浙江版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情分析

2024年1月浙江选考中将金属的腐蚀与原电池原理相结合进行考查；2023年及以前的几次选考中常将最新科技发展成果与新型电池相结合进行考查,试题陌生度较高,综合性强,但实质上是对电化学模型认知的考查,侧重考查阅读能力和理解应用能力,故应关注题给信息,从题干中提取有效信息,利用电化学知识解决实际问题。考点1原电池原理及其应用一、原电池的工作原理1.原电池的构成条件(1)具有两个活泼性不同的电极(两电极活性也可以相同,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。

负极:氧化反应,Zn-2e-

Zn2+正极:还原反应,Cu2++2e-

Cu注意

电子“不下水”,离子“不上岸”。盐桥的作用是传导电流。2.原电池的工作原理以Cu-Zn原电池为例二、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: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: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-

2C

+6H2O)。考点2电解原理及其应用一、电解原理1.本质:直流电通过电解质溶液(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。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-

Cu3.电解池的工作原理二、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: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-

Cu2+。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。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。2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑考点3金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀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

吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜酸性较强负极反应2Fe-4e-

2Fe2+Fe-2e-

Fe2+正极反应O2+2H2O+4e-

4OH-2H++2e-

H2↑总反应2Fe+O2+2H2O

2Fe(OH)2Fe+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:利用电解原理,将被保护的金属设备与电源负极相连,作阴极被保护。1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)在锌铜原电池中,因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路,所以有电流产生。(

)

(2)可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀。

(

)(3)二次电池的充、放电为可逆反应。

(

)(4)在金属表面覆盖保护层,保护层破损后,就完全失去了对金属的保护作用。(

)(5)燃料电池是利用燃料和氧化剂之间的氧化还原反应,将化学能转化为热能,然后再

转化为电能的化学电源。

(

)×××××(6)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变。

(

)(7)用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2溶液作电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁

上镀锌。

(

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

(

)×××A.电极Ⅰ上发生还原反应,作原电池的负极B.电极Ⅱ的电极反应式为Cu2++2e-

CuC.该原电池的总反应为2Fe3++Cu

Cu2++2Fe2+D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,其作用是传递电子2.如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是

(

)C3.水溶液中电解催化还原CO2制甲酸是实现“碳中和”的途径之一。下列说法正确的

是

(

)A.该过程将化学能转化为电能B.生成甲酸的电极反应为CO2+2e-+2H+

HCOOHC.阳离子由阴极移向阳极D.电路中通过4mole-,阳极生成22.4LO2B4.港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年,主要的防腐方法有:①钢梁上安装铝片;②使

用高性能富锌(富含锌粉)底漆;③使用高附着性防腐涂料;④预留钢铁腐蚀量。下列分

析不合理的是

(

)A.方法①②③只能减缓钢铁腐蚀,未能完全消除B.防腐涂料可以防水、隔离O2,降低吸氧腐蚀速率C.防腐过程中铝和锌均失去电子,主要发生化学腐蚀D.钢铁在海水中发生吸氧腐蚀时正极反应式为O2+2H2O+4e-

4OH-

C考法1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,配平遵循电荷守恒和原子守恒。(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(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在不同环境发生的还原反应。①酸性:O2+4H++4e-

2H2O②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

(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

2CO2+4H2O、2CH3OH+3O2+4OH-

2C

+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-6e-

CO2↑+6H+(酸性条件)、CH3OH+8OH--6e- 

C +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)复杂电极的电极反应式=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-+S

PbSO4,其逆过程即为充电时的阴极反应:PbSO4+2e-

Pb+S

。将放电时的总反应减去负极反应即得正极反应:PbO2+4H++S 

+2e-

PbSO4+2H2O,其逆过程即为充电时的阳极反应:PbSO4+2H2O-2e-

PbO2+4H++S 。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+(酸)<Cu2+<Fe3+<Ag+。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

、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)得电解总反应式:2Cu2++2H2O

2Cu+O2↑+4H+。类型电解质特点实例电极反应特点电解对象电解质溶液的变化电解质溶液的复原电解水型含氧酸H2SO4阴极:H+放电生成氢气阳极:OH-放电生成氧气水浓度增大加H2O可溶性强碱NaOH活泼金属含氧酸盐KNO3电解电解质型无氧酸HCl电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电电解质浓度减小通HCl不活泼金属无氧酸盐CuCl2加CuCl2放H2生碱型活泼金属无氧酸盐NaCl阴极:H+放电生成氢气阳极:电解质阴离子放电电解质和水生成碱通HCl放O2生酸型不活泼金属含氧酸盐CuSO4阴极:电解质阳离子放电阳极:OH-放电生成氧气电解质和水生成酸加CuO规律总结

用惰性电极电解电解质溶液的类型例(2023强基联盟2月统测,11)利用O2辅助的Al-CO2电池电容量大,工作原理如图所示,

能有效地将CO2转化成化工原料草酸铝Al2(C2O4)3,下列说法不正确的是

(

)A.多孔碳电极为电池的正极,发生还原反应B.氧气在反应过程中作为氧化剂,最终转化为C2

C.电池的负极反应式为Al-3e-

Al3+D.电池的正极反应可以表示为2CO2+2e-

C2

解题导引

根据题干信息找到反应原理,O2辅助Al-CO2电池将CO2转化为Al2(C2O4)3,则两电极反应物分别为CO2和Al,根据元素化合价变化可确定正、负电极,结合图中物

质转化可确定两极上发生的反应。

解析

在多孔碳电极上通入O2与CO2,最终产物为C2

,C从+4价降低到+3价,得电子被还原,所以多孔碳电极为正极,发生还原反应,A正确;电极上通入的氧气起辅助功能,

则电极上先发生反应O2+4e-

2O2-,结合题给信息,可理解为接下来O2-与CO2发生反应,即2O2-+4CO2

O2+2C2

,可理解为氧气为该反应的催化剂,B错误;Al元素化合价升高,失电子,故铝电极为负极,电极反应式为Al-3e-

Al3+,C正确;合并B项分析中的两个反应式并化简,可知正极上发生的反应是2CO2+2e-

C2

,D正确。

答案

B易错警示

对于O2的辅助功能理解不到位,易将其作为反应物处理,氧气在此处相当

于催化剂,只是中间参与了反应,真正充当氧化剂的是CO2,转化成化工原料草酸铝Al2(C2O4)3。考法2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相互转化。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。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。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4mol,可构建如下关系式:

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1Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D.用此电池为铅酸蓄电池充电,消耗3.9g钾时,铅酸蓄电池消耗0.9g水例(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

(

)

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电极为负极。

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71/32≈2.22,C项正确;铅酸蓄电池充电反应为2PbSO4+2H2O

Pb+PbO2+4H++2S

,每消耗2mol水转移2mol电子,消耗3.9g钾时,转移0.1mol电子,则铅酸蓄电池消耗0.1mol水,质量为1.8g,D项错误。

答案

D归纳总结

关于电化学计算的核心,在电极上是得失电子守恒,在导线上是电子转移

数量与电极得失电子数相等,在溶液中遵循电荷守恒。考法3“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.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。例(2020山东,10,2分)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,