高考化學（蘇教版）一輪復習《專題電能轉(zhuǎn)化為化學能-電解+金屬的腐蝕與防護+原電池》課件

［考綱展示］1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應式和電池反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理。第二單元化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋姵匾?、原電?．概念：把

轉(zhuǎn)化為

的裝置。2．構(gòu)成條件(1)有兩種

作電極(常見為金屬或石墨)。(2)將電極插入

中。(3)兩電極間構(gòu)成閉合回路。3．工作原理如圖是Cu－Zn原電池，請?zhí)羁眨夯瘜W能電能不同材料電解質(zhì)溶液[主干知識](1)電極負極為

，正極為

。(2)電極反應負極：

，正極：

。(3)電子方向和電流方向電子從

流出經(jīng)外電路流入

；電流從

流出經(jīng)外電路流入

。(4)離子的遷移方向電解質(zhì)溶液中，陰離子向

遷移，陽離子向

遷移。(5)兩種裝置的比較裝置Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ能避免能量損耗；裝置Ⅱ中鹽橋的作用是提供離子遷移通路，導電。ZnCuZn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu負極正極正極負極負極正極將Ⅱ中鹽橋換成銅導線是否可行？提示：不可行。原電池放電時，電子走陸路(導線)，離子走水路(溶液)，外電路是電子的定向移動，內(nèi)電路(溶液中)是陰、陽離子的定向移動，電子不通過內(nèi)電路。鹽橋是離子遷移通路，離子不能通過導線遷移。二、化學電源的種類及其工作原理1．一次電池(堿性鋅錳干電池)堿性鋅錳干電池的工作原理如圖：2．二次電池(以鉛蓄電池為例)3．燃料電池(1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池(2)燃料電池的電極本身不參與反應，燃料和氧化劑連續(xù)地由

供給。外部充電電池在放電和充電時的反應是否是可逆反應？提示：充放電的反應不能理解為可逆反應(充、放電反應條件不同)。[自我診斷]1．構(gòu)成原電池的兩極材料必須是活潑程度不同的金屬。(×)2．在Mg—Al—NaOH溶液組成的原電池中，因Mg比Al活潑，故Mg作負極。(×)3．鉛蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發(fā)生氧化反應。(√)4．燃料電池的反應條件是燃燒。(×)5．氫氧燃料電池的電解質(zhì)溶液對總反應無影響。(√)6．鉛蓄電池工作時負極質(zhì)量減小。(×)1．關(guān)于如圖所示裝置的敘述正確的是(

)A．銅是陽極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B．銅片質(zhì)量逐漸減少C．電流從鐵片經(jīng)導線流向銅片D．氫離子在銅片表面被還原原電池電極的判斷及電極反應式的書寫解析：由所給圖示可知Fe為原電池負極，失去電子被氧化，電子經(jīng)導線流向正極銅電極，溶液中的氫離子在正極得到電子而被還原為H2。原電池只分正極、負極，不用陽極、陰極表示，電流與電子流動的方向相反。答案：D1．正、負極的判斷2．電極反應式的書寫(1)一般電極反應式的書寫(2)復雜電極反應式的書寫如CH4酸性燃料電池中，有關(guān)反應式為：總反應式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O正極反應式：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O則負極反應式：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋[特別提醒](1)原電池中放出的氣體一定是H2。(2)書寫電極反應式時，注意介質(zhì)是否參加反應。堿性介質(zhì)的電極反應中不能出現(xiàn)H＋，酸性介質(zhì)的電極反應中不能出現(xiàn)OH－，水溶液中不能出現(xiàn)O2－。(3)負極本身不一定都參加反應，如燃料電池中，作為負極的材料本身并不參加反應。(4)電子從負極經(jīng)外電路流向正極，但電子不能通過電解液，是通過陰陽離子的移動形成閉合回路。(5)用總電極反應減去一極的電極反應時，須在兩式電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等的前提下進行。[典例1]某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H＋，其基本結(jié)構(gòu)見下圖，電池總反應可表示為：2H2＋O2===2H2O。下列有關(guān)說法正確的是(

)A．電子通過外電路從b極流向a極B．b極上的電極反應式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗1.12L的H2D．H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極[解析]

由圖示知充入H2的a極是負極，充入O2的b極是正極，電子應由a極通過外電路流向b極；電池內(nèi)部陽離子即H＋移向正極，正極即b極的電極反應式應為：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A項、B項錯誤，D項正確。C項沒有指明標準狀況，故C項錯誤。[答案]

D1.(2013年高考新課標全國Ⅱ卷)“ZEBRA”蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔。下列關(guān)于該電池的敘述錯誤的是(

)A．電池反應中有NaCl生成B．電池的總反應是金屬鈉還原三價鋁離子C．正極反應為：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－D．鈉離子通過鈉離子導體在兩電極間移動解析：結(jié)合蓄電池裝置圖，利用原電池原理分析相關(guān)問題。A項，在負極Na失電子生成Na＋，正極反應為NiCl2＋2e－===Ni＋

2Cl－，故電池反應中有NaCl生成；B項，電池的總反應是金屬鈉還原二價鎳離子；C項，正極上NiCl2發(fā)生還原反應，電極反應為NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；D項，鈉在負極失電子，被氧化生成Na＋，Na＋通過鈉離子導體在兩電極間移動。答案：B原電池在化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科研中的應用2．Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器的電源，其電池總反應式為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2，則Li(

)A．為負極，發(fā)生氧化反應B．為正極，發(fā)生氧化反應C．為正極，發(fā)生還原反應D．為負極，發(fā)生還原反應解析：由電池總反應可知Li由0價變成＋1價，化合價升高，發(fā)生氧化反應，失電子，故作負極。答案：A1．加快氧化還原反應速率一個自發(fā)的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率增大，例如Zn與稀硫酸反應時加入少量的CuSO4溶液能使產(chǎn)生氫氣的速率加快。2．比較金屬活潑性強弱金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比正極的活潑。3．用于金屬的防護使被保護的金屬制品作原電池的正極而得到保護。例如，保護鐵質(zhì)輸水管或鋼鐵橋梁，可用導線將其和一塊鋅塊相連，使Zn作原電池的負極。4．設計制作化學電源(1)首先將氧化還原反應分成兩個半反應。(2)根據(jù)原電池的反應特點，結(jié)合兩個半反應找出正負極材料和電解質(zhì)溶液。[典例2]某?；瘜W研究性學習小組欲設計實驗驗證Fe、Cu的金屬活動性，他們提出了以下兩種方案。請你幫助他們完成有關(guān)實驗項目：方案Ⅰ：有人提出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動性。該原理的離子方程式為_________________________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設計成原電池，以確定它們的活動性。試在下面的方框內(nèi)畫出原電池裝置圖，標出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應式。正極：_________________________________________________；負極：_________________________________________________。方案Ⅲ：結(jié)合你所學的知識，幫助他們再設計一個驗證Fe、Cu活動性的簡單實驗方案(與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)____________________

__________________________________，用離子方程式表示其反應原理：______________________________________________________。方案Ⅳ：請運用所給電極材料和電解質(zhì)溶液并結(jié)合原電池原理設計實驗，驗證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強弱。請寫出電極反應式，負極______________，正極______________，并在方框內(nèi)畫出實驗裝置圖，標出正、負極。[解析]

方案Ⅰ：鐵可以和稀硫酸(或稀鹽酸)反應生成H2，而Cu在金屬活動性順序表中位于H的后面，不能置換出酸中的氫。方案Ⅱ：利用原電池原理證明金屬活動性Fe>Cu，可以把鐵片作為原電池的負極，銅片作為原電池的正極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，按要求組成閉合回路，畫出裝置圖，并寫出相應的電極反應式。也可以設計鹽橋組成原電池。方案Ⅲ：可以利用金屬與鹽溶液的置換反應驗證金屬的活潑性。把鐵片插入CuSO4溶液中觀察現(xiàn)象。方案Ⅳ：利用Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設計原電池。[答案]

方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑方案Ⅱ：正極：2H＋＋2e－===H2↑或Cu2＋＋2e－===Cu負極：Fe－2e－===Fe2＋方案Ⅲ：把一個光潔的鐵片插入到CuSO4溶液中，觀察現(xiàn)象Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu方案Ⅳ：Cu－2e－===Cu2＋

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋2.(2014年合肥模擬)根據(jù)氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===

Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的原電池如圖所示，其中鹽橋為瓊脂-飽和KNO3鹽橋。請回答下列問題：(1)電極X的材料是________；電解質(zhì)溶液Y是________；(2)銀電極為電池的________極，寫出兩電極的電極反應式：銀電極：_______________________________________________；X電極：_______________________________________________。(3)外電路中的電子是從________電極流向________電極。(4)鹽橋中向CuSO4溶液中遷移的離子是____(填序號)。解析：根據(jù)題給原電池反應可知，負極材料為銅，正極材料為Ag。答案：(1)銅AgNO3溶液(2)正2Ag＋＋2e－===2Ag

Cu－2e－===Cu2＋(3)銅(X)

Ag

(4)B1．新型電池“放電”時正、負極的判斷2．可充電電池電極方程式的書寫可充電電池有充電和放電兩個過程，放電發(fā)生的是原電池反應，充電發(fā)生的是電解反應。充電的電極反應與放電的電極反應過程相反，充電時的陽極反應為放電時正極反應的逆過程，充電時的陰極反應為放電時負極反應的逆過程。以鉛蓄電池為例，該過程可結(jié)合圖示分析。新型電池和可充電電池

由此可見，放電過程中，作為負極的Pb需轉(zhuǎn)化成PbSO4，鉛化合價升高，被氧化，Pb為負極；當放電完畢時，可看作Pb極轉(zhuǎn)化成了PbSO4，充電時需讓PbSO4轉(zhuǎn)化為Pb，鉛的化合價降低，被還原，PbSO4一極為陰極，所以，放電時的負極就是充電時的陰極，同理可分析放電時：即放電時的正極就是充電時的陽極，如圖?！镜淅胯F鎳蓄電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應為Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有關(guān)該電池的說法不正確的是(

)A．該電池的電解質(zhì)溶液為堿性溶液，正極為Ni2O3，負極為FeB．該電池放電時，負極反應為：Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2C．該電池充電過程中，陰極附近溶液的pH降低D．該電池充電時，陽極反應為：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O[思維點撥]解答本題時應注意該電池放電時為原電池，失去電子的為負極反應；充電時為電解池，失去電子的為陽極反應。[解析]

[答案]

C本小節(jié)結(jié)束請按ESC鍵返回［考綱展示］1.了解電解池的工作原理，能寫出電極反應式和電池反應方程式。2.理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。第三單元電能轉(zhuǎn)化為化學能——電解金屬的腐蝕與防護[主干知識]一、電解原理1．電解：使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起

的過程。2．電解池(電解槽)電解池是把

的裝置。氧化還原反應電能轉(zhuǎn)化為化學能3．電解池的組成和工作原理以電解CuCl2溶液為例：二、電解原理的應用有如圖的電解池裝置：氧化

a

(2)電解時，電子從電源

沿導線流入電解池的

，再從電解池的

流出，并沿導線流回電源的

。(3)若用該裝置給鐵釘鍍銅，則a極為

，b極為

，電解質(zhì)溶液應為

溶液。(4)若用該裝置電解精煉粗銅，則

作a極，

作b極，電解質(zhì)溶液應為

溶液。一段時間后溶液中c(Cu2＋)

，粗銅中的

等沉淀至陽極底部，形成陽極泥。電解是物理變化，還是化學變化？提示：電解過程發(fā)生氧化還原反應，故是化學變化。陽極負極陰極正極CuCuSO4純銅粗銅CuSO4減小Ag、Au、Pt鐵釘三、金屬的腐蝕與防護1．金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子

電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生

反應。2．化學腐蝕與電化學腐蝕(1)

腐蝕有電流產(chǎn)生。(2)金屬的

腐蝕比較普遍，而且危害性大，腐蝕速率快。3．鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕如圖裝置中，U形管內(nèi)為紅墨水，a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時間。失去氧化電化學電化學(1)紅墨水柱

高

低，兩試管的相同的電極反應是：

。(2)a中發(fā)生

腐蝕，正極反應為：

；(3)b中發(fā)生

腐蝕，正極反應為：

。(4)金屬的電化學腐蝕以

腐蝕為主。4．金屬腐蝕由快到慢的規(guī)律下列各燒杯中液體均為海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為

。左右Fe－2e－===Fe2＋吸氧O2＋4e－＋2H2O===4OH－析氫2H＋＋2e－===H2↑吸氧④②①③⑤5．金屬的電化學防護(1)如圖，保護鐵，鐵作

極，鋅作

極，此種方法叫

保護法(2)外加直流電源，使被保護的金屬與電源的

極相連，此種方法叫

保護法。正負犧牲陽極的陰極負外加電源的陰極銅在酸雨較嚴重的地區(qū)發(fā)生的是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕？為什么？提示：吸氧腐蝕。銅位于金屬活動順序表氫以后，不能以酸溶液中置換出H2。而是發(fā)生吸氧腐蝕生成Cu2(OH)2CO3。[自我診斷]1．電解質(zhì)溶液的導電過程就是電解質(zhì)溶液被電解的過程。(√)2．Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以設計成電解池，但不能設計成原電池。(√)3.下圖電解池在工作中，其陽極發(fā)生的反應為：2Cl－－2e－===Cl2↑。(×)4．電解精煉粗銅時電解質(zhì)溶液中離子的濃度不變。(×)5．用石墨做電極電解CuSO4溶液，通電一段時間后，欲使電解液恢復到原狀態(tài)，應向溶液中加入適量的CuO而不是Cu(OH)2。(√)6．鍍層損壞后鍍鋅鐵(白鐵皮)比馬口鐵(鍍錫鐵)更耐腐蝕。(√)1．下列各裝置中，在銅電極上無氣體產(chǎn)生的是(

)解析：A、C、D三項中，Cu均作電解池的陰極，電極反應均為：2H＋＋2e－===H2↑；B項，Cu作陽極，電極反應為：Cu－2e－===

Cu2＋。答案：B電極產(chǎn)物的判斷1．電解質(zhì)溶液中離子的流向2．陽極產(chǎn)物(先看陽極材料、再看陰離子放電順序)3．陰極產(chǎn)物(看陽離子得電子能力，與電極材料無關(guān))[特別提醒](1)Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融狀態(tài)下放電。(2)電解質(zhì)溶液的導電過程，就是該溶液的電解過程，是化學變化。(3)在水溶液中，含氧酸根和活潑金屬離子一般不放電，而是OH－和H＋放電。4．電極反應式的書寫(1)首先判斷陰、陽極，分析電極材料，判斷是電極材料放電還是溶液中的離子放電。陽極為金屬活性電極時，電極材料放電。(2)再分析溶液中的離子種類，根據(jù)離子放電順序，分析電極反應，并判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應式。5．電解離子方程式的書寫(1)必須在等號上標明通電。(2)只是電解質(zhì)被電解，電解化學方程式中只寫電解質(zhì)及電解產(chǎn)物。[特別提醒](1)書寫電解化學方程式時，首先看清是電解的是水溶液還是熔融電解質(zhì)。(2)當電解過程中被電解的是水和電解質(zhì)時，電極反應式中出現(xiàn)的是H＋或OH－放電，但在書寫總反應式時要將反應物中的H＋或OH－均換成水。[典例1]

(2013年高考浙江卷)電解裝置如圖所示，電解槽內(nèi)裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電，發(fā)現(xiàn)左側(cè)溶液變藍色，一段時間后，藍色逐漸變淺。下列說法不正確的是(

)A．右側(cè)發(fā)生的電極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－[答案]

D1．(2012年高考安徽卷)某興趣小組設計如下微型實驗裝置。實驗時，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產(chǎn)生；一段時間后，斷開K1，閉合K2，發(fā)現(xiàn)電流表A指針偏轉(zhuǎn)。答案：D電解類型及有關(guān)計算2．用鉑做電極電解相同濃度的鹽酸和硫酸，電解一段時間后，下列說法可能正確的是(

)A．鹽酸和硫酸的濃度都增大B．鹽酸和硫酸的濃度都減小C．鹽酸的濃度減小，硫酸的濃度增大D．鹽酸的濃度增大，硫酸的濃度減小答案：C1．用惰性電極電解電解質(zhì)溶液2.分析實驗現(xiàn)象(1)分析電極及電極區(qū)的pH及實驗現(xiàn)象時，要從電極反應式入手，如電解CuSO4溶液，陽極發(fā)生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，OH－濃度減小，酸性增強；3．有關(guān)電化學的計算電解池中有關(guān)量的計算或判斷主要包括以下幾方面：根據(jù)直流電源提供的電量求產(chǎn)物的量(析出固體的質(zhì)量、產(chǎn)生氣體的體積等)、溶液的pH、相對原子質(zhì)量或某元素的化合價、化學式等。解題依據(jù)是得失電子守恒，有如下解題方法：(1)根據(jù)電子守恒法計算：用于串聯(lián)電路、陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。(2)根據(jù)總反應式計算：先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式計算。(3)根據(jù)關(guān)系式計算：根據(jù)得失電子守恒關(guān)系，在已知量與未知量之間，建立計算所需的關(guān)系式：4e－～4Ag～2Cu～2Cl2～2H2～O2～4H＋～4OH－[特別提醒](1)電解過程中產(chǎn)生的H＋或OH－，其物質(zhì)的量等于轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量。(2)在電解池中陽極生成的氣體一般是O2或Cl2，陰極生成的氣體一定是H2。(3)電解后要恢復原電解質(zhì)溶液的濃度，可以按：“析出什么，加上什么”的思路，加上適量某物質(zhì)，該物質(zhì)可以是陰極與陽極產(chǎn)物的化合物。如用惰性電極電解CuSO4溶液時，若要恢復原溶液，可加入CuO、CuCO3，而不是Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3。(4)Fe3＋的放電能力大于H＋，其放電反應為Fe3＋＋e－===Fe2＋，而不是Fe3＋＋3e－===Fe。A．d極為陰極B．若利用甲池精煉銅，b極應為粗銅[答案]

B2．用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1mol堿式碳酸銅[Cu2(OH)2CO3]后恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解)。則電解過程中共轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是(

)A．0.8mol

B．0.6molC．0.5mol D．0.4mol答案：B1．污水處理——電浮選凝聚法(1)實驗裝置：電解原理的應用(2)化學反應：陽極：Fe－2e－===Fe2＋，2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋陰極：2H＋＋2e－===H2↑(3)原理及操作：接通直流電源后，與直流電源正極相連的陽極鐵失去電子生成

Fe2＋，進一步被氧化，并生成Fe(OH)3沉淀，F(xiàn)e(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化的作用；與直流電源負極相連的陰極產(chǎn)生H2，氣泡把污水中的懸浮物帶到水面形成浮渣層，積累到一定厚度時刮去(或撇掉)浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。2．