（B版浙江選考專用）2019版高考化學總復習 第二部分 專題六 化學能與電能的轉化課件.ppt

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1、專題六化學能與電能的轉化,化學（浙江選考專用）,考點一原電池原理及其應用,考點清單,知識梳理 一、原電池 1.原電池的概念 把化學能轉化為電能的裝置。 2.構成條件 (1)有兩個活潑性不同的電極。 (2)將電極插入電解質溶液中并形成閉合回路。 (3)能自發(fā)進行的氧化還原反應都可設計成原電池。,,3.工作原理 Cu-Zn原電池示意圖如下所示:,特別提醒在原電池中陽離子移向正極,陰離子移向負極(包括鹽橋中的陰、陽離子)。這是因為負極發(fā)生的是失電子的反應,致使該極附近有大量正電荷,所以溶液中的陰離子要移向負極;正極發(fā)生的是得電子的反應,致使該極附近有大量負電荷,所以溶液中的陽離子要移向正極?？梢院営?/p>

2、為“正正負負”,即帶正電荷的離子移向正極,帶負電荷的離子移向負極。,二、常見的化學電源,三、原電池原理的應用 1.比較金屬的活動性強弱 原電池中,一般活動性相對較強的金屬作負極,而活動性相對較弱的金屬(或導電的非金屬)作正極。 2.加快化學反應速率 由于形成了原電池,導致反應速率加快。如Zn與稀硫酸反應制氫氣時,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn 原電池,加快反應速率。 3.用于金屬的防護 使需要保護的金屬制品作原電池正極而受到保護。例如要保護一個鐵質的輸水管道或鋼鐵橋梁,可將其與一塊鋅塊相連,使鋅作原電池的負極。,4.設計制作原電池 設計原電池要緊扣構成原電池的三個條件。 溫馨

3、提示1.電極材料的選擇 在原電池中,一般選擇活動性較強的金屬作負極,活動性較弱的金屬或非金屬作正極,并且原電池的電極必須能導電。一般來說,負極材料應該能跟電解質溶液發(fā)生反應。 2.電解質溶液的選擇 電解質溶液一般要能夠與負極材料發(fā)生反應,或者電解質溶液中溶解的其他物質(如溶解于溶液中的氧氣)能與負極材料發(fā)生反應。如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋),則兩個容器中的電解質溶液應含有相應電極材料對應的陽離子。如在Cu-Zn原電池中,負極Zn,浸泡在含有Zn2+的電解質溶液中,而正極Cu浸泡在含有Cu2+的電解質溶液中。,考點二電解原理及其應用,知識梳理 一、電解原理 1.相關概念 電

4、解:在直流電的作用下,在兩電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。 電解池:將電能轉化為化學能的裝置。 陽極:與電源的正極相連的電極。 陰極:與電源的負極相連的電極。 2.電解池的構成條件 (1)直流電源;(2)兩個電極(活性電極或惰性電極);(3)電解質溶液(或熔融電解質);(4)構成閉合回路。,3.電子流向 4.電解結果 在兩極上發(fā)生氧化、還原反應,產(chǎn)生新的物質。 陽極上發(fā)生氧化反應;陰極上發(fā)生還原反應。 特別提醒1. 電解質溶液導電時一定發(fā)生化學反應,因為電解質溶液導電即電解,電解池的兩極分別發(fā)生氧化反應、還原反應,有新物質生,成。金屬導電是物理變化。 2.原電池和電解池中,陰、陽離子一

5、定在電解質溶液(或熔融態(tài)電解質)中移動,電子一定在導線中移動?？珊営洖椤?離子不上岸,電子不下水”。 二、電解原理的應用 1.氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水 (1)生產(chǎn)原理 陽極反應(石墨):2Cl--2e- Cl2 陰極反應(Fe ):2H++2e- H2 總反應:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,(2)生產(chǎn)過程,2.電鍍和電解精煉銅,3.電冶金 針對金屬活動性順序中KAl范圍內(nèi)的活潑金屬,應該用非水溶液電解法冶煉。例如:,考點三金屬的腐蝕與防護,知識梳理 一、金屬的腐蝕 1.本質 金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子,金屬發(fā)生氧化反應。,2.類型 (1)化學腐蝕與電化學腐蝕,(2)析氫腐蝕

6、與吸氧腐蝕以鋼鐵的腐蝕為例,二、金屬的防護 1.電化學防護 (1)犧牲陽極的陰極保護法原電池原理,負極:比被保護金屬活潑的金屬 正極:被保護的金屬設備 (2)外加電流的陰極保護法電解原理 陰極:被保護的金屬設備 陽極:惰性金屬 2.改變金屬的內(nèi)部結構,如制成合金、不銹鋼等。 3.在金屬表面覆蓋保護層,如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。,方法1電極反應式的書寫方法 1.一般電極反應式的書寫,突破方法,反應式=總反應式-較簡單一極 電極反應式 如CH4酸性燃料電池中,負極反應式書寫步驟為: CH4+2O2 CO2+2H2O總反應式 2O2+8H++8e- 4H2O正極反應式

7、由“負極反應式=總反應式-正極反應式”得: CH4+2H2O-8e- CO2+8H+負極反應式 例1(2017浙江寧波鎮(zhèn)海中學單元檢測)(1)常溫下,將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池如圖1所示,測得原電池的電流強度(I)隨時間(t)的變化如圖2所示,反應過程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。,2.復雜電極反應式的書寫 總體思路:復雜電極,0t1時,原電池的負極是Al片,此時,正極的電極反應式是,溶液中的H+向極移動,t1后原電池中電子流動方向發(fā)生改變,其原因是。,(2)以鋁材為陽極,在H2SO4溶液中電解,鋁材表面形成耐酸氧化膜,陽極電極反應式為。 (3)用Al單質作陽極,石墨作陰極

8、,NaHCO3溶液作電解液進行電解,生成難溶物R,寫出陽極生成R的電極反應式:。 解析(1)在0t1時,鋁片作負極被氧化,依題意,正極上濃硝酸被還原為紅棕色的NO2,電極反應式為2H++N+e- NO2+H2O;在電場作用 下,陽離子向正極移動;從圖2可以看出t1后電流方向發(fā)生改變,原因是Al表面因發(fā)生鈍化不能進一步反應,濃硝酸還可以與銅發(fā)生反應,t1后銅片作負極,鋁片作正極。(2)依據(jù)信息知陽極形成的氧化膜一定為Al2O3,Al失電子生成Al2O3,Al2O3中的氧元素是由水提供的,結合溶液顯酸性,知有,H+生成。(3)Al作陽極,失電子,生成Al3+,Al3+水解使溶液顯酸性,溶液中的HC

9、水解使溶液顯堿性,兩者水解互相促進,生成Al(OH)3和CO2。 答案(1)2H++N+e- NO2+H2O正Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化, 氧化膜阻止了Al進一步反應 (2)2Al-6e-+3H2O Al2O3+6H+ (3)Al+3HC-3e- Al(OH)3+3CO2 1-1全釩液流電池是一種新型的綠色環(huán)保儲能電池。其電池總反應為:V3++VO2++H2O V+2H++V2+。下列說法正確的是() A.放電時正極反應為:V+2H++e- VO2++H2O B.充電時陰極反應為:V2+-e- V3+ C.放電過程中電子由負極經(jīng)外電路移向正極,再由正極經(jīng)電解質溶液移,向負極 D.充電過程中,H+由

10、陰極區(qū)向陽極區(qū)遷移 答案A 解析放電時,負極發(fā)生氧化反應,正極發(fā)生還原反應,負極反應為:V2+-e- V3+,正極反應為:V+2H++e- VO2++H2O,A正確;充電時,陰極反 應為:V3++e- V2+,B錯誤;充電時,陽極反應為:VO2++H2O-e- V+2 H+,H+在陽極區(qū)生成,由陽極區(qū)向陰極區(qū)遷移,D錯誤;C項中電解質溶液導電是靠離子的定向移動。,方法2電解池相關問題的處理方法 1.電極產(chǎn)物的判斷和電極反應式的書寫 (1)電解時電極產(chǎn)物的判斷 (2)電極反應式的書寫 定電極 標得失選離子 配電荷配個數(shù),巧用水兩式加 驗總式 a.判斷陰、陽極,分析電極材料,判斷是電極材料放電還是

11、溶液中的離子放電。陽極為金屬活性電極時,電極材料放電。 b.根據(jù)離子放電順序,確定放電的離子種類,分析電極反應,并判斷電極產(chǎn)物,按照“陽極氧化、陰極還原”寫出電極反應式。 c.電解水溶液時,應注意水電離出的H+、OH-放電時電極反應式的書寫。,2.以惰性電極電解電解質溶液的類型,溫馨提示(1)對于強堿、含氧酸、活潑金屬的含氧酸鹽,用惰性電極電解它們的水溶液時,實際上是電解H2O,溶質的質量分數(shù)增大,濃度增大。 (2)電解后要恢復原電解質溶液的濃度,需加適量的某物質,要考慮溶質的量,也要考慮水的量。例如用惰性電極電解足量CuSO4溶液,要恢復原溶液的濃度,可向電解后的溶液中加入CuO,但不能加入

12、Cu(OH)2,因為Cu(OH)2與生成的H2SO4反應后使水的量增加。 3.關于電解池的計算 (1)根據(jù)得失電子守恒計算 先判斷電解池的電極和電極反應,再分別找出得失電子的量,運用得失電子守恒進行計算。,(2)根據(jù)總反應式計算 先寫出電極反應式,再寫出總反應式,最后根據(jù)總反應式計算。 (3)根據(jù)關系式計算 對于多個電解池串聯(lián)的裝置,通過每個電極的電子數(shù)相等,可據(jù)此找出已知量和未知量之間的關系式進行計算。 例2如圖所示,某同學設計了一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理,其中乙裝置中X為陽離子交換膜。請按要求回答相關問題:,(1)甲烷燃料電池負極反應式是。 (2)石墨(C)極的電極反應

13、式為。 (3)若在標準狀況下,有2.24 L氧氣參加反應,則乙裝置中鐵極上生成的氣體體積為L;丙裝置中陰極析出銅的質量為g。,(4)某同學利用甲烷燃料電池設計電解法制取漂白液或Fe(OH)2的實驗裝置如圖所示。 若用于制漂白液,a為電池的極,電解質溶液最好用。 若用于制Fe(OH)2,使用硫酸鈉作電解質溶液,陽極選用作電極。 解析(1)甲烷燃料電池負極上發(fā)生氧化反應,即甲烷在負極上被氧化,在KOH溶液中甲烷被氧化的產(chǎn)物為碳酸鉀,負極反應式為CH4-8e-+10,OH- C+7H2O。(2)原電池的負極與電解池的陰極相接,鐵極為陰 極,則C極為陽極,在C極上發(fā)生氧化反應,電極反應式為2Cl--2

14、e- Cl2。 (3)n(O2)==0.1 mol,甲裝置中正極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH-,經(jīng)過甲、乙、丙裝置的電子的物質的量為0.4 mol。鐵極 為陰極,發(fā)生還原反應,電極反應式為2H2O+2e- 2OH-+H2,n(H2)= =0.2 mol,V(H2)=0.2 mol22.4 Lmol-1=4.48 L。丙裝置中精銅為陰 極,發(fā)生還原反應,電極反應式為Cu2++2e- Cu,n(Cu)==0.2 mol, m(Cu)=0.2 mol64 gmol-1=12.8 g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸鈉,制備原理是2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2+H2,Cl2+2OH-

15、 Cl-+ClO-+H2O,氣體與液體反應,氣體應在下端產(chǎn)生,所以該裝置的B端為陽極,A端,為陰極,陰極與電源負極相連,故a極為負極;電解質溶液最好用飽和氯化鈉溶液。若制備氫氧化亞鐵,用硫酸鈉溶液作電解質溶液,應選用鐵作陽極。 答案(1)CH4-8e-+10OH- C+7H2O (2)2Cl--2e- Cl2 (3)4.4812.8 (4)負飽和氯化鈉溶液或食鹽水鐵 2-1電解尿素CO(NH2)2的堿性溶液制氫的裝置示意圖如下(電解池中隔膜僅阻止氣體通過,a、b極均為惰性電極)。下列說法正確的是(),A.電解時,b極是陰極,放出H2,發(fā)生氧化反應 B.溶液中OH-逐漸向b極移動 C.電解時,a

16、極的電極反應式為:CO(NH2)2+8OH--6e- C+N2+6H2O D.若在b極產(chǎn)生標準狀況下224 mL氫氣,則消耗尿素2 g,答案C 解析從所給裝置圖可知b極上H+得電子發(fā)生還原反應而放出H2,A錯;b極上H+放電,b極附近溶液中OH-濃度增大,OH-向a極移動,B錯;a極是電解池的陽極,a極上CO(NH2)2中-3價的N失電子被氧化為N2,C元素在堿性條件下以C形式存在,電極反應式為CO(NH2)2+8OH--6e- C+N2+ 6H2O,C正確;b極產(chǎn)生標準狀況下224 mL氫氣時,電路中通過的電子為0.01 mol2=0.02 mol,則消耗尿素:0.02 mol=0.2 g,D錯。,