高考化学二轮复习精品课件 专题10 电化学原理

专题十 电化学原理
主干知识整合 一、原电池和电解池
二、常见的化学电源 1．锌锰干电池(属于一次电池) (1)酸性锌锰干电池 反应原理： Zn＋2MnO2＋2NH4 ===Zn2 ＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O
＋ ＋
负极： Zn－2e ===Zn2
－ ＋
正极： 2MnO2＋2NH4 ＋2e ===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O
＋ ＋ － － －
阳极(Zn)：Zn－2e ===Zn2
－ ＋ －
＋
阴极(铁件)：Zn2 ＋2e ===Zn 特点：“一增(阴极)，一减(阳极)，一不变(电解后溶液浓度)”。
专题十 │ 主干知识整合
3．电解精炼 如粗铜(含 Zn、Fe、Ag 等)的提纯 电解质溶液：含 Cu2 的盐溶液(如 CuSO4 溶液)
图10-3
【答案】(1)CH4＋4CO2 3 －8e ===5CO2＋2H2O
－ －
负
2 (2)CH3OH＋8OH －6e ===CO3 ＋6H2O
－ － －
16
【解析】 (1)CH4 在负极放电，生成 CO2 和 H2O，电极反应式为 CH4 ＋4CO2 3 －8e ===5CO2＋2H2O；熔融电解质中的阴离子向负极移动。
例1 [2011·北京卷] 结合图10－1判断，下列叙述正确的是(
)
图10-1 A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－==4OH－ D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀
A 【解析】 解答本题的关键是理解原电池原理。 在原电池中， 活泼金属作负极，失电子被氧化，不活泼金属做正极而被保护， A 项正确；I 中锌为负极，失电子被氧化：Zn－2e ===Zn2 ，B 项错
－
＋
－
【点评】 解答此类题目一般先要通过外接电源的正负极、 电子的流动方向、电极反应类型或反应现象确定电解池的阴阳 极，再进而分析电极反应式的书写、电解过程中的电子得失相等 关系等。
中学阶段介绍的应用电解法制备的物质主要有三种：一是 铝的工业制备、二是氯碱工业、三是金属钠的制备。下列关于这三 个工业生产的描述中正确的是( )
四、电解原理的利用 1．氯碱工业 (1)食盐水的精制
(2)主要生产过程
(3)电极反应 阳极：2Cl －2e ===Cl2↑ 阴极：2H ＋2e ===H2↑ 电解 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 总反应：2NaCl＋2H2O===== 2．电镀(如铁件镀锌) 电镀液：含 Zn2 的盐溶液(如 ZnCl2 溶液)
＋
解质溶液。 4 ． 将 不 能 自 发 进 行 的 氧 化 还 原 反 应 使 之 能 够 发 生 ， 如 Cu ＋ 2HCl===CuCl2＋H2↑，使 Cu 作阳极电解盐酸。
要点热点探究 ► 探究点一 原电池的工作原理及其应用
1．原电池正负极的判断
2．原电池电极反应式的书写 如果题目给定的是图示装置，先要分析正、负极，再根据反应 规律去写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可先分析 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作是数学中的代数式，用总 反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。 [ 特别注意 ] (1) 对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、 放电”的方向，放电过程应用原电池原理，充电过程应用电解 池原理。(2)对于电解质溶液中有离子参与的反应，要特别注意 将参与反应的离子写入电极反应式中。
＋ －
(2)碱性锌锰干电池 反应原理：Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH 负极：Zn＋2OH －2e ===ZnO＋H2O 正极：2MnO2＋2H2O＋2e ===2MnOOH＋2OH 2．铅蓄电池(属于二次电池) 二次电池在放电时是原电池，遵循原电池工作原理；在充电时是 电解池，遵循电解原理；给可充电电池充电时，外加电源的负极连接 电池的负极。 反应原理：Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
2 CH4＋2O2＋2OH ===CO3 ＋3H2O。
－ － ＋ － － ＋
2 负极：CH4＋10OH －8e ===CO3 ＋7H2O，
－ － －
正极：2O2＋4H2O＋8e ===8OH 。
－
－
三、金属的腐蚀与防护 1．电化学腐蚀(以钢铁为例)
2．金属腐蚀快慢的判断 一般来说，可用下列原则判断： (1)电解原理引起的腐蚀(金属作阳极)＞原电池原理引起的腐蚀＞ 化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。 (2)对同一金属来说： 强电解质溶液中腐蚀＞弱电解质溶液中腐蚀 ＞非电解质溶液中腐蚀。 (3)对同一电解质溶液来说：一般是浓度越大，金属腐蚀越快。 (4)活泼性不同的两金属连接，活泼性差别越大，腐蚀越快。 (5)氧气的浓度越大，腐蚀越快。
＋ － －
(2)充电反应 阴极：PbSO4＋2e ===Pb＋SO2 4
－ － － ＋ －
2 阳极：PbSO4＋2H2O－2e ===PbO2＋4H ＋SO4
3．燃料电池 燃料电池以还原剂(氢气、烃类、甲醇等)为负极反应物，以氧化 剂(氧气、空气等)为正极反应物。
(1) 以酸性溶液为电解质溶液构成的氢氧燃料电池反应原理为： 2H2＋O2===2H2O。 负极：2H2－4e ===4H ， 正极：O2＋4H ＋4e ===2H2O。 (2) 以碱性溶液为电解质溶液构成的甲烷燃料电池反应原理为：
2．电解时电极产物的判断 (1)阳极产物的判断 ①如果是活泼电极(金属活动性顺序表 Ag 以前包括 Ag)， 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； ②如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中阴离 子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序进行判断，常见阴 离子放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。 (2)阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金 属活动性顺序相反，其中 Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。
－ ＋
误；Ⅱ中电解液为酸性，不可能生成 OH ，正极反应为：2H ＋2e
－
－
＋
===H2↑，C 项错误；Fe2 与六氰合铁离子生成蓝色沉淀，但 I 中
＋ ＋
无 Fe2 生成，故无蓝色沉淀，D 项错误。
专题十 │ 要点热点探究
【点评】 书写原电池电极反应式要特别注意介质与电极生成 物的反应： (1)负极生成的金属离子与电解质溶液中的某些阴离子如
2 OH 、Cl 或 SO4 反应生成难溶物； (2)在碱性条件下负极生成的
－ － －
CO2 或 H 等与 OH 反应生成 CO2 3 或 H2O；在酸性条件下正极生
＋ － －
成的 OH 与 H 反应生成 H2O。
－
＋
铜锌原电池工作时，下列叙述正确的是(
)
图 10－2 A．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 B．将锌片浸入 CuSO4 溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 C．在外电路中，电子从正极流向负极 ＋ D．盐桥中的 K 移向 ZnSO4 溶液
3．电化学计算的基本方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、 正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中通过 的电子数相等。 (2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应 式，最后根据总反应式列出比例式计算。 (3)根据关系式计算：借助得失电子守恒关系建立已知量与 未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。 [特别注意] 混合溶液的电解要分清阶段，理清两极电解过 程中的电子守恒。如电解 CuSO4 溶液开始发生反应 2CuSO4＋ 电解 2Cu ＋ 2H2SO4＋ O2↑ ，后来发生反应 2H2O===== 电解 2H2O===== 2H2↑＋O2↑。
例2
臭氧(O3)是一种强氧化剂，常用于消毒、灭菌等，可由臭氧发
生器(原理如图 10－4 所示)电解稀硫酸制得。
图 10-4 (1)图中阴极为____(填“A”或“B”)，其电极反应式为____________。 (2)若 C 处通入 O 2 ，则 A 极的电极反应式为_____________。 (3)若 C 处不通入 O2， D、 E 处分别收集到 x L 和 y L 气体(标准状况)， 则 E 处收集的气体中 O3 所占的体积分数为_______。(忽略 O3 的分解)
3．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：①涂油脂、油漆、搪瓷、塑料等；②电镀耐腐 蚀的金属(Zn、Sn、Ni、Cr 等)。 (3)电化学保护法：多采用牺牲阳极保护法。如在船只的螺旋桨 附近的船体上镶嵌活泼金属锌块。另外，也可采用与电源负极相连 接的保护方式，即外加电流的阴极保护法。
－ －
2 (2)该燃料电池的总反应方程式为：2CH3OH＋3O2＋4OH ===2CO3
－
－ － －
＋ 6H2O„„①，在碱性条件下正极的电极反应式为： O2 ＋ 2H2O ＋ 4e ===4OH „„②，①－②×3 得负极电极反应式为 CH3OH＋8OH －6e
－ － － －
2 ===CO3 ＋6H2O。据电子守恒则有 CH3OH～6e ～3Cl2，所以 n(CH3OH) 1 － ＝ n(Cl2)＝0.5 mol，m(CH3OH)＝0.5 mol×32 g· mol 1＝16 g。 3
－ － － －
元贝驾考 元贝驾考2016科目一 科目四 驾考宝典网 / 驾考宝典2016科目一 科目四
(1)放电反应 负极：Pb＋SO2 4 －2e ===PbSO4
－ －
正极：PbO2＋4H ＋SO2 4 ＋2e ===PbSO4＋2H2O
＋
阳极(粗铜)：Zn－2e ===Zn2
－