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    高考化學(xué)電化學(xué)解題技巧(高考電化學(xué)基礎(chǔ)知識點總結(jié))

    發(fā)布時間:2024-04-16 06:58:10 課外活動 207次 作者:合肥育英學(xué)校

    原電池

    (一)概念:

    高考化學(xué)電化學(xué)解題技巧(高考電化學(xué)基礎(chǔ)知識點總結(jié))

    將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱為原電池。

    (二)組成條件:

    1.兩個活潑性不同的電極

    2.電解質(zhì)溶液

    3.電極用導(dǎo)線相連并插入電解液構(gòu)成閉合回路

    (三)電子流向:

    外接電路:負極——線——正極

    內(nèi)部電路:鹽橋中的陰離子向負極移動的電解質(zhì)溶液,鹽橋中的陽離子向正極的電解質(zhì)溶液移動。

    (四)電極反應(yīng):

    以鋅銅原電池為例:

    負極:氧化反應(yīng):Zn-2e=Zn2+(較活潑的金屬)

    正極:還原反應(yīng):2H++2e=H2(活性金屬較少)

    總反應(yīng)式:Zn+2H+=Zn2++H2

    (五)正、負極的判斷:

    1.從電極材料:一般較活潑金屬為負極;或金屬為負極,非金屬為正極。

    2.從電子的流動方向:負極流入正極

    3.從電流方向:正極流入負極

    4.根據(jù)電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動方向:陽離子流向正極,陰離子流向負極

    5.根據(jù)實驗現(xiàn)象:

    (1)溶解極為負極

    (2)一極增重或有氣泡為正極。

    化學(xué)電池

    (一)電池的分類:

    化學(xué)電池、太陽能電池、原子能電池

    (二)化學(xué)電池:

    將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置

    (三)化學(xué)電池的分類:

    一次電池、二次電池、燃料電池

    1.一次電池

    常見原電池:堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鋰電池等。

    2.二次電池

    (1)二次電池:放電后可再次充電,使活性物質(zhì)再生,可多次重復(fù)使用。也稱為充電電池或蓄電池。

    (2)電極反應(yīng):鉛酸電池

    放電:

    負極(引線):Pb-2e-=PbSO4

    正極(氧化鉛):PbO2+4H++2e-=PbSO4+2H2O

    充電:

    陰極:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+

    陽極:PbSO4+2e-=Pb

    這兩個方程可以寫成可逆反應(yīng):PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O

    (3)開發(fā)出新型電池:銀鋅電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子電池。

    3.燃料電池

    (1)燃料電池:是燃料與氧化劑反應(yīng)直接產(chǎn)生電流的原電池。

    (2)電極反應(yīng):一般來說,燃料電池中電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃燒產(chǎn)物相同。整個電池反應(yīng)可以根據(jù)燃燒反應(yīng)來寫,但沒有指定反應(yīng)的條件。在負極發(fā)生氧化反應(yīng),在正極發(fā)生還原反應(yīng)。但需要注意的是,電解質(zhì)溶液一般參與電極反應(yīng)。以氫氧燃料電池為例,鉑為正、負電極,介質(zhì)分為酸性、堿性和中性。

    當電解質(zhì)溶液呈酸性時:

    負極:2H2-4e-=4H+

    正極:O2+4e-+4H+=2H2O

    電解質(zhì)溶液呈堿性時:

    負極:2H2+4OH--4e-=4H2O

    正極:O22H2O4e-=4OH-

    另一種類型的燃料電池使用插入KOH溶液中的金屬鉑片作為電極,甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)通過兩個極。

    電極反應(yīng)式為:

    負極:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;

    正極:4H2O2O28e-=8OH-。

    電池總反應(yīng)式為:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

    (3)燃料電池的優(yōu)點:能量轉(zhuǎn)化率高、浪費少、運行噪音低

    4.廢棄電池的處理:回收利用

    電解池

    (一)電解原理

    1.電解池:把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置,也叫電解槽。

    2.電解:電流(外加直流電)通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)(被動的不是自發(fā)的)的過程。

    3.放電:當離子到達電極時,失去或獲得電子,發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程。

    4.電子流向:(電源)負極—(電解池)陰極—(離子定向運動)電解質(zhì)溶液—(電解池)陽極—(電源)正極。

    5.電極名稱及反應(yīng):

    陽極:連接直流電源正極的電極,發(fā)生氧化的地方

    陰極:連接直流電源負極的電極,在此發(fā)生還原反應(yīng)

    6.電解CuCl2溶液的電極反應(yīng):

    陽極:2Cl--2e-=Cl2(氧化)

    陰極:Cu2++2e-=Cu(還原)

    總反應(yīng)式:CuCl2=Cu+Cl2

    7.電解本質(zhì):電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程,就是電解質(zhì)溶液的電解過程

    規(guī)則總結(jié):寫出電解反應(yīng)的離子方程:

    放電順序:

    陽離子放電順序:Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(指酸離子化)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+

    負離子的放電順序:

    為惰性電極時:S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(如含氧酸離子)F-

    為活性電極時:電極本身溶解并放電

    *注意,我們首先要看電極材料,是惰性電極還是活性電極。如果陽極材料是活性電極(Fe、Cu)等金屬,則陽極反應(yīng)是電極材料失去電子變成離子進入溶液;如果是惰性材料,則根據(jù)陰離子和陽離子的放電順序,根據(jù)陽離子和氧陰離子的逆轉(zhuǎn)定律,寫出電極反應(yīng)公式。

    電解質(zhì)水溶液電解產(chǎn)物的規(guī)律:

    類型

    電極反應(yīng)特性

    例子

    電解對象

    電解質(zhì)濃度

    分解電解質(zhì)型

    被電解液電離的陰離子和陽離子分別在兩極放電。

    鹽酸

    電解質(zhì)

    減少

    氯化銅

    釋放H2形成基礎(chǔ)形式

    陰極:水放出H2生成堿

    陽極:電解質(zhì)陰離子放電

    氯化鈉

    電解質(zhì)和水

    創(chuàng)造新的電解質(zhì)

    釋氧產(chǎn)酸型

    正極:電解質(zhì)陽離子放電

    陽極:水放出O2生成酸

    硫酸銅

    電解質(zhì)和水

    創(chuàng)造新的電解質(zhì)

    電解水型

    陰極:4H++4e-==2H2

    陽極:4OH--4e-==O2+2H2O

    氫氧化鈉

    增加

    硫酸鈉

    以上四類電解液的分類:

    (1)電解水類型:含氧酸、強堿、活性金屬含氧鹽

    (2)電解液類型:無氧酸、無氧惰性金屬鹽(氟化物除外)

    (3)產(chǎn)氫堿類型:活性金屬無氧酸鹽

    (4)析氧產(chǎn)酸型:惰性金屬的含氧酸鹽

    (二)電解原理的應(yīng)用

    1.電解飽和食鹽水以制造燒堿、氯氣和氫氣

    (1)電鍍是利用電解原理,在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。

    (2)電極和電解質(zhì)溶液的選擇:

    陽極:涂層金屬,失去電子并變成離子進入溶液M-ne-==Mn+

    陰極:被鍍金屬(鍍件):溶液中的金屬離子獲得電子,成為金屬原子,附著在金屬表面Mn++ne-==M

    電解液:含有電鍍金屬離子的溶液作為電鍍液。鍍銅反應(yīng)原理

    陽極(純銅):Cu-2e-=Cu2+

    陰極(鍍件):Cu2++2e-=Cu,

    電解液:可溶性銅鹽溶液,如CuSO4溶液

    2.電鍍應(yīng)用之一:銅的精煉

    陽極:厚銅;

    陰極:純銅

    電解液:硫酸銅

    3.電冶金

    (1)電冶金:礦石中的金屬陽離子獲得電子并從其化合物中還原,用于冶煉鈉、鎂、鈣、鋁等活性金屬。

    (2)電解氯化鈉:

    通電前,氯化鈉在高溫下熔化:NaCl==Na++Cl-

    接通直流電源后:

    陽極:2Na++2e-==2Na

    陰極:2Cl--2e-==Cl2

    規(guī)則概要:原電池、電解槽、電鍍槽的判定規(guī)則

    (1)如果沒有外部電源,則滿足形成原電池的三個條件。

    有兩個不同活性的電極;

    將兩極用電線連接起來,直接插入所連接的電解質(zhì)溶液中;

    活性金屬能與電解質(zhì)溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)(有時是由于與水電離產(chǎn)生H+反應(yīng))。只要同時滿足這三個條件,就是原電池。

    (2)如果有外接電源,兩極插入電解質(zhì)溶液中,則可能是電解槽或電鍍槽;當陰極為金屬,陽極也是金屬且與電解液中的金屬離子屬于同一元素時,為電鍍槽。

    (3)如果多個電解槽串聯(lián),且有外接電源,則連接電源的裝置為電解槽或電鍍槽。如果沒有外接電源,首先選擇較活潑的金屬電極作為原電池的負極(電子輸出電極),相關(guān)器件為原電池,其余為電鍍電池或電解電池。

    原電池、電解槽、電鍍槽的比較

    原電池

    細胞

    電鍍槽

    定義(設(shè)備特性)

    將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

    將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置

    利用電解原理在某些金屬表面的一側(cè)鍍上一層其他金屬

    反應(yīng)特性

    自發(fā)反應(yīng)

    非自發(fā)反應(yīng)

    非自發(fā)反應(yīng)

    裝置特性

    不供電,兩級材質(zhì)不同

    帶電源后,兩層材料可以相同也可以不同。

    有力量

    形成條件

    具有不同移動性的桿

    A

    形成一個閉環(huán)

    兩個電極連接至直流電源

    將兩個電極插入電解質(zhì)溶液中

    形成一個閉環(huán)

    1、鍍層金屬接電源正極,待鍍金屬接電源負極;2.鍍液必須含有鍍層金屬離子

    電極名稱

    負極:較活潑的金屬

    正極:活性較低的金屬(能導(dǎo)電的非金屬)

    陽極:接電源正極

    陰極:接電源負極

    名稱與電解相同,但有限制

    陽極:必須是電鍍金屬

    陰極:電鍍件

    電極反應(yīng)

    負極:氧化反應(yīng),金屬失去電子

    正極:還原反應(yīng),來自溶液中的陽離子或氧的電子(吸氧腐蝕)

    陽極:氧化反應(yīng),溶液中的陰離子失去電子,或電極金屬失去電子

    陰極:還原反應(yīng),溶液中的陽離子獲得電子

    陽極:金屬電極失去電子

    陰極:鍍液中的陽離子獲得電子

    電子流

    負極正極

    電源負極負極

    電源正極陽極

    與電解池相同

    帶電粒子在溶液中的運動

    陽離子向正極移動

    陰離子向負極移動

    陽離子向陰極移動

    陰離子向陽極移動

    與電解池相同

    連接

    氧化和還原反應(yīng)在兩極發(fā)生

    金屬的電化學(xué)腐蝕和防護

    (一)金屬的電化學(xué)腐蝕

    1.金屬腐蝕內(nèi)容

    2.金屬腐蝕的本質(zhì):都是金屬原子失去電子而被氧化的過程

    3.電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕的區(qū)別

    電偶腐蝕

    化學(xué)腐蝕

    狀況

    與電解質(zhì)溶液接觸的不純金屬或合金

    與非電解質(zhì)直接接觸的金屬

    現(xiàn)象

    產(chǎn)生微弱電流

    沒有電流產(chǎn)生

    自然

    更多活性金屬被氧化的過程

    金屬被氧化的過程

    關(guān)系

    化學(xué)腐蝕和電偶腐蝕常同時發(fā)生,但電偶腐蝕更為常見,也更為嚴重。

    4.電化學(xué)腐蝕的分類:

    析氫腐蝕——腐蝕過程中不斷釋放出氫氣

    (1)條件:在潮濕空氣中形成的水膜呈強酸性(水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等氣體)

    (2)電極反應(yīng):

    負極:Fe2e-=Fe2+

    正極:2H++2e-=H2

    通式:Fe+2H+=Fe2++H2

    吸氧腐蝕——反應(yīng)過程吸收氧氣

    條件:中性或弱酸性溶液

    電極反應(yīng):

    負極:2Fe4e-=2Fe2+

    正極:O2+4e-+2H2O=4OH-

    通式:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

    生成的Fe(OH)2被空氣中的O2氧化生成Fe(OH)3。Fe(OH)3除去部分水,形成Fe2O3·xH2O(鐵銹的主要成分)

    規(guī)律總結(jié):

    1.金屬腐蝕快慢的規(guī)律:在同一電解質(zhì)溶液中,金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下:

    電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>采取防腐措施的腐蝕

    2.防腐措施由好到壞的順序如下:

    外部電源陰極保護方法>犧牲負極正極保護方法>一般防腐條件的腐蝕>無防腐條件的腐蝕

    (二)金屬的電化學(xué)防護

    1.利用原電池原理進行金屬的電化學(xué)防護

    (1)犧牲陽極陰極保護方法

    原理:原電池反應(yīng)時,負極被腐蝕,但正極不發(fā)生變化。

    應(yīng)用:在被保護的鋼鐵設(shè)備上安裝多個鋅塊,腐蝕鋅塊,保護鋼鐵設(shè)備

    負極:鋅塊被腐蝕;正極:保護鋼鐵設(shè)備

    (2)外加電流陰極保護法

    原理:通電時,大量電子積聚在鋼鐵設(shè)備上,使金屬原電池反應(yīng)產(chǎn)生的電流無法傳輸,從而防止金屬被腐蝕。

    應(yīng)用:以被保護的鋼鐵設(shè)備作為陰極,惰性電極作為輔助陽極,二者均存在于電解質(zhì)溶液中,并連接外部直流電源。通電后,大量電子積聚在鋼鐵設(shè)備上,抑制鋼鐵失去電子的反應(yīng)。

    2.改變金屬結(jié)構(gòu):把金屬制成防腐的合金

    3.把金屬與腐蝕性試劑隔開:電鍍、油漆、涂油脂、表面鈍化等

    (3)金屬腐蝕的分類:

    化學(xué)腐蝕-由金屬與其接觸的材料之間的直接化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕。

    電偶腐蝕-當不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸時會發(fā)生電偶反應(yīng)。相對活潑的金屬失去電子并被氧化。這種腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。

    標簽:知識總結(jié)

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