高三復(fù)習(xí)電化學(xué)學(xué)案.doc

第六章 第2講 電化學(xué)基礎(chǔ)【復(fù)習(xí)重點】1掌握原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。3理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，掌握一般防護方法，能區(qū)別化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。4掌握銅的電解精煉、電鍍銅、氯堿工業(yè)等反應(yīng)原理?！局R梳理】一、原電池1.定義：_。2.組成原電池的條件:_；_；_。3.原電池的工作原理：（1）以Zn-Cu（H2SO4）設(shè)計的不帶鹽橋的原電池負極： 作負極，負極發(fā)生 反應(yīng)電極反應(yīng)式： 正極： 作正極，正極發(fā)生 反應(yīng)電極反應(yīng)式： 總反應(yīng)式： 電子流向：外電路中電子由 到 溶液中離子移動方向： （2）依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag+(aq) +Cu(s)Cu2+(aq) +2Ag(s)設(shè)計的帶鹽橋的原電池 負極： 作負極，負極發(fā)生 電極反應(yīng)式： 正極電解質(zhì)溶液為： ，正極發(fā)生 電極反應(yīng)式： 電子流向：外電路中電子由 到 鹽橋中離子移動方向： 4.原電池正負極判斷方法;(1) 根據(jù)電極材料判斷： （2）根據(jù)電子的流向判斷： （3）根據(jù)發(fā)生的反應(yīng)類型判斷： （4）根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象判斷： （5）根據(jù)給出的方程式判斷： (6) 根據(jù)溶液中陰、陽離子的定向移動判斷： 5.電極反應(yīng)式的書寫：（1）先確定原電池的正負極，列出正負極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。（2）注意負極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(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)寫入負極反應(yīng)式。（3）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，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H+，且水必須寫入正極反應(yīng)式中，與O2結(jié)合生成OH-，若電解質(zhì)溶液為酸性，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH，且H+必須寫入正極反應(yīng)式中，與O2結(jié)合生成水。（4）正負極反應(yīng)式相加（電子守恒）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)式減去較易寫出的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的電極反應(yīng)式（5）對于可逆電池反應(yīng)，需要看清楚“充電、放電”的方向，放電過程是體現(xiàn)原電池原理，充電過程是體現(xiàn)電解池原理?！揪毩?xí)】1）如下圖所示，用Mg和Al組成一個原電池(1)當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀硫酸時： Mg電極是_極，其電極反應(yīng)式為 ，該反應(yīng)是_反應(yīng)； Al電極是_極，其電極反應(yīng)式為 ，該反應(yīng)是_反應(yīng)(2)當(dāng)電解質(zhì)溶液為NaOH溶液時：Mg電極是_極，其電極反應(yīng)式為 ，該反應(yīng)是_反應(yīng)Al電極是_極，其電極反應(yīng)式為 ，該反應(yīng)是_反應(yīng)2）氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負極通入H2，正極通入 O2，總反應(yīng)為：2H2 + O2 = 2H2O (1)電解質(zhì)是KOH溶液（堿性電解質(zhì)）負極： 正極： (2)電解質(zhì)是H2SO4溶液（酸性電解質(zhì)） 負極： 正極： (3)電解質(zhì)是NaCl溶液（中性電解質(zhì)） 負極： 正極： 3）鉛蓄電池 ：Pb為負極，PbO2為正極，30%的H2SO4溶液為電解質(zhì)溶液?？偡磻?yīng)：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O負極是 電極反應(yīng)式 正極是 電極反應(yīng)式 4）高能電池鋅銀電池：電解質(zhì)溶液為濃KOH溶液，已知電池內(nèi)Zn的氧化產(chǎn)物為ZnO，總反應(yīng)： Ag2OZnZnO2Ag負極是 電極反應(yīng)式 正極是 電極反應(yīng)式 6原電池原理的應(yīng)用：（1）設(shè)計化學(xué)電源； (2) 判斷反應(yīng)速率； (3)判斷金屬的活潑性。二、電解池 1.定義：_。2.構(gòu)成電解池的條件:_；_；_。3. 電解池的工作原理：陰極接直流電源 極，發(fā)生 反應(yīng) 電極反應(yīng)式： 陽極接直流電源 極，發(fā)生 反應(yīng) 電極反應(yīng)式： 總極反應(yīng)式： 電子流向： 溶液中離子移動方向： 離子的放電順序：陽極：活性電極（金屬活動順序表中排在_的金屬）S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根離子陰極：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+活潑金屬陽離子【思考】1）如何判斷原電池和電解池？2）原電池和電解池有哪些區(qū)別？4電極反應(yīng)式的書寫;(1)首先看陽極材料，如果陽極是活潑電極（金屬活動順序表Ag以前），則應(yīng)是陽極失電子，陽極不斷溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果陽極是惰性電極（Pt、Au、石墨），則應(yīng)是電解質(zhì)溶液中的離子放電。(2)然后分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出兩極上的電極反應(yīng)式。在書寫時要遵循原子守恒和電荷守恒。(3)最后合并兩個電極反應(yīng)式得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式?！揪毩?xí)】電解AgNO3溶液（1）用惰性電極電解時，陰極： 陽極： 總反應(yīng)式 （2）用銅棒做陽極，石墨棒做陰極電解時，陰極： 陽極： 總反應(yīng)式 （3）用石墨棒做陽極，銅棒做陰極電解時，陰極： 陽極： 總反應(yīng)式 5. 電解質(zhì)溶液電解的類型(惰性電極)（1）電解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽的電解（2）電解電解質(zhì)型：無氧酸（除HF外）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液（3）放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的變化情況填表：類 型電極反應(yīng)式實 例電 解物 質(zhì)電解質(zhì)溶液的濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解水型陰極： 陽極： NaOH水 水H2SO4水 水Na2SO4水 水電解電解質(zhì)陰極： 陽極： HCl電解質(zhì) 氯化氫CuCl2電解質(zhì) 氯化銅放H2生堿型陰極： 陽極： NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì) 氯化氫放O2生酸型陰極： 陽極： CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì) 氧化銅或碳酸銅6電解原理的應(yīng)用：1) 銅的電解精煉陽極是 電極反應(yīng)式為 陰極是 電極反應(yīng)式為 注意: (1)粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種雜質(zhì)，銀、金等雜質(zhì)以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底，形成陽極泥（陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料）(2)用電解精煉法所得到的銅叫做電解銅，它的純度可達到99.95%99.98%。2）電鍍銅陽極材料是 電極反應(yīng)式為 陰極材料是 電極反應(yīng)式為 3) 離子交換膜法制燒堿（氯堿工業(yè)） 反應(yīng)原理陽極： 陰極： 總反應(yīng)：2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH 設(shè)備 （陽離子交換膜電解槽）組成：陽極金屬鈦網(wǎng)、陰極碳鋼網(wǎng)陽離子交換膜的作用：它只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過。4）電冶金在金屬活動性順序表中，適合用電解法冶煉的金屬有_。工業(yè)上電解熔融氧化鋁煉鋁的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)式 陽極反應(yīng)_ 陰極反應(yīng)_電池總反應(yīng)_三、金屬的腐蝕與防護1、金屬腐蝕：1）定義：是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。2）本質(zhì)：M ne- Mn+（氧化反應(yīng)）3）類型：化學(xué)腐蝕直接反應(yīng) 電化學(xué)腐蝕原電池反應(yīng)比較（1）：化學(xué)腐蝕：金屬或合金跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而消耗的過程。電化學(xué)腐蝕：不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸發(fā)生原電池反應(yīng)而消耗的過程。 化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬與非電解質(zhì)直接接觸（不與電解質(zhì)溶液接觸）不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生（不發(fā)生原電池反應(yīng)）有電流產(chǎn)生（發(fā)生原電池反應(yīng)）本質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，金屬被腐蝕氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分兩極進行，較活潑的金屬被腐蝕相互關(guān)系兩種腐蝕往往同時發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍（2）析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較析氫腐蝕吸氧腐蝕條 件水膜 水膜 電解質(zhì)溶液溶有CO2的水溶液溶有O2的水溶液電極反應(yīng)負極（Fe極）正極（C極）總反應(yīng)聯(lián)系2、金屬的防護 （1）制成合金以改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如不銹鋼。 （2）金屬表面覆蓋保護層：如電鍍、噴油漆。 （3）電化學(xué)保護法：利用原電池原理，可將比被保護金屬更活潑的金屬焊在被保護金屬表面，形成 的保護法；利用電解池原理，將被保護的鋼鐵設(shè)備接在直流電源的負極上，形成 的保護法。3、金屬腐蝕快慢的判斷：電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕有防腐蝕措施的腐蝕高中常見的原電池電極反應(yīng)式的書寫書寫過程歸納：列物質(zhì)，標(biāo)得失 （列出電極上的物質(zhì)變化，根據(jù)價態(tài)變化標(biāo)明電子得失）。 選離子，配電荷 （根據(jù)介質(zhì)選擇合適的離子，配平電荷，使符合電荷守）。巧用水，配個數(shù) （通常介質(zhì)為水溶液，可選用水配平質(zhì)量守恒）一次電池:1、伏打電池：（負極Zn、正極Cu、電解液H2SO4） 負極： Zn2e-=Zn2+ (氧化反應(yīng)) 正極： 2H+2e-=H2 (還原反應(yīng))離子方程式 Zn + 2H+ = H2+ Zn2+ 2、鐵碳電池：（負極Fe、正極C、電解液 中性或堿性)負極： 2Fe4e-=2Fe2+ (氧化反應(yīng)) 正極：O2+2H2O+4e-=4 (還原反應(yīng))化學(xué)方程式 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 (吸氧腐蝕) 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3 +3 H2O (鐵銹的生成過程)3.鋁鎳電池：（負極Al、正極Ni 電解液 NaCl溶液、O2)鋁空氣海水（負極-鋁、正極-石墨、鉑網(wǎng)等能導(dǎo)電的惰性材料、電解液-海水）負極： 4Al12e-=4Al3+ (氧化反應(yīng)) 正極：3O2+6H2O+12e-=12(還原反應(yīng))化學(xué)方程式 4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3 (海洋燈標(biāo)電池)4、銀鋅電池：(負極Zn、正極-Ag2O、電解液NaOH )負極 ：Zn+2OH2e-= Zn(OH)2 (氧化反應(yīng))正極 ：Ag2O + H2O + 2e-= 2Ag + 2 OH (還原反應(yīng))化學(xué)方程式 Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag5、鎂-鋁電池 （負極-Al、正極-Mg 電解液KOH） 負極(Al)： 2Al + 8 OH- 6e- 2AlO2+4H2O (氧化反應(yīng))正極(Mg）： 6H2O + 6e- 3H2+6OH （還原反應(yīng))化學(xué)方程式： 2Al + 2OH + 2H2O 2AlO2+ 3H2二次電池（又叫蓄電池或充電電池）:1、鉛蓄電池：（負極Pb 正極PbO2 電解液 濃硫酸） 放電時 負極： Pb2eSO42=PbSO4(氧化反應(yīng))正極： PbO22e4HSO42=PbSO42H2O (還原反應(yīng)) 充電時 陰極： PbSO4 + 2H+ 2e-= Pb+H2SO4(還原反應(yīng))陽極： PbSO4 + 2H2O 2e-= PbO2 + H2SO4 + 2H+ (氧化反應(yīng))總化學(xué)方程式 PbPbO2 + 2H2SO42PbSO4+2H2O2、LiFePO4電池（正極LiFePO4，負極石墨，含Li+導(dǎo)電固體為電解質(zhì)）放電時 負極： Li e =Li + (氧化反應(yīng))正極： FePO4 + Li+ + e= LiFePO4 (還原反應(yīng))充電時： 陰極： Li+ + e= Li (還原反應(yīng))陽極： LiFePO4e= FePO4 + Li+ (氧化反應(yīng))總化學(xué)方程式 FePO4 + Li LiFePO43、高鐵電池：（負極Zn、正極-石墨、電解質(zhì)為浸濕固態(tài)堿性物質(zhì)）放電時 負極：3Zn 6e- + 6 OH= 3 Zn(OH)2 (氧化反應(yīng)) 正極：2FeO42 +6e-+ 8H2O =2 Fe (OH)3 + 10OH (還原反應(yīng)) 充電時 陰極：3Zn(OH)2 +6e-=3Zn + 6 OH (還原反應(yīng)) 陽極：2Fe(OH)3 6e-+ 10OH=2FeO42+ 8H2O (氧化反應(yīng)) 總化學(xué)方程式 3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH4、鋰電池二型（負極LiC6、正極含鋰的二氧化鈷LiCoO2、充電時LiCoO2中Li被氧化，Li+還原以Li原子形式嵌入電池負極材料碳C6中，以LiC6表示）放電時 負極: LiC6 xe- Li(1-x)C6 + x Li+ (氧化反應(yīng))正極： Li（1-x)CoO2 + xe- + x Li+ = LiCoO2 (還原反應(yīng))充電時 陰極： Li(1-x)C6 + x Li+ + xe- LiC6 (還原反應(yīng)) 陽極： LiCoO2 xe- Li(1-x)CoO2 + x Li+ (氧化反應(yīng))總反應(yīng)方程式 Li(1-x)CoO2 + LiC6 LiCoO2 + Li(1-x)C6 燃料電池:1、氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負極通入H2，正極通入 O2 1）電解質(zhì)是KOH溶液（堿性電解質(zhì)） 總反應(yīng)方程式 2H2 + O2 = 2H2O負極：H2 2e- + 2OH = 2H2O 正極：O2 + H2O + 4e- = OH2）電解質(zhì)是H2SO4溶液（酸性電解質(zhì)） 負極：H2 2e- = 2H+ 正極：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 3）電解質(zhì)是NaCl溶液（中性電解質(zhì)） 負極：H2 2e- = 2H+ 正極：O2 + H2O + 4e- = 4OH 2、甲醇燃料電池 1）堿性電解質(zhì)（鉑為兩極、電解液KOH溶液）正極：3O2 + 12e- + 6H20= 12OH- 負極：2CH3OH 12e- + 16OH = 2CO32- +12H2O 總反應(yīng)方程式 2CH3OH + 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6H2O 2） 酸性電解質(zhì)（鉑為兩極、電解液H2SO4溶液）正極：3O2 + 12e- + 12H+ = 6H2O 負極：2CH3OH 12e- +2H2O=