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高三《电化学与应用》复习PPT课件


高三化学总复习

基本理论 电化学

原电池和电解池的比较
原电池 概 念 能量 转化 电解池

借助氧化还 原反应而产 生电流的装 置。

借助电流引 起氧化还原 反应的装置

化学能 转化 为电能

电能转化为 化学能

、原电池
把化学能转化为电能的装置。

构成原电池的基本条件是什么?
(1)必须自发进行氧化还原反应

(2)必须有两种活泼性不同的导电材料作电极;
(3)两个电极必须插入电解质溶液中或熔融
的电解质中; (4)两个电极必须相连并形成闭合回路。

原电池正负极的比较
比较项目 电子流动方向 金属活泼性 正极 电子流入 相对不活泼 负极 电子流出 相对活泼

电极反应 电极质量变化

Nm+ + me- = N (还原反应) 增大或不变

M - ne- = Mn+ (氧化反应) 一般:减小

离子移动方向 阳离子移向该极 阴离子移向该极

原电池的工作原理
失e-沿导线转移 - e- 产生电流
阴离子 阳离子

e

氧化反应 M-ne-=Mn+

负 极

正 极

还原反应 Nm++me-=N

综 述

1、负极失电子发生氧化反应;溶液中氧化性 较强的微粒在正极上得电子发生还原反应;
2、电子由负极流向正极,电流方向是由正极 流到负极(外电路)。

思考

用Al、Cu作电极,如何使Cu作负极,Al作正极? 浓硝酸作电解液

用Mg、Al作电极,如何使Al作负极,Mg作正极?
NaOH作电解液

原电池原理的应用
(1)制做化学电源; (2)比较金属的活泼性;
构建原电池,测出正负极,负极金属活泼性 > 正极

(3)加快某些化学反应的反应速率;

(4)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。

金属的电化学腐蚀
(一)金属腐蚀

1.概念: 金属或合金与周围接触到的气体或液体进
行化学反应而腐蚀损耗的过程。

2.金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变成阳离子而损耗

3.金属腐蚀的分类: 化学腐蚀和电化学腐蚀
绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀
电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀

化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
比较项目
化学腐蚀 电化学腐蚀 不纯金属跟接触的电解 质溶液发生原电池反应

金属跟接触到的物质 发生条件 直接发生化学反应
共同点
是否构成原电池

金属原子失去电子变成阳离子而损耗 无原电池
构成无数微小原电池

有无电流

无电流
金属被腐蚀

有弱电流
较活泼金属被腐蚀





电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多

钢铁的电化学腐蚀
比较项目 发生条件 电 极 反 应 负极 正极

析氢腐蚀
钢铁表面吸附的水膜酸 性较強时

吸氧腐蚀
钢铁表面吸附的水膜酸 性较弱或呈中性时

Fe - 2e- = Fe2+
2H+ + 2e- = H2↑

Fe - 2e- = Fe2+
O2+2H2O+4e-=4OH-

总反应

Fe+

2H+

Fe2++2OH-=Fe(OH)2 = H2↑ 4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3 4Fe(OH)3=Fe2O3· 2O(铁锈)+(3-x)H2O xH

Fe2++

吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多

金属的防护
方 法:
1.改变金属的内部组织结构(如制不锈钢) 2.在金属表面覆盖保护层: (1)在表面刷一层油漆; (2)在表面涂上机油; (3)在表面镀一层其他耐腐蚀金属; (4)在表面烧制搪瓷 ; (5)使金属表面形成致密的氧化膜 。 3.电化学保护法 : (1)牺牲阳极的阴极保护法 (2)外加电流的阴极保护法

判断金属腐蚀快慢的规律
不纯的金属或合金,在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀,活泼 金属因被腐蚀而损耗,金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关:

1)与构成微电池的材料有关,两极材料的活动性差别越大,
电动势越大,氧化还原反应的速度越快,活泼金属被腐蚀的速度就 越快;

2)与金属所接触的电解质强弱有关,活泼金属在电解质溶液
中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀,在强电解质溶液中的腐蚀 快于在弱电解质溶液中的腐蚀。

一般说来可用下列原则判断:

(电解原理引起的腐蚀)>原电池原理引起的腐蚀 >化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀

二、常见的化学电池
干电池
电极:Zn为负极,碳棒为正极 电解液:NH4Cl、ZnCl2和 淀粉糊
另有黑色的MnO2粉末,吸收正极产生的H2,防止产生极化现象。

电极方程式:

负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+ = Mn2O3 + 2NH3 +H2O

正极:2MnO2 + 2NH4+ + 2e-

银锌电池

Zn为负极,Ag2O为正极 电解液: KOH溶液 电极反应式: 负极:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 正极:Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH- 总反应式: Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2

铅蓄电池: 电极:Pb为负极, PbO2为正极. 电解液: 30%的H2SO4溶液 电极反应式: 放电时:为原电池 负极(Pb) : Pb+SO42--2e-=PbSO4 正极(PbO2) PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O 总电池反应: PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4↓+2H2O 充电时:为电解池 阴极(Pb): PbSO4 +2e- = Pb+SO42阳极(PbO2) PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42- 总电解反应: 通电 2PbSO +2H O = PbO +Pb+2H SO

铝——空气——海水电池
1991年,我国首创以铝-空气-海水为材料组成的新型 电池,用作航海标志灯.以取之不尽的海水为电解质

负极:4Al -12e- =

4Al3+

正极:3O2 + 6H20 + 12e- = 120H电池总反应式为:4Al+3O2+6H20=4Al(OH)3

燃料电池 (1)电极:Pt制作的惰性电极 (2)电解质溶液:KOH溶液

(4)反应原理: 正极: 2H2+4OH - -4e-=4H2O 负极: O2+2H2O + 4e-=4OH - 总反应:2H2+O2=2H2O

以甲烷作燃料的燃料电池
电极为金属铂,电解质为KOH,在两极分别通入甲烷和氧气。
电极反应:负极:CH4 + 10OH- -8e = CO32- + 7H2O 正极: O2 + 2H2O + 4e = 4OH总反应式: CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O

电解池
e氧 化 反 应 e还 原 反 应

组成电解池的条件:
(1).外接直流电源 (2).电极(金属或惰性电极) (3).电解质溶液或熔融的电解质 (4).形成闭合回路

阳 极

阴 极

电解池阴阳极的比较
比较项目 与电源连接 阴极 接电源负极 阳极 接电源正极

电子流动方向
电极反应

电子流入
Nm+ + me- = N (还原反应)

电子流出
Rn- – ne-= R M – ne-= Mn+ (氧化反应) 减小或不变

电极质量变化

增大或不变

离子移动方向 阳离子移向该极 阴离子移向该极

电解池的工作原理

e-+
氧化反应 Rn--ne-=R
阳 极



e-
阴 极

阴离子 阳离子

还原反应 Nm++me-=N

4OH--4e-=2H2O+O2↑

非惰性电极:M-ne-=Mn+(电极本身溶解)

电子流 动方向

电源负极 电源正极

电解池阴极

电解质溶液
电解池阳极

在惰性电极上离子放电顺序:
阴极(与电极材料无关):
Ag+>Fe3+ >Cu2+ >H+>Pb2+ >Fe2+ >Zn2+ >Al3+ >Mg2+ >Na+ >Ca2+ > K+ 得到电子 由易到难

阳极(与电极材料有关):
金属> S2-﹥I- ﹥ Br- ﹥ Cl- ﹥ OH- ﹥ NO3- ﹥ SO42- ﹥ F失去电子由易到难

在水溶液中SO42-,NO3-等不会放电。

电解时电极产物的判断
活泼金属作电极 由电极本身失电子

阳极
电极反应 惰性电极 (Pt、Au、石墨) 阴极

R - ne = Rn+ 溶液中较易失电子的
阴离子优先放电 Rn- - ne = R

一定是溶液中易得电子的阳离子优先放电

Rn+ + ne = R

用惰性电极电解电解质溶液的规律
(1)电解水型
阴极:4H+ + 4e阳极:4OH- - 4e-

(NaOH、H2SO4、K2SO4等)的电解
2H2
O2
电解

+ 2H2O

总反应式: 2H2O

2H2 + O2

(2)分解电解质型 阴极:Cu2+ + 2e阳极:2Cl- - 2e-

(HCl、CuCl2等)溶液的电解 Cu Cl2
电解

总反应式: CuCl2

Cu + Cl2

(3)放氢生碱型
阴极:4H+ + 4e-

(NaCl、MgBr2)溶液的电解
2H2

阳极:2Cl- - 2e2NaCl + 2H2O
电解

Cl2
2NaOH +H2 +Cl2

(4)放氧生酸型

(CuSO4、AgNO3等)溶液的电解

阴极;2Cu2+ + 4e阳极:4OH- - 4e-

2Cu
O2
电解

+ 2H2O

总反应:2CuSO4 + 2H2O

2Cu + O2 + 2H2SO4

电解原理的应用 铜的电解精炼
阳极: 粗铜
粗铜 纯铜

Cu-2e-= Cu2+
CuSO4溶液

比铜活泼的杂质也会同时失去电 子而溶解: Zn-2e-= Zn2+ Fe-2e-= Fe2+ Ni-2e-= Ni2+

比铜不活泼的杂质(Au、Ag)不会溶解 而从阳极上脱落下来而形成阳极泥。 提炼金、银等贵重金属。

阴极: 纯铜薄片

Cu2+ +2e-= Cu

电解质溶液:CuSO4溶液(加入一定量的H2SO4)
CuSO4溶液的浓度基本保持不变。

电镀铜
阳极:铜片 Cu-2e-= Cu2+ 阴极:待镀铁制品 Cu2+ +2e-= Cu
CuSO4溶液的浓度保持不变。

实验结果: 在铁制品上镀上了一层铜

利用电解原理在某些金属的表面镀上一 薄层其它金属或合金的过程叫电镀。 (1)增强防锈抗腐能力; 电镀的目的:
(2)增加美观和表面硬度。

电镀槽
阳极——镀层金属: M-ne=Mn+

阴极——镀件:

Mn++ne=M

电解液:含镀层金属阳离子的盐溶液

特 点

(1)阳极本身溶解;

(2)电解液浓度保持不变。

离子交换膜法制烧碱
阳极: 钛网(涂有钛、钌等 氧化物涂层) 阴极:

碳钢网

阳离子交换膜:
只允许阳离子通过,能阻止 阴离子和气体通过

将电解槽隔成阴极室和阳极室。
阳极室放出Cl2; 阴极室放出H2并生成NaOH

食盐水的精制。 泥沙 Ca2+、Mg2+、Fe3+ 粗盐 SO42-等杂质 如何除去粗盐水中的杂质?
NaOH BaCl2 Na2CO3

①混入产品,导致产品 不纯

②生成Mg(OH)2、Fe(OH)3 等沉淀,堵塞膜孔。

试剂:BaCl2 溶液、Na2CO3 溶液、NaOH 溶液、HCl 溶液 粗盐水 过滤 适量HCl 除过量的 OH-、 CO32-

除Mg2+、Fe3+ 除SO42阳离子交换树脂 少量Ca2+、Mg2+ 精盐水

除Ca2+及过 滤去泥沙 及沉淀 量Ba2+

1、Na2CO3必须在BaCl2之后
2、加入盐酸在过滤之后

电解法测定阿伏加德罗常数
【例题】某学生试
图用电解法根据电极 上析出物质的质量来 测定阿佛加德罗常数 值,其实验方案的要 点为:①用直流电电 解氯化铜溶液,所用 仪器如右图:②在电 流强度为I安培,通 电时间为t秒钟后, 精确测得某电极上析 出的铜的质量为m克。

试回答: (1)连接这些仪器的正确顺序为(用图中标注仪器接线 柱的英文字母表示。下同) E接 D ,C接 A , B 接F。 实验线路中的电流方向为 F → B → A →C→ D → E 。 (2)写出B电极上发生反应的离子方程式2Cl--2e-=Cl2↑ ; G试管中淀粉KI溶液变化的现象为 变蓝色 ;相应 Cl2+2I-=2Cl-+I2 的离子方程式是 。

(3)为精确测定电极上析出铜的质量,所必需的实验 ①③④⑥ 步骤的先后顺序应是 。 (选填下列操作步骤的编号) ①称量电解前电极质量 ②刮下电解后电极上的铜并清洗 ③用蒸馏水清洗电解后电极 ④低温烘干电极后称量 ⑤低温烘干刮下的铜后称量 ⑥再次低温烘干后称量至恒重 (4)已知电子的电量为1.6×10-19库仑。试列出阿佛 加德罗常数的计算表达式: NA
64 m ? It 2 ? 1.6 ? 10
-19



有关电解的计算
原则: 电化学的反应是氧化一还原反应,各电
极上转移电子的物质的量相等,无论是单一电 池还是串联电解池,均可抓住电子守恒计算.

关键:
① 电极名称要区分清楚. ② 电极产物要判断准确. ③ 各产物间量的关系遵循电子得失守恒.

例 用下图装置进行电解实验(a、b、c、d均为铂电极),供选择 的有4组电解液,要满足下列要求:

①工作一段时间后A槽pH值上升,B槽的pH下降. ②b、c两极上反应的离子的物质的量相等 4 (1)应选择的电解质是上述四组中的第____组 (2)该组电解过程中各电极上的电极反应为 4H+ 4Cl- a极____ +4e=2H2↑ __ b极_____ -4e=2Cl2↑ _____ 4Ag++4e=4Ag 4OH- O+O c极________ __ d极______ -4e=2H2_____ 2↑ (3)当b极上析出7.1g电解产物时,a极上析出产物的质量为 0.2 ____g;若B槽电解质溶液500mL,且忽略电解前后电解液的体 0.4 积变化,则此时B槽中的[H+]比电解前增加了____mol/L.

例:用两支惰性电极插入1000mL CuSO4 溶液,通电电解,当电解液的PH由6.0变 为3.0时,下列叙述正确的是 A、阴极上析出11.2mL氢气(标况) B、阴极上析出32mg铜

BD

C、阳极和阴极质量都没有变化
D、阳极上析出5.6mL氧气(标况)

例:按右图装置进行电解(均是惰性电 极),已知A烧杯中装有500 mL20%的 NaOH溶液,B烧杯中装有500 mL pH为6 的CuSO4 溶液。通电一段时间后,在b电 极上收集到28mL气体(标准状况),则 B烧杯中溶液pH变为(溶液体积变化忽略 不计) ( )

A.4
C.2

B.3
D.1

C

例:将1L一定浓度的CuSO4溶液,用a、b两个石墨
电极电解,当a极上产生22.4L(标)气体时,b极上只有

固体析出。然后将a、b两电板反接,继续通直流电,
b板上又产生22.4L(标)气体,溶液质量共减少227g。 (1)a极上产生22.4L(标)气体时,b极增加的质量; (2)原溶液的物质的量浓度。

(1)解:2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2↑ 阳极:mO2=1mol×32g/mol=32g; 阴极增加:mb=2mol×64g/mol=128g; 溶液减少:Δm(1)=160g

(2)电源反接后,b为阳极:先Cu放电,后OH-(水电)放电, a 为阴极:先Cu2+放电,后H+ (水电)放电,
可细分为三个阶段: Ⅰ电镀铜,此阶段ΔmⅠ=0

Ⅱ电解硫酸铜溶液,设有xmolO2生成:

2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2↑
2xmol 2xmol xmol

此阶段溶液减少: Δm=160x g

Ⅲ 电解硫酸溶液,其本质是水电解:

2H2O = 2H2 + O2 2ymol 2ymol ymol,溶液减少:Δm=36y g x+y=1…①,160+160x+36y=227… ② X=0.25,y=0.75 ∴CCuSO4=(2+2×0.25)mol÷1L=2.5mol· -1 L

例5.工业上为了处理含有Cr2O72- 酸性工业废水,采用下面的处理 方法,往工业废水中加入适量的NaCl,以铁为电极进行

电解,经过一段时间后,有Cr(OH)3 和Fe(OH)3 沉淀生成,
工业废水中铬的含量已低于排放标准, 请回答下面问题: 1. 两极发生的电极反应:

阳极:Fe – 2e =Fe2+, 阴极:2H+ + 2e = H2
2. 写出Cr2O72-变为Cr3+的离子方程式: Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6 Fe3+ + 7H2O 3.工业废水由酸性变为碱性的原因: H+不断放电, Cr2O72与Fe2+反应中消耗H+, 打破了水的电离平衡, 使溶液中[OH-] ﹥[H+] 4.能否改用石墨电极?说明原因。 不能, 阳极产生Cl2, 得不到 Fe2+,缺少还原剂, 不能使Cr2O72- 变为Cr3+生成Cr(OH)3沉淀而除去

电解一段时间,如何恢原到电解前的溶液
既要考虑“质”又要考虑 “量”. 例如:电解CuSO4溶液:

抓住溶液的变化 若加入CuO、Cu(OH)2,均能与H2SO4反应生成CuSO4. ① CuO+H2SO4=CuSO4+H2O ② Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O 比较①、②消耗的H2SO4、生成的CuSO4、H2O即可知道: 加入1mol Cu(OH)2能与1mol H2SO4反应能生成1mol CuSO4和2molH2O.不符合电解时的相关物质的比例.若改加 CuO,则很合适.

思考2: 如何确定所加物质的量?(惰性电极)
分析: 由于两极上通过的电子数相等,故阴、阳两 极产物的物质的量间一定满足确定的关系.因而加入 物与其也有一定关系. 例如: 电解含0.4mol CuSO4溶液一段时间后,阳极 上生成2.24L气体(S.T.P),则应加入CuO多少克?(用 惰性电极) 解析 O2 ~ 2CuO 1mol 2mol 0.1mol 0.2mol m(CuO)=0.2×80=16(g) 故加入16g CuO即能恢复

例.用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液, 电解一段时间后, 再加入W, 能使溶液恢复到电解前的状态, 符合题意的组是 ( C )

X

Y

Z

W

A
B C D

C
Pt C Ag

Fe
C Fe

NaCl
H2SO4

H2O
H2O

Cu CuSO4 CuSO4溶液 AgNO3 AgNO3晶 体

A、NaCl电解后生成NaOH, 再加水后不能恢复电解前的状态
B、电解CuSO4溶液中的SO42-物质的量没变,再加CuSO4也不能恢复 C、实质是水的电解,再加适量水, 可使H2SO4溶液恢复 D、实质是电镀, AgNO3溶液浓度不变, 不需加AgNO3晶体

练习、化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的 应用。 1.目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池,其电池总反应可 以表示为: Cd+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2

已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸,以下说 法中正确的是 ( ) ① 以上反应是可逆反应 ② 以上反应不是可逆反应 ③ 充电时化学能转变为电能 ④ 放电时化学能转变为 电能 A ①③ B ②④ C ①④ D ②③

B

练习、熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受 到重视。 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作 电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混和气为 阴极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池。完 成有关的电池反应式: 电池反应式: 阳极反应式:2CO+2CO32- →4CO2+4e- O2+2CO2+4e- → 2CO32- , 阴极反应式: 总电池反应: 2CO+O2 → 2CO2 。

练习、高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池 相比,该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总 反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+ 2Fe(OH)3+4KOH,下列叙述不正确的是 A. 放电时负极反应为:Zn-2e?+2OH? =Zn(OH)2

C

B? 充电时阳极反应为:Fe?OH?3-3e?+5OH? =+4H2O

C. 放电时每转移3 mol电子,正极有1 molK2FeO4被氧化
D. 放电时正极附近溶液的碱性增强

练习、一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通 入 丁 烷 气 体 ; 电 解 质 是 掺 杂 氧 化 钇 ? Y2O3? 的 氧 化 锆 ?ZrO2?晶体,在熔融状态下能传导O2?。下列对该燃料 电池说法正确的是 ( )

BC

A? 在熔融电解质中,O2?由负极移向正极 B? 电池的总反应是:2C4H10+13O2 ? 8CO2+10H2O C? 通入空气的一极是正极,电极反应为:O2+4e?= 2O2?

D? 通入丁烷的一极是正极,电极反应为:2C4H10+
26e?+13O2?=4CO2+5H2O


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