电化学原理及其应用 PPT

Ⅱ.如图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中 A、B、D 均为石墨电极，C 为铜电极。工作一段时间后，断开 K，此 时 A、B 极上产生的气体体积相同。
(3)甲中负极的电极反应式为________________。 (4) 乙 中 A 极 析 出 的 气 体 在 标 准 状 况 下 的 体 积 为 ________。
答案：A
点拨：知识：电解池的工作原理及电极反应式的书写。 能力：灵活运用所学知识解决问题的能力。试题难度：中等。
●名校模拟 3．(2013·北京市东城区综合(二)·11)如图是将 SO2 转化为 重要的化工原料 H2SO4 的原理示意图，下列说法不正确的是 ()
A．该装置将化学能转化为电能 B．催化剂 b 表面 O2 发生还原反应，其附近酸性增强 C．催化剂 a 表面的反应是 SO2＋2H2O－2e－===SO24－＋ 4H＋ D．若得到的硫酸浓度仍为 49%，则理论上参加反应的 SO2 与加入的 H2O 的质量比为 8:15
6．金属腐蚀的防护 (1)牺牲阳极的阴极保护法 在被保护的钢铁设备(如海水中的闸门、地下的天然气管 道等)上连接或直接安装若干锌块，使锌、铁形成原电池，锌 作负极，从而保护了钢铁免受腐蚀。
(2)外加电流的阴极保护法 外加电流的阴极保护法是使被保护的钢铁设备作阴极(接 电源负极)，用惰性电极作阳极(接电源正极)，在两者之间连 接直流电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备， 从而使钢铁表面产生电子积累，抑制钢铁设备失去电子，起 到保护作用。
(2)燃料电池中若是 NaOH 等强碱溶液作电解质溶液，生 成的 CO2 要转化成 CO32－，根据反应前后碳元素化合价变化确 定转移的电子数目。如 CH4—O2—NaOH 燃料电池中，CH4 中 C 失去 8 个电子，负极反应式：CH4－8e－＋10OH－===CO32－ ＋7H2O，正极反应式：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。
●考点整合
1．原电池、电解池、电镀池的综合比较
原电池
电解池
电镀池
利用电解原理在
某些金属(或非 定 将化学能转变 将电能转变成
金属制品)表面 义 成电能的装置 化学能的装置
镀上一层其他金
属或合金的装置
装 置 举 例
(1)活动性不同
(1)两电极接直 (1)镀层金属接
的两电极
形
流电源 电池正极，镀件
Ⅰ.工业上一般以 CO 的 H2 为原料在密闭容器中合成甲 醇：
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH＝－90.8 kJ/mol
(1)在容积为 1 L 的恒容容器中，分别研究在 230℃、250℃ 和 270℃三种温度下合成甲醇的规律。如图是上述三种温度下 不同的 H2 和 CO 的起始组成比(起始时 CO 的物质的量均为 1 mol)与 CO 平衡转化率的关系，则曲线 X 对应的温度是 ________，图中 a 点对应的平衡常数 K＝________。
答案：B
点拨：知识：原电池原理、电极反应式的书写。能力： 对原电池原理的分析理解能力。试题难度：中等。
2．(2013·北京卷·9)用石墨电极电解 CuCl2 溶液(见右图)。 下列分析正确的是( )
A．a 端是直流电源的负极 B．通电使 CuCl2 发生电离 C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
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解析：结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问 题。A 项，在负极 Na 失电子生成 Na＋，正极反应为 NiCl2＋ 2e－===Ni＋2Cl－，故电池反应中有 NaCl 生成；B 项，电池的 总反应是金属钠还原二价镍离子；C 项，正极上 NiCl2 发生还 原反应，电极反应为 NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；D 项，钠在负 极失电子，被氧化生成 Na＋，Na＋通过钠离子导体在两电极间 移动。
解析：可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源 的正负极，并写出电极反应式和反应现象。
A．铜离子应移向阴极，则 a 为负极。B.CuCl2 发生电离 是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生。C.反应 Cu2 ＋＋2e－===Cu 应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为 2Cl－ －2e－===Cl2↑。D.通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄 绿色气体。
称 及金属氧化物等) 极相连的电极
阳极(氧化反
负极(氧化反
阳极(氧化反
应)：溶液中的
应)：金属原
应)：金属电
电
阴离子失电子，
子失电子
极失电子
极
或金属电极本
正极(还原反
阴极(还原反
反
身失电子
应)：溶液中
应)：电镀液
应
阴极(还原反
的阳离子得
中阳离子得
应)：溶液中阳
电子
电子
离子得电子
电
电源负极 电源负极
解析：该装置是原电池，A 正确；根据电子的流向可知，
左边通入的是 SO2，右边通入的是 O2，催化剂 b 表面的反应
为 O2＋4e－＋4H＋===2H2O，酸性减弱，B 错；催化剂 a 表面
SO2 被氧化，C 正确；要保持硫酸浓度不变则相当于要求加入
的水既能发生反应：2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，又需将生
答案：(1)230℃ 4 (2)0.9＜c≤1(或 c＞6.25ab2) (3)CH3OH－6e－＋8OH－===CO23－＋6H2O (4)2.24 L (5)Fe2＋ 280
点拨：本题考查化学反应原理，考查考生对化学反应原 理的理解能力。难度较大。
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成的硫酸稀释，设有 1 mol SO2 参与反应，则生成 49%的硫
酸 200 g，故两者质量比为
－98＋18)＝ ，D 正
确。
答案：B
点拨：本题考查原电池知识，考查考生读图能力、分析 能力和知识迁移能力。难度较大。
4．(2013·武汉市 4 月调研·27)甲醇是一种重要的化工原料 和新型燃料。
(5)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物 质的量变化关系如图丁，则图中②线表示的是________的变 化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀， 需要________mL 5.0 mol/L NaOH 溶液。
解析：(1)根据图示，当 n(H2)/n(CO)一定时，曲线 X 对 应的 CO 的转化率最大，而该反应为放热反应，降低温度， 平衡正向移动，CO 的转化率增大，因此曲线 X 对应的温度 最低。a 点起始时 n(H2)＝1.5 mol，n(CO)＝1 mol，根据 CO 的转化率为 50%，可以计算出达平衡时 c(H2)＝0.5 mol/L、 c(CO)＝0.5 mol/L、c(CH3OH)＝0.5 mol/L，则 a 点对应的平 衡常数 K＝ccCCOH·3cO2HH2＝4。
(3)串联电路中的各个电极反应中得、失电子数相 等上述三种情况下，在写电极反应式时得、失电子 数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电 子数相等计算
2.原电池电极反应的书写 (1)原电池电极反应式的书写一定要考虑介质的影响，现 以 氢 氧 燃 料 电 池 为 例 分 析 ， 其 电 池 反 应 式 为 2H2 ＋ O2===2H2O。其电极反应式书写步骤：先不考虑介质的影响， 分别写出负极的反应式：H2－2e－===2H＋，正极的反应式： O2＋4e－===2O2－。再考虑介质的影响，在酸性溶液中，H＋稳 定存在，O2－必然与 H＋结合成 H2O(非氧化还原反应)；在碱 性溶液(如 KOH 溶液)中，H＋必然与 OH－结合成 H2O，O2－ 必然与 H2O 结合成 OH－(非氧化还原反应)。
(2)电解质溶液
成
(2)两电极插入 接电源负极
(电极插入其中并
条
电解质溶液 (2)电镀液中必
与其自发反应)
件
(3)形成闭合 须含有镀层金属
(3)形成闭合
回路
的离子
回路
电 负极：较活泼金属 阳极：与电源正 阳极：镀层
极 正极：较不活泼金 极相连的电极 金属
名 属(或非金属导体 阴极：与电源负 阴极：镀件
3．电解池电极反应式的书写 书写电解反应方程式的一般步骤：以写出用石墨作电极 电解 CuSO4 溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。 第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子：Cu2＋、H＋； 阴离子：OH－、SO42－。 第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。 阴极：Cu2＋＞H＋；阳极：OH－＞SO－4 。
(2)达平衡时 c(CO)＝0.1 mol/L，c(CH3OH)＝0.9 mol/L，欲使 开始时该反应向逆反应方向进行，0.9 mol/L＜c≤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0.9 mol/L ＋0.1 mol/L)。(3)甲中负极上 CH3OH 发生氧化反应，且 OH－
电解 向负极移动参与反应。(4)根据 2CuSO4＋2H2O=====2Cu＋ 2H2SO4＋O2↑，由于 A、B 上产生气体的体积相等，则还发
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●真题链接 1．(2013·全国课标Ⅱ·11)“ZEBRA”蓄电池的结构如下图 所示，电极材料多孔 Ni/NiCl2 和金属钠之间由钠离子导体制 作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是( )
A．电池反应中有 NaCl 生成 B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C．正极反应为：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－ D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
(2)某温度下，将 1 mol CO 和 3 mol H2 充入 1 L 的密闭容 器中，充分反应后，达到平衡时 c(CO)＝0.1 mol/L。若保持 温度和体积不变，将起始物质的物质的量改为 a mol CO、b mol H2、c mol CH3OH，欲使开始时该反应向逆反应方向进 行，c 的取值范围是________。
第三步：写电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu2 ＋＋4e－===2Cu；阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式： 电解
2CuSO4＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋2H2SO4。
4．惰性电极电解酸、碱、盐溶液的规律
5.化学腐蚀和电化学腐蚀 金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，其中电化学腐蚀 是普遍存在的一种形式。化学腐蚀就是金属或合金直接与具 有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程。 金属直接将电子转移给有氧化性的物质，无电流产生，主要 腐蚀金属单质。电化学腐蚀就是不纯的金属或合金与电解质 溶液接触发生原电池反应而消耗的过程。活泼金属将电子间 接转移给氧化性较强的物质，有微弱电流产生，主要腐蚀较 活泼金属。
电解 生：2H2O=====2H2↑＋O2↑，则 A 极析出 O2 的体积为 V＝ 1 mol/L×0.1 L×22.4 L/mol＝2.24 L。
(5)根据图示，②线中每转移 1 mol 电子，该离子的物质的量 增加 1 mol，则该离子为 Fe2＋。根据(4)中 A 极析出 2.24 L O2， 则转移电子总数为 0.4 mol，根据丙中 C 极：Cu－2e－===Cu2 ＋，则 n(Cu2＋)＝0.2 mol，根据图示，则 n(Fe2＋)＝0.5 mol，要 使 Cu2＋、Fe2＋恰好完全沉淀，则需要 NaOH 溶液的体积为 V(NaOH)＝0.5＋5 0m.2olm/Lol×2＝0.28 L＝280 mL。
子 负极―导―线→ ―导―线→阴极 ―导―线→阴极
流
正极 电源正极 电源正极
向
导线
导线
――→阳极 ――→阳极
电解液 离子流
向
阳离子向 正极移动 阴离子向 负极移动
阳离子向 阴极移动 阴离子向 阳极移动
阳离子向阴 极移动
阴离子向阳 极移动
(1)同一原电池的正、负极的电极反应中得、失电 子数相等
(2)同一电解池的阴、阳极的电极反应中得、失电 子数相等
专题二 化学基本理论
专题二
第 8 讲 电化学原理及其应用
高考导航·方向明 热身练习·重真题 高频考点·大整合
方热点法题警型示·全探解究密
灵性好题·随堂练 课后作业·达标准
高考导航·方向明
——名师解读新考纲，探究高考新动向
●考纲解读 1．通过化学能与电能的相互转化，认识常见的能量转化 形式及其主要应用。 2．理解原电池和电解池的工作原理，能正确写出电极反 应式和总反应式。 3．了解常见化学电源的种类及工作原理。 4．了解原电池和电解池在实际生活中的应用。 5．理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、 防止金属腐蚀的措施。