计成原电池，改变条件使反应正向、逆向移动，变换电池的负极、正极属性，来考查化学平衡移动原理和原电池原理。 7．常见的隔膜 (1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H ＋和其他阳离子通过，不允 许阴离子通过。 (2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 (3)质子交换膜，只允许H ＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 8．隔膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。 (2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 电化学方法的应用 电化学方法作为一种特殊的化学过程,在环境保护,尤其在"三废"的处理过程中显示了其独特的优越性。电化学方法具有适用性广：能量效率高：容易自动化操作：对环境友好：成本比较低等许多优点。 一、采用电解法处理硫化氢气体 硫化氢既是环境污染物, 又是重要的硫资源。采用电解的方法处理硫化氢水溶液, 从而在阳极产生硫磺和阴极产生氢气的研究, 符合环境保护与资源回收利用之目的，具有重要的理论与实际应用价值。 硫化氢气体能有效地被碱性溶液吸收，电解该溶液可得高纯氢气和晶态硫，电解所需理论电压低，约0.2V, 远低于电解水的电压。通过调整电池操作条件，把氢气在一定压力下储存起来，再将部分氢气用于H2/O2燃料电池作为电解时的电能。 二、含无机盐废水的电化学处理 采用电沉积法回收溶解性金属离子。电沉积是利用电解液中不同金属组分的电位差，将自由态或是结合态的金属在阴极析出的过程。 适宜的电位是电沉积反应能否发生的关键，无论金属处于哪种状态，均可根据溶液中实际离子活度的大小，由能斯特方程确定电位的高低。此外在复杂系统中，pH值对金属离子的沉积也起着很重要的作用。 电沉积反应实际发生的速度不仅与系统的热力学性质有关，更重要的是与动力学特性相关。具有正电位的氧化还原系统会将氢原子氧化为质子，并在不断强化的氧化条件下提高正电位，反之亦然。负电位增加时，还原剂，即电子供体，会将质子还原成氢原子。电化学序列中的电位排序决定了有关物质的氧化还原能力，即金属的析出能力和顺序。 三、电化学法在修复污染土壤中的应用 污染土壤的常规处理技术中，采用溶剂淋洗技术能有效去除土壤中可溶性的有机或无机污染物，但对非水溶性的污染物以及密实型土壤，其应用非常困难。另外，土壤淋洗过程中所使用的大量化学试剂对环境的影响也非常严重。热脱附和蒸汽萃取方法主要是针对具有挥发性的有机污染物以及金属汞污染的土壤。 电化学专题复习 一、电化学基础知识 [规律总结]： 1、原电池、电解池、电镀池判定 （1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定； （2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池； （3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。 2、可充电电池的判断放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为阴极，与外电源负极相连。 二、原电池的分类及电极反应的书写 (一) [规律总结]： 1、原电池电极名称的判断方法 （1）根据电极材料的性质确定金属—金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；金属—非金属电极，金属是负极，非金属是正极；金属—化合物电极，金属是负极，化合物是正极。 （2）根据电极反应的本身确定失电子的反应—氧化反应—负极；得电子的反应—还原反应—正极 2、原电池电极反应式书写关键 （1）明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化； （2）确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其他物质（如溶有或通入的氧气）；（3）判断是否存在特定的条件（如介质中的微粒H+、OH-非放电物质参加反应），进而推断电解质溶液的酸碱性的变化； （4）总的反应式是否满足质量守衡、得失电子守衡、电荷守衡。 （二）中学化学常见原电池分为三大类。 1、仅有一电极材料参与反应 在这类原电池中，参与反应的电极失去电子、被氧化，是负极，一般为金属；不参与反应的另一电极为正极，正极周围的离子或分子（如：H+、Cu2+、O2、Cl2等）得电子、被还原。 例：教材上介绍的以Zn和Cu为电极材料，H2SO4溶液为电解质的原电池属于这一类。钢铁的电化腐蚀过程中形成的许多微小的原电池也属于这一类。 例：以铜和石墨为电极材料， ①硝酸银溶液为电解质的原电池负极反应式为：；正极电极反应式为：。 ②氯水为电解质融合组成的原电池，负极反应式为：；正极电极反应式为：。 2．两电极材料都参与反应 这一类电池的两电极材料分别由金属和金属的化合物组成。金属失去电子，被氧化，为负极。金属的化合物得电子，被还原，为正极。这一类电池一般可以充电。铅蓄电池、银锌钮扣电池都属于这类。8种电化学水处理方法
专题八 电化学
高三专题——电化学专题
高考电化学专题复习知识点总结完美版(20200915005156)
电化学读书笔记全解
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电化学专题复习
电化学方法及应用
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