2020_2021學(xué)年新教材高中化學(xué)第四章化學(xué)反應(yīng)與電能本章整合課件新人教版選擇性必修第一冊(cè)

1、本章整合突破一突破二突破三 燃料電池燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)典例1(1)肼(n2h4)又稱(chēng)聯(lián)氨,是一種可燃性液體,可用作火箭燃料。肼空氣燃料電池是一種堿性燃料電池,電解質(zhì)溶液是20%30%的koh溶液。肼空氣燃料電池放電時(shí),正極反應(yīng)式是;負(fù)極反應(yīng)式是。突破四突破一突破二突破三(2)科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池,其效率更高,可用于航天航空。如圖所示裝置中,以稀土金屬材料電極作惰性電極,在電極上分別通入ch4和空氣,其中固體電解質(zhì)是摻雜了y2o3的zro2固體,它在高溫下能傳導(dǎo)o2-(o2+4e-=2o2-)。c電極為該燃料電池的,d電極上的電極反應(yīng)式為。突破四突破一突

2、破二突破三突破四 答案:(1)o2+4e-+2h2o=4oh-n2h4+4oh-4e-=n2+4h2o(2)正極ch4+4o2-8e-=co2+2h2o 解析:(1)對(duì)于肼空氣燃料電池,正極的電極反應(yīng)式為o2+4e-+2h2o=4oh-,用總反應(yīng)減去正極反應(yīng)式即為負(fù)極的電極反應(yīng)式。(2)原電池中電流的方向是從正極流向負(fù)極,故c電極為正極;d電極為負(fù)極,通入的氣體為甲烷,d電極反應(yīng)式為ch4+4o2-8e-=co2+2h2o。突破一突破二突破三 1.燃料電池的組成(1)電極:惰性電極。(2)燃料:包括h2、烴(如ch4)、醇(如c2h5oh)、肼(n2h4)等。(3)電解質(zhì):酸性電解質(zhì)溶液,如h

3、2so4溶液;堿性電解質(zhì)溶液,如naoh溶液;熔融氧化物,如y2o3;熔融碳酸鹽,如k2co3等。2.書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反應(yīng)式的基本步驟(1)第一步:寫(xiě)出電池總反應(yīng)式。燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致,若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng),則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。如氫氧燃料電池的總反應(yīng)為2h2+o2=2h2o;甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為naoh溶液)的反應(yīng):ch4+2o2=co2+2h2oco2+2naoh=na2co3+h2o+式得燃料電池總反應(yīng)為ch4+2o2+2naoh=na2co3+3h2o。突破四突破一突破二突破三(2)第二步:寫(xiě)出電池的正極反應(yīng)式。根據(jù)燃料電池的特點(diǎn),一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物

4、質(zhì)都是o2,隨著電解質(zhì)溶液的不同,其電極反應(yīng)有所不同,一般為以下四種情況:酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式:o2+4h+4e-=2h2o。堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式:o2+2h2o+4e-=4oh-。固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)o2-)環(huán)境下電極反應(yīng)式:o2+4e-=2o2-。 熔融碳酸鹽(如熔融k2co3)環(huán)境下電極反應(yīng)式:o2+2co2+4e-突破四突破一突破二突破三(3)第三步:根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫(xiě)出電池的負(fù)極反應(yīng)式。電池的總反應(yīng)和正、負(fù)極反應(yīng)之間有如下關(guān)系:電池的總反應(yīng)式=電池正極反應(yīng)式+電池負(fù)極反應(yīng)式(消去電子)。故根據(jù)第一、二步寫(xiě)出的反應(yīng):電池的總反應(yīng)式-電池正極反應(yīng)式=電

5、池負(fù)極反應(yīng)式,注意在將兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí),要約去正極的反應(yīng)物o2。突破四突破一突破二突破三3.實(shí)例以甲烷燃料電池為例來(lái)分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法:(1)酸性條件突破四突破一突破二突破三突破四突破一突破二突破三對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1-1用兩根鉑絲作電極插入koh溶液中,再分別向兩極通入甲烷氣體和氧氣,可形成燃料電池,該電池放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為ch4+2koh+2o2=k2co3+3h2o,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()a.通甲烷的一極為負(fù)極,通氧氣的一極為正極b.放電時(shí),通入o2一極附近溶液的ph升高c.放電一段時(shí)間后,koh的物質(zhì)的量不發(fā)生變化突破四突破一突破二突破三突破四答案:c解析:原電池的負(fù)極發(fā)生氧化

6、反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),由總反應(yīng)式知,此燃料電池的電極反應(yīng)式是:正極2o2+4h2o+8e-=8oh-;突破一突破二突破三對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1-2某固體酸燃料電池以cshso4固體為電解質(zhì)傳遞h+,其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖,電池總反應(yīng)可表示為2h2+o2=2h2o,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()a.電子通過(guò)外電路從b極流向a極b.b極上的電極反應(yīng)式為o2+2h2o+4e-=4oh-c.每轉(zhuǎn)移0.1mol電子,消耗1.12l的h2d.h+由a極通過(guò)固體酸電解質(zhì)傳遞到b極突破四突破一突破二突破三突破四答案:d解析:此裝置為燃料電池,充入還原劑h2的一極為負(fù)極,電子從負(fù)極(a極)流向正極(b極),a項(xiàng)錯(cuò)。電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)

7、,不可能有大量oh-存在,負(fù)極反應(yīng)為h2-2e-=2h+,正極(b極)反應(yīng)為o2+4e-+4h+=2h2o,b項(xiàng)錯(cuò)。c項(xiàng),氣體的體積沒(méi)有指明標(biāo)準(zhǔn)狀況,故c錯(cuò)。由反應(yīng)式知,負(fù)極(a極)產(chǎn)生h+,由固體酸電解質(zhì)傳到正極(b極),d項(xiàng)正確。突破一突破二突破三氯氯堿工業(yè)生產(chǎn)法堿工業(yè)生產(chǎn)法離子交換膜法離子交換膜法典例2氯堿廠電解飽和食鹽水制取naoh的工藝流程示意圖如下:依據(jù)上圖,完成下列填空。(1)在電解過(guò)程中,與電源正極相連的電極上所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為,與電源負(fù)極相連的電極附近,溶液的ph(填“不變”“升高”或“下降”)。突破四突破一突破二突破三a.先加naoh,后加na2co3,再加鋇試劑b.

8、先加naoh,后加鋇試劑,再加na2co3c.先加鋇試劑,后加naoh,再加na2co3(4)脫鹽工序中利用naoh和nacl在溶解度上的差異,通過(guò)(填操作名稱(chēng),下同)、冷卻、除去nacl。(5)用隔膜法電解食鹽水,電解槽分隔為陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū),防止cl2和naoh反應(yīng)。采用無(wú)隔膜法電解冷的食鹽水時(shí),cl2與naoh充分接觸,產(chǎn)物僅是naclo和h2,相應(yīng)的化學(xué)方程式為 。突破四突破一突破二突破三突破四突破一突破二突破三 1.陽(yáng)離子交換膜的作用電解飽和食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ),能制得氯氣、氫氣、氫氧化鈉等重要的化工原料。電解過(guò)程中,在電場(chǎng)的作用下,陽(yáng)離子向陰極移動(dòng),而陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)。由于在陽(yáng)極氯

9、離子失去電子生成氯氣,若不采取措施,氫氧根離子會(huì)向陽(yáng)極移動(dòng),從而與氯氣發(fā)生反應(yīng),既減少了氯氣的產(chǎn)量,又會(huì)使得到的氫氧化鈉不純。因此,必須阻止氫氧根離子向陽(yáng)極移動(dòng)。目前,常用的隔膜有石棉隔膜和陽(yáng)離子交換膜。石棉隔膜能阻止氣體通過(guò),但允許水分子及離子通過(guò)。由于氫氧根離子能透過(guò)該隔膜,因此氯氣會(huì)與氫氧根發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致制得的氫氧化鈉不純。陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò),而不允許陰離子及氣體通過(guò),也就是說(shuō),只允許鈉離子、氫離子通過(guò),氯離子、氫氧根離子和氫氣、氯氣均不能通過(guò)。這樣既可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣相混合,在一定條件下引起爆炸,又能避免氯氣與氫氧化鈉作用生成次氯酸鈉而影響燒堿的質(zhì)量。突破

10、四突破一突破二突破三2.原料的精制 雜質(zhì),不符合電解要求,因此必須經(jīng)過(guò)精制。(2)雜質(zhì)的危害:ca2+、mg2+、fe3+等金屬離子在堿性環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生沉淀,損壞離子交換膜,此外,雜質(zhì)的存在會(huì)使得到的產(chǎn)品不純。(3)除雜質(zhì)的過(guò)程:突破四突破一突破二突破三除雜質(zhì)時(shí)所加試劑的順序要求是:a.na2co3必須在bacl2之后;b.鹽酸在過(guò)濾之后加入。試劑加入順序有多種選擇,如:a.bacl2、naoh、na2co3、過(guò)濾、hcl;b.bacl2、na2co3、naoh、過(guò)濾、hcl;c.naoh、bacl2、na2co3、過(guò)濾、hcl。突破四突破一突破二突破三對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2用酸性氫氧燃料電池電解苦鹵水(含

11、cl-、br-、na+、mg2+)的裝置如圖所示(a、b為石墨電極)。下列說(shuō)法中正確的是()a.電池工作時(shí),正極反應(yīng)式為o2+2h2o+4e-=4oh-b.電解時(shí),a電極周?chē)紫壬蒫l2c.電解時(shí),電子流動(dòng)路徑是:負(fù)極外電路陰極溶液陽(yáng)極正極d.忽略能量損耗,當(dāng)電池中消耗0.02gh2時(shí),b極周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生0.02gh2突破四突破一突破二突破三突破四答案:d解析:由于磷酸為電解質(zhì),電池的正極反應(yīng)為o2+4h+4e-=2h2o,選項(xiàng)a不正確;a電極與原電池正極相連,為電解池的陽(yáng)極,由于br-還原性強(qiáng)于cl-,因此br-先放電生成br2,選項(xiàng)b不正確;電解時(shí),電子流動(dòng)路徑是:負(fù)極陰極,陽(yáng)極正極,電子不

12、能從溶液中通過(guò),選項(xiàng)c不正確;根據(jù)電子守恒規(guī)律,當(dāng)電池中消耗0.02gh2時(shí),b極周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生0.02gh2,選項(xiàng)d正確。突破一突破二突破三“三池三池”的比較和聯(lián)系的比較和聯(lián)系典例3將fe片和zn片放入盛有nacl溶液(其中滴有酚酞)的表面皿中,如圖所示。最先觀察到變?yōu)榧t色的區(qū)域?yàn)?()a.和b.和c.和d.和突破四答案:b解析:本題考查原電池和電解池的判斷以及各自的工作原理。甲圖是原電池,負(fù)極(zn):zn-2e-=zn2+;正極(fe):2h+2e-=h2,在區(qū)域h2o電離出的oh-濃度較高,能使無(wú)色酚酞溶液變成紅色。乙圖是電解池,陽(yáng)極(fe):fe-2e-=fe2+;陰極(zn):2h+2

13、e-=h2,在區(qū)域h2o電離出的oh-濃度相對(duì)較高,能使無(wú)色酚酞溶液變紅色,綜上所述選項(xiàng)b正確。突破一突破二突破三 “三池”的比較與聯(lián)系 突破四突破一突破二突破三突破四突破一突破二突破三突破四突破一突破二突破三突破四突破一突破二突破三突破四突破一突破二突破三區(qū)分原電池、電解池、電鍍池方法:首先看有無(wú)外接電源:若無(wú)則可能是原電池,然后按照原電池形成條件分析判定(看電極材料、電解質(zhì)溶液,是否形成閉合回路等)。若有外接電源,兩極插入電解質(zhì)溶液中,當(dāng)電解質(zhì)溶液中含陽(yáng)極金屬離子時(shí)則為電鍍池,否則為電解池。“兩池”中電極的判斷易混淆,現(xiàn)總結(jié)口訣如下:原電池,正負(fù)極;電解池,陰陽(yáng)極;失去電子負(fù)(原電池)陽(yáng)(

14、電解池)極;發(fā)生氧化定無(wú)疑。我們還可以根據(jù)上述原理總結(jié)出一些規(guī)律,如:質(zhì)量增加的電極一般為原電池的正極、電解池的陰極;質(zhì)量減輕的電極一般為原電池的負(fù)極、電解池的陽(yáng)極。突破四突破一突破二突破三對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3-1下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯(cuò)誤的是()突破四答案:c解析:電鍍銅時(shí),cu作陽(yáng)極,鍍件作陰極,故c錯(cuò)。突破一突破二突破三對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3-2下列四種裝置中,溶液的體積均為250ml,開(kāi)始時(shí)電解質(zhì)溶液的濃度均為0.10moll-1,工作一段時(shí)間后,測(cè)得導(dǎo)線上均通過(guò)0.02mol電子,若不考慮溶液體積的變化,則下列敘述正確的是()a.工作一段時(shí)間后溶液的濃度:=b.工作一段時(shí)間后溶液的ph:c.產(chǎn)生氣體的

15、總體積:d.電極上析出固體的質(zhì)量:突破四突破一突破二突破三突破四答案:b解析:裝置是用惰性電極電解cuso4溶液,電解時(shí)的總反應(yīng)式為2cuso4+2h2o2cu+o2+2h2so4,當(dāng)測(cè)得導(dǎo)線上通過(guò)0.02mol電子時(shí),共消耗0.01molcuso4,生成0.01molcu、0.005molo2和0.01molh2so4。裝置為鋅銅原電池裝置,原電池的總反應(yīng)式為zn+h2so4=znso4+h2,當(dāng)測(cè)得導(dǎo)線上通過(guò)0.02mol電子時(shí),共消耗0.01molh2so4,還余0.015molh2so4,生成0.005molh2,無(wú)固體析出。裝置為電鍍鋅裝置,陰極鐵棒上的電極反應(yīng)式為zn2+2e-=z

16、n,隨著電解的進(jìn)行,電解液的濃度不發(fā)生變化,導(dǎo)線中通過(guò)0.02mol電子時(shí),陰極上析出0.01mol鋅。裝置相當(dāng)于用惰性電極電解nacl溶液,電解時(shí)的總反應(yīng)式為2nacl+2h2o2naoh+h2+cl2,當(dāng)測(cè)得導(dǎo)線上通過(guò)0.02mol電子時(shí),共消耗0.02molnacl,生成0.02mol氣體和0.02molnaoh,無(wú)固體析出。突破一突破二突破三突破四電化學(xué)電化學(xué)組合裝置的分析組合裝置的分析典例4(2020重慶巴蜀中學(xué)月考)儲(chǔ)氫材料是當(dāng)前新能源領(lǐng)域研究的一類(lèi)熱門(mén)材料。在一定條件下,以cu-zn原電池作電源,利用下圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的儲(chǔ)氫,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()突破一突破二突破三突破四

17、a.在cu-zn原電池裝置工作時(shí),鹽橋內(nèi)的cl-向銅電極一端移動(dòng)b.電極c為陽(yáng)極,在電極d上發(fā)生還原反應(yīng)c.氣體x的主要成分是h2d.h+透過(guò)高分子膜從右室進(jìn)入左室,在電極c上發(fā)生還原反應(yīng)答案:d解析:在cu-zn原電池裝置工作時(shí),鋅為負(fù)極,銅為正極,陰離子向負(fù)極移動(dòng),因此鹽橋內(nèi)的cl-向鋅電極一端移動(dòng),a錯(cuò)誤;鋅為負(fù)極,銅為正極,因此電極c為陰極,電極d為陽(yáng)極,陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng),b錯(cuò)誤;電極d為陽(yáng)極,陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng),溶液中的氫氧根離子放電生成氧氣,c錯(cuò)誤;電解池工作時(shí),陽(yáng)離子從陽(yáng)極室移向陰極室,h+透過(guò)高分子膜從右室進(jìn)入左室,在電極c上發(fā)生還原反應(yīng),d正確。突破一突破二突破三突破四 判

18、斷“多池組合”中裝置的種類(lèi)(1)直接判斷非常直觀明顯的裝置,如燃料電池、鉛酸蓄電池等在電路中為原電池,則其他裝置為電解池。如下圖,a為原電池,b為電解池。突破一突破二突破三突破四(2)根據(jù)電池中的電極材料判斷原電池一般是兩種不同的金屬電極或一種金屬電極、一種導(dǎo)電的非金屬電極;而電解池則一般是兩個(gè)惰性電極,如兩個(gè)鉑電極或兩個(gè)石墨棒。(3)根據(jù)電池中的電解質(zhì)溶液判斷原電池中的負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液之間一般能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng),電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。如下圖,b為原電池,a為電解池。突破一突破二突破三突破四(4)根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷在某些裝置中,根據(jù)電極反應(yīng)或反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極類(lèi)型,并由此判斷裝置類(lèi)型。如下圖,若c極溶解,d極上析出cu,b極附近溶液