2024年新高考版化学专题十化学反应与电能讲解部分

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
吸氧腐蚀
条件
水膜呈弱酸性或中性
负极 反应
2Fe-4e-
2Fe2+
正极
总反应
2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2
析氢腐蚀
水膜酸性较强
Fe-2e-
Fe2+
2H++2e-
H2↑
Fe+2H+
Fe2++H2↑
3.金属腐蚀快慢的影响因素及判断原则 1)影响因素:构成原电池的材料活泼性差异、金属所接触的介质。 2)判断金属腐蚀快慢的一般原则 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
3.电解池的工作原理 以电解CuCl2溶液为例
阳极:氧化反应,2Cl--2e- Cl2↑ 阴极:还原反应,Cu2++2e- Cu
二、电解原理的应用 1.氯碱工业
阳极:2Cl--2e- Cl2↑ 阴极:2H2O+2e- H2↑+2OH总反应:2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑
2.电镀 阳极:镀层金属,电镀时质量减小。 阴极:镀件,电镀时质量增大。 电镀液:含有镀层金属离子的溶液,浓度基本不变。 如在铁件上镀铜:
的碳酸酯溶液(无水)为例,LixCy+Li1-xCoO2 LiCoO2+Cy]。
注意:PbSO4不溶于水。
3.燃料电池:如氢氧燃料电池(2H2+O2 2H2O)、甲烷酸性燃料电池(CH4 +2O2 CO2+2H2O)、甲醇碱性燃料电池(2CH3OH+3O2+4OH- 2CO32 +6H2O)。
考点二 电解原理及其应用 一、电解原理 1.本质:直流电流通过电解质溶液(或熔融电解质)在阳极、阴极引起氧化 还原反应的过程。 2.电解池的形成条件 1)与直流电源相连的两个电极。 2)电解质溶液(或熔融电解质)。 3)形成闭合回路。
创新篇
创新 “隔膜”在电化学中的应用 1.隔膜的类型和作用
2.考情趋势 1)“膜”数量变化:单膜→双膜 →多膜。 2)“膜”种类变化:阴、阳离子交换膜 →质子交换膜 →高聚物隔膜→双 极隔膜。 3)“膜”作用变化:离子交换→物质制备→分离提纯等。
3.离子交换膜类型的判断方法 1)写出阴、阳(或正、负)两极上的电极反应式。 2)依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。 3)根据电极附近溶液呈电中性,判断离子移动的方向。 4)根据离子移动的方向,确定离子交换膜的类型。
解题导引 本题的突破口为装置图中b电极上的物质变化,由此可判断b 电极上O2得电子,发生还原反应,其为正极,故a为负极。 解析 放电时负极上K失电子生成K+,K+可通过隔膜,在正极上与O2反应 生成KO2,A项正确;放电时,电流由正极(b电极)沿导线流向负极(a电极),充 电时b电极接电源正极作阳极,B项正确;正极反应式为O2+K++e- KO2, 生成的KO2与消耗的O2的物质的量之比为1∶1,故两者的质量比值为71/3 2≈2.22,C项正确;铅酸蓄电池充电反应为2PbSO4 +2H2O Pb+PbO2+4H ++2SO24,每消耗2 mol水时转移2 mol电子,若消耗3.9 g钾时,即转移0.1 mol 电子,则铅酸蓄电池消耗0.1 mol水,质量为1.8 g, D项错误。 答案 D
6e- CO2↑+6H+(酸性条件)、CH3OH+8OH--6e-
CO32 +6H2O(碱性
条件)。
3.可充电电池(二次电池)电极反应式的书写
1)根据图示、题干,判断正、负极和阴、阳极。
2)写出较简单一极的电极反应式。
3)复杂电极的反应式=总反应式-较简单一极的电极反应式。
4)根据放电时的负极和充电时的阴极、放电时的正极和充电时的阳极反
高考 化学
新高考专用
专题十 化学反应与电能
基础篇
考点一 原电池原理及其应用 一、原电池的工作原理 1.原电池的构成条件 1)具有两个活泼性不同的电极(两电极活泼性也可以相同,如燃料电池)。 2)电解质溶液。 3)形成闭合回路。 4)自发进行的氧化还原反应。
2.原电池的工作原理 以Cu-Zn原电池为例 负极:氧化反应,Zn-2e正极:还原反应,Cu2++2e-
答案 D
应用篇
应用 新型电化学装置分析 电化学相关计算 原电池和电解池等电化学知识是高考的命题重点。原电池和电解池都 建立在氧化还原反应和电解质溶液基础上,借助氧化还原反应实现化学 能与电能的转化。备考时,理清氧化还原反应原理,将其应用到电化学中, 有利于分析并解决新型电化学装置的工作原理等问题。
综合篇
综合 电极反应式的书写 一、原电池电极反应式的书写 1.一般电极反应式的书写 1)列物质,标得失:判断正、负极,找出电极产物,列出得失电子。 2)看环境,标守恒:电极产物不能与电解质溶液反应,配平遵循守恒定律。 3)两式加,得总式:两极反应式相加得总反应式(消去电子)。
2.燃料电池电极反应式的书写
3.铜的电解精炼
阳极:粗铜,按成分还原性由强到弱依次放电,主要反应为Cu-2e阴极:纯铜,Cu2++2e- Cu。 电解质溶液:电解精炼过程中CuSO4溶液浓度减小。 阳极泥:失电子能力比铜弱的杂质,如Au、Ag。
Cu2+。
4.电冶金
利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属,如Na、Mg、Al等。
PbO2+4H++S
O
2 4
+2e-
PbSO4+2H2O,其逆过程即为充电时的阳极反应:
PbSO4+2H2O-2e-
PbO2+4H++SO24 。
二、电解池电极反应式的书写
1.阳极反应式 1)活性电极:电极材料失电子,M-ne- Mn+。 2)惰性电极:阴离子失电子,一般情况下放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH->含 氧酸根>F-。 2.阴极反应式:阳离子得电子,放电顺序为K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<H+(H2O)< Zn2+<Fe2+<H+<Cu2+<Fe3+<Ag+。
应互逆原理,将负(正)极反应式变换方向并将电子移项,即可得出阴(阳)极
反应式。
例如,铅酸蓄电池放电时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,
负极反应为Pb-2e-+SO24
PbSO4,其逆过程即为充电时的阴极反应:Pb
SO4+2e-
Pb+S O24 。将放电时的总反应减去负极反应即得正极反应:
1)写出总反应式:与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质溶液(或熔融
电解质)反应,则总反应为加和后的反应。
2)写出正极反应式:正极上O2在不同环境下发生还原反应。
①酸性:O2+4H++4e- 2H2O
②碱性:O2+2H2O+4e- 4OH-
③固体氧化物:O2+4e- 2O2-
④熔融碳酸盐:O2+2CO2+4e-
2C O32
3)电池负极反应式=电池总反应式-电池正极反应式(消去O2)。
例如,甲醇酸性、碱性燃料电池的总反应式分别为2CH3OH+3O2 2CO
2+4H2O、2CH3OH+3O2+4OH-
2C O32 +6H2O,将总反应式分别减去酸
性、碱性条件下O2在正极的反应式,可得负极反应式分别为CH3OH+H2O-
酸型
阳极:OH-放电生成氧气
电解质和 生成酸 水
加CuO
例 (2020课标Ⅰ,12,6分)科学家近年发明了一种新型Zn-CO2水介质电池。 电池示意图如下,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体CO2被 转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是 ( )
电解电 无氧酸
HCl
解质型 不活泼金属无氧酸盐 CuCl2
电解质电离出的阴、阳离 电解质 子分别在两极放电
浓度减小 通HCl 加CuCl2
放H2生 活泼金属无氧酸盐 NaCl 碱
阴极:H+放电生成氢气 阳极:电解质阴离子放电
电解质和 生成碱 水
通HCl
放O2生 不活泼金属含氧酸盐 CuSO4 阴极:电解质阳离子放电
3.总反应式=阳极反应式+阴极反应式(总反应式中不出现得失电子,须加
上电解条件)。
例如,用惰性电极电解CuSO4溶液,溶液中存在的离子有Cu2+、S
O
2 4
、H+、
OH-,根据放电顺序,OH-在阳极失电子,Cu2+在阴极得电子,故阳极反应式为
2H2O-4e- 4H++O2↑(此溶液中OH-来自H2O的电离,故写成H2O失电 子),阴极反应式为Cu2++2e- Cu,相加(阳极式+阴极式×2)得电解总反应
二、运用氧化还原反应得失电子守恒规律解决电化学计算 1.原理:电化学反应的实质是氧化还原反应,各电极上转移电子的物质的 量相等(即得失电子守恒)。 2.计算方法 1)根据得失电子守恒计算 ①用于串联电路的阴阳两极产物、正负两极产物等的计算。 ②用于电解混合溶液的分阶段计算。
2)根据关系式计算 根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系,得出计算所需的关 系式。如转移电子为4 mol,可构建如下关系式:
2 4
,CO2→HCOOH,分
析元素化合价的变化,失电子的氧化反应即负极反应,得电子的还原反应
即正极反应,再根据原电池的负极反应与电解池的阴极反应互为逆反应
及题图中阴极上H2O→O2的信息,写出充电时阴极的电极反应式。
解析 A项,放电时Zn为负极,负极反应为Zn-2e-+4OH- Zn(OH)24,正 确;B项,放电时,正极反应为CO2+2e-+2H+ HCOOH,每转化1 mol CO2, 转移 2 mol 电子,正确;C项,充电时,阳极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑,阴 极反应为2Zn(OH)24 +4e- 2Zn+8OH-,两极反应相加得总反应,正确;D 项,根据阳极反应可知,充电时,正(阳)极溶液中H+浓度升高,OH-浓度降低, 错误。
一、运用氧化还原反应基本概念分析新型电化学装置 1.题给条件为装置图 1)找出装置的正、负极(或阴、阳极),即找出氧化剂和还原剂。 2)结合电解质确定还原产物和氧化产物,书写相应电极反应式,作出相应 判断。
2.题给条件为总反应式 1)分析总反应式中各元素化合价的变化情况,找出氧化剂、还原剂及其 对应的还原产物、氧化产物。 2)考虑电解质是否参与反应,书写相应电极反应式,作出相应判断。
A.放电时,负极反应为Zn-2e-+4OH- Zn(OH)24 B.放电时,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2 mol
C.充电时,电池总反应为2Zn(OH)24 D.充电时,正极溶液中OH-浓度升高
2Zn+O2↑+4OH-+2H2O
解题导引
根据题图中信息可得放电时Zn→Zn(OH)
例 (2021河北,9,3分)K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单 质钾片。关于该电池,下列说法错误的是 ( )
A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过 B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极 C.产生1 Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22 D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9 g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9 g水
式:2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+。
规律总结 用惰性电极电解电解质溶液的类型
类型 电解质特点
实例 电极反应特点
电解对象 电解质溶 电解质溶 液的变化 液的复原
电解 水型
含氧酸 可溶性强碱
H2SO4 阴极:H+放电生成氢气

NaOH 阳极:OH-放电生成氧气
浓度增大 加H2O
活泼金属含氧酸盐 KNO3
二、金属的防护 1.改变金属材料的组成:如把普通钢制成不锈钢,把钛与其他金属熔合制 成钛合金。 2.在金属表面覆盖保护层:如在钢铁制品表面喷涂油漆。 3.电化学保护法 1)牺牲阳极法:利用原电池原理,将被保护的金属设备与更活泼的金属(作 负极)相连,正极被保护。 2)外加电流法:利用电解池原理,将被保护的金属设备与电源负极相连,作 阴极被保护。
2NaCl(熔融) MgCl2(熔融) 2Al2O3(熔融)
2Na+Cl2↑ Mg+Cl2↑ 4Al+3O2↑
一、金属的腐蚀
考点三 金属的腐蚀与防护
1.化学腐蚀:金属与其表面接触的一些物质直接发生化学反应。 2.电化学腐蚀 1)本质:发生了原电池反应,不纯的金属中较活泼的金属失去电子而被氧 化。
2)钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀
Zn2+ Cu
注意:电子“不下水”,离子“不上岸”。盐桥的作用是传导电流。
二、化学电源 1.一次电池:如碱性锌锰电池[Zn+2MnO2+2H2O
2MnO(OH)+Zn(OH)2]。
2.二次电池:如铅酸蓄电池(Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O)、锂离
子电池[以负极材料为嵌锂石墨,正极材料为LiCoO2,电解质溶液为LiPF6
相关文档
最新文档