專題12-電化學(xué)(教案)-高三期末化學(xué)大串講(原卷版)

專題12電化學(xué)一．原電池工作原理1．工作原理示意圖(以銅鋅原電池為例)2．原電池電極的判斷3.原電池的負(fù)極一般，在原電池反應(yīng)中活潑金屬作負(fù)極包含兩層含義：(1)“活潑”是指相對(duì)活潑而不是絕對(duì)活潑。(2)在大部分原電池反應(yīng)中，金屬活動(dòng)性較強(qiáng)的一極作負(fù)極，另一電極作正極。但在某些特殊條件下例外，例如：①冷的濃硝酸作電解質(zhì)溶液，金屬鐵或鋁與金屬銅作電極時(shí)，鐵或鋁在冷的濃硝酸中鈍化，金屬活動(dòng)性弱的銅與濃硝酸發(fā)生氧化反應(yīng)作負(fù)極。②NaOH溶液作電解質(zhì)溶液，金屬鎂與金屬鋁作電極時(shí)，因鋁能與NaOH溶液反應(yīng)，作負(fù)極，而金屬活動(dòng)性強(qiáng)的鎂只能作正極。4.原電池的設(shè)計(jì)從理論上講，能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)均可以設(shè)計(jì)成原電池，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：⑴負(fù)極(還原性較強(qiáng)的物質(zhì))；⑵正極是活動(dòng)性較差的金屬或能導(dǎo)電的非金屬；⑶電解質(zhì)溶液：兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極。例1關(guān)于下列各裝置圖的敘述不正確的是A．用圖①裝置實(shí)現(xiàn)鐵上鍍銅，a極為銅，電解質(zhì)溶液可以是CuSO4溶液B．圖②裝置鹽橋中KCl的Cl－移向乙燒杯C．圖③裝置中鋼閘門應(yīng)與外接電源的負(fù)極相連獲得保護(hù)D．圖④兩個(gè)裝置中通過導(dǎo)線的電子數(shù)相同時(shí)，消耗負(fù)極材料的物質(zhì)的量不同例2鋅-空氣電池（原理如下圖）適宜用作城市電動(dòng)車的動(dòng)力電源。該電池放電時(shí)Zn轉(zhuǎn)化為ZnO。該電池工作時(shí)下列說法正確的是（）A．該電池的正極反應(yīng)為Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2B．該電池放電時(shí)電子經(jīng)氫氧化鉀溶液向石墨電極移動(dòng)C．該電池的鋅電極是負(fù)極D．氧氣在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)二．原電池原理的應(yīng)用1．加快氧化還原反應(yīng)的速率例如：在鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液，能使產(chǎn)生H2的速率加快。2．比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱3．設(shè)計(jì)化學(xué)電池例如：以Fe＋CuCl2=FeCl2＋Cu為依據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。(1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋，正極：Cu2+＋2e－=Cu。(2)確定電極材料若發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極；若發(fā)生氧化反應(yīng)的為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料一般不如負(fù)極材料活潑。本例中可用Fe作負(fù)極，用鉑絲或碳棒作正極。(3)確定電解質(zhì)溶液一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可，如本例中可用CuCl2溶液作電解液。(4)構(gòu)成閉合回路：將電極用導(dǎo)線連接，使之構(gòu)成閉合回路。4．電化學(xué)防護(hù)：犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法——利用原電池原理①負(fù)極(陽(yáng)極)是作保護(hù)材料的金屬；②正極(陰極)是被保護(hù)的金屬設(shè)備。例3研究電化學(xué)腐蝕及防護(hù)的裝置如右圖所示。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是（）A．d為石墨，鐵片腐蝕加快B．d為石墨，石墨上電極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e==4OH–C．d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕D．d為鋅塊，鐵片上電極反應(yīng)為：2H++2e==H2↑三．電極反應(yīng)式的書寫總的原則同化學(xué)方程式的書寫：先寫反應(yīng)物，再寫生成物，根據(jù)化合價(jià)標(biāo)出得失電子數(shù)，再根據(jù)電荷守恒和物料守恒配平，同時(shí)注意溶液的酸堿性。1.先確定原電池的正、負(fù)極，列出正、負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。2.注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽(yáng)離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式；若正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2，且電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應(yīng)式中，且O2生成OH－，若電解質(zhì)溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應(yīng)式中，O2生成水。3.正、負(fù)極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)式。若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。4.燃料電池電極反應(yīng)中，酸性溶液中不能出現(xiàn)OH－，堿性溶液中不能出現(xiàn)H＋，水溶液中不能出現(xiàn)O2－，而熔融電解質(zhì)中O2被還原為O2－。例4利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2，并用陰極排出的溶液吸收NO2。下列關(guān)于該裝置的四種說法，正確的組合是①.a為直流電源的負(fù)極②.陰極的電極反應(yīng)式為：2HSO3-+2H++2e-=S2O42-+2H2O③.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+④.電解時(shí)，H+由陰極室通過陽(yáng)離子交換膜到陽(yáng)極室A．①和②B．①和③C．②和③D．③和④例5右圖1為甲烷和O2構(gòu)成的燃料電池示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，圖2為電解AlCl3溶液的裝置，電極材料均為石墨。用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)開始后觀察到x電極附近出現(xiàn)白色沉淀。下列說法正確的是A．圖2中Y電極為陰極B．圖2中總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2AlCl3+6H2O22Al(OH)3↓+3Cl2↑+3H2↑C．圖1中電解質(zhì)溶液的pH增大D．圖1中的a電極反應(yīng)式為：CH4-8e-+8OH-=CO2+6H2O四．用惰性電極電解電解質(zhì)溶液規(guī)律總結(jié)1．電解水型電解質(zhì)(水溶液)電極反應(yīng)式電解物質(zhì)總反應(yīng)式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復(fù)原含氧酸(如H2SO4)(如KNO3、Na2SO4)陽(yáng)極：4OH－－4e－=O2↑+2H2O陰極：4H＋＋4e=2H2↑水2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5())O2↑＋2H2↑增大減小加H2O強(qiáng)堿(如NaOH)增大加H2O活潑金屬的含氧酸鹽不變加H2O2.電解電解質(zhì)型電解質(zhì)(水溶液)電極方程式電解物質(zhì)總反應(yīng)式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復(fù)原無氧酸(如HCl)除HF外陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H＋＋2e－=H2↑酸2HCleq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑減小增大通入HCl氣體不活潑金屬的無氧酸鹽(如CuCl2)除氟化物外陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：Cu2＋＋2e－Cu鹽CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5())Cu＋Cl2↑加CuCl2固體3.放H2生堿型電解質(zhì)(水溶液)電極方程式電解物質(zhì)總反應(yīng)式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復(fù)原活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H＋＋2e－=H2↑水和鹽2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－生成新電解質(zhì)增大通入HCl氣體4.放O2生酸型電解質(zhì)(水溶液)電極方程式電解物質(zhì)總反應(yīng)式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復(fù)原不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4)陽(yáng)極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O陰極：2Cu2＋＋4e－=2Cu水和鹽2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋4H＋生成新電解質(zhì)減小加CuO或CuCO3例6利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料?？捎秒娊釲iCl溶液制備LiOH，裝置如下圖所示。下列說法正確的是A．電極B連接電源正極B．A極區(qū)電解液為L(zhǎng)iCl溶液C．陽(yáng)極反應(yīng)式為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-D．每生成1molH2，有1molLi+通過該離子交換膜例7最近有研究人員發(fā)現(xiàn)了一種處理高濃度乙醛廢水的新方法一隔膜電解法，乙醛分別在陰、陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸。實(shí)驗(yàn)室以一定濃度的乙醛—Na2SO4溶液為電解質(zhì)溶液，模擬乙醛廢水的處理過程，其裝置如圖所示。下列說法正確的是A．電解過程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產(chǎn)生了無色氣體，則陽(yáng)極產(chǎn)生的是O2B．陽(yáng)極反應(yīng)為CH3CHO-2e-+2H+=CH3COOH+H2OC．電解過程中，陰極區(qū)Na2SO4的物質(zhì)的量增大D．若以CH4—空氣燃料電池為直流電源，燃料電池的b極應(yīng)通入空氣五．電解原理的應(yīng)用1.電解飽和食鹽水⑴電極反應(yīng)陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl2↑(反應(yīng)類型：氧化反應(yīng))。陰極：2H＋＋2e－=H2↑(反應(yīng)類型：還原反應(yīng))。⑵總反應(yīng)方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；離子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 【名師點(diǎn)撥】①NaCl溶液中的Na+、H+在通電后向陰極移動(dòng)，H+放電，使水的電離平衡右移，OH－濃度增大，如果NaCl溶液中加了酚酞，陰極先變紅。②陽(yáng)離子交換膜(以電解NaCl溶液為例)，只允許陽(yáng)離子(Na＋)通過，而阻止陰離子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通過，這樣既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影響燒堿質(zhì)量。2.電解精煉銅電解裝置電極反應(yīng)電極材料陽(yáng)極粗銅（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au）Cu-2e-=Cu2+Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+粗銅中的Ag、Au不反應(yīng)，沉積在電解池底部形成陽(yáng)極泥陰極純銅Cu2++2e-=Cu電解質(zhì)溶液CuSO4溶液Cu2+濃度減小3.電鍍(Fe表面鍍Cu)陰極：鍍件（Fe）陽(yáng)極：鍍層金屬（Cu）電解質(zhì)溶液：含鍍層金屬離子的溶液（含Cu2＋的鹽溶液）4.電冶金利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。⑴冶煉鈉2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑電極反應(yīng)陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl2↑；陰極：2Na＋＋2e－=2Na。⑵冶煉鎂MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑電極反應(yīng)陽(yáng)極：2Cl－－2e－=Cl2↑；陰極：Mg2＋＋2e－=Mg。⑶冶煉鋁2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5(NaAlF6))4Al＋3O2↑電極反應(yīng)陽(yáng)極：6O2－－12e－=3O2↑；陰極：4Al3＋＋12e－=4Al。例8碳酸二甲酯(CH3O)2CO]是一種具有發(fā)展前景的“綠色”化工產(chǎn)品，電化學(xué)合成碳酸二甲酯的工作原理如圖所示（加入兩極的物質(zhì)均是常溫常壓下的物質(zhì)）。下列說法正確的是A．H+由石墨2極通過質(zhì)子交換膜向石墨l極移動(dòng)B．石墨l極發(fā)生的電極反應(yīng)為：2CH3OH+CO-e-===(CH3O)2CO+H+C．石墨2極與直流電源正極相連D．電解一段時(shí)間后，陰極和陽(yáng)極消耗的氣體的物質(zhì)的量之比為l∶2例9直接電解吸收是煙氣脫硝的一種有效方法。用6%的稀硝酸吸收NOx會(huì)生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽使之轉(zhuǎn)化為硝酸。電解裝置如下(陰、陽(yáng)離子可通過隔膜,但分子不能通過):下列說法不正確的是A．吸收NOx的過程涉及氧化還原反應(yīng)B．石墨電極為顆粒狀，可增大接觸面積，提高電解效率C．當(dāng)b極上產(chǎn)生2.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.5NA(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值)D．極的電極反應(yīng)式為HNO2-2e-+H2O=3H++N03-六.原電池、電解池、電鍍池的比較原電池電解池電鍍池定義將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一層其它金屬的裝置。一種特殊的電解池。裝置舉例形成條件①活動(dòng)性不同的兩電極(連接)②電解質(zhì)溶液(電極插入其中并與電極自發(fā)反應(yīng))③形成閉合回路①兩電極接直流電源②兩電極插人電解質(zhì)溶液③形成閉合回路①鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負(fù)極②電鍍液必須含有鍍層金屬的離子電極名稱負(fù)極：較活潑金屬；正極：較不活潑金屬(或能導(dǎo)電的非金屬等)陽(yáng)極：電源正極相連的電極陰極：電源負(fù)極相連的電極陽(yáng)極：鍍層金屬；陰極：鍍件電子流向負(fù)極正極電源負(fù)極陰極電源正極陽(yáng)極電源負(fù)極陰極電源正極陽(yáng)極電極反應(yīng)負(fù)極（氧化反應(yīng)）：金屬原子失電子；正極（還原反應(yīng)）：溶液中的陽(yáng)離子得電子陽(yáng)極（氧化反應(yīng)）：溶液中的陰離子失電子，或金屬電極本身失電子；陰極（還原反應(yīng)）：溶液中的陽(yáng)離子得電子陽(yáng)極（氧化反應(yīng)）：金屬電極失電子；陰極（還原反應(yīng)）：電鍍液中陽(yáng)離子得電子離子流向陽(yáng)離子：負(fù)極→正極（溶液中）陰離子：負(fù)極←正極（溶液中）陽(yáng)離子→陰極（溶液中）陰離子→陽(yáng)極（溶液中）陽(yáng)離子→陰極（溶液中）陰離子→陽(yáng)極（溶液中）例10膜技術(shù)原理在化工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，有人設(shè)想利用電化學(xué)原理制備少量硫酸和綠色硝化劑N2O5，裝置圖如下。下列說法不正確的是A．X是原電池，能夠生產(chǎn)硫酸;Y是電解池，能夠生產(chǎn)N2O5B．C電極的電極反應(yīng)方程式為N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+C．當(dāng)電路中通過2mole，X、Y中各有