第四章化學反應與電能高二化學單元速記巧練（人教版2019選擇性必修1）（學生版）

第四章化學反應與電能必背知識清單01必背知識清單01原電池原理1．原電池的概念和實質：(1)概念：將__________轉化為__________的裝置。(2)實質：利用能自發(fā)進行的____________________反應把化學能轉化為電能。2．原電池工作原理(以鋅銅原電池為例)：裝置圖電極名稱負極正極電極材料__________片__________片電極反應________________________________________反應類型__________反應__________反應電子流向由__________片沿導線流向__________片離子遷移方向陰離子向__________遷移；陽離子向__________遷移電池反應方程式________________________________________兩類裝置的不同點還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，既有化學能轉化為電能，又有化學能轉化為熱能，造成能量損耗Zn與氧化劑Cu2＋不直接接觸，僅有化學能轉化為電能，避免了能量損耗，故能量轉化率高，電流穩(wěn)定，持續(xù)時間長原電池工作原理示意圖：3．原電池形成的條件：(1)閉合回路。(2)兩極有電勢差——兩個活性不同的電極，相對較活潑的金屬作__________。(3)__________溶液或__________電解質。(4)自發(fā)的____________________反應。4.正負極的判斷方法(1)電極反應：負極—__________反應，正極—__________反應(2)電子或電流的流向：電子：__________→__________；電流：__________→__________(3)離子流向：陽離子→__________極，陰離子→__________極；5.電極反應式的書寫(1)注意電解質溶液環(huán)境：電極產物在電解質溶液中應穩(wěn)定存在在堿性介質中，不能存在：__________、__________、__________在酸性介質中，不能存在：__________(2)兩極反應式疊加得__________，總反應式減去正極反應式，可得__________(3)規(guī)律：一般來說，金屬M作負極的原電池負極：酸性或中性介質中：____________________堿性介質中：______________________________正極：酸性介質中：______________________________金屬陽離子NX+與金屬反應的介質中：______________________________陽離子不與金屬反應的介質中：______________________________6.常見原電池電極反應式、總反應式的書寫①Fe|稀HCl|C正極：2H++2e=H2↑負極：Fe—2e—=Fe2+總反應：Fe+2H+=H2↑+Fe2+②Mg︱稀硫酸︱Cu正極：2H++2e=H2↑負極：Mg—2e—=Mg2+總反應：Mg+2H+=H2↑+Mg2+③Zn|AgNO3溶液|Pt正極：Ag++e—=Ag負極：Zn—2e—=Zn2+總反應：Zn+2Ag+=2Ag+Zn2+④Cu︱FeCl3溶液︱Pt正極：Fe3++e—=Fe2+負極：Cu—2e—=Cu2+總反應：Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+⑤Mg︱NaOH溶液︱Cu正極：O2+4e+2H2O=4OH負極：Mg—2e—+2OH—=Mg(OH)2總反應：2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2⑥Fe︱KCl溶液︱Cu正極：O2+4e+2H2O=4OH—負極：Fe—2e—=Fe2+總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2⑦Al|NaOH溶液|Mg正極：2e—+2H2O=H2↑+2OH―負極：Al—3e—+4OH—=AlO2—+2H2O總反應：2Al+2OH―+2H2O=2AlO2—+3H2↑⑧Cu|濃HNO3|Fe正極：2H++NO3—+e—=H2O+NO2↑負極：Cu—2e—=Cu2+總反應：Cu+4H++2NO3—=Cu2++2H2O+2NO2↑必背知識清單02必背知識清單02原電池的應用1．加快氧化還原反應的速率構成原電池的反應速率比直接接觸的反應速率快，例如，在鋅與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液，CuSO4與鋅發(fā)生置換反應生成Cu，從而形成Cu－Zn微小原電池，加快產生H2的速率。2．比較金屬活動性強弱兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。3．設計原電池理論上，任何一個__________的氧化還原反應，都可以設計成原電池。(a)外電路負極——化合價升高的物質正極——活潑性弱的物質，一般選碳棒(b)內電路：化合價降低的物質作電解質溶液。如：2FeCl3＋Cu2FeCl2＋CuCl2①化合價升高的物質負極：__________②活潑性較弱的物質正極：__________③化合價降低的物質電解質溶液：__________示意圖4．用于金屬保護：根據原電池的工作原理，負極金屬發(fā)生氧化反應。將被保護的金屬與比其活潑的金屬連接。必背知識清單03必背知識清單03化學電源化學電源是將__________能變成___________能的裝置。1.分類：__________、__________、__________2.判斷電池優(yōu)劣的主要標準：3.常見的一次電池一次電池的電解質溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。一次電池不能充電，不能反復使用。堿性鋅錳電池與銀鋅電池比較種類特點堿性鋅錳電池銀鋅電池基本構造負極：__________負極：__________正極：__________正極：__________電解質：KOH電解質：KOH工作原理負極反應____________________________________________________________正極反應2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－______________________________總反應Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag性能與適用范圍比能量和可儲存時間比普通鋅錳電池均有提高，適用于大電流和連續(xù)放電比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間長，適宜小電流連續(xù)放電4.二次電池（可充電電池）舉例：鉛酸蓄電池鉛蓄電池可放電亦可充電，它是用硬橡膠和透明塑料制成長方形外殼，在正極板上有一層棕褐色的PbO2，負極是海棉狀的金屬鉛，兩極均浸入硫酸溶液中，且兩極間用橡膠或微孔塑料隔開。放電時起原電池的作用。①放電時的反應負極：__________________________________________________正極：__________________________________________________放電總化學方程式為：__________________________________________________②充電時的反應陰極：________________________________________。陽極：__________________________________________________。充電總化學方程式為：__________________________________________________。充放電總反應的化學方程式：_________________________________________________。鉛蓄電池的優(yōu)缺點：(1)優(yōu)點：性能優(yōu)良、價格低廉、安全可靠，可多次充放電；生產生活中使用廣泛。(2)缺點：比能量低，廢棄電池污染環(huán)境。5.燃料電池(1)特點：燃料電池中，燃料（還原性氣體等）作__________極，發(fā)生氧化反應，氧化劑（通常為氧氣或空氣）作__________極發(fā)生還原反應(2)種類①氫氧燃料電池電解質酸性中性堿性負極反應H22e=2H+H22e=2H+H22e+2OH=2H2O正極反應O2+4e+4H+=2H2OO2+4e+2H2O=4OHO2+4e+2H2O=4OH總反應2H2+O2=2H2O②甲烷燃料電池電解質H2SO4KOH負極反應CH48e+2H2O=CO2+8H+CH48e+10OH=CO32+7H2O正極反應O2+4e+4H+=2H2OO2+4e+2H2O=4OH總反應CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2OH=CO32+3H2O③甲醇燃料電池電解質H2SO4KOH負極反應CH3OH6e+H2O=CO2+6H+CH3OH6e+8OH=CO32+6H2O正極反應O2+4e+4H+=2H2OO2+4e+2H2O=4OH總反應2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O2CH3OH+3O2+4OH=2CO32+6H2O④辛烷燃料電池電解質H2SO4KOH負極反應C8H1850e—+16H2O=8CO2+50H+C8H1850e—+66OH—=8CO32+42H2O正極反應O2+4e+4H+=2H2OO2+4e+2H2O=4OH總反應2C8H18+25O2=16CO2+18H2O2C8H18+25O2+32OH—=16CO32+34H2O⑤乙醇燃料電池電解質H2SO4KOH負極反應C2H6O12e—+3H2O=2CO2+12H+C2H6O12e—+16OH—=2CO32+11H2O正極反應O2+4e+4H+=2H2OO2+4e+2H2O=4OH總反應C2H6O+3O2=2CO2+3H2OC2H6O+3O2+4OH—=2CO32+5H2O⑥熔融鹽電池例如：用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質的燃料電池，CO為燃料，空氣與CO2的混合氣為助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，在工作過程中，電解質熔融鹽的組成、濃度不變電極反應式：負極：______________________________正極：______________________________總反應：______________________________6、燃料電池中常見正極反應式的書寫（1）在酸性溶液中：______________________________（2）在堿性或中性溶液中：______________________________（3）在熔融碳酸鹽中：______________________________（4）在可傳導O2的晶體電解質中（例如：摻雜(Y2O3)氧化釔的(ZrO2)氧化鋯晶體）：______________________________必背知識清單04必背知識清單04電解原理1．電解：使電流通過電解質溶液(或熔融電解質)而在陽極、陰極引起__________反應的過程。2．電解池：(1)定義：電解池是把__________轉化為__________的裝置。(2)電解池的構成條件。①有外接直流電源。②有與電源相連的兩個電極。其中與__________正極相連的叫__________，與電源負極相連的叫__________。注：陽極分為兩種：（1）活性電極：電極自身放電即電極自身發(fā)生氧化反應，常見的活性電極金屬為：__________（2）惰性電極：電極自身不反應，由電解質中的陰離子發(fā)生氧化反應。常見的惰性電極為：__________③電解質溶液或熔融電解質。④形成閉合回路。(3)電極名稱及電極反應式(以惰性電極電解CuCl2溶液為例)。(4)電子和離子移動方向。電子：從電源負極流向電解池的陰極，從電解池的陽極流向電源的正極。離子：陽離子移向電解池的陰極；陰離子移向電解池的陽極。3、電子和離子的移動方向4.電極的放電順序①常見陽極的放電順序：活性電極>S2>I>Br>Cl>OH>含氧酸根>F②常見陽離子放電順序：金屬活動性順序的倒序Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+Mg2+>Na+>Ca2+>K+5.?？嫉碾娊獬胤磻剑孩俣栊噪姌O的情況下，電解NaOH溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________②惰性電極的情況下，電解KOH溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________③惰性電極的情況下，電解H2SO4溶液：陰極：______________________________陽極：________________________________總反應：______________________________④惰性電極的情況下，電解HNO3溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________⑤惰性電極的情況下，電解KNO3溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________⑥惰性電極的情況下，電解Na2SO4溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________⑦惰性電極的情況下，電解HCl溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________⑧惰性電極的情況下，電解CuCl2溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________⑨惰性電極的情況下，電解NaCl溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________⑩惰性電極的情況下，電解MgCl2溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________(11)惰性電極的情況下，電解CuSO4溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________(12)惰性電極的情況下，電解AgNO3溶液：陰極：______________________________陽極：______________________________總反應：______________________________必背知識清單04必背知識清單04電解原理的應用一．氯堿工業(yè)1．概念：用電解______________________________的方法來制取______________________________，并以它們?yōu)樵仙a一系列化工產品的工業(yè)，稱為氯堿工業(yè)。2．原理：(1)陽極反應：______________________________(_____________反應)(2)陰極反應：______________________________(_____________反應)(3)總反應：①化學方程式：_______________________________②離子方程式：______________________________3.現象及檢驗：陰極：有______________________________產生，滴加酚酞——變_____________陽極：有______________________________的氣體產生，使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變_____________4.陽離子交換膜的作用（1）將電解池隔成______________________________，只允許______________________________通過，而阻止______________________________通過（2）既能防止陰極產生的_____________和陽極產生的_____________而引起爆炸，又能避免_____________和_____________作用生成_____________而影響燒堿的質量二．電鍍1．概念：應用_____________原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他_____________或合金的加工工藝。2．目的：使金屬增強_____________能力，增加美觀度和表面硬度。3．實例(在鐵件上鍍銅)。材料電極反應式陰極_____________Cu2＋＋2e－=Cu陽極_____________Cu－2e－=Cu2＋電解質溶液_____________溶液三．電解精煉銅1．概念：粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質，常用電解的方法進行精煉。電解池的構成是用_____________作陽極，用_____________作陰極，用______________________作電解質溶液。2．原理：粗銅中比銅活潑的金屬_____________等，失去電子形成陽離子而溶解(殘留在溶液中)；比銅不活潑的金屬_____________等，以金屬單質的形式沉積在電解槽的底部(形成陽極泥)；粗銅中的銅在純銅上析出。四．電冶金1．金屬冶煉的本質：使礦石中的_____________獲得電子變成金屬單質的過程。如_____________________。2．電冶金：電解是最強有力的氧化還原手段，適用于一些_____________單質的制取，如冶煉鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬?？偡匠淌疥枠O、陰極反應式冶煉鈉____________________________________________________________冶煉鎂____________________________________________________________冶煉鋁____________________________________________________________必背知識清單05必背知識清單05金屬的腐蝕1．金屬腐蝕金屬或合金與周圍的氣體或液體物質發(fā)生氧化還原反應而引起損耗的現象。2．化學腐蝕和電化學腐蝕：類型化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與接觸到的物質直接反應不純金屬接觸到電解質溶液發(fā)生原電池反應本質M－ne－=Mn＋M－ne－=Mn＋現象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕區(qū)別無電流產生有微弱電流產生聯系化學腐蝕和電化學腐蝕往往同時發(fā)生，電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多，腐蝕速率更快，危害也更嚴重3．鋼鐵的電化學腐蝕：(1)實質eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(鐵：負極,水膜：電解質溶液,碳：正極))在鋼鐵表面形成無數微小原電池(2)析氫腐蝕和吸氧腐蝕類別項目析氫腐蝕吸氧腐蝕圖形描述條件水膜酸性較強水膜酸性較弱或呈中性電極反應負極______________________________正極____________________________________________________________總反應____________________________________________________________聯系通常兩種腐蝕同時存在，但后者更普遍鐵銹的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O。注：I、只有______________________________的金屬才可能發(fā)生析氫腐蝕II、______________________________可發(fā)生吸氧腐蝕必背知識清單06必背知識清單06金屬的電化學防護電化學防護犧牲陽極的陰極保護法外加電流的陰極保護法依據原電池原理電解池原理原理被保護金屬作_____________(陰極)；活潑金屬作_____________(陽極)。陽極要定期予以更換將被保護金屬與電源的_____________相連作___________；另一附加電極與電源的___________相連作__________實例示意圖必背知識清單07必背知識清單07金屬的其他防護方法1．加涂保護層：如采用噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法，使金屬與_____________等物質隔離，防止金屬被氧化腐蝕。2．改變金屬的內部結構：如把鉻、鎳等金屬加入普通鋼中制成耐腐蝕的_________________?！疽呻y解惑】一、原電池正、負電極的判斷方法判斷依據負極正極電極材料活潑性較強的金屬活潑性較弱的金屬或導電的非金屬電子流動方向電子流出極電子流入極電解質溶液中離子遷移方向陰離子移向的電極陽離子移向的電極電流方向電流流入極電流流出極電極反應類型氧化反應還原反應反應現象電極溶解電極增重或有氣泡產生點睛:電子只能在導線中流動而不能在溶液中流動，離子只能在溶液中移動而不能通過導線，可以形象地描述為“電子不下水，離子不上岸”。二、電極反應式書寫的一般步驟三、原電池原理的常見應用1．比較金屬活動性強弱。如有兩種金屬a和b，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產生。由此可判斷出a極是負極，b極是正極，故金屬活動性a>b。2．加快氧化還原反應的速率。如在鋅與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液，能形成Cu—Zn微小的原電池，從而加快產生H2的速率。3．設計簡單的原電池裝置以Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu反應為例，原電池裝置設計方法思路如下第一步：將電池總反應拆成兩個半反應負極：Fe－2e－=Fe2＋，正極：Cu2＋＋2e－=Cu第二步：確定負極材料、正極材料和電解質溶液負極材料：失電子的物質(還原劑)作負極材料即Fe。正極材料：用比負極材料金屬活動性差的金屬或非金屬導體作正極材料即Cu或Ag或C等。電解質溶液：含有反應中作氧化劑的物質作電解質，即CuSO4溶液，如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則兩個容器中的電解質溶液應含有與電極材料相同的金屬的陽離子。第三步：畫出裝置圖，并注明電極材料和電解質溶液，如下圖。點睛:加入少量CuSO4后，鋅可以置換出銅形成微小原電池，速率加快。但若加入過多CuSO4溶液，生成銅覆蓋在鋅外面，反而阻礙反應進行。實驗室可以用粗鋅制氫氣而加快反應速率。四、解答二次電池相關問題的方法在解答二次電池類題時，若給出電池總反應，相關問題的分析可按如下方法進行。1.電極極性及兩極反應物的判斷：首先根據放電總反應式標出電子轉移的方向和數目，則放電時失去電子的物質為負極反應物，其所在電極為負極，得到電子的物質為正極反應物，其所在電極為正極；然后根據充電反應是放電反應的逆過程，可判斷充電時的陽極（陰極）即為放電時的正極（負極）。2.電極反應的書寫：根據放電總反應寫出放電時正、負極的電極反應；正、負極電極反應的逆過程即為充電時的陽、陰極電極反應。3.溶液中離子移動方向：放電時，陰離子移向負極，陽離子移向正極；充電時，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。變化規(guī)律：消耗OH－（H＋）的電極周圍，溶液的pH減?。ㄔ龃螅?，生成OH－（H＋）的電極周圍，溶液的pH增大（減?。?。若總反應消耗OH－（H＋），則電解質溶液的pH減小（增大）；若總反應生成OH－（H＋），則電解質溶液的pH增大（減?。?；若總反應既不消耗也不生成OH－（H＋），則電解質溶液的pH變化情況由溶液的酸堿性及是否有水生成而定。點睛:電池在充電時，正極接電源正極，負極接電源負極，即“正接正，負接負”。五、燃料電池問題的應對之策（1）明確燃料電池的正負極均為惰性電極，一般具有很強的催化活性，但不參與反應。（2）正極反應的書寫正極發(fā)生還原反應，通入的氣體一般是氧氣，氧氣得到電子首先變?yōu)镺2－，即O2＋4e－=2O2－，根據電解質的不同，其正極反應的書寫分以下幾種情況：①在酸性溶液中，生成的O2－與H＋結合生成水，其電極反應為O2＋4e－＋4H＋=2H2O。②在堿性及中性溶液中，O2－與水結合生成OH－，其電極反應為O2＋4e－＋2H2O=4OH－。③在熔融碳酸鹽中，O2－與CO32-不能結合，只能與CO2結合生成CO32-，其電極反應為O2＋2CO2＋4e－注意：燃料電池的正極反應本質都是O2＋4e－=2O2－，在不同電解質環(huán)境中，其正極反應的書寫形式有所不同。因此在書寫正極反應時，要特別注意所給電解質的狀態(tài)和電解質溶液的酸堿性。（3）負極反應的書寫燃料電池的負極通入的一定是燃料。若負極通入含碳的化合物，如CO、CH4、CH3OH等，碳元素均轉化為＋4價