新人教版高中化学第四章电化学基础重难点三电极反应和电池反应方程式含解析选修4
人教高中化学选修4课件:第4章 电化学基础
练习:把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中,用
导线两两相连组成原电池。若
a、b相连时,a为负极;
a >b
c、d相连时,电流由d到c;
c>d
a、c相连时,c极产生大量气泡,
a>c
b、d相连时,溶液中的阳离子向b极移动。
d>b
则四种金属的活泼性顺序为: a>c > d > b 。
原电池原理应用:
(2)比较反应速率 当形成原电池之后,反应速率加快,如实验室制H2时, 纯Zn反应不如粗Zn跟酸作用的速率快。
负极
e-
正极
A
Zn-
Cu
Zn2+
负极
H+ H+ SO42-
阳离子
阴离子
正极
组成原电池的条件
1.内部条件:能自发进行氧化还原反应 2.外部条件:
(1)有两种活泼性不同的金属(或一种是 非金属单质或金属氧化物)作电极。 (2)电极材料均插入电解质溶液中。 (3)两极相连形成闭合电路。
两极一液成回路,氧化还原是中心
负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+(氧化反应) 正极(Pt或C):2Fe3++2e-=2Fe2+(还原反应)
ZnCl2溶液
FeCl3溶液
负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+(氧化反应) 正极(Pt或C):2Fe3++2e-=2Fe2+(还原反应)
2.依据氧化还原反应: 2Ag+(aq)+Cu(s)==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原 电池如图所示。
盐桥制法:1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙),
将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2)将 KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管,用棉花都住管口即可。
高中化学第四章电化学基础第三节第1课时《电解原理》知识点归纳及例题演练新人教版选修4(2021年整
第一课时电解原理1.电解池组成“三条件":①外接电源;②电解质溶液;③闭合回路。
2.离子放电“两顺序”(惰性电极):阳极:S2->I->Br->Cl->OH-;阴极:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Sn2+>Zn2+>Fe2+>H+(H2O)>Al3+。
3.电解池阴、阳极“四特点”:阳极:外接直流电源正极——流出电子——发生氧化反应-—阴离子移向阴极:外接直流电源负极——流入电子——发生还原反应——阳离子移向电解原理[自学教材·填要点]1.电解CuCl2溶液(1)通电前,CuCl2溶液中存在的离子是CuCl2电离产生的Cu2+和Cl-,以及水电离产生的H+、OH-。
(2)工作原理:总反应:Cu2++2Cl-错误!Cu+Cl2↑。
(3)CuCl2溶液导电的过程,就是CuCl2电解的过程,就是在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。
2.电解和电解池(1)电解: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.(2)电解池:在外加电源的作用下,将电能转变成化学能的装置。
(3)电解池的两极:阳极——与电源正极相连,发生氧化反应;阴极——与电源负极相连,发生还原反应.(4)构成电解池的条件:①直流电源;②两个电极;③电解质溶液或熔融电解质;④形成闭合回路。
(5)离子的定向移动:阴离子移向阳极;阳离子移向阴极。
(6)电子的流向:电源负极―→阴极错误!阳极―→电源正极。
[师生互动·解疑难](1)惰性电极是指石墨、Au、Pt等电极,除Au、Pt以外的金属电极是活性电极。
(2)阳极产物的判断:①首先看电极,如果是活性电极,则电极材料失去电子,被溶解.如果是惰性电极,根据阴离子的放电顺序加以判断。
②阴离子的放电顺序:S2-〉I-〉Br-〉Cl-〉OH-〉含氧酸根>F-。
(3)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:Ag+〉Hg2+>Fe3+>Cu2+〉H+(浓度大)〉Pb2+〉Sn2+〉Fe2+>Zn2+>H+(浓度小)>Al3+>Mg2+>Na+.1.写出用惰性电极电解下列溶液时的电极反应式和总反应方程式:(1)电解HCl溶液:①阳极:__________________________________________________________________;②阴极:__________________________________________________________________;③总反应式:_______________________________________________________________。
高中化学第四章电化学基础第二节《化学电源》知识点归纳及例题解析新人教版选修4(2021年整理)
第二节化学电源1.碱性锌锰电池的负极是Zn,正极是MnO2,电解质溶液是KOH。
2.铅蓄电池是最常见的二次电池,正极是PbO2,负极是Pb,电解质溶液是H2SO4溶液. 3.氢氧燃料电池两类型:(1)酸性电解质时:负极反应式:2H2-4e-===4H+;正极反应式:O2+4H++4e-===2H2O。
(2)碱性电解质时:负极反应式:2H2+4OH--4e-===4H2O;正极反应式:2H2O+O2+4e-===4OH-。
化学电池1.概念将化学能变成电能的装置。
2.分类3.电池优劣的判断标准(1)单位质量或单位体积所输出的电能的大小(比能量),或者输出的功率的大小(比功率)。
(2)电池储存时间长短.[师生互动·解疑难](1)化学电池能量转化率高,供能稳定可靠。
(2)可制成各种形状和大小,不同容量和电压的电池及电池组,使用方便。
(3)电池中的镍、镉、锰、铅等金属离子会对土壤、水源造成污染,应集中回收处理。
1.下列说法中,不.正确的是()A.化学电池是将化学能转变成电能的装置B.化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等C.化学电池供能稳定可靠,可以制成各种形状和大小,使用方便,易于维护D.废旧电池可以随意丢弃解析:本题考查的是有关化学电池的概念、分类及性能等方面的知识。
废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质,随意丢弃,对生态环境和人体健康危害很大,所以废旧电池应回收处理。
答案:D一次电池—-碱性锌锰电池1.构造2.组成正极材料:MnO2;负极材料:Zn;电解质:KOH.3.工作原理负极:Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2;正极:2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-;总反应:Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2.[师生互动·解疑难](1)碱性锌锰干电池克服了普通锌锰干电池的缺点,单位质量所输出的电能多且储存时间长,适用于大电流和连续放电。
高二化学选修4课件:第4章 电化学基础
预习全程设计
第
一
节
名师全程导学
原
电
案例全程导航
池
训练全程跟踪
原电池及其工作原理 1.概念
把 化学 能转化为 电 能的装置.
Hale Waihona Puke 2.实验探究实验 现象
两个 Zn棒逐渐变 细 ,Cu棒逐渐变粗
烧杯中
外线路中
电流表指针 偏转
两个半 左烧杯
Zn-2e-===Zn2+
反应 右烧杯
Cu2++2e-===Cu
(5)根据反应现象判断.电极溶解的一极是负极.有固体 析出或有气体放出的一极是正极.
2.电极反应式的书写 (1)分清负极发生氧化反应,一般是本身被氧化,正极发
生还原反应,一般是电解质中的阳离子得电子. (2)看清电解质,电极反应中生成的离子能否存在. (3)注意得失电子守恒.
[特别关注] 原电池的电极类型不仅跟电极材料有关,还与电解
1.构成原电池电极的材料必须是活动性不同的两种金
属
()
提示:错误.只要能导电,非金属如石墨也可以作
原电池的正极材料,也有一些金属氧化物能够用于
作原电池的正极.
2.电池工作时,负极材料必须失电子被氧化 ( ) 提示:错误.有些燃料电池是利用燃烧的反应设计 而成的,如氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等,都是 被燃烧物在负极处发生氧化反应,而负极材料并不 消耗.
烧过程(能量转换化仅30%多),有利于节约能源.
上述列举的化学电源与Cu-Zn(H2SO4)原电池的原理是 否相同? 提示:原理相同,都是设置特定装置,将自发进行的氧 化还原反应中转移的电子,通过外电路从负极流向正极, 从而产生电流.
1.任何电池,电量耗完后都可以充电使它恢复能量( ) 提示:错误.只有二次电池(可逆电池)才可以充电,不 可逆电池则不能充电.
人教版高二化学选修4教学课件:第四章4.3 电解池(共50张PPT)
第2课时 电解原理的 2 应用
• 1. 氯碱工业
• (1)概念 • 用电解饱和食盐水的方法来制取Cl2、NaOH、H2,并
以它们为原料生产一系列化工产品的工业,称为氯碱工业。
• 1. 氯碱工业
• (2)原理
• ①通电前,NaCl溶液中含有的离子是___________。
• 通电时,移向阴极的离子是______,移向Na阳+极C的l− 离H+子O是H−
Fe2+>Zn2+>H+(水)>
•
Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+
• 2. 电解产物的判断 • (3)电极产物的判断
离子 S2− 产物 S
SO32− SO42−
I− Br− Cl− OH−
I2
Br2 Cl2 O2
离子 Ag+ Hg2+ Fe3+ Cu2+ H+ 产物 Ag Hg Fe2+ Cu H2
借助于电流,反应进行是 不自发的氧化还原反应。
• 2. 构成条件
直流电源 两个电极 电解质溶液(或熔融电解质) 闭合回路
阴极
阳极
• 3. 工作原理
e-
e-
二、电解原理
• 1. 电解
• 使(直流)电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴、 阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。
电离与电解的比较
合金的方法。 • (2)电解槽构成 • 阴极——待镀金属 • 阳极——镀层金属 • 电镀液——含有镀层金属离子 • (3)特点 • ①阳极参与电极反应 • ②电镀液浓度保持不变
• 3. 电解精炼铜
• (1)电解槽构成 • 阳极:粗铜 (含Zn、Fe、Ni、Au、Ag等杂质) • 阴极:纯铜 • 电解液:CuSO4溶液
高中化学人教版选修 4 期末复习第四章 电化学基础知识归纳
2 2 第四章 电化学基础知识归纳一.原电池:化学能转化为电能的装置叫做原电池组成条件:①两个活泼性不同的电极 ②电解质溶液 ③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路 电子流向:外电路:负极——导线——正极内电路:盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液,盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。
电极反应:以锌铜原电池为例:负极:氧化反应:Zn -2e -=Zn 2+ (较活泼金属) 正极:还原反应:2H ++2e -=H ↑ (较不活泼金属) 总反应式:Zn+2H +=Zn 2++H ↑ 正、负极的判断:(1)从电极材料:一般较活泼金属为负极;或金属为负极,非金属为正极。
(2)从电子的流动方向 负极流入正极 (3)从电流方向 正极流入负极(4)根据电解质溶液内离子的移动方向 阳离子流向正极,阴离子流向负极 (5)根据实验现象①溶解的一极为负极 ②增重或有气泡一极为正极二.化学电池 1、电池的分类:化学电池、太阳能电池、原子能电池2、化学电池:借助于化学能直接转变为电能的装置3、化学电池的分类:一次电池、二次电池、燃料电池 常见一次电池:碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等二次电池:放电后可以再充电使活性物质获得再生,可以多次重复使用,又叫充电电池或蓄电池。
以氢氧燃料电池为例,铂为正、负极,介质分为酸性、碱性和中性。
1.当电解质溶液呈酸性时: 2.当电解质溶液呈碱性时:负极:2H -4e =4H-+2 正极:O +4 e +4H =2H O-+2 2 负极:2H +4OH --4e -=4H O 正极:O +2H O +4 e -=4OH -2 2 2 2 另一种燃料电池是用金属铂片插入 KOH 溶液作电极,又在两极上分别通甲烷燃料和氧气氧化剂。
电极反应式为:负极:CH +10OH --8e -=CO 2- +7H O ; 正极:4H O +2O +8e -=8OH -。
4 3 2 2 2 电池总反应式为:CH 4+2O 2+2KOH =K 2CO 3+3H 2O 阳氧目前已开发出新型蓄电池:银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池 燃料电池:是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池 电极反应:一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同,可根据燃烧反应写出总的电 池反应,但不注明反应的条件。
人教版高中化学选修4第四章第三节 电解池 课件(共16张PPT)
湿润的 淀粉KI
试纸
滴几滴 酚酞
LOGO
【演示实验】
取一张用饱和NaCl溶液浸湿的滤纸,两根铅笔芯作电 极,接直流电源。
正极
负极
阳极
阴极
电解池 电解槽
电解:在直流电的作用下,两电极上分别发生氧化反应 和还原反应的过程叫做电解。
LOGO
Cl-
OH-
H+ OH-
发生还原反应
Cl-
Na+
H+
Na+
H+Cl-
CHl- + Na+
OH-
Na+Cl-
电解的总化学方程式:
阴极产物
阳极产物
2NLaOGCOl+2H2O 电解 2NaOH + H2 ↑ + Cl2 ↑
探秘电解时离子的放电顺序
【小组合作实验】
1.每组选出记录员、板书展示员和口头展示员各一名。
HCl CuCl2 NaCl
CuSO4
电解
2HCl== Cl2 ↑+ H2 ↑
电解
CuCl2== Cl2 ↑+ Cu
电解
2NaCl+2H2O 2NaOH + H2 ↑ + Cl2 ↑
电解
2CuSO4 +2H2O == 2Cu+O2↑ +2H2SO4
溶液变化 PH
减小 增大 不变
增大 增大
增大
减小
我比较
温 2.请按导学设计中的实验操作步骤,组装仪器,
馨
连接电路。认真观察实验现象,并做记录。
人教版 选修4 高二化学 第四章 第一节原电池 第2课时电极方程式的书写
PbSO4(aq)
+2
正 极: PbO2 (s)+ 2e-+ 4H+(aq) +SO42-(aq)= PbSO4(a+q) 2H2O (l)
总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) 充电反应: 阴极:PbSO4(aq)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)
2、根据电极材料判断正负极
(2)一种电极是金属材料,另一种是非金属材料, 则金属材料为负极,非金属为正极。
负极(Mg):Mg-2e=Mg2+ 正极(C):2H++2e- =H2 ↑
﹣ ﹢ Mg A C
总反应:Mg+2H+=Mg2++ H2↑
H2SO4 溶液
2、根据电极材料判断正负极
(3)一种电极是金属材料,另一种是金属化合物材 料,则金属材料为负极,金属化合物为正极。
《选修4》第四章 电化学基础
第一节 原电池
第二课时 原电池正负极的判定及电极反应方程式的书写
一、电极方程式
我们一般用离子反应方程式表示原电池正负 极的工作原理,又叫电极方程式或电极反应。
1、根据反应原理确定正负极
总反应:Zn+Cu2+=Zn2++ Cu
一般先写负极,所以可表示为: 负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+ (氧化) 正极(Cu):Cu2++2e- =Cu (还原)
-x
负 极:LixC6 - Xe- = C6 +XLi+
C6
正 极:Li(1-x)CoO2 +XLi+ +Xe- = LiCoO2
高中化学第四章电化学基础第一节原电池课件新人教版选修4
(3)形成 □03 闭合 回路(外电路用导线相连或两电极互相接触并将两电
极插入电解质溶液中或使用盐桥)。
(4)能自发地发生 □04 氧化还原反应。
2.原电池工作原理(以锌铜原电池为例)
电子流向
流出
流入
反应类型
□12 氧化 反应
答案 (1)Cu2++2e-===Cu (2)甲 (3)Zn+Cu2+===Zn2++Cu
答案
解析 该装置是带盐桥的原电池装置,Zn+Cu2+===Zn2++Cu,正极 反应为 Cu2++2e-===Cu,由于甲烧杯中锌离子过剩,所以氯离子进入甲烧 杯中保持电中性。
解析
6.某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置,完成下列问题:
答案 (1)①Zn+2H+===Zn2++H2↑ ②正 氧化 ③Zn-2e- ===Zn2+ 2H++2e-===H2↑ (2)6.5
答案
解析 (1)①a 和 b 不连接时,该装置不构成原电池,锌和氢离子发生 置换反应,离子方程式为 Zn+2H+===Zn2++H2↑;②a 和 b 用导线连接, 该装置构成原电池,铜作正极,正极上发生还原反应;锌作负极发生氧化 反应;③a 和 b 用导线连接,该装置构成原电池,铜作正极,发生还原反 应,电极反应式为 2H++2e-===H2↑;锌作负极发生氧化反应,电极反应 式为 Zn-2e-===Zn2+。 (2)锌片减少的质量=0.22mol×65 g·mol-1=6.5 g。
解析
规律方法 原电池工作原理考查角度
原电池工作原理主要考查:(1)正负极的判断;(2)电子移动方向;(3)离子 移动方向;(4)反应类型及电极反应式书写和现象判断。
【人教版】高中化学选修4知识点总结:第四章电化学基础
第四章电化学基础一、原电池课标要求1、掌握原电池的工作原理2、熟练书写电极反应式和电池反应方程式要点精讲1、原电池的工作原理(1)原电池概念:化学能转化为电能的装置,叫做原电池。
若化学反应的过程中有电子转移,我们就可以把这个过程中的电子转移设计成定向的移动,即形成电流。
只有氧化还原反应中的能量变化才能被转化成电能;非氧化还原反应的能量变化不能设计成电池的形式被人类利用,但可以以光能、热能等其他形式的能量被人类应用。
(2)原电池装置的构成①有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体)作电极。
②电极材料均插入电解质溶液中。
③两极相连形成闭合电路。
(3)原电池的工作原理原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生,从而在外电路中产生电流。
负极发生氧化反应,正极发生还原反应,简易记法:负失氧,正得还。
2、原电池原理的应用(1)依据原电池原理比较金属活动性强弱①电子由负极流向正极,由活泼金属流向不活泼金属,而电流方向是由正极流向负极,二者是相反的。
②在原电池中,活泼金属作负极,发生氧化反应;不活泼金属作正极,发生还原反应。
③原电池的正极通常有气体生成,或质量增加;负极通常不断溶解,质量减少。
(2)原电池中离子移动的方向①构成原电池后,原电池溶液中的阳离子向原电池的正极移动,溶液中的阴离子向原电池的负极移动;②原电池的外电路电子从负极流向正极,电流从正极流向负极。
注:外电路:电子由负极流向正极,电流由正极流向负极;内电路:阳离子移向正极,阴离子移向负极。
3、原电池正、负极的判断方法:(1)由组成原电池的两极材料判断一般是活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)根据电流方向或电子流动方向判断。
电流由正极流向负极;电子由负极流向正极。
(3)根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断在原电池的电解质溶液内,阳离子移向正极,阴离子移向负极。
(4)根据原电池两极发生的变化来判断原电池的负极失电子发生氧化反应,其正极得电子发生还原反应。
高中化学第四章电化学基础31电解原理课件新人教版选修4
程
式:
2CuSO4+
电解 2H2O=====
2Cu
+
O2↑
+
2H2SO4
2021/4/17
高中化学第四章电化学基础31电解原
29
理课件新人教版选修4
3.电解后溶液的变化及恢复原组成的措施
2021/4/17
高中化学第四章电化学基础31电解原
30
理课件新人教版选修4
2021/4/17
高中化学第四章电化学基础31电解原
高中化学第四章电化学基础31电解原
16
理课件新人教版选修4
休息时间到啦
同学们,下课休息十分钟。现在是休息时间,你们休息一下眼睛, 看看远处,要保护好眼睛哦~站起来动一动,久坐对身体不好哦~
2021/4/17
高中化学第四章电化学基础31电解原
17
理课件新人教版选修4
2.用铁电极电解氯化钠溶液,在阳极产生的是黄绿色气体 吗?
(4)电解后溶液 pH 的变化规律 ①电极区域:a.阴极 H+放电产生 H2,阴极区 pH 变大;b. 阳极 OH-放电产生 O2,阳极区 pH 变小。
2021/4/17
高中化学第四章电化学基础31电解原
33
理课件新人教版选修4
②电解质溶液:a.电解过程中,既产生 H2,又产生 O2,实 质是电解水,溶液浓度增大,因而原溶液呈酸性的 pH 变小,原 溶液呈碱性的 pH 变大,原溶液呈中性的 pH 不变。b.电解过程 中,无 H2 和 O2 产生,pH 几乎不变。③电解过程中,只产生 H2,溶液中 OH-浓度增大,pH 变大。④电解过程中,只产生 O2,溶液中 H+浓度增大,pH 变小。
2021/4/17
高中化学第四章电化学基础31电解原
(部编本人教版)最新年高中化学 第04章 电化学基础 专题4.3.1 电解原理导学案 部编本人教版选修4【经典练
4-3-1 电解池(第一课时)【学习目标】1.理解电解原理,初步掌握一般电解反应产物的判断方法2.掌握电解质溶液中离子的放电顺序及电解质溶液的电解规律(惰性电极)3.掌握电解电极方程式的书写【学习重难点】学习重点:掌握电解电极方程式的书写;掌握电解质溶液中离子的放电顺序及电解质溶液的电解规律(惰性电极)学习难点:掌握电解电极方程式的书写;掌握电解质溶液中离子的放电顺序及电解质溶液的电解规律(惰性电极)【自主预习】一.电解原理1.实验探究:教材P79页“实验4-2”【问题1】通电前,CuCl2溶液中存在阳离子:阴离子:【问题2】如图所示:与电源正极相连的电极叫极,与电源负极相连的电极叫极。
通电后,溶液中的离子如何运动?阳离子向极移动,阴离子向极移动【问题3】预测一下将发生怎样的电极反应?在阴极上发生电极反应(或者说放电)的离子是在阳极上放电的离子是给CuCl2溶液通电时现象:阴极上:,经检验该物质是。
阳极上:,经检验该物质是。
电极反应式:阳极:反应类型:反应。
阴极:反应类型:反应。
总反应式:过程分析:CuCl2溶液能导电是因为存在,通电后这些自由移动的离子,在电场作用下作移动,带负电的氯离子向极移动,在阳极,氯离子失去电子被为氯原子,并两两结合成氯分子,从阳极放出,带正电的铜离子向极移动,在阴极铜离子获得电子被成铜原子,覆盖在阴极上。
2.电解:使电流通过溶液而在阴、阳两极引起的过程。
该过程中能转化为能。
这是一个过程(物理?化学?)显然:电解质溶液的导电过程就是的过程。
3.电解池:将能转化为能的装置。
4.原电池与电解池的比较二.电解电极反应的分析1.放电顺序阴极:由于阴极上要电子,不管阴极材料是金属还是石墨,此时都不能得电子,因此只能是溶液中的得电子。
阳离子氧化性越强就越得电子。
金属越不活泼,对应阳离子氧化性越,越得电子。
由此根据金属活动顺序表,分析下列离子得电子能力的强弱:(1)金属活动顺序表(2)(用“〉”表示)Ag+ Hg2+ (Fe3+ )Cu2+H+(酸)Pb2+ Fe2+ Zn2+ Al3+…(3)、、、、等活泼金属阳离子在水溶液中电解时不得电子。
最新【人教版】高中化学选修4知识点总结:第四章电化学基础
第四章电化学基础一、原电池课标要求1、掌握原电池的工作原理2、熟练书写电极反应式和电池反应方程式要点精讲1、原电池的工作原理(1)原电池概念:化学能转化为电能的装置,叫做原电池。
若化学反应的过程中有电子转移,我们就可以把这个过程中的电子转移设计成定向的移动,即形成电流。
只有氧化还原反应中的能量变化才能被转化成电能;非氧化还原反应的能量变化不能设计成电池的形式被人类利用,但可以以光能、热能等其他形式的能量被人类应用。
(2)原电池装置的构成①有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体)作电极。
②电极材料均插入电解质溶液中。
③两极相连形成闭合电路。
(3)原电池的工作原理原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生,从而在外电路中产生电流。
负极发生氧化反应,正极发生还原反应,简易记法:负失氧,正得还。
2、原电池原理的应用(1)依据原电池原理比较金属活动性强弱①电子由负极流向正极,由活泼金属流向不活泼金属,而电流方向是由正极流向负极,二者是相反的。
②在原电池中,活泼金属作负极,发生氧化反应;不活泼金属作正极,发生还原反应。
③原电池的正极通常有气体生成,或质量增加;负极通常不断溶解,质量减少。
(2)原电池中离子移动的方向①构成原电池后,原电池溶液中的阳离子向原电池的正极移动,溶液中的阴离子向原电池的负极移动;②原电池的外电路电子从负极流向正极,电流从正极流向负极。
注:外电路:电子由负极流向正极,电流由正极流向负极;内电路:阳离子移向正极,阴离子移向负极。
3、原电池正、负极的判断方法:(1)由组成原电池的两极材料判断一般是活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)根据电流方向或电子流动方向判断。
电流由正极流向负极;电子由负极流向正极。
(3)根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断在原电池的电解质溶液内,阳离子移向正极,阴离子移向负极。
(4)根据原电池两极发生的变化来判断原电池的负极失电子发生氧化反应,其正极得电子发生还原反应。
人教版高中化学选修4第四章电化学基础知识归纳
电化学基础知识归纳(含部分扩展内容)(珍藏版)特点:电池总反应一般为自发的氧化还原反应,且为放热反应(△H<0);原电池可将化学能转化为电能电极负极:一般相对活泼的金属溶解(还原剂失电子,发生氧化反应)正极:电极本身不参加反应,一般是电解质中的离子得电子(也可能是氧气等氧化剂),发生还原反应原电池原理电子流向:负极经导线到正极电流方向:外电路中,正极到负极;内电路中,负极到正极电解质中离子走向:阴离子移向负极,阳离子移向正极原电池原理的应用:制成化学电源(实用原电池);金属防腐(被保护金属作正极);提高化学反应速率;判断金属活性强弱一次电池负极:还原剂失电子生成氧化产物(失电子的氧化反应)正极:氧化剂得电子生成还原产物(得电子的还原反应)放电:与一次电池相同二次电池规则:正极接外接电源正极,作阳极;负极接外接电源负极,作阴极(正接正,负接负)充电阳极:原来的正极反应式反向书写(失电子的氧化反应)原电池阴极:原来的负极反应式反向书写(得电子的还原反应)化学电源电极本身不参与反应(一般用多孔电极吸附反应物),总反应相当于燃烧反应负极:可燃物(如氢气、甲烷、甲醇等)失电子被氧化(注意电解质的酸碱性)电极反应正极:O2得电子被还原,具体按电解质不同通常可分为4种燃料电池碱性介质:O2 + 4+ 2H2O 4酸性介质:O2 + 4+ 4 2H2O电解质不同时氧气参与的正极反应固体或熔融氧化物(传导氧离子):O2+ 4 2O2-质子交换膜(传导氢离子):O2 + 4+ 4 2H2O特殊原电池: 镁、铝、氢氧化钠,铝作负极 ;铜、铝、浓硝酸,铜作负极 ; 铜、铁、浓硝酸,铜作负极,等特点:电解总反应一般为不能自发的氧化还原反应;可将电能转化为化学能活性电极:阳极溶解(优先),金属生成金属阳离子阳极惰性电极一般为阴离子放电,失电子被氧化,发生氧化反应(接电源正极)(石墨、铂等)常用放电顺序是:>>高价态含氧酸根(还原性顺序),发生氧化反应,相应产生氯气、氧气电解原理电极反应阴极电极本身一般不参加反应,阳离子放电,得电子被还原,发生还原反应(接电源负极)常用放电顺序是:>2+>>活泼金属阳离子(氧化性顺序),相应产生银、铜、氢气电流方向:正极到阳极再到阴极最后到负极电子流向:负极到阴极,阳极到正极(电解质溶液中无电子流动,是阴阳离子在定向移动)离子流向:阴离子移向阳极(阴离子放电),阳离子移向阴极(阳离子放电)常见电极反应式阳极: 2- 22↑ , 4- 4 O2↑+ 2H2O或2H24 O2↑+4(来自水时适用)电解池阴极:+ , 2+ + 2 , 2 + 2 H2↑或2H222↑+2(来自水时适用)电解水型:强碱、含氧强酸、活泼金属的含氧酸盐,如:、、 H24、3、24溶液等电解溶质型:无氧酸、不活泼金属的含氧酸盐,如:、2溶液等常见电解类型电解溶质+水(放氢生碱型):活泼金属的无氧酸盐,如:、、2溶液等电解溶质+水(放氧生酸盐):不活泼金属的含氧酸盐,如:4、3溶液等氯碱工业的基础:电解饱和食盐水制取氯气、氢气和氢氧化钠铜的电解精炼:粗铜作阳极,纯铜作阴极,硫酸铜溶液作电解质溶液电解原理的应用电镀(铜):纯铜作阳极,待镀件作阴极,硫酸铜溶液作电解质溶液(电镀液)冶炼金属,如钠(电解熔融氯化钠)、镁(电解熔融氯化镁)、铝(电解熔融氧化铝)金属的电化学防腐(外接电源的阴极保护法)金属的腐蚀:分为化学腐蚀和电化学腐蚀,其中,后者是主要方式,且速率更大(因为电化学腐蚀时形成了大量微小原电池),电化学腐蚀包括吸氧腐蚀(中性、碱性环境等)以及析氢腐蚀(酸性较强时),吸氧腐蚀是主要形式,钢铁可以最终均形成红棕色的铁锈(2O3·2O)。
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重难点三电极反应和电池反应方程式电极反应方程式的书写步骤:1.首先判断原电池的正负极如果电池的正负极判断失误,则电极反应必然写错.一般来说,较活泼的金属失去电子,为原电池的负极,但不是绝对的.如镁片和铝片插入氢氧化钠溶液中组成的原电池虽然镁比铝活泼,但由于铝和氢氧化钠溶液反应失去电子被氧化,因而铝是负极,此时的电极反应为:负极:2Al-6e-═2Al3+正极:6H2O+6e-═6OH-+3H2↑或 2Al3++2H2O+6e-+2OH-═2AlO2-+3H2↑再如,将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时,由于铝在浓硝酸中发生了钝化,铜却失去电子是原电池的负极被氧化,此时的电极反应为:负极:Cu-2e-═Cu2+正极:2NO3-+4H++2e-═2NO2↑+2H2O2.要注意电解质溶液的酸碱性在正负极上发生的电极反应不是孤立的,它往往与电解质溶液紧密联系.如氢-氧燃料电池就分酸式和碱式两种,在酸性溶液中的电极反应:负极:2H2-4e-═4H +正极:O2+4H++4e-═2H2O如果是在碱性溶液中,则不可能有H+出现,同样在酸性溶液中,也不能出现OH-.由于CH4、CH3OH 等燃料电池在碱性溶液中,碳元素是以CO32-离子形式存在的,故不是放出CO2.3.还要注意电子转移的数目在同一个原电池中,负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数,所以在书写电极反应式时,要注意电荷守恒.这样可避免在有关计算时产生错误或误差,也可避免由电极反应式写总反应方程式或由总方程式改写电极反应式时所带来的失误4.抓住总的反应方程式从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池.而两个电极相加即得总的反应方程式.所以对于一个陌生的原电池,只要知道总的反应方程式和其中的一个电极反应式,就可写出另一个电极反应式【重难点点睛】原电池正、负极电极反应式的书写技巧:(1)先确定原电池的正负极上的反应物质,并标出相同电子数目的得失;(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存.若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式;若正极上的反应物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则H2O必须写入正极反应式中,且O2生成OH-;若电解质溶液为酸性,则H+必须写入正极反应式中,且O2生成H2O;若在熔融盐电解质中反应,则O2可能得电子变成O2-;(3)正负电极反应式相加得到电池反应的总方程式,若能写出已知电池反应的总方程式,可以减去较易写出的电极反应式,从而得到比较难写的电极反应式。
【重难点指数】★★★【重难点考向一】原电池电极反应式的书写【例1】原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关.下列说法中正确的是( )A.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池,负极反应式为:Cu-2e-=Cu2+B.由Al、Cu、稀硫酸组成原电池,负极反应式为:Cu-2e-=Cu2+C.由Al、Mg、NaOH溶液组成原电池,负极反应式为:Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2OD.由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池中,负极反应式为:Al-3e-=Al3+【答案】C【重难点点睛】考查电极反应式的书写,正确判断正负极是解本题关键,原电池的正极发生还原反应,负极发生氧化反应,再结合电解质溶液书写电极反应式,注意不能单纯根据金属的活泼性强弱判断正负极,为易错点。
【重难点考向二】燃料电池电极反应式书写【例2】科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机物转化为氢气,氢气进入以硫酸为电解质的燃料电池发电.电池负极反应为( )A.H2+2OH--2e-=2H2OB.O2+4H++4e-=2H2OC.H2-2e-=2H+D.O2+2H2O+4e-=4OH-【答案】C【名师点睛】考查电极反应,氢气具有还原性,在负极上发生氧化反应,由于电解质溶液呈酸性,则负极上氢气失电子生成氢离子,负极反应为H2=2H++2e-,正极反应O2+4H++4e-=2H2O。
【重难点考向三】电解池电极反应【例3】用石墨做电极,电解氯化铜和氯化钠的混合溶液,在任何情况下,阴、阳两极下不可能同时发生的反应是( )A.阴极:2H++2e-═H2↑阳极:4OH--4e-═2H2O+O2↑B.阴极:2H++2e-═H2↑阳极:2Cl--2e-═Cl2↑C.阴极:Cu2++2e-═Cu阳极:4OH--4e-═2H2O+O2↑D.阴极:Cu2++2e-═Cu阳极:2Cl--=2e-═Cl2↑【答案】C【解析】A.当氯离子和铜离子全部电解放电后电解的是水;阴极:Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑;阳极:2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=2H2O+O2↑,故A可以同时发生,故A不选;B.铜离子放电后,阳极还有氯离子放电;阴极:Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑,阳极:2Cl--2e-=Cl2↑,故B 可以同时发生,故B不选;C.溶液中氯离子浓度大于铜离子浓度,氯离子放电完全时铜离子已全部得到电子放电;阴极:Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑,阳极:2Cl--2e-=Cl2↑,故C不可以同时发生,故C选;D.开始时阳极氯离子放电,阴极铜离子同时放电;阴极:Cu2++2e-=Cu,阳极:2Cl--2e-=Cl2↑,故D可以同时发生,故D不选;故选C。
【名师点睛】考查混合电解的原理应用,主要考查了离子放电顺序的应用,混合电解时,溶液中的离子按照氧化性和还原性强弱的顺序进行放电,离子物质的量不同电解情况不同,但总的原则是两极电子守恒是计算和判断的关键。
【重难点考向四】【例4】锌-溴蓄电池的充、放电的电池总反应为Zn2++2Br-Zn+Br2,下列各反应:①Zn-2e-=Zn2+;②Br2+2e-=2Br-;③2Br--2e-=Br2;④Zn2++2e-=Zn,其中充电的阳极和放电的负极的反应分别是( )A.①② B.③②C.④②D.③①【答案】D【名师点睛】考查原电池原理和电解池原理,充电时,该装置是电解池,阳极上失电子发生氧化反应;放电时,该装置是原电池,负极上失电子发生氧化反应,据此分析。
1.一种燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水(l)和二氧化碳.该电池负极发生的反应是( )A.CH3OH(g)+O2(g)-2e-═H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)B.O2(g)+4H+(aq)+4e-═2H2O(l)C.CH3OH(g)+H2O(l)-6e-═CO2(g)+6H+(aq)D.O2(g)+2H2O(l)+4e-═4OH-(aq)【答案】C【解析】该原电池负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子,电极反应式为CH3OH(g)+H2O(l)-6e-═CO2(g)+6H+(aq);正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,电极反应式为O2(g)+4H+(aq)+4e-═2H2O(l),故选C。
【名师点睛】考查电极反应式的书写,为高频考点,所有的燃料电池都是原电池,燃料电池负极上燃料失电子发生氧化反应,正极上氧化剂得电子发生还原反应,注意结合电解质溶液酸碱性书写电极反应式,该原电池负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子,正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,据此分析解答。
2.下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是( )A.碱性氢氧燃料电池的负极反应式:O2+2H2O+4e-=4OH-B.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,电极反应式为:Cu-2e-=Cu2+C.用惰性电极分别电解熔融氯化钠和饱和食盐水时,阳极的电极反应式均为:2Cl--2e-=Cl2↑D.钢铁发生吸氧腐蚀时的正极反应式:Fe-2e-=Fe2+【答案】C3.下列电极反应式正确的是( )A.以惰性材料为电极,KOH溶液为电解质构成原电池,负极反应式为H2-2e-=2H+B.铜、锌在稀硫酸溶液中构成原电池,正极反应式为2H++2e-=H2↑C.以铜为电极将2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计成原电池,正极反应式为Cu-2e-=Cu2+D.以铝、铁为电极,在氢氧化钠溶液中构成原电池,负极反应式为Al-3e-=Al3+【答案】B【解析】A.以惰性材料为电极,KOH溶液为电解质构成的氢氧燃料电池,在负极上是氢气失电子的反应H2-2e-+2OH-=2H2O,故A错误;B.铜、锌在稀硫酸溶液中构成原电池,正极上是氢离子得电子的还原反应2H++2e-=H2↑,故B正确;C.将2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计成原电池,则金属铜是负极,负极反应式为Cu-2e-=Cu2+,故C错误;D.以铝、铁为电极,在氢氧化钠溶液中构成原电池,自发的氧化还原反应发生在金属铝和氢氧化钠之间,负极反应式为4OH-+Al-3e-=Al(OH)4]-,故D错误;故选B。
4.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是( ) A.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式:Fe-2e-═Fe2+B.氢氧燃料电池的负极反应式:O2+2H2O+4e-═4OH-C.氯碱工业中,阳极的电极反应式:2Cl--2e-═Cl2↑D.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,阳极反应式:Cu-2e-═Cu2+【答案】C5.下列各项正确的是( )【答案】C【解析】A.碱性条件下氢氧燃料电池中,负极上氢气失电子发生氧化反应,负极反应式为2H2-4e-+2OH-=2H2O,故A错误;B.弱酸性条件下,钢铁发生吸氧腐蚀,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,正极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-,故B错误;C.用惰性电极电解氢氧化钠溶液,阳极上氢氧根离子放电,阴极上氢离子放电,阴极反应式为2H++2e-═H2↑,故C正确;D.用惰性电极电解稀硫酸溶液,阳极上氢氧根离子放电,阴极上氢离子放电,阳极反应式为4OH--4e-═2H2O+O2↑,故D错误;故选C。