2018届二轮复习电化学教案（全国通用） 11页

专题八 电化学 ‎【专题要点】‎ ‎ 电化学的内容是历年高考的重要知识点之一，主要以选择题的形式出现，考查的内容有：原电池、电解池、电镀池的电极名称及根据总反应方程式书写原电池各电极反应式、根据电解时电极变化判电极材料或电解质种类、根据反应式进行计算、与电解池及电镀池精炼池进行综合考查、提供反应方程式设计原电池、提供电极材料电解质溶液进行原电池是否形成的判断、与图像进行结合考查各电极上质量或电解质溶液溶质质量分数的变化等。其中原电池的工作原理及其电极反应式的书写、电解产物的判断和计算是高考命题的热点。由于今年氢能源已进入实用阶段，它的重要性不言而愈，电动车用电池仍是考查的热点。‎ ‎【考纲要求】‎ ‎1.了解原电池和电解池的工作原理，写出相应的电极反应和电池反应方程式。‎ ‎2.了解常见化学电源的种类及其工作原理；认识化学能与电能的实际意义及其重要应用。‎ ‎3.理解金属发生电化学腐蚀的原理，认识金属腐蚀的危害，‎ ‎4.了解防止金属电化学腐蚀的主要措施 ‎【教法指引】‎ ‎1. 原电池的判定 先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能为原电池；再依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”：一看电极，两极为导体且活泼性不同；二看溶液，两极插入电解质溶液中；三看回路：形成闭合回路或两极接触。‎ ‎2. 电极反应的书写 找出发生氧化反应和还原反应的物质（或离子），确定正负或阴阳极反应的物质（或放电的离子），利用电荷守恒分别写出电极反应式 ‎3. 原电池的正负极的判断(从原电池反应实质角度确定)：‎ 较活泼金属作负极，发生氧化反应(电子流出的一极)；另一导体作正极，发生还原反应(电子流入的一极) ‎ ‎4. 对于化学电源和新型电池工作原理的分析 ‎ 可类比于铜、锌、硫酸原电池，可把总反应折成两部分进行处理。知道两极反应式，或一极反应式或总反应式，可通过加减的方法求出另一极反应或总反应方程式。‎ ‎　　5. 电解原理 电解池是将电能转化为化学能的装置，在电解池中，阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应，其放电顺序一般为：阳极：活泼性电极>含氧酸根离子阴极：与金属活动顺序表中金属阳离子的氧化顺序一致。‎ ‎6. 电化学计算的基本方法 原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：‎ ‎①根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。‎ ‎②根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。‎ ‎③根据关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。‎ 一　图解原电池正、负极的判断方法 原电池中电极的判断角度如下所示：‎ 特别提示　判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。‎ ‎【例1】　甲、乙两位学生想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol·L－1H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6mol·L－1的NaOH溶液中，如下图所示。‎ ‎(1)如果甲、乙同学均认为若构成原电池的电极材料都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼，则甲会判断出________的活动性更强，而乙会判断出________的活动性更强。(填元素符号)‎ ‎(2)由此实验，可得到哪些正确的结论？________(填字母)。‎ A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质 B.镁的金属性不一定比铝的金属性强 C.该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值 D.该实验说明化学研究的对象复杂，反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析 ‎(3)上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动性顺序表判断原电池的正、负极”的做法________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，请你提出另一个判断原电池正、负极的可行的实验方案：______________________________________(如可靠，此空可不填)。‎ 解析　本题采用相同金属材料和不同电解质溶液进行原电池反应，并得出有关结论。解题时，应首先分析并写出两个原电池的电极反应式，可以发现，在NaOH溶液作电解质溶液的装置中，镁片不与碱反应，无法失去电子作负极，负极应该是铝片，从而进一步确定原电池反应都是自发进行的氧化还原反应。在确定“直接利用金属活动性顺序表判断原电池的正、负极”的做法不可靠之后，要设计可行方案，就必须根据氧化还原反应的实质(有电子得失)，结合实验装置，利用电流表测定电流的方向，从而判断电子的流动方向，再确定原电池的正、负极。‎ 答案　(1)Mg　Al　(2)AD ‎(3)不可靠　将两种金属连上电流表后插入电解质溶液中，构成原电池，利用电流表测定电流的方向，从而判断电子的流动方向，由此确定原电池的正、负极 二　原电池电极反应式的书写规律和方法 ‎1.根据装置书写电极反应式 ‎(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。‎ ‎(2)负极反应式的书写 常见电池 负极反应特点 负极反应式书写方法 锌锰干电池(ZnCNH4Cl)‎ ‎①负极(Zn)本身失去电子生成阳离子(Zn2＋)‎ ‎②生成的阳离子不与电解质溶液成分反应 直接写出负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋‎ 铅蓄电池(PbPbO2H2SO4)‎ ‎①负极(Pb)本身失去电子生成阳离子(Pb2＋)‎ ‎②生成的阳离子(Pb2＋‎ 将①和②进行叠加：Pb－2e－＋SO===PbSO4‎ ‎)与电解质溶液成分(SO)反应 甲烷燃料电池(PtPtKOH)‎ ‎①负极本身不反应，燃料失去电子被氧化 ‎②燃料反应产物与电解质溶液成分有些能反应 将①和②进行叠加：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O ‎(3)正极反应式的书写 ‎①首先判断在正极发生反应的物质：当负极材料与电解质溶液能自发的发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；当负极材料与电解质溶液不能自发的发生化学反应时，在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。‎ ‎②然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应也要书写叠加式。‎ ‎③燃料电池的正极反应式 电解质是碱性或中性溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，‎ 电解质是酸性溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。‎ ‎(4)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。‎ ‎2.根据总反应式书写电极反应式 如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式即得结果。‎ 以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：‎ ‎(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2molH2失掉4mol电子，初步确定负极反应式为2H2－4e－===4H＋。‎ ‎(2)根据电解质溶液为碱性，与H＋不能大量共存，反应生成水，推出OH－应写入负极反应式中，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。‎ ‎(3)用总反应式2H2＋O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。‎ ‎3.可充电电池电极反应式的书写 在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。‎ ‎(1)原电池的负极发生氧化反应，对应元素化合价升高。‎ ‎(2)原电池的正极发生还原反应，对应元素化合价降低。‎ ‎【例2】　氢氧燃料电池的工作原理如下图所示。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：‎ ‎(1)酸式电池的电极反应：‎ 负极：____________________________________________________________________，‎ 正极：____________________________________________________________________；‎ 电池总反应：_______________________________________________________________；‎ 电解质溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。‎ ‎(2)碱式电池的电极反应：‎ 负极：____________________________________________________________________，‎ 正极：____________________________________________________________________；‎ 电池总反应：_______________________________________________________________；‎ 电解质溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。‎ 解析　燃料电池所用的介质(电解质溶液或相当于电解质溶液)不同，相应的电极反应就不同；但无论如何书写，两电极反应相叠加始终等于燃料的燃烧反应。这也是验证电极反应是否正确的一种方法。‎ ‎(1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合生成H2O；负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。电池总反应为H2在O2中燃烧的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH变大。‎ ‎(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结合生成OH－；负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合生成水。电池总反应也是H2在O2中的燃烧反应。同样，由于有水生成，c(OH－)变小，pH变小。‎ 答案　(1)2H2－4e－===4H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　2H2＋O2===2H2O　变大 ‎(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　2H2＋O2===2H2O　变小 理解感悟　书写电极反应式时，一是要注意电解质溶液是否参与反应；二是根据得失电子守恒将正、负极反应式相加得出总反应方程式；三是结合总反应方程式分析pH变化。‎ 三　原电池和电解池的比较与判断 ‎1.原电池和电解池的比较 装置类别 原电池 电解池 原理 使氧化还原反应中电子的转移做定向移动，从而形成电流 使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程 装置特点 将化学能转变成电能 将电能转变成化学能 实例 电极名称 负极 正极 阴极 阳极 反应类型 氧化反应 还原反应 还原反应 氧化反应 反应特征 自发的氧化还原反应(主动)‎ 借助电流(被动)‎ 电极判断 由电极本身决定 正极：流入电子 负极：流出电子 由外电源决定 阳极：连电源正极 阴极：连电源负极 电子流向 负极→外电路→正极 电解池阳极→电源正极→电源负极→电解池阴极 离子移动 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 ‎2.原电池和电解池的判断 ‎(1)先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池，然后用原电池的构成条件判断确定。‎ ‎(2)有外接电源的为电解池。其中，当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同时，则为电镀池；其余情况为电解池。‎ ‎【例3】　根据下列四种电化学装置图，回答下列问题：‎ ‎(1)装置名称：‎ A________，B________，C________，D________。‎ ‎(2)装置A中Fe是______极，Zn是______极；‎ 装置D中Fe是______极，C是______极。‎ ‎(3)写出各电极反应式：‎ 装置 氧化反应 还原反应 A B C D ‎(4)装置B、C相比较，其反应速率的大小关系是_______________________________。‎ 答案　(1)电镀池　电解池　原电池　原电池　(2)阴　阳　负　正　(3)A：Zn－2e－===Zn2＋　Zn2＋＋2e－===Zn　B：Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑　C：Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑　D：Fe－2e－===Fe2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　(4)B>C 四　电解规律及其应用 ‎1.电解池中电极反应式的书写规律 电解池中电极反应式的书写关键是掌握离子的放电顺序。‎ ‎(1)阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。其规律有两个：一是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子，如Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋，要注意金属活动性顺序表中Al及Al前面的金属离子在溶液中不放电。‎ ‎(2)阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个：一是若阳极为非惰性电极(除Pt、Au之外的金属作电极)，电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电极(Pt、Au或非金属作电极)，电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根。‎ ‎(3)特别注意：书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解NaOH溶液，阳极发生氧化反应，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，总反应式表示为2H2O2H2↑＋O2↑。‎ ‎2.用惰性电极电解酸、碱、盐溶液的规律 类型 物质类型 电解物质 电解质 溶液浓度 pH 使电解质 溶液复原 电解 水型 ‎①强碱(NaOH)‎ 水 增大 增大 加水 ‎②含氧酸(H2SO4)‎ 减小 ‎③活泼金属含氧酸盐(Na2SO4)‎ 不变 电解 质型 ‎④无氧酸(HCl)‎ 电解质 减小 增大 加电解 质本身 ‎⑤不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)‎ 放H2‎ 生碱型 ‎⑥活泼金属无氧酸盐(NaCl)‎ 电解质 和水 生成新 电解质 增大 加相应 的无氧酸 放O2‎ 电解质 生成新 减小 加相应 生酸型 ‎⑦不活泼金属含氧酸盐(CuSO4)‎ 和水 电解质 的氧化物 ‎3.电解原理的应用 ‎(1)氯碱工业：电解饱和食盐水制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品。‎ ‎(2)电镀如图所示(铁片上镀银)：‎ 待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。‎ ‎(3)电解精炼铜如图所示：‎ 用纯铜板作阴极，粗铜板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)作阳极，CuSO4溶液或CuCl2溶液作电解液。‎ ‎(4)电冶金 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ ‎【例4】　下图是一个用铂丝作电极电解稀MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红色指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸性—红色，碱性—黄色)‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是______________(填编号)。‎ ‎①A极附近溶液由红变黄　②B极附近溶液由红变黄　③A极附近溶液不变色　④B极附近溶液不变色 ‎(2)写出A极发生反应的反应式：‎ ‎____________________________________________________________________。‎ ‎(3)写出B极发生反应的反应式：‎ ‎____________________________________________________________________。‎ ‎(4)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是____________。‎ 解析　电解MgSO4溶液，阴极(A极)上H＋放电生成H2，同时c(OH－)增大，生成Mg(OH)2，溶液变黄色；阳极(B极)上OH－放电生成O2，同时c(H＋)增大，生成H2SO4，溶液仍保持红色；将电解液倒入烧杯内，则Mg(OH)2与H2SO4混合而导致沉淀溶解，且溶液恢复红色。‎ 答案　(1)①④‎ ‎(2)2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑)、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓‎ ‎(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑)‎ ‎(4)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)‎ 理解感悟　MgSO4与Na2SO4溶液的电解既相似又相异——电极反应相同而实验现象和电解总反应不同；同理，MgCl2与NaCl溶液的电解既相似又相异——MgCl2溶液电解反应的离子方程式为Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑，而NaBr、KI的电解反应与NaCl是类似的。‎ ‎【例5】　金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋