2020年高中化学 第04章 电化学基础章末复习教学案 新人教版选修4

2020年高中化学 第04章 电化学基础章末复习教学案 新人教版选修4

第四章 电化学基础 章末复习 教学目标 ‎1、强化对本章知识点的理解与运用，提高学生运用理论知识分析问题的能力，加深对理论知识的理解的能力。‎ ‎2、自主探究与归纳，提升对电化学基础相关知识的理解与运用。‎ ‎3、提高学生思考的能力，体现合作学习，让学生自主地获取知识，感受到学习的乐趣。‎ 教学重点：‎ 归纳整理电化学原理的相关理论的理解与运用 ‎ 教学难点：‎ 电化学理论的综合应用 ‎【基础知识自查】‎ 知识点一、原电池 ‎1．概念：将 化学能转化为电能的装置叫做 原电池_ 。‎ ‎2．组成条件 ‎①两个活泼性不同的电极 ‎②电解质溶液 ‎③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路 ‎3．电子流向 外电路： 负 极——导线—— 正 极 内电路：盐桥中 阴 离子移向负极的电解质溶液，盐桥中 阳 离子移向正极的电解质溶液。‎ ‎4．电极反应 以锌铜原电池为例：‎ 负极： 氧化 反应： Zn－2e-＝Zn2＋（较活泼金属）‎ 正极： 还原 反应： 2H＋＋2e-＝H2↑（较不活泼金属）‎ 总反应式： Zn+2H+=Zn2++H2↑ ‎ ‎5．正、负极的判断 ‎（1）从电极材料：一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。‎ ‎（2）从电子的流动方向 负极流入正极 。‎ 12‎ ‎（3）从电流方向 正极流入负极 。‎ ‎（4）根据电解质溶液内离子的移动方向 阳离子流向正极，阴离子流向负极 ‎ ‎（5）根据实验现象 ‎①溶解的一极为负极 ‎② 增重或有气泡一极为正极 ‎ ‎【例题1】下列关于原电池的叙述正确的是（ ）‎ A．构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属 ‎ B．原电池是将化学能转变为电能的装置 C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原 ‎ D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极 ‎【答案】B ‎【例题2】原电池的电极名称不仅与电极的性质有关，也与电解质溶液有关，下列说法中不正确的是（ ）‎ A．有Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，其负极反应式为：Al-3 e-==Al3+‎ ‎ B．Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为：2Al＋8OH－－6e－=2AlO2－＋4H2O ‎ C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为：Cu-2e-==Cu2+‎ D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为：Cu-2e-==Cu2+‎ ‎【答案】C ‎【解析】A、铝比铜活泼，因此铝为负极，电极反应式为Al－3e－=Al3＋，故A说法正确；B、Mg虽然比Al活泼，但是Mg不与NaOH反应，因此Al为负极，即负极反应式为2Al＋8OH－－6e－=2AlO2－＋4H2O，故B说法正确；C、铁比铜活泼，因此铁作负极，即负极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，故C说法错误；D、铝与浓硝酸发生钝化反应，因此铜作负极，即负极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，故D说法正确。‎ 知识点二、化学电源 ‎1．电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池 ‎2．化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置 ‎3．化学电池的分类：__一次电池___、__二次电池__、__燃料电池___ ‎ ‎（1）一次电池 12‎ ‎ 常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等 ‎（2）二次电池 ‎①二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。‎ ‎②电极反应（铅蓄电池）： ‎ 放电：负极（铅）：_Pb＋SO42－－2e－=PbSO4_______ ‎ 正极（氧化铅）：____PbO2＋4H+＋SO42－＋2e- =PbSO4↓＋2H2O_______‎ 充电：阴极___ PbSO4＋2e- ＝Pb＋SO42－‎ 阳极： __ PbSO4＋2H2O－2e- ＝PbO2＋4H+＋SO42－_‎ 两式可以写成一个可逆反应：___PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O _____‎ ‎③目前已开发出新型蓄电池：银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池 ‎（3）燃料电池 ‎①燃料电池：是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池 ‎ ②电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。‎ 以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。 a.当电解质溶液呈酸性时：‎ ‎ 负极：2H2－4e- =4H+ ‎ ‎ 正极：Ｏ2＋4 e- ＋4H+ =2H2O ‎ b.当电解质溶液呈碱性时：‎ ‎ 负极：2H2＋4OH-－4e- ＝ 4H2O ‎ ‎ 正极：O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷（燃料）和氧气（氧化剂）。电极反应式为：‎ ‎ 负极：CH4＋10OH－－8e－ ＝CO32-＋7H2O； ‎ ‎ 正极：4H2O＋2O2＋8e－＝8OH-- 电池总反应式为：CH4＋2O2＋2OH-＝ CO32-＋3H2O ‎③燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低。‎ 12‎ ‎【例题3】科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。该电池负极反应为（ ）‎ A．H2+2OH-==2H2O+2e- B．O2+4H++4e-==2H2O C．H2==2H++2e- D．O2+2H2O+4e-==4OH-‎ ‎【答案】C ‎【解析】根据燃料电池的工作原理，燃料为负极，环境是酸性，因此负极反应式为H2－2e－=2H＋，故C正确。‎ ‎【例题4】某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为：Li+LiMn2O4==Li2Mn2O4。下列说法正确的是（ ） ‎ A．放电时，LiMn2O4发生氧化反应 ‎ B．放电时，正极反应为：Li++LiMn2O4+e-==Li2Mn2O4 ‎ C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应 ‎ D．充电时，阳极反应为：Li++e-==Li ‎【答案】B ‎【例题5】据报道，摩托罗拉公司开发的一种以甲醇为原料，以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可持续使用一个月。‎ ‎（1）关于该电池的叙述正确的是（ ）‎ A 放电时，正极反应为式：O2＋4e-+4H+==2H2O B．放电时，负极反应为式：CH3OH－6e-+8OH-==CO32-+6H2O C．充电时，原电池的负极与电源的正极相连接 D．充电时，阴极反应式为：4OH-－4e-==2H2O+O2↑‎ ‎（2）若以熔融的K2CO3为电解质，正极充入CO2与O2的混合气体。试写出该燃料电池的电极反应式：负极______________________，正极___________________________。‎ ‎【答案】（1）B （2）CH3OH＋3CO32－－6e－=4CO2＋2H2O O2＋2CO2＋4e－=2CO32－‎ 12‎ 知识点三、电解池 ‎1．电解原理 ‎（1）电解池：___把电能转化为化学能的装置___也叫电解池。‎ ‎（2）电解：___电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应。__ ‎ ‎（3）放电：当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化反应、还原反应的过程。‎ ‎（4）电子流向：‎ ‎（电源）负极—（电解池）阴极—（离子定向运动）电解质溶液—（电解池）阳极—（电源）正极 ‎（5）电极名称及反应：‎ ‎ 阳极：与直流电源的__正极__相连的电极，发生__氧化__反应 ‎ 阴极：与直流电源的__负极__相连的电极，发生__还原__反应 ‎（1）电解CuCl2溶液的电极反应：‎ 阳极：___2Cl- -2e-=Cl2 ___(氧化) ‎ 阴极：___Cu2++2e-=Cu___(还原)，‎ 总反应式：__CuCl2 =电解=Cu+Cl2 ↑ _____ ‎ ‎（7）电解本质：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。‎ ‎[【规律总结】放电顺序 ‎①阳离子放电顺序：‎ Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+‎ ‎②阴离子的放电顺序：‎ a.惰性电极时：S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根离子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)‎ b.活性电极时：电极本身溶解放电 注意:先要看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极（Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若阳极为惰性材料，则根据阴阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。‎ 12‎ 电解质水溶液电解产物的规律 类型 电极反应特点 实例 电解对象 电解质浓度 pH 电解质溶液复原 分解电解质型 电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电 HCl 电解质 减小 增大 HCl CuCl2‎ ‎---‎ CuCl2‎ 放H2生成碱型 阴极：水放H2生碱 阳极：电解质阴离子放电 NaCl 电解质和水 生成新电解质 增大 HCl 放氧生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极：水放O2生酸 CuSO4‎ 电解质和水 生成新电解质 减小 CuO 电解水型 阴极：4H+ + 4e- == 2H2 ↑‎ 阳极：4OH- - 4e- = O2↑+ 2H2O NaOH 水 增大 增大 水 H2SO4‎ 减小 Na2SO4‎ 不变 上述四种类型电解质分类：‎ ‎（1）电解水型：含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐 ‎（2）电解电解质型：无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）‎ ‎（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐 ‎（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐 ‎2．电解原理的应用 ‎ ‎（1）电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气 电解饱和食盐水的工业生产叫做__氯碱工业___‎ 在食盐溶液中，通电时，在阳极Cl-比OH-容易失去电子，氧化生产氯气；在阴极，H+比Na+容易得到电子，还原生产氢气。‎ 阳极： 2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反应）‎ 阴极: 2H++2e-=H2↑ （还原反应）‎ 总反应: 2NaCl+2H2O==电解==2NaOH+H2↑+Cl2↑‎ ‎（2）电镀 ‎①电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。‎ ‎②电极、电解质溶液的选择：‎ 阳极：镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液 M— ne — == M n+‎ 12‎ 阴极：待镀金属（镀件）：溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，附着在金属表面M n+ + ne — = M ‎ 电解质溶液：含有镀层金属离子的溶液做电镀液。‎ ‎③镀铜反应原理：‎ 阳极(纯铜)：Cu-2e-=Cu2+，‎ 阴极(镀件)：Cu2++2e-=Cu， ‎ 电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液 ‎ ‎④电镀应用之一：铜的精炼 阳极： 粗铜 ； 阴极： 纯铜；电解质溶液： 硫酸铜 ‎ ‎（3）电冶金 ‎①电冶金：使矿石中的 金属阳离子 获得电子，从它们的化合物中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝 ‎②电解熔融氯化钠 通电前，氯化钠高温下熔融：NaCl == Na + + Cl—‎ 通直流电后：‎ 阳极：2Na+ + 2e— == 2Na ；阴极：2Cl— — 2e— == Cl2↑‎ ‎【例题6】下列有关电解池的说法不正确的是（ ）‎ A．电解池是把电能转化为化学能的装置 B．电解池中阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动 C．电解池中与电源正极相连的一极是阳极，发生氧化反应 D．电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程 ‎【答案】B ‎【例题7】右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列有关的判断正确的是（ ）‎ 12‎ A．a为负极，b为正极 B．a为阳极，b为阴极 C．电解过程中，d电极质量增加 D．电解过程中，氯离子浓度不变 ‎【答案】C ‎【例题8】课题式研究性学习是培养学生创造思维的良好方法，某研究性学习小组将下列装置如图连接，C、D、E、F、X、Y 都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题:‎ ‎（1）电源A 极的名称是___________。 ‎ ‎（2）甲装置中电解反应的总化学方程式是_____________。‎ ‎（3）如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是__________。‎ ‎（4）欲用丙装置给铜镀银，G应该是__________（填“铜”或“银”），电镀液的主要成分是__________（填化学式）。‎ ‎（5）装置丁中的现象是________________________________________。‎ ‎【答案】（1）正极 （2） 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4 ‎ ‎（3）1:1 （4）银 AgNO3 （5）Y极附近红褐色变深 ‎【解析】（1）F电极附近显红色，说明此极产生OH－，即F为阴极，即A为正极，B为负极；（2）装置甲为电极CuSO4溶液，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，阳极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，因此总化学反应方程式为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4 ；（3）乙装置中总反应式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH，两种气体的体积比为1：1；（4）镀银，G为阳极，根据电镀原理，银为阳极，即G为银，电镀液含有Ag＋，即为AgNO3；（5）氢氧化铁胶粒带有正电，丁装置考查电泳，即Y极附近红褐色变深。‎ 12‎ 知识点四、原电池，电解池，电镀池的比较 类别 性质 原电池 电解池 电镀池 定义 ‎(装置特点)‎ 将化学能转变成电能的装置 将电能转变成化学能的装置 应用电解原理在某些金属表面镀上一侧层其他金属 反应特征 自发反应 非自发反应 非自发反应 装置特征 无电源，两级材料不同 有电源，两级材料可同可不同 有电源 形成条件 活动性不同的两极 电解质溶液 形成闭合回路 两电极连接直流电源 两电极插入电解质溶液 形成闭合回路 ‎①镀层金属接电源正极，待镀金属接负极；②电镀液必须含有镀层金属的离子 电极名称 负极：较活泼金属 正极：较不活泼金属（能导电非金属）‎ 阳极：与电源正极相连 阴极：与电源负极相连 名称同电解，但有限制条件 阳极：必须是镀层金属 阴极：镀件 电极反应 负极：氧化反应，金属失去电子 正极：还原反应，溶液中的阳离子的电子或者氧气得电子（吸氧腐蚀）‎ 阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失去电子，或电极金属失电子 阴极：还原反应，溶液中的阳离子得到电子 阳极：金属电极失去电子 阴极：电镀液中阳离子得到电子 电子流向 负极→正极 电源负极→阴极 电源正极→阳极 同电解池 溶液中带电粒子的移动 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 阳离子向阴极移动 阴离子向阳极移动 同电解池 联系 在两极上都发生氧化反应和还原反应 知识点五、金属的电化学腐蚀和防护 ‎1．金属的电化学腐蚀 12‎ ‎（1）金属腐蚀内容：‎ ‎（2）金属腐蚀的本质：金属原子 失去 电子而被氧化的过程 ‎（3）金属腐蚀的分类：‎ 化学腐蚀:金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。 ‎ ‎ 电化学腐蚀:不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。 ‎ 化学腐蚀与电化腐蚀的比较 电化腐蚀 化学腐蚀 条件 不纯金属或合金与电解质溶液接触 金属与非电解质直接接触 现象 有微弱的电流产生 无电流产生 本质 较活泼的金属被氧化的过程 金属被氧化的过程 关系 化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀更加普遍，危害更严重 ‎（4）钢铁电化学腐蚀的分类：‎ 析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出 ‎①条件：潮湿空气中形成的水膜,酸性较强（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体）‎ ‎②电极反应：‎ 负极: Fe – 2e- = Fe2+ ‎ 正极: 2H+ + 2e- = H2 ↑ ‎ 总式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 ↑‎ 吸氧腐蚀——反应过程吸收氧气 ‎①条件：中性或弱酸性溶液 ‎②电极反应：‎ 负极: 2Fe – 4e- = 2Fe2+ ‎ 正极: O2+4e- +2H2O = 4OH-‎ 总式：2Fe + O2 +2H2O =2 Fe(OH)2 ‎ 生成的 Fe(OH)2被空气中的O2氧化，生成 Fe(OH)3 ，Fe(OH)2 + O2 + 2H2O == 4Fe(OH)3‎ Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·x H2O（铁锈主要成分）‎ ‎【规律总结】‎ 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：‎ 12‎ 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 防腐措施由好到坏的顺序如下：‎ 外接电源的阴极保护法＞牺牲负极的正极保护法＞有一般防腐条件的腐蚀＞无防腐条件的腐蚀 ‎2．金属的电化学防护 ‎（1）利用原电池原理进行金属的电化学防护 ‎①牺牲阳极的阴极保护法 ‎ 原理：原电池反应中，负极被腐蚀，正极不变化 ‎ 应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备 ‎ 负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护 ‎ ②外加电流的阴极保护法 原理：通电，使钢铁设备上积累大量电子，使金属原电池反应产生的电流不能输送，从而防止金属被腐蚀 应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应。‎ ‎（2）改变金属结构：把金属制成防腐的合金 ‎（3）把金属与腐蚀性试剂隔开：电镀、油漆、涂油脂、表面钝化等。‎ ‎【例题9】下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ）‎ A．纯银器表面在空气中因电化学腐蚀渐渐变暗 B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用 C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 ‎【答案】C ‎【例题10】为了使埋在地下的钢管不易生锈，设计了如下几种方案，将钢管① 用导线与铅板连接 ② 用导线与锌板连接 ③ 用导线与碳棒连接 ④ 与直流电源负极连接 ⑤ 直流电源正极连接，其中可采取的方法是（ ）‎ ‎ A．②④ B．①④ C．②③ D．①⑤‎ ‎【答案】A 12‎ 12‎