山东版2021高考化学一轮复习专题六化学能与电能课件

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考点 清单 考点一　原电池原理　化学电源 一、原电池的工作原理 1.原电池 将化学能转化为电能的装置。 2.构成条件 (1)具有两个活泼性不同的电极(金属和金属或金属和导电的非金属)。 (2)电解质溶液。 (3)形成闭合回路。 特别提醒    燃料电池可以是两个相同的电极。 3.原电池的两极 负极:活泼性较强的金属,发生① 　氧化     反应。 正极:活泼性较弱的金属或能导电的非金属,发生② 　还原     反应。 4.电极反应式的书写和电子移动方向 (1)电极反应式的书写(以Zn-Cu原电池为例,如下图)   负极:③ 　Zn     ,电极反应式:④ 　Zn-2e -   Zn 2+      。 正极:⑤ 　Cu     ,电极反应式:⑥ 　Cu 2+ +2e -   Cu     。 电池总反应:Zn+Cu 2+   Zn 2+ +Cu。 (2)电子移动方向 电子由⑦ 　负极     释放,经外电路流入⑧ 　正极     ,电解质溶液中的阳离子 移向正极,某些阳离子在正极上得电子被⑨ 　还原     ,形成一个闭合回路。 注意    电子不会“游泳”,不走水路,走导线。 二、化学电源 一次电池又称为干电池,二次电池又称为充电电池或蓄电池。 电池 电极反应式 总反应 碱性锌锰电池 负极:Zn+2OH - -2e -   Zn(OH) 2 Zn+2MnO 2 +2H 2 O   2MnO (OH)+Zn(OH) 2      正极:2MnO 2 +2H 2 O+2e -   2 MnO(OH)+2OH - 铅蓄电池 负极:Pb(s)+S   (aq)-2e -   PbSO 4 (s) Pb(s)+PbO 2 (s)+2H 2 SO 4 (aq)   2PbSO 4 (s)+2H 2 O(l) 正极:PbO 2 (s)+4H + (aq)+S   (aq) +2e -   PbSO 4 (s)+2H 2 O(l) 电池 电极反应式 总反应 氢镍电池 负极:H 2 +2OH - -2e -   2H 2 O 2NiO(OH)+H 2   2Ni(OH) 2 正极:2NiO(OH)+2H 2 O+2e -   2Ni(OH) 2 +2OH - 氢氧燃料 电池(H 2 SO 4 作电解质) 负极:2H 2 -4e -   4H + 2H 2 +O 2   2H 2 O 正极:O 2 +4H + +4e -   2H 2 O 氢氧燃料 电池(KOH 作电解质) 负极:2H 2 +4OH - -4e -   4H 2 O 2H 2 +O 2   2H 2 O 正极:O 2 +2H 2 O+4e -   4OH - 电池 电极反应式 总反应 CH 4 燃料电池 (H 2 SO 4 作电解质) 负极:CH 4 +2H 2 O-8e -   CO 2 +8 H + CH 4 +2O 2   CO 2 +2H 2 O 正极:2O 2 +8H + +8e -   4H 2 O CH 3 OH燃料 电池(NaOH 作电解质) 负极:2CH 3 OH+16OH - -12e -   2C   +12H 2 O 2CH 3 OH+3O 2 +4NaOH   2Na 2 CO 3 +6H 2 O 正极:3O 2 +6H 2 O+12e -   12OH - 考点二　电解原理及其应用 一、电解原理 1.电解 直流电流通过电解质溶液(或熔融的电解质),在阴、阳两极引起 ①     氧化还原反应     的过程。 2.电解池 (1)装置特点 电能转化为化学能。 (2)形成条件 a.与直流电源相连的两个电极。 b.电解质溶液(或熔融态电解质)。 c.形成闭合回路。 3.电极反应规律 (1)阴极 与电源② 　负     极相连,氧化剂(一般为电解质提供的阳离子)③ 　得到     电子发生④ 　还原     反应。 (2)阳极 与电源⑤ 　正     极相连,还原剂(活阳极或电解质提供的阴离子)⑥ 　失去     电子发生⑦ 　氧化     反应。 二、电解原理的应用 1.氯碱工业 (1)食盐水的精制   (2)主要生产过程   说明    阳离子交换膜(以电解饱和NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na + )通过, 而阻止阴离子(Cl - 、OH - )和分子(Cl 2 )通过,这样既能阻止H 2 和Cl 2 混合爆炸, 又能避免Cl 2 和NaOH溶液反应生成NaClO影响烧碱产量。 (3)电极反应及总反应 阳极:⑧ 　2Cl - -2e -   Cl 2 ↑     。 阴极:⑨ 　2H + +2e -   H 2 ↑     。 总反应(离子方程式):⑩ 　2Cl - +2H 2 O   2OH - +Cl 2 ↑+H 2 ↑     。 2.电镀 (1)电镀的特点 电镀时,阳极是镀层金属,阴极是镀件,一般用含有镀层金属离子的溶液作 电镀液;电镀池工作时,阳极质量   　减小     ,阴极质量   　增大     ,电解质 溶液浓度   　不变     。 (2)铜的电解精炼 阳极(用   　粗铜     ):   　Cu-2e -   Cu 2+      。 粗铜中的金、银等金属杂质失电子能力比铜弱,难以在阳极失去电子变成 阳离子,以阳极泥的形式沉积下来。 阴极(用   　纯铜     ):   　Cu 2+ +2e -   Cu     。 3.电冶金 金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子,从其化合物中还原出来。通 式为   　M n + + n e -   M     。 钠的冶炼:NaCl在熔融状态下发生电离,通直流电,阴极反应式为   　2Na + + 2e -   2Na     ,阳极反应式为   　2Cl - -2e -   Cl 2 ↑     类型 电极反应特点 实例 电解 物质 电解质 的变化 pH 使电解质溶液复原的方法 电解 水型 阴极:4H + +4e -   2H 2 ↑ 阳极:4OH - -4e -   2H 2 O +O 2 ↑ NaOH 水 浓度增大 增大 加水 H 2 SO 4 水 浓度增大 减小 加水 Na 2 SO 4 水 浓度增大 不变 加水 三、惰性电极电解电解质溶液的规律 电解 电解 质型 电解质电离 出的阴、阳 离子分别在 两极放电 HCl 电解质 浓度减小 增大 加氯化氢 CuCl 2 电解质 浓度减小 — 加氯化铜 类型 电极反应特点 实例 电解 物质 电解质 的变化 pH 使电解质溶液复原的方法 放H 2 生碱型 阴极:放出H 2 阳极:电解质阴离子放电 NaCl 电解质 和水 生成新 电解质 增大 加氯化氢 放O 2 生酸型 阴极:电解质阳离子放电 阳极:OH - 放电 CuSO 4 电解质 和水 生成新 电解质 减小、 碳酸 铜 加氧化铜、 碳酸铜 说明　(1)用惰性电极电解强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐的稀溶液时,实际上是电解H 2 O,溶质的质量分数增大,浓度增大。 (2)电解时产物的判断要遵循阴、阳离子的放电顺序,阳极还要注意电极材料。 (3)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,需加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物(简记为:出啥加啥,出多少加多少)。例如用惰性电极电解CuSO 4 溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,但不能加入Cu(OH) 2 ,因为Cu(OH) 2 与生成的H 2 SO 4 反应后使水量增加。 四、原电池、电解池、电镀池的比较 考点三　金属的腐蚀与防护 1.金属的腐蚀 (1)化学腐蚀:金属跟接触到的干燥气体(如O 2 、Cl 2 、SO 2 等)或非电解质液 体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。 (2)电化学腐蚀 a.定义:不纯的金属与电解质溶液接触时,会发生①     原电池     反应,比较活 泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫电化学腐蚀。 注意    金属的腐蚀主要是发生电化学腐蚀。 b.吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁的电化学腐蚀为例) 2.金属的防护 (1)改变金属的内部结构。例如把Ni、Cr等加入普通钢中制成不锈钢。 (2)覆盖保护层:a.涂油脂、喷油漆、搪瓷、覆盖塑料等;b.电镀耐腐蚀的金 属(Zn、Sn、Cr、Ni等)。 类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜呈酸性 正极反应(C) ②     O 2 +2H 2 O+4e -   4OH -      2H + +2e -   H 2 ↑ 负极反应(Fe) ③     Fe-2e -   Fe 2+      其他反应 Fe 2+ +2OH -   Fe(OH) 2 ↓ 4Fe(OH) 2 +2H 2 O+O 2   4Fe(OH) 3 Fe(OH) 3 失去部分水转化为铁锈 (3)电化学保护法:通常采用以下两种方法。a.牺牲阳极的阴极保护法。这 种方法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)装 上若干镁合金或锌块。b.外加电流的阴极保护法。这种方法是把被保护 的钢铁设备(如钢闸门)作为阴极,用④ 　惰性电极     作为阳极,两者均存在 于电解质溶液(如海水)里,外接直流电源。通电后,电子被强制流向被保护 的钢铁设备,使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近于零,从而起到保护作用。 3.金属腐蚀快慢的比较 不纯的金属在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀,活泼金属因被腐 蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关: (1)与构成原电池的材料有关,两极材料的活泼性差别越大,电动势越大,反 应的速率⑤     越快     ,活泼金属被腐蚀的速率就越快。 (2)与金属所接触的介质有关,通常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。 一般来说,可用下列原则判断金属腐蚀的快慢: 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的 腐蚀 知能拓展 一、新型化学电源原理分析 1.放电过程电极判断与电极反应式书写技巧 (1)正、负极的判断   注意　a.在原电池Al-NaOH(aq)-Mg中,Al作负极;b.在原电池Al-浓H 2 SO 4 -Cu中,Cu作负极。 (2)电极反应式的书写 1)一般电极反应式的书写   2)复杂电极反应式的书写 总体思路:   2.充电过程电极判断与电极反应式书写技巧 ①首先应明确原电池放电时的正、负极。 ②根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。 ③电极反应式:放电时的负极与充电时的阴极、放电时的正极与充电时的 阳极分别互逆。 3.新型电池充、放电时,电解质溶液中离子移动方向的判断 ①首先应分清电池是放电还是充电。 ②再判断出正、负极或阴、阳极。 放电:阳离子   正极,阴离子   负极; 充电:阳离子   阴极,阴离子   阳极; 总之:阳离子   发生还原反应的电极; 阴离子   发生氧化反应的电极。 例1    (2019济宁期末,18)锂—铜空气燃料电池是低成本高效电池。该电池 通过一种复杂的铜“腐蚀”现象产生电能,其中放电过程为2Li+Cu 2 O+H 2 O   2Cu+2Li + +2OH - 。下列说法 不正确 的是   (　　)   A.放电时,Li + 透过固体电解质向Cu极移动 B.通空气时,铜被腐蚀,产生Cu 2 O C.放电时,正极的电极反应式为Cu 2 O+2H + +2e -   2Cu+H 2 O D.整个反应过程中,氧化剂为O 2 解题导引　分清池,判电极,明反应,析结果 原电池-分正、负-负失氧,正得还-析结果; 电解池-分阴阳-阳氧,阴还-析结果。 解析　放电时,Li为负极产生Li + ,阳离子向正极移动,则Li + 透过固体电解质 向Cu极移动,A项正确;放电过程的总反应为2Li+Cu 2 O+H 2 O   2Cu+2Li + + 2OH - ,可以知道通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu 2 O,B项正确;正极的电极反 应式为Cu 2 O+2e - +H 2 O   2OH - +2Cu,C项错误;通空气时,铜被腐蚀,表面产 生Cu 2 O,放电时Cu 2 O转化为Cu,则整个反应过程中,铜相当于催化剂,氧气得 电子,为氧化剂,D项正确。    答案    C   二、电化学相关计算 　　电化学的反应是氧化还原反应,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,均可抓住得失电子守恒计算。 1.解题关键 (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得失电子守恒。 2.三种计算方法 如以通过4 mol e - 为桥梁可构建如下关系式:   ~   (式中M为金属, n 为其离子的化合价数值) 该关系式具有总览电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关 系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 注意    在电化学计算中,还常利用 Q = I · t 和 Q = n (e - ) × N A × 1.60 × 10 -19 C来计算电 路中通过的电量。 例2    (2019日照期中,13)锌溴液流电池用溴化锌溶液作电解液,并在电池间不断循环。下列有关说法正确的是   (　　)   A.充电时阴极的电极反应式为Br 2 +2e -   2Br - B.充电时n接电源的正极,Zn 2+ 通过阳离子交换膜由左侧流向右侧 C.放电时阳离子交换膜的左侧溶液中离子浓度增大 D.放电时每转移2 mol电子,负极区溶液质量减少65 g 解题导引　此装置为二次电池,放电总反应为Zn+Br 2   ZnBr 2 ,放电时每 个电极上转移的电子的物质的量都相等。 解析　充电时阴极发生得电子的还原反应,电极反应式为Zn 2+ +2e -   Zn, A项错误;充电时,Zn 2+ 得电子发生还原反应,则n接电源负极,B项错误;放电 时,左侧Br 2 得电子生成Br - ,则阳离子交换膜的左侧溶液中离子浓度增大,C 项正确;原电池中Zn易失电子作负极,电极反应式为Zn-2e -   Zn 2+ ,每转移 2 mol电子,负极产生1 mol Zn 2+ ,且有1 mol Zn 2+ 通过阳离子交换膜进入正极 区,负极区溶液质量不变,D项错误。 答案    C     实践探究 1.原电池的工作原理应用于污水的处理、海水淡化,通过信息收集、整 理、分析,借用模型认知的解题思想分析问题,解决问题。 例1    (2019潍坊期中,10)一种新型微生物燃料电池可用于污水净化、海水 淡化,其工作原理如图所示。下列说法正确的是       (　　) A.a为电池的正极 B.海水淡化的原理是:电池工作时,Na + 移向左室,Cl - 移向右室 C.处理N   的电极反应为:2N   +6H 2 O+10e -   N 2 ↑+12OH - D.若用C 6 H 12 O 6 表示有机废水中有机物,每消耗1 mol C 6 H 12 O 6 转移6 mol e - 解析　b极在反硝化菌作用下将N   转化为N 2 ,发生还原反应,该电极为电 池的正极,则a电极是负极,A项错误;海水中Na + 移向正极(右室),Cl - 移向负极 (左室),B项错误;b电极的反应式为2N   +6H 2 O+10e -   N 2 ↑+12OH - ,C项 正确;C 6 H 12 O 6 中碳的平均化合价是0价,CO 2 中碳的化合价是+4价,故消耗1 mol C 6 H 12 O 6 转移24 mol电子,D项错误。 答案    C 题目价值     原电池工作原理在污水处理、海水淡化上的应用,不仅将化学 理论应用于生产实际,也体现了科学态度与社会责任的核心素养。 2.新型二次电池不仅展示了最新的科技成果,还推动新材料、新能源的发 展,为社会的进步做出了贡献。 例2    (2019聊城一模,7)以柏林绿Fe[Fe(CN) 6 ]为代表的新型可充电钠离子 电池,其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是   (　　) A.放电时,Na + 由右室移向左室 B.放电时,Mg箔为负极,该电极发生氧化反应 C.充电时,阳极反应式为Na 2 Fe[Fe(CN) 6 ]-2e -   Fe[Fe(CN) 6 ]+2Na + D.用铅蓄电池为该电池充电时,当有0.2 mol电子转移时,Pb电极质量减少20.7 g 解析　由图可知,右侧电极发生氧化反应,Mg箔为负极,则Mo箔为正极,所 以放电时,Na + 由右室移向左室,A项正确,B项正确;充电时,Mo箔接电源的正 极,是电解池的阳极,阳极反应式为Na 2 Fe[Fe(CN) 6 ]-2e -   Fe[Fe(CN) 6 ]+2 Na + ,C项正确;外电路中有0.2 mol电子转移时,Pb电极发生的反应为Pb-2e - + S     PbSO 4 ,Pb电极质量增加了9.6 g,D项错误。 答案    D 题目价值　借用新型的钠离子电池对工作原理进行分析,对复杂的化学问 题情景中的关键要素进行分析,构建解题模型。 创新思维 1.活学妙用,溯本求源 对于复杂的组合装置,要分析题意确定装置是“原电池”还是“电解池”, 从氧化还原反应的角度,结合电子、离子的移动方向,确定装置的正、负极或 阴、阳极,紧紧抓住原电池、电解池的工作原理,防止被复杂的装置所迷惑。例 1    (2019 安徽江南十校联考 ,13) 利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响 , 可设计浓差电池。下图为一套浓差电池和电解质溶液再生的配套装置示意图 , 闭合开关 K 之前 , 两个 Cu 电极的质量相等。下列有关这套装置的说法中错误的是  ( 　　 )   A.循环物质E为水 B.乙池中Cu电极为阴极,发生还原反应 C.甲池中的电极反应式为Cu 2+ +2e -   Cu D.若外电路中通过1 mol电子,两电极的质量差为64 g 解析　由S   的移动方向可知右边Cu电极为负极,发生氧化反应。当电路 中通过1 mol电子时,左边电极质量增加32 g,右边电极质量减小32 g,两极 的质量差为64 g。电解质再生池是利用太阳能将CuSO 4 稀溶液蒸发,分离 为CuSO 4 浓溶液和水后,再返回浓差电池。 答案    B 2.实事求是,尊重科学 化学是一门以实验为基础的自然科学,人们对科学规律的发现是通过对自 然现象的反复观察、探究和验证逐步完成的,化学离不开实验,当实验的现 象、结果与熟悉的知识不相符时,我们要尊重客观实验事实,实事求是,不 盲从于熟悉的知识。 例 2    (2019 5·3 原创预测卷四 ,13) 如图所示 , 用两张砂纸分别将镁条和铝片表面的氧化膜打磨干净 , 并迅速将两个电极分别插入两个盛有 0.5 mol/L 的电解质溶液的烧杯中 , 盐桥中装有含饱和氯化钠溶液的琼脂。结果发现该装置中 , 电流计指针一直偏向铝片 , 镁条溶解 , 两极上均没有气泡产生。下列说法正确的是  ( 　　 )   A.铝片为负极,电极反应为2Al+4OH - -6e -   2Al   +2H 2 O B.镁条为负极,电极反应为Mg-2e -   Mg 2+ C.该实验证明镁能与氢氧化钠溶液反应 D.若镁电极减少0.48 g,则氢氧化钠溶液增重1.6 g 解析　从题中信息可知,镁条溶解,作负极,电极反应为Mg-2e -   Mg 2+ ,铝 片作正极,电极反应为O 2 +2H 2 O+4e -   4OH - ,该电池反应相当于镁在溶液 中发生了吸氧腐蚀,A、C错误,B正确;若0.02 mol Mg参加反应,失去0.04 mol e - ,盐桥中转移0.04 mol Na + ,则生成0.04 mol NaOH,但是由于水参与了 反应,氢氧化钠溶液增加的质量为(0.04 × 40)g-0.36 g=1.24 g,D错误。 答案    B