电化学2013届1

1、电化学电化学2012化学反应与能量（电化学基础）化学反应与能量（电化学基础）北京考试说明的要求（北京考试说明的要求（2012年）年）(7)理解原电池和电解池的工作原理并正确书写电极反应和理解原电池和电解池的工作原理并正确书写电极反应和 总反应方程式总反应方程式 II (8) 了解原电池和电解池在实际中的应用了解原电池和电解池在实际中的应用 I (9) 能解释金属发生电化学腐蚀的原因能解释金属发生电化学腐蚀的原因 II (10) 了解金属腐蚀的危害和金属的防护措施了解金属腐蚀的危害和金属的防护措施 I电电 解解 质质 溶溶 液液知识结构和能力要求知识结构和能力要求 原电池和电解质的构造和组成。原

2、电池和电解质的构造和组成。电极反应和电池反应的书写。电极反应和电池反应的书写。有关电化学计算有关电化学计算金属的腐蚀和防护，电化学原理的应用。金属的腐蚀和防护，电化学原理的应用。电化学和氧化还原反应的关系电化学和氧化还原反应的关系氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液盐桥盐桥失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应2H+2e- =H2阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 2H+2e- =H2Zn-2e- =Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(离子方程式）离子方程式）（化学

3、方程式）（化学方程式）电极反应电极反应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子外电路外电路内电路内电路常见的化学电池常见的化学电池1 1、化学电池与其它能源相比有哪些优点？、化学电池与其它能源相比有哪些优点？2 2、判断电池的优劣标准主要是什么？、判断电池的优劣标准主要是什么？3 3、目前化学电池主要分哪几大类？、目前化学电池主要分哪几大类？能量转换效率高、供能稳定可靠、使用方能量转换效率高、供能稳定可靠、使用方便、易于维护、并可在各种环境下工作便、易于维护、并可在各种环境下工作单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位质量或单位体积所能输出电能的多

4、少，即即比能量的大小比能量的大小；输出功率的大小即；输出功率的大小即比功率比功率的大小的大小以及电池的以及电池的存储时间的长短存储时间的长短化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池锂离子电池锂离子电池锌银蓄电池锌银蓄电池普通干电池普通干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池一、一次电池一、一次电池1、正负极材料、正负极材料碱性锌锰电池碱性锌锰电池正极：正极：MnO2负极：负极：Zn2、工作机制、工作机制负极：负极：Zn + 2OH- -2e- =Zn(OH)2正极：正极：2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnOOH

5、+2OH-氢氧化氧锰氢氧化氧锰碱性锌锰电池构造示意图碱性锌锰电池构造示意图 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应电解质：电解质：KOHZn + 2MnO2 + 2H2O =2MnOOHZn(OH)2锌银电池（纽扣电池）锌银电池（纽扣电池）正极：正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH负极：负极：Zn +2OH 2e- =ZnO+H2O总反应：总反应： Zn+Ag2O=ZnO+2Ag二、二次电池二、二次电池铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池镍氢电池、锂离子电池铅蓄电池铅蓄电池1、正负极材料、正负极材料正极：正极：PbO2负极：负极：Pb2、工作机制、工作机制

6、电解质：电解质：H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程放电和充电两个过程放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程2Pb

7、SO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：放电放电充电充电（2010年江苏高考）碱性电池具有容量大、放电电年江苏

8、高考）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：Zn s 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列说法错误的是下列说法错误的是A 电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子B 电池正极电极反应式为：电池正极电极反应式为： 2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq C 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过外电路中每通过0 2 mol电子，

9、锌的质量理论上减电子，锌的质量理论上减小小6 5 g 答案：答案：C C三、燃料电池三、燃料电池氢氧燃料电池，氢氧燃料电池，烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池电池酸性氢氧燃料电池酸性氢氧燃料电池1、正负极材料、正负极材料正极室：通氧气正极室：通氧气负极室：通氢气负极室：通氢气电解质：电解质：H2SO4溶液溶液（氧化剂）（氧化剂）（燃料）（燃料）使用铂电极使用铂电极练习、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然练习、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、的燃料往往是某些碳氢化

10、合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中成的甲烷燃料电池中a a极的电极反应式：极的电极反应式： ，此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式 ： 。 KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O小结：化学电源化学电源1、一次电池、一次电池2、二次电池、二次电池3、燃料电池、燃料电池锌锰干电池锌锰干电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池掌握每一类典型掌握每一类典型电池的正负极、电池的正负极、电极反应；电极反应；了解了解每一类电池的

11、优每一类电池的优缺点；对其它电缺点；对其它电池有初步的认识池有初步的认识+阳阳极极阴阴极极阳离子阳离子阴离子阴离子物理上：物理上：正极：电子流出的电极。正极：电子流出的电极。负极：电子流入的电极。负极：电子流入的电极。化学上：化学上：阳极：发生氧化反应的电极。阳极：发生氧化反应的电极。阴极：发生还原反应的电极。阴极：发生还原反应的电极。 e-e- e-电源的电源的正正极极 - 电解池的电解池的阳阳极极 -发生发生 氧化氧化反应反应电源的电源的负负极极 - 电解池的电解池的阴阴极极 -发生发生 还原还原反应反应电电解解原原理理常见阴阳离子放电顺序 阳离子放电由难到易(离子浓度接近时)K+ Ca2

12、+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag + 阴离子放电由难到易: F- ROmn- OH- Cl- Br- I- S2-ABCD4、电解、电解BD区化合物水溶液：如区化合物水溶液：如HCl、CuCl2。2、电解、电解AD区化合物水溶液：如区化合物水溶液：如NaCl。1、电解、电解AC区化合物水溶液：如区化合物水溶液：如NaOH、H2SO4、 Na2SO4。3、电解、电解BC区化合物水溶液：如区化合物水溶液：如CuSO4、AgNO3。1、化学腐蚀：、化学腐蚀： 金属跟接触到的物质直接发金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

13、生化学反应而引起的腐蚀。影响因素：和接触物质的氧化性及温度有关。影响因素：和接触物质的氧化性及温度有关。2、电化学腐蚀：、电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会质溶液接触，会发生原电池反应发生原电池反应，比较活，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。泼的金属失电子被氧化的腐蚀。金属的腐蚀与金属的腐蚀与防护防护电化学腐蚀电化学腐蚀的类型的类型析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O（铁锈铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条

14、件条件水膜呈水膜呈酸性酸性水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱或碱性酸性很弱或碱性电极反应电极反应负极负极Fe(- )Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正极正极C(+)2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应:Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系联系原理原理 ：形成原电池反应时，让形成原电池反应时，让被保护金属被保护金属做做正正极极，不反应，起到保护作用；而，不反应，起到保护作用；而活泼金活泼金属反应受到腐蚀属反应受到腐蚀。1 1、牺牲阳极保护法、牺牲阳极保护法

15、二、金属的电化学保护二、金属的电化学保护 牺牲阳极牺牲阳极的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图2 2、外加电流法、外加电流法 将将被保护金属被保护金属与另一与另一附加电极附加电极作为电解池的作为电解池的两个极，使两个极，使被保护的金属被保护的金属作为作为阴极阴极，在外加直流，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。辅助阳极辅助阳极（不溶性）（不溶性）外加电流外加电流的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图1 1、电解饱和食盐水的工业生产、电解饱和食盐水的工业生产氯碱工业氯碱工业 粗

16、盐的成份：粗盐的成份： 泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42杂质，会与杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜精制食盐水精制食盐水杂质的除去过程：杂质的除去过程：粗盐水粗盐水 含少量含少量Ca2+.Mg2+精制精制盐水盐水)SO(BaCl242除过量)(除泥沙及沉淀过滤)Ba.Ca(CONa2232除过量)CO(23除适量盐酸)Mg.Ca(22除阳离子交换塔).(32FeMgNaOH除过量+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）离子交换膜离子交换膜 阳

17、阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室2. 2. 电电镀镀铁铁片片铜铜片片硫酸铜溶液硫酸铜溶液电极：电极： 阳极阳极镀层金属镀层金属 或惰性电极或惰性电极 阴极阴极待镀金属制品待镀金属制品 电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。 溶液中溶液中CuSO4的浓度保持不变的浓度保持不变或变小或变小阳极：阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：阴极：4Al3+ + 12e- =4Al4.电冶金电冶金通电通电总式：总式：2Al2O3 4Al+3O2 电冶铝原理电冶铝原理:助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）

18、六氟合铝酸钠）阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充3、电冶金、电冶金制取金属钠制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。电解熔融状态的氯化钠。阳极：阳极：2Cl - 2e- = Cl2阴极：阴极：2Na+ + 2e- = 2Na总反应：总反应：2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 通电 有关电解的计算：有关电解的计算：得失电子守衡、串联电路通过的电子相同。得失电子守衡、串联电路通过的电子相同。阳极：阳极：4OH- -4e - = 2H2O + O2 阴极：阴极：Ag+ + e - =Ag总总:4AgNO3+2H2O = 4Ag+O2+4 HNO3电解电解转移电子

19、转移电子4 mol4 mol 2 mol4 mol4 mol 用惰性电极电解用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上的水溶液，当阴极上增重增重a g时，在阳极上同时产生时，在阳极上同时产生b L氧气（标况），氧气（标况），从而可知从而可知M的相对原子质量为（的相对原子质量为（ ） A. (22.4ax)/b B. (11.2ax)/b C. (5.6ax)/b D. (2.5ax)/bC 9.用两个惰性电极插入用两个惰性电极插入500 mlAgNO3溶液中，溶液中，通电电解。当电解液的通电电解。当电解液的pH从从6.0变为变为3.0时（设电时（设电解时阴极没有氢气逸出，且电解液在电解前后

20、体解时阴极没有氢气逸出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），电极上析出银的质量大约是积变化可以忽略），电极上析出银的质量大约是（ ） A. 27 mg B.54 mg C.108 mg D.216 mgB北京怎样考？北京怎样考？化学反应与能量（电化学基础）化学反应与能量（电化学基础）(2010北京）北京）6.下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是的是: A.钢管与电源正极连接，钢管可被保护钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B.铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀 C.钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐钢管与铜管露

21、天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀蚀 D.钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe3e=Fe3+考查电化学的基本概念，金属考查电化学的基本概念，金属的腐蚀和防护的基本知识。的腐蚀和防护的基本知识。B化学反应与能量（电化学基础）化学反应与能量（电化学基础）（2011北京）北京）8结合右图判断，下列叙述正确结合右图判断，下列叙述正确的是的是AI和和II中正极均被保护中正极均被保护BI和和II中负极反应均是中负极反应均是Fe 2e= Fe2+CI和和II中正极反应均是：中正极反应均是： O2 + 2H2O + 4e = 4OHDI和和II中分别加入少最中分别加入少最K3Fe(CN)6溶液，溶液，均有蓝色沉淀均有蓝色沉淀A化学反应与能量（电化学基础）化学反应与能量（电化学基础）(2012北京）北京）12人工光合作用能够借助太阳能，用人工光合作用能够借助太阳能，用CO2，和，和H2O制备化学原料制备化学原料.下图是通过人工光合作下图是通过人工光合作用制备用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是的原理示意图，下列说法不正确的是 A.该过程是将太