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电化学基础,第21讲 [考纲导视],[基础反馈] 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。,(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(,)。,(2) 在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强,(,)。 (3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身,一定要发生氧化反应(,)。,(4)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐,桥”的原电池电流持续时间长(,)。,(5)由 Al、Cu、稀 H2SO4 组成的原电池中，负极反应式为,Al－3e－===Al3＋(,)。,(6)由 Fe、Cu、FeCl3 溶液组成的原电池中，负极反应式为,Cu－2e－===Cu2＋(,)。,答案：(1)√,(2)×,(3)×,(4)√,(5)√ (6)×,2．在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择可以是与 电极材料不相同的阳离子吗？如 Zn 极对应的是硫酸锌，能不能 是氯化铜或者氯化钠？,答案：可以，如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质 比电极强的话没有问题。因为负极区发生的反应只是Zn的溶解 而已。但是如果比电极弱的话，例如氯化铜，锌就会置换出铜， 在表面形成原电池，减少供电量。使用盐桥就是为了避免这种 情况。,考点一,原电池,化学电源 【知识梳理】,一、原电池,化学能,电能,1．概念：把________转化为________的装置。,2．构成条件。,活泼性不同的,电解质溶液,(1)两个________________电极。 (2)将两个电极插入____________中。,(3)用导线连接电极形成____________。 (4)具有自发进行的________________。,氧化还原反应,闭合回路,3．工作原理(以锌铜原电池为例)。,Zn,Cu,氧化反应,还原反应,Zn－2e－===Zn2＋,Cu2＋＋2e－===Cu,二、化学电源,1．碱性锌锰干电池——一次电池。,Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2,2.铅蓄电池——二次电池。,Pb＋ －2e－ ===,PbO2＋Pb2H2SO4,PbSO4,3.氢氧燃料电池(碱性介质)。,能量利用率高、无污染、原料来源广泛等,2H2＋4OH－－4e－===,4H2O,O2＋4e－＋2H2O===,4OH－,2H2＋O2===2H2O,B．②中 Mg 作负极，电极反应式为：Mg－2e－===Mg2+,C．③中 Fe 作负极，电极反应式为：Fe－2e－===Fe2+,D．④中 Cu 作正极，电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－,【考点集训】 [ 例1] 分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是,(,)。,①,②,③,④,A．①②中 Mg 作负极，③④中 Fe 作负极,解析：②中Mg 不与NaOH溶液反应，而Al 能和NaOH 溶 液反应失去电子，故Al 是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu 和浓HNO3 反应失去电子作负极，A、B、C错。,答案：D,●归纳总结,原电池正、负极判断方法,说明：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与 电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。,[例2](2015 年新课标卷Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用 下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有,A．正极反应中有 CO2 生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为 C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O,思路指导：正极发生还原反应，化合价降低；负极发生氧化反应，化合,价升高。,答案：A,●易错警示,在原电池中，外电路由电子定向移动导电，电子总是从负 极流出，流入正极；内电路由离子的定向移动导电，阳离子向 正极移动，阴离子向负极移动。,[例3]下列说法正确的是(,)。,A．用导线将金属 A 和石墨棒连接后插入稀硫酸中，一段 时间后观察到 A 极溶解，则说明 A 是正极。 B．向稀硫酸溶液中滴加少量硫酸铜溶液，会减慢锌和硫 酸反应制取氢气的速率。,,解析：A 极溶解，则说明 A 的活泼性强，作负极，A 项错 误；向溶液中加少量硫酸铜溶液，形成铜-锌原电池加快反应的 进行速率，B项错误；根据总反应式可知，每生成1 mol CH3OH 时，C 元素的化合价由＋4 降低到－2，转移6 mol 电子，D 项 错误。,答案：C,●归纳总结,原电池原理的应用,(1)比较不同金属的活动性强弱。,根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性 强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。,(2)加快化学反应速率。,原电池可以加快化学反应速率。如锌和稀硫酸反应制取氢 气时，可向溶液中滴加少量硫酸铜，形成铜-锌原电池，加快反 应的进行速率。,(3)设计制作化学电源。,设计原电池时要紧扣原电池的四个条件。具体方法是： ①首先将氧化还原反应拆成两个半反应，即氧化反应和还,原反应。,②结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。 ③按要求画出原电池装置图。,[例4]把适合题意的图象填在横线上(填序号)。,A,B,C,D,(1)将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸，同时 向 a 中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积 V(L)与时间t(min) 的关系是________。 (2)将过量的两份锌粉 a、b 分别加入定量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液，产生 H2 的体积 V(L)与时间 t(min) 的关系是________。 (3)将(1)中的 CuSO4 溶液改成 CH3COONa 溶液，其他条件 不变，则图象是________。,答案：(1)A (2)B (3)C,考点二,电解池,【知识梳理】,一、电解原理,电流,阴阳两极,氧化还原反应,1．电解：使________通过电解质溶液(或熔融的电解质)而 在__________引起________________的过程。 2．电解池。 (1)概念：把电能转化为化学能的装置。 (2)构成：直流电源、电极、电解质、闭合回路。,(3)电极名称及电极反应式(如下图)。,(4)电子和离子的移动方向。,阳极,氧化,2Cl－－2e－===Cl2↑,阴极,还原,Cu2＋＋2e－===Cu,3．两极放电顺序。,●方法技巧,(1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液,(或熔融电解质)中的阳离子放电。,(3)电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能 用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al 等金属。,二、电解原理的应用 1．电解饱和食盐水。,氢气,氯气,烧碱,2Cl－－2e－===Cl2↑,2H＋＋2e－===H2↑,2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑,2.电镀或电解精炼铜。,阴极,阳极,Cu－2e－===Cu2＋,Cu2＋＋2e－===Cu,3.冶炼金属(以冶炼 Na 为例)。,钠、镁、铝,2Cl－－2e－===Cl2↑,2Na＋＋2e－===2Na,2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑,【考点集训】 [例5](2013 年北京卷)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 D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体,答案：B,[例6](2015 年福建卷)某模拟“人工树叶”电化学实验装置 如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。,下列说法正确的是(,)。,A．该装置将化学能转化为光能和电能 B．该装置工作时，H＋从 b 极区向 a 极区迁移 C．每生成 1 mol O2，有 44 g CO2 被还原,答案：B,●解题模型,电解电极反应式的书写,(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性,电极。,(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳离,(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。,(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注,意遵循原子守恒和电荷守恒。,(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。,[例7](1)在 298 K 时，1 mol CH4 在氧气中完全燃烧生成二 氧化碳和液态水，放出热量 890.0 kJ。写出该反应的热化学方程 式：____________________________。现有 CH4 和 CO 的混合 气体 0.75 mol，完全燃烧后，生成 CO2 气体和 18 g 液态水，并 放出 515 kJ 热量，则 CH4 和 CO 的物质的量分别为________、 ______mol。,(2)利用该反应设计一个燃料电池：用氢氧化钾溶液作电解 质溶液，多孔石墨作电极，在电极上分别通入甲烷和氧气。通 入甲烷气体的电极应为______极(填“正”或“负”)，该电极 上发生的电极反应是______(填字母代号)。,(3)在右图所示实验装置中，石墨棒上的电极反应式为： ______________________；如果起始时盛有1000 mL pH＝5的 硫酸铜溶液(25 ℃，CuSO4足量)，一段时间后溶液的pH变为1， 此时可观察到的现象是________________________；若要使溶 液恢复到起始浓度(温度不变，忽略溶液体积的变化)，可向溶 液中加入______(填物质名称)，其质量约为______。,●规律总结,电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的 原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些 原子。,[例8]空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧 燃料电池(RFC), RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术 相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，有关说法,正确的是(,)。,答案：C,考点三,金属的电化学腐蚀与防护,【知识梳理】 1．金属的腐蚀。 金属与周围的气体或液体物质发生__________反应而引起 损耗的现象。金属腐蚀的本质：____________。 (1)化学腐蚀：金属与接触的物质直接发生__________而引 起的腐蚀。 (2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触发生______ 反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。 (3)两种腐蚀往往________发生，但________腐蚀更普遍， 速度快，危害更重。,氧化还原,金属被氧化,化学反应,原电池,同时,电化学,2．电化学腐蚀的分类(以铁的腐蚀为例)。,Fe－2e－===Fe2＋,2Fe－4e－===2Fe2＋,O2＋4e－＋2H2O===4OH－,呈中性或弱酸性,2H＋＋2e－===H2↑,呈酸性,吸氧,Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑,2Fe＋O2＋2H2O===,2Fe(OH)2,3.金属的防护方法。,(1)加防护层，如____________________________________。 (2)改变__________________，,如将普通钢制成不锈钢。,(3)电化学保护法。,①牺牲负极的正极保护法——利用______原理，______极 被保护。如在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼的金属如锌， 让被保护的金属作原电池的正极。,②外加电流的阴极保护法——利用______原理，______极 被保护。如用被保护的钢铁设备作阴极，惰性电极作阳极，外 接直流电源。,涂油漆、覆盖陶瓷、电镀、金属钝化等(合理即可),金属的内部结构,原电池,电解池,正,阴,【考点集训】,A．生铁块中的碳是原电池的正极 B．红墨水柱两边的液面变为左低右高 C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－===Fe2＋ D．a 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析氢腐蚀,解析：a 试管中食盐水为中性，发生了吸氧腐蚀，压强减 小；b 试管中氯化铵溶液为酸性，发生了析氢腐蚀，压强增大， 所以红墨水柱两边的液面变为左高右低。,答案：B,[例10]对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。,(1)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极 的原因是____________________________________________。 (2)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若 X 为碳棒， 为减缓铁的腐蚀，开关 K 应置于______处。若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为_________________________。,解析：(1)电镀时若用石墨作阳极，则电解过程中电解液中 Cu2＋浓度不断减小，导致铁表面不能镀上均匀的铜。(2)若X为 碳棒，则只能用外加电源的阴极保护法，此时开关K 应置于N 处。若X 为Zn，K 置于M 处，其保护原理称为牺牲负极的正 极保护法。,答案：(1)补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒,定,(2)N 牺牲负极的正极保护法,[例11](2015 年重庆卷)我国古代青铜器工艺精湛，有很高 的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀， 故对其进行修复和防护具有重要意义。,(1)原子序数为 29 的铜元素位于元素周期表中第_________,周期。,(2)某青铜器中 Sn、Pb 的质量分别为 119 g、20.7 g，则该,青铜器中 Sn 和 Pb 原子数目之比为____________。,(3)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在 CuCl。关于 CuCl 在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是 ________。,A．降低了反应的活化能 B．增大了反应的速率 C．降低了反应的焓变,D．增大了反应的平衡常数,(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如 将糊状 Ag2O 涂在被腐蚀部位，Ag2O 与有害组分 CuCl 发生复 分解反应，该化学方程式为_____________________________。,(5)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示,意图。,①腐蚀过程中，负极是____________(填图中字母“a”或“b”,或“c”)；,③若生成 4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积____L(标,准状况)。,10∶1，根据N＝nNA 知，物质的量之比等于其个数之比，所以 Sn、Pb 原子个数之比为10∶1。 (3)催化剂改变反应路径，能降低反应活化能，但焓变不变， C 错误；对于指定反应，平衡常数只与温度有关，温度不变， 平衡常数不变，与催化剂无关，D 错误。 (4)Ag2O 与有害组分CuCl发生复分解反应，则二者相互交 换成分生成另外的两种化合物，这里生成Cu2O。,答案：(1)四,(2)10∶1,(3)AB,(4)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O (5)①c ②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓ ③0.448,思维模型,盐桥原电池专题突破,1．盐桥的组成和作用。 (1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶 冻。 (2)盐桥的作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电 荷，使原电池不断产生电流。,2．单池原电池和盐桥原电池的对比。,负极(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋ 正极(Cu)：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋,(续表),＋2Ag(s)设计的原电池如下图所示，其中盐桥内装琼脂-饱和 KNO3溶液。,请回答下列问题：,(1)电极 X 的材料是______；电解质溶液 Y 是____________。 (2)银电极为电池的______极，写出两电极的电极反应式： 银电极：_______________________________________； X 电极：_______________________________________。 (3)外电路中的电子是从______电极流向________电极。 (4)盐桥中向 CuSO4 溶液中迁移的离子是_______(填序号)。,(5)其中 CuSO4 溶液能否被稀硫酸溶液代替？________(填 “能”或“否”，下同)；Ag 电极能否被石墨代替？________。,答案：(1)Cu AgNO3 溶液,(2)正,2Ag＋＋2e－===2Ag,Cu－2e－===Cu2＋,(3)Cu,Ag,(4)B (5)能,能,[应用1]能量之间可以相互转化：电解食盐水制备 Cl2 是将 电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两 种类型的原电池，探究其能量转化效率。,限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁,片，锌片和导线。,(1)完成原电池的装置示意图(见下图)，并作相应标注。 要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。,(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个 烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极______ __________________________________。,(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的 是______，其原因是_____________________________。,答案：(1)装置图如下：,或,或,(2)电极逐渐溶解，电极上有红色物质析出,(3)甲,可以避免活泼金属和CuSO4 接触发生置换反应，,从而提供稳定电流,●易错警示,电化学装置图常见失分点,(1)不注明电极材料名称或元素符号。 (2)不画出电解质溶液(或画出但不标注)。 (3)误把盐桥画成导线。 (4)不能连成闭合回路。,思维模型,原电池电极反应式的书写,1．“加减法”书写电极反应式。 (1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并 标出电子的得失。 (2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子 是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极 反应式。 (3)在电子守恒的基础上正负极反应式相加得到电池反应 的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写 的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减 去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的 电极反应式。,[典例2]Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材 料分别为锂和碳，电解液是 LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表 示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。 请回答下列问题： (1) 电池的负极材料为__________ ，发生的电极反应为： __________________________。 (2)电池正极发生的电极反应为：_____________________。,2．燃料电池电极反应式的书写。 第一步：写出电池总反应式。 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反 应则总反应为加合后的反应。 例如：氢氧燃料电池的总反应式为：2H2＋O2===2H2O； 甲烷燃料电池(电解质溶液为 NaOH 溶液)的反应式为：,CH4＋2O2===CO2＋2H2O CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O,① ②,①式＋②式得燃料电池总反应式为：CH4＋2O2＋2NaOH=== Na2CO3＋3H2O。,第二步：写出电池的正极反应式。,根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质 都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，因此， 我们只要熟记以下四种情况：,(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式： O2＋4H＋＋4e－===2H2O。,(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：,第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极,反应式。,根据第一、二步写出的反应，可得：电池的总反应式－电 池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时， 要约去正极的反应物O2。,燃料电池正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH,[典例3]以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式 的书写方法： (1)酸性条件。,燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O,①,①－②×2，得燃料电池负极反应式：__________________。 (2)碱性条件。,燃料电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O,①,－,②,①－②×2，得燃料电池负极反应式：____________________。,[应用2](1)根据氧化还原反应：2H2＋O2===2H2O，设计成 燃料电池，负极通的气体应是________ ，正极通的气体应是 ________。,(2)根据选择电解质溶液的不同，填写下表：,(3)若把H2改为CH4，KOH作电解质，则正极反应式为：,________________________。,答案：(1)H2 O2,(2),(3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－,