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化學新高考專用專題十化學反應與電能考點一原電池原理及其應用基礎篇一、原電池的工作原理1.原電池的構成條件1)具有兩個活潑性不同的電極(兩電極活潑性也可以相同,如燃料電池)。2)電解質溶液。3)形成閉合回路。4)自發進行的氧化還原反應。2.原電池的工作原理以Cu-Zn原電池為例負極:氧化反應,Zn-2e-

Zn2+正極:還原反應,Cu2++2e-

Cu

注意:電子“不下水”,離子“不上岸”。鹽橋的作用是傳導電流。二、化學電源1.一次電池:如堿性鋅錳電池[Zn+2MnO2+2H2O

2MnO(OH)+Zn(OH)2]。2.二次電池:如鉛酸蓄電池(Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O)、鋰離子電池[以負極材料為嵌鋰石墨,正極材料為LiCoO2,電解質溶液為LiPF6

的碳酸酯溶液(無水)為例,LixCy+Li1-xCoO2

LiCoO2+Cy]。注意:PbSO4不溶于水。3.燃料電池:如氫氧燃料電池(2H2+O2

2H2O)、甲烷酸性燃料電池(CH4+2O2

CO2+2H2O)、甲醇堿性燃料電池(2CH3OH+3O2+4OH-

2C

+6H2O)。一、電解原理考點二電解原理及其應用1.本質:直流電流通過電解質溶液(或熔融電解質)在陽極、陰極引起氧化

還原反應的過程。2.電解池的形成條件1)與直流電源相連的兩個電極。2)電解質溶液(或熔融電解質)。3)形成閉合回路。3.電解池的工作原理以電解CuCl2溶液為例

陽極:氧化反應,2Cl--2e-

Cl2↑陰極:還原反應,Cu2++2e-

Cu1.氯堿工業

陽極:2Cl--2e-

Cl2↑陰極:2H2O+2e-

H2↑+2OH-總反應:2Cl-+2H2O

2OH-+Cl2↑+H2↑二、電解原理的應用2.電鍍陽極:鍍層金屬,電鍍時質量減小。陰極:鍍件,電鍍時質量增大。電鍍液:含有鍍層金屬離子的溶液,濃度基本不變。如在鐵件上鍍銅:

3.銅的電解精煉

陽極:粗銅,按成分還原性由強到弱依次放電,主要反應為Cu-2e-

Cu2+。陰極:純銅,Cu2++2e-

Cu。電解質溶液:電解精煉過程中CuSO4溶液濃度減小。陽極泥:失電子能力比銅弱的雜質,如Au、Ag。4.電冶金利用電解熔融鹽或氧化物的方法來冶煉活潑金屬,如Na、Mg、Al等。2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑一、金屬的腐蝕考點三金屬的腐蝕與防護1.化學腐蝕:金屬與其表面接觸的一些物質直接發生化學反應。2.電化學腐蝕1)本質:發生了原電池反應,不純的金屬中較活潑的金屬失去電子而被氧

化。

吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜呈弱酸性或中性水膜酸性較強負極反應2Fe-4e-

2Fe2+Fe-2e-

Fe2+正極反應O2+2H2O+4e-

4OH-2H++2e-

H2↑總反應2Fe+O2+2H2O

2Fe(OH)2Fe+2H+

Fe2++H2↑2)鋼鐵的吸氧腐蝕與析氫腐蝕3.金屬腐蝕快慢的影響因素及判斷原則1)影響因素:構成原電池的材料活潑性差異、金屬所接觸的介質。2)判斷金屬腐蝕快慢的一般原則電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的

腐蝕二、金屬的防護1.改變金屬材料的組成:如把普通鋼制成不銹鋼,把鈦與其他金屬熔合制

成鈦合金。2.在金屬表面覆蓋保護層:如在鋼鐵制品表面噴涂油漆。3.電化學保護法1)犧牲陽極法:利用原電池原理,將被保護的金屬設備與更活潑的金屬(作

負極)相連,正極被保護。2)外加電流法:利用電解池原理,將被保護的金屬設備與電源負極相連,作

陰極被保護。綜合電極反應式的書寫綜合篇一、原電池電極反應式的書寫1.一般電極反應式的書寫1)列物質,標得失:判斷正、負極,找出電極產物,列出得失電子。2)看環境,標守恒:電極產物不能與電解質溶液反應,配平遵循守恒定律。3)兩式加,得總式:兩極反應式相加得總反應式(消去電子)。2.燃料電池電極反應式的書寫1)寫出總反應式:與燃料的燃燒反應一致,若產物能和電解質溶液(或熔融

電解質)反應,則總反應為加和后的反應。2)寫出正極反應式:正極上O2在不同環境下發生還原反應。①酸性:O2+4H++4e-

2H2O②堿性:O2+2H2O+4e-

4OH-③固體氧化物:O2+4e-

2O2-④熔融碳酸鹽:O2+2CO2+4e-

2C

3)電池負極反應式=電池總反應式-電池正極反應式(消去O2)。例如,甲醇酸性、堿性燃料電池的總反應式分別為2CH3OH+3O2

2CO2+4H2O、2CH3OH+3O2+4OH-

2C

+6H2O,將總反應式分別減去酸性、堿性條件下O2在正極的反應式,可得負極反應式分別為CH3OH+H2O-

6e-

CO2↑+6H+(酸性條件)、CH3OH+8OH--6e-

C

+6H2O(堿性條件)。3.可充電電池(二次電池)電極反應式的書寫1)根據圖示、題干,判斷正、負極和陰、陽極。2)寫出較簡單一極的電極反應式。3)復雜電極的反應式=總反應式-較簡單一極的電極反應式。4)根據放電時的負極和充電時的陰極、放電時的正極和充電時的陽極反

應互逆原理,將負(正)極反應式變換方向并將電子移項,即可得出陰(陽)極

反應式。例如,鉛酸蓄電池放電時的總反應為Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O,負極反應為Pb-2e-+S

PbSO4,其逆過程即為充電時的陰極反應:PbSO4+2e-

Pb+S

。將放電時的總反應減去負極反應即得正極反應:PbO2+4H++S

+2e-

PbSO4+2H2O,其逆過程即為充電時的陽極反應:PbSO4+2H2O-2e-

PbO2+4H++S

。二、電解池電極反應式的書寫1.陽極反應式1)活性電極:電極材料失電子,M-ne-

Mn+。2)惰性電極:陰離子失電子,一般情況下放電順序為S2->I->Br->Cl->OH->含

氧酸根>F-。2.陰極反應式:陽離子得電子,放電順序為K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<H+(H2O)<Zn2+<Fe2+<H+<Cu2+<Fe3+<Ag+。3.總反應式=陽極反應式+陰極反應式(總反應式中不出現得失電子,須加

上電解條件)。例如,用惰性電極電解CuSO4溶液,溶液中存在的離子有Cu2+、S

、H+、OH-,根據放電順序,OH-在陽極失電子,Cu2+在陰極得電子,故陽極反應式為

2H2O-4e-

4H++O2↑(此溶液中OH-來自H2O的電離,故寫成H2O失電子),陰極反應式為Cu2++2e-

Cu,相加(陽極式+陰極式×2)得電解總反應式:2Cu2++2H2O

2Cu+O2↑+4H+。規律總結用惰性電極電解電解質溶液的類型類型電解質特點實例電極反應特點電解對象電解質溶液的變化電解質溶液的復原電解水型含氧酸H2SO4陰極:H+放電生成氫氣陽極:OH-放電生成氧氣水濃度增大加H2O

可溶性強堿NaOH

活潑金屬含氧酸鹽KNO3

電解電解質型無氧酸HCl電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電電解質濃度減小通HCl

不活潑金屬無氧酸鹽CuCl2

加CuCl2放H2生堿活潑金屬無氧酸鹽NaCl陰極:H+放電生成氫氣陽極:電解質陰離子放電電解質和水生成堿通HCl放O2生酸型不活潑金屬含氧酸鹽CuSO4陰極:電解質陽離子放電陽極:OH-放電生成氧氣電解質和水生成酸加CuO例

(2020課標Ⅰ,12,6分)科學家近年發明了一種新型Zn-CO2水介質電池。電池示意圖如下,電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時,溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等,為解決環境和能源問題提供了一種新途徑。

下列說法錯誤的是

(

)A.放電時,負極反應為Zn-2e-+4OH-

Zn(OH

B.放電時,1molCO2轉化為HCOOH,轉移的電子數為2molC.充電時,電池總反應為2Zn(OH

2Zn+O2↑+4OH-+2H2OD.充電時,正極溶液中OH-濃度升高解題導引根據題圖中信息可得放電時Zn→Zn(OH

,CO2→HCOOH,分析元素化合價的變化,失電子的氧化反應即負極反應,得電子的還原反應

即正極反應,再根據原電池的負極反應與電解池的陰極反應互為逆反應

及題圖中陰極上H2O→O2的信息,寫出充電時陰極的電極反應式。解析A項,放電時Zn為負極,負極反應為Zn-2e-+4OH-

Zn(OH

,正確;B項,放電時,正極反應為CO2+2e-+2H+

HCOOH,每轉化1molCO2,轉移2mol電子,正確;C項,充電時,陽極反應為2H2O-4e-

4H++O2↑,陰極反應為2Zn(OH

+4e-

2Zn+8OH-,兩極反應相加得總反應,正確;D項,根據陽極反應可知,充電時,正(陽)極溶液中H+濃度升高,OH-濃度降低,

錯誤。答案D應用

新型電化學裝置分析電化學相關計算原電池和電解池等電化學知識是高考的命題重點。原電池和電解池都

建立在氧化還原反應和電解質溶液基礎上,借助氧化還原反應實現化學

能與電能的轉化。備考時,理清氧化還原反應原理,將其應用到電化學中,

有利于分析并解決新型電化學裝置的工作原理等問題。應用篇一、運用氧化還原反應基本概念分析新型電化學裝置1.題給條件為裝置圖1)找出裝置的正、負極(或陰、陽極),即找出氧化劑和還原劑。2)結合電解質確定還原產物和氧化產物,書寫相應電極反應式,作出相應

判斷。2.題給條件為總反應式1)分析總反應式中各元素化合價的變化情況,找出氧化劑、還原劑及其

對應的還原產物、氧化產物。2)考慮電解質是否參與反應,書寫相應電極反應式,作出相應判斷。二、運用氧化還原反應得失電子守恒規律解決電化學計算1.原理:電化學反應的實質是氧化還原反應,各電極上轉移電子的物質的

量相等(即得失電子守恒)。2.計算方法1)根據得失電子守恒計算①用于串聯電路的陰陽兩極產物、正負兩極產物等的計算。②用于電解混合溶液的分階段計算。

2)根據關系式計算根據得失電子守恒建立已知量與未知量之間的關系,得出計算所需的關

系式。如轉移電子為4mol,可構建如下關系式:例

(2021河北,9,3分)K-O2電池結構如圖,a和b為兩個電極,其中之一為單

質鉀片。關于該電池,下列說法錯誤的是

(

)

A.隔膜允許K+通過,不允許O2通過B.放電時,電流由b電極沿導線流向a電極;充電時,b電極為陽極C.產生1Ah電量時,生成KO2的質量與消耗O2的質量比值約為2.22D.用此電池為鉛酸蓄電池充電,消耗3.9g鉀時,鉛酸蓄電池消耗0.9g水解題導引本題的突破口為裝置圖中b電極上的物質變化,由此可判斷b

電極上O2得電子,發生還原反應,其為正極,故a為負極。解析放電時負極上K失電子生成K+,K+可通過隔膜,在正極上與O2反應

生成KO2,A項正確;放電時,電流由正極(b電極)沿導線流向負極(a電極),充

電時b電極接電源正極作陽極,B項正確;正極反應式為O2+K++e-

KO2,生成的KO2與消耗的O2的物質的量之比為1∶1,故兩者的質量比值為71/3

2≈2.22,C項正確;鉛酸蓄電池充電反應為2PbSO4+2H2O

Pb+PbO2+4H++2S

,每消耗2mol水時轉移2mol電子,若消耗3.9g鉀時,即轉移0.1mol電子,則鉛酸蓄電池消耗0.1mol水,質量為1.8g,D項錯誤。答案D創新“隔膜”在電化學中的應用創新篇1.隔膜的類型和作用

2.考情趨勢1)“膜”數量變化:單膜→雙膜→多膜。2)“膜”種類變化:陰、陽離子交換膜→質子交換膜→高聚物隔膜→雙

極隔膜。3)“膜”作用變化:離子交換→物質制備→分離提純等。3.離子交換膜類型的判斷方法1)寫出陰、陽(或正、負)兩極上的電極反應式。2)依據電極反應式確定該電極附近哪種離子剩余。3)根據電極附近溶液呈電中性,判斷離子移動的方向。4)根據離子移動的方向,確定離子交換膜的類型。例

(2022全國甲,10,6分)一種水性電解液Zn-MnO2離子選擇雙隔膜電池

如圖所示[KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH

存在]。電池放電時,下列敘述錯誤的是

(

)

A.Ⅱ區的K+通過隔膜向Ⅲ區遷移B.Ⅰ區的S

通過隔膜向Ⅱ區遷移C.MnO2電極反應:MnO2+4H++2e-

Mn2++2H2OD.電池總反應:Zn+4OH-+MnO2+4H+

Zn(OH

+Mn2++2H2O解題導引先由示意圖中電極材料確定電池的正、負極,再結合電解質