新高考化学复习专题十化学反应与电能教学课件

专题十化学反应与电能考点1原电池原理及其应用一、原电池的工作原理1.原电池:将化学能转化为电能的装置。2.原电池的构成条件反应能自发进行的氧化还原反应电极一般为活泼性不同的两个电极(燃料电池的两个电极可以相同)介质电解质溶液、熔融电解质、某种离子导体等闭合回路两电极直接或间接接触,插入介质中3.原电池的工作原理4.原电池正、负极的判断依据二、化学电源1.一次电池:只能使用一次,放电后不能再充电复原继续使用,例如碱性锌锰电池。负极反应Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2正极反应MnO2+H2O+e-

MnO(OH)+OH-电解质KOH总反应Zn+2MnO2+2H2O

2MnO(OH)+Zn(OH)22.二次电池:放电后可以再充电而反复使用的电池,例如铅酸蓄电池。放电反应负极Pb+S

-2e-

PbSO4正极PbO2+S

+4H++2e-

PbSO4+2H2O充电反应阴极PbSO4+2e-

Pb+S

阳极PbSO4+2H2O-2e-

PbO2+4H++S

电解质溶液稀硫酸总反应Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O又如锂离子电池:放电反应负极LixCy-xe-

xLi++Cy[嵌锂石墨(LixCy)]正极Li1-xCoO2+xLi++xe-

LiCoO2[钴酸锂(LiCoO2)]充电反应阴极xLi++Cy+xe-

LixCy阳极LiCoO2-xe-

Li1-xCoO2+xLi+电解质溶液LiPF6的碳酸酯溶液(无水)装置示意图

反应过程放电时,Li-e-→Li+,Li+从石墨中脱嵌移向正极,嵌入钴酸锂晶体中。充电时,Li+从钴酸锂晶体中脱嵌,由正极回到负极,转化为Li嵌入石墨中总反应LixCy+Li1-xCoO2

LiCoO2+Cy3.燃料电池:可连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。如氢氧燃

料电池,其中电解质溶液可以呈酸性,也可以呈碱性。种类酸性碱性负极反应式H2-2e-

2H+H2+2OH--2e-

2H2O正极反应式O2+4e-+4H+

2H2OO2+2H2O+4e-

4OH-

电池总反应式2H2+O2

2H2O备注燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,起导电作用三、原电池原理的应用1.设计制作化学电源注意

原电池供电时发生了氧化还原反应,其中氧化反应在负极进行,还原反应在正极进行,氧化反应和还原反应均可看成“半反应”。2.加快化学反应速率一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时会使反应速率增大。如在Zn与稀硫酸反

应时加入少量CuSO4溶液构成原电池,使反应速率增大。3.比较金属的活动性强弱原电池中,一般活泼性强的金属作负极,而活泼性弱的金属(或非金属导体)作正极。4.用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极。如要保护铁质输水管道或钢铁桥梁,可用导线

将其与一块锌块相连,使锌块作原电池的负极。考点2电解原理及其应用一、电解池的构成及工作原理1.电解池:将电能转化为化学能的装置。2.电解池的构成(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。3.电解池工作原理（见右图）二、用惰性电极电解电解质溶液的类型类型实例电解物质电解质溶液的变化pH变化使电解质溶液复原的方法电解水型NaOH溶液水浓度增大(饱和溶液除外)增大加水H2SO4溶液减小加水K2SO4溶液不变加水电解电解质型盐酸电解质浓度减小增大加氯化氢CuCl2溶液浓度减小—加氯化铜放H2生碱型NaCl溶液电解质和水生成新电解质增大加氯化氢放O2生酸型CuSO4溶液生成新电解质减小加氧化铜三、电解池中阴极、阳极放电顺序(1)阴极(与电极材料无关),氧化性强的先放电,放电顺序如下:

(2)阳极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-。

阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:2H2O+2e-

H2↑+2OH-总反应:2Cl-+2H2O

2OH-+Cl2↑+H2↑交换膜:阳离子交换膜,只允许阳离子通过,能阻止阴离子和气体通过。四、电解原理的应用1.氯碱工业2.电镀铜和电解精炼铜

电镀铜(Fe上镀Cu)电解精炼铜装置

阳极电极材料镀层金属铜粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)电极反应Cu-2e-

C

Zn-2e-

Z

、Fe-2e-

F

、Ni-2e-

N

、Cu-2e-

C

等阴极电极材料待镀金属铁纯铜电极反应C

+2e-

Cu电解质溶液含C

的盐溶液电解质溶液浓度不变变小注:电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉积在电解槽底部形成阳极泥3.电冶金

总反应方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:Na++e-

Na冶炼镁MgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑阳极:2Cl--2e-

Cl2↑阴极:M

+2e-

Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑阳极:2

-4e-

O2↑阴极:A

+3e-

Al考点3金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀1.金属腐蚀的本质:金属原子失去电子变成金属阳离子,金属单质发生氧化反应。类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与其表面接触到的干燥气

体或非电解质液体直接反应不纯的金属接触到电解质溶液

发生原电池反应本质M-ne-

Mn+现象金属被腐蚀较活泼的金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀速率更快,危害也更严重2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe-2e-

Fe2+正极2H++2e-

H2↑O2+2H2O+4e-

4OH-总反应式Fe+2H+

Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O

2Fe(OH)2吸氧腐蚀更普遍3.金属腐蚀快慢的影响因素及判断原则(1)对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的快慢:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的

腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。(2)对同一金属来说,在不同溶液中腐蚀速率的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液

中>非电解质溶液中。(3)活动性不同的两种金属,活动性差别越大,活动性强的金属腐蚀速率越快。(4)一般来说,对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀速率越快。注意常温下,Fe、Al遇浓HNO3、浓H2SO4发生钝化。二、金属的防护1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)太阳能电池属于原电池。

(

)(2)在原电池中,负极本身一定发生氧化反应。

(

)(3)铅酸蓄电池放电时,正极与负极质量均增加。(

)(4)在Mg-Al原电池中,Mg一定是负极。

(

)(5)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。

(

)(6)用惰性电极电解硫酸铜溶液一段时间后,加入一定量CuO,原电解质溶液可复原。

(

)××√×××(7)电镀和精炼时,两池电解液浓度均不变。

(

)(8)电解冶炼镁、铝通常电解熔融MgCl2、Al2O3,也可电解熔融MgO、AlCl3。

(

)(9)钢铁发生吸氧腐蚀时,负极电极反应式为Fe-3e-

Fe3+。

(

)(10)铜在酸性条件下,不易发生析氢腐蚀。

(

)(11)镀锌铁制品镀层受损后,仍能对铁起保护作用。

(

)×××√√2.2022年8月30日,我国科研团队荣获国际“镁未来技术奖”,镁—空气电池广泛应用

于海洋探索等领域。该电池在工作时,下列说法错误的是

(

)A.Mg在负极失去电子B.空气中的O2在正极发生还原反应C.阳离子由正极移向负极D.电子的移动方向:镁电极→导线→正极C3.铜锌单池原电池改装为如图所示的双池电池。下列说法不正确的是

(

)A.铜电极是正极,发生还原反应B.电池工作过程中甲池中c(Zn2+)几乎不变C.总反应是Cu2++Zn

Cu+Zn2+D.电子从锌电极经溶液流向铜电极D4.(2024届河南省实验中学期中,9)把锌片和铁片放在盛有食盐水和酚酞试液混合溶液

的玻璃皿中(如图所示),放置在空气中,经一段时间后,容易观察到溶液变红的区域是

(

)A.Ⅰ和Ⅲ附近B.Ⅰ和Ⅳ附近C.Ⅱ和Ⅲ附近D.Ⅱ和Ⅳ附近B

5.(2024届河北沧衡八校联盟期中,2)原电池装置图如图所示,下列有关说法错误的是

(

)A.电子流向为Fe→导线→Cu→盐桥B.盐桥中的阳离子移向CuSO4溶液C.左烧杯中加入硫氰化钾(KSCN)溶液,溶液不会变红D.电池的总反应为Fe+Cu2+

Fe2++CuA6.下图为电解装置示意图。下列电解目的不能实现的是

(

)选项电极材料电解质溶液电解目的Aa.碳棒,b.碳棒饱和食盐水制取Cl2、NaOH和H2Ba.铜,b.铁CuSO4溶液铁上镀铜Ca.粗铜,b.纯铜CuSO4溶液电解精炼铜Da.铁,b.碳棒Na2SO4稀溶液制取少量O2和H2D注:表中的粗铜中含有锌、铁、镍、金、铂等杂质。7.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2

SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(

)A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应式为:Al3++3e-

AlD.S

在电解过程中向阳极移动C8.下列说法中,不正确的是

(

)ABCD

钢铁表面水膜的酸性很弱,发生吸氧腐蚀钢铁表面水膜的酸性较强,发生析氢腐蚀将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好钢闸门作为阴极而受到保护C9.(2024届北京四中期中,5)用下图所示的实验装置,按下列实验设计不能达成实验目的

的是

(

)C选项实验目的实验设计A减缓铁的腐蚀X为石墨棒,溶液中含Na+、Cl-,开关K置于A处B模拟铁的吸氧腐蚀X为石墨棒,溶液中含Na+、Cl-,开关K置于B处C比较铁和铜的金属活动性强弱X为铜棒,溶液中含H+、S

,开关K置于A处D在铁棒上镀铜X为铜棒,溶液中含[Cu(NH3)4]2+、S

,开关K置于A处10.FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板,反应过程的离子方程式为2Fe3++Cu

2Fe2++Cu2+。若将此反应设计成原电池,负极上发生的反应为

,正

极上发生的反应为

。画出设计的装置图(标出电解质溶液和电

子的流向)答案Cu-2e-

Cu2+Fe3++e-

Fe2+考法1电极反应式的书写电极反应式的书写一般需要经过以下4个步骤:1.确定电极反应物和电极产物(1)利用得出或者给出的总反应方程式确定,如原电池反应:

(2)利用原电池(燃料电池)和电解池原理确定电极反应物,利用共存原则等确定电极产物。①失电子的物质为负极(阳极反应物),得电子的物质为正极(阴极反应物)。在燃料电

池中通入燃料的一极为负极。②利用共存原则确定电极产物:物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同,书写

电极反应式时必须考虑介质环境。如碱性溶液中CO2不可能存在,也不可能有H+生成;

当电解质溶液呈酸性时,不可能有OH-生成等。(3)利用装置图中离子的移向判断正、负极或者阴、阳极。在原电池工作时,阳离子移

向正极,阴离子移向负极;在电解池工作时,阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,然后再根

据具体情况确定电极反应物和产物。2.利用化合价变化确定得、失电子数依据电极反应物和产物中元素化合价的变化,计算出负极(或阳极)反应失电子数和正

极(或阴极)反应得电子数。3.利用电解质溶液中的阴、阳离子使电极反应式两侧电荷守恒(1)选准离子:酸性溶液选H+、碱性溶液选OH-、熔融氧化物选O2-、熔融碳酸盐选C

、锂电池选Li+。(2)确定离子在电极反应式中是反应物还是生成物。(3)确定离子的数目。4.利用原子守恒配平其他物质的化学计量数。例1(双选)微型银—锌电池可用作电子仪器的电源,其电极分别是Ag/Ag2O和Zn,电解

质溶液为KOH溶液,电池总反应为Ag2O+Zn+H2O

2Ag+Zn(OH)2。下列说法正确的是(

)A.电池工作过程中,KOH溶液浓度降低B.电池工作过程中,电解液中OH-向负极迁移C.负极发生反应:Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2D.正极发生反应:Ag2O+2H++2e-

Ag+H2O

解题导引

根据给出的电池总反应,判断出发生氧化反应和还原反应的物质,进而确定正、负极;再根据氧化还原反应原理确定还原产物和氧化产物,并根据电解质溶液

的性质写出正、负极的反应式。

解析

根据电池总反应可知反应过程中消耗了水,则KOH溶液的浓度增大,A项错误;在原电池工作时,阴离子向负极迁移,则OH-向负极迁移,B项正确;负极发生氧化反应,

根据总反应式及电解质溶液的性质可知负极反应为Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2,C项正确;根据离子共存原则,碱性溶液中不能出现H+,可知D项错误。

答案

BC例2(2023广东,6,2分)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作

原理如图。下列说法正确的是

(

)

A.Ag作原电池正极B.电子由Ag经活性炭流向PtC.Pt表面发生的电极反应:O2+2H2O+4e-

4OH-D.每消耗标准状况下11.2L的O2,最多去除1molCl-

解题导引

由题图可知,该过程的工作原理为原电池原理。书写电极反应式时,首先根据原电池的工作原理判断原电池的正、负极,然后结合电解质溶液性质确定电极产

物,再根据电子转移守恒、电荷守恒和原子守恒写出电极反应式。

解析

Ag比Pt活泼,故Ag作原电池负极,电极反应为Ag-e-+Cl-

AgCl,Cl-转化为AgCl而被除去,A项错误;电子由负极(Ag)经活性炭流向正极(Pt),B项正确;Pt为原电池

正极,在Pt表面O2得电子被还原,根据“实现废酸的钝化”可知电解质溶液呈酸性,故Pt

表面发生的电极反应为O2+4H++4e-

2H2O,C项错误;标准状况下11.2LO2为0.5mol,根据得失电子守恒,可得关系式O2~4e-~4Cl-,故每消耗0.5molO2,最多去除2molCl-,D项

错误。

答案

B

方法指导

电极反应式正误判断主要从以下三个角度进行分析:一看电解质溶液的酸碱性是否符合要求,如题中电解质溶液是废酸,则不能生成OH-,可直接判断C项错误;

二看是得电子还是失电子,原电池中负极上失电子,正极上得电子;三看电荷是否守恒。例3(2022湖南,8,3分)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂—海水电池构造示意

图如下。下列说法错误的是

(

)

A.海水起电解质溶液作用B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-

2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能D.该锂—海水电池属于一次电池

解题导引

根据装置特点可知,该装置为原电池,Li为活泼金属,故M为负极,N为正极。海水为电解质溶液,海水中溶有氧气,则正极上H2O或者O2得电子发生还原反应。

解析

海水中溶有NaCl等电解质,可起到电解质溶液的作用,A项正确;N极为正极,海水中溶有O2,故H2O或O2都有可能放电,故电极反应为2H2O+2e-

2OH-+H2↑、O2+4e-+2H2O

4OH-,B项错误;Li性质活泼,可与水发生反应,则玻璃陶瓷具有防水的功能,另外为保证电路畅通,玻璃陶瓷需要具有传导离子的功能,C项正确;该电池不可充电,

属于一次电池,D项正确。

答案

B考法2新型电化学装置分析电化学相关计算一、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)先判断装置类型(原电池或电解池),再根据图中信息(电流方向、电极材料、元素化

合价的变化等)找出装置的正、负极或阴、阳极。(2)找出氧化剂和还原剂,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。二、电化学计算的三种方法

如以电路中通过4mole-为桥梁可构建以下关系式:4e-~

~

(式中M为金属,n为其离子所带的电荷数)例1(2024届湖南长郡中学上学期月考二,10)SOEC装置是一种高温固体氧化物电解池,

可以从大气中回收CO2,其工作温度为600~1000℃,利用固态CeO2中的O2-定向移动形

成离子电流。SOEC由多个层状工作单元叠加而成,拆解后装置如图所示(CO2在电极b

上反应,外接电源与部分气体管路、流向未显示)。下列说法正确的是

(

)

A.电极b为阳极,电极反应为CO2+2e-

CO+O2-B.在气孔Z附近检测到少量Ce3+,说明发生了电极反应:CeO2+e-

Ce3++2O2-C.装置工作过程中,CeO2(s)电解质中的O2-由电极a移向电极bD.由于产生有毒气体CO,故必须将各层密封,防止气体泄漏

解题导引

首先需要判断阴、阳极上的反应,根据题中物质的转化(CO2→CO),还有O2生成,可得CO2在阴极发生还原反应生成CO;结合题给信息“CeO2中的O2-定向移动

形成离子电流”可得O2-在阳极上反应生成O2。

解析

CO2在电极b上反应,则电极b为阴极,电极a为阳极,A项错误。在气孔Z附近检测到少量Ce3+,也可能是高温下CO将CeO2还原为Ce3+,B错误。在电解池工作时,阴离子

移向阳极,则O2-由电极b移向电极a,C项错误。过程中产生了有毒气体CO,故必须用橡

胶材质将各层密封,防止气体泄漏,D正确。

答案

D例2(2022广东,16,4分)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜

的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-

Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(

)A.充电时电极b是阴极B.放电时NaCl溶液的pH减小C.放电时NaCl溶液的浓度增大D.每生成1molCl2,电极a质量理论上增加23g

解题导引

首先要判断出阴、阳极,题中给出充电时电极a的反应,根据反应可知电极a发生还原反应,得出充电时电极a为阴极,则多孔炭电极b为阳极,阳极上Cl-失电子生

成Cl2。其次根据阴、阳极判断放电时的正、负极。最后根据总反应,转移电子守恒等

进行解答。

解析

充电时,电极b为阳极,A项错误。放电时,电极b为正极,正极上发生反应Cl2+2e-

2Cl-;电极a为负极,负极上发生反应Na3Ti2(PO4)3-2e-

NaTi2(PO4)3+2Na+,则NaCl溶液的浓度增大,但NaCl溶液呈中性,则pH一直等于7,B项错误,C项正确。由以上分析

可知充电时的总反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2Cl-

Na3Ti2(PO4)3+Cl2,则生成1molCl2,电极a的质量理论上增加2molNa+的质量,即46g,D项错误。

答案

C考法3隔膜在电化学中的应用1.隔膜的类型与作用2.离子交换膜类型的判断方法第一步:根据题中电化学装置的目的和离子交换膜的作用,判断哪些离子需要跨膜迁

移或哪些离子不可跨膜迁移。第二步:根据允许通过或不允许通过的离子种类以及离子的移动方向,确定离子交换膜的类型。例如,氯碱工业中用离子交换膜法电解饱和食盐水时,离子交换膜的作用之一是防止

阴极室生成的OH-迁移至阳极室与氯气反应造成产品损失,同时还要允许阳极室中的

Na+迁移至阴极室以得到NaOH溶液,故该电解装置中的离子交换膜为阳离子交换膜。例1(2023山西运城二模,12)我国科研人员利用双极膜技术构造出一类具有高能量密

度、优异的循环性能的新型水系电池,模拟装置如图所示。已知电极材料分别为Zn和

MnO2,相应的产物为Zn(OH

和Mn2+。下列说法错误的是

(

)A.双极膜中的OH-通过膜a移向M极B.电池工作一段时间后,NaOH溶液的pH不变C.N电极的反应式为MnO2+4H++2e-

Mn2++2H2OD.若电路中通过2mole-,则稀硫酸质量增加89g

解题导引

需根据电解质溶液、电极材料和产物确定原电池的正、负极和膜a、膜b的种类。Zn转化为Zn(OH

需在碱性环境中进行,则M电极材料为Zn,M电极为负极。N电极为正极,电极材料为MnO2,电池工作时MnO2发生还原反应。因M极所在室

溶液保持碱性,则膜a为阴离子交换膜,膜b为阳离子交换膜。

解析

原电池中,阴离子向负极移动,则双极膜中的OH-通过膜a移向M极,A项正确;负极的电极反应式为Zn+4O