浙江高考化学总复习专题六化学能与电能的转化教案.docx
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浙江高考化学总复习专题六化学能与电能的转化教案
第2讲 化学能与电能的转化
[考试说明]
知识内容
考试要求
(1)原电池的概念
a
(2)铜锌原电池的原理及电极反应式
b
(3)原电池的构成条件
b
(4)常见化学电源
c
(5)原电池的构造与工作原理,盐桥的作用
b
(6)判断与设计简单的原电池
c
(7)原电池的电极反应式及电池反应方程式
b
(8)原电池的正、负极和电子流向的判断
c
(9)银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值
b
(10)电解池的概念
b
续 表
知识内容
考试要求
(11)电解CuCl2溶液的原理及电极反应式
b
(12)电解池的构成条件
b
(13)原电池、电解池的判断
c
(14)电解池的构造与工作原理
b
(15)电解池的电极反应式与电解反应方程式
b
(16)金属冶炼、氯碱工业、电镀在生产生活中的应用
b
(17)金属腐蚀的危害
a
(18)金属发生电化学腐蚀的基本原理
c
(19)金属的防护
b
原电池原理及其应用[学生用书P43]
1.原电池的工作原理
如图是两种锌铜原电池示意图:
(1)反应原理
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn-2e-===Zn2+
Cu2++2e-===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电池反应
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
(2)原电池中的三个方向
①电子流动方向:
从负极流出沿导线流入正极;
②电流流动方向:
从正极沿导线流向负极;
③离子迁移方向:
电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。
2.原电池正、负极的判断
(1)根据电极材料。
一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)根据电子流动方向或电流方向。
电子流动方向:
由负极→正极;电流方向:
由正极→负极。
(3)根据原电池电解质溶液中离子的移动方向。
在原电池的电解质溶液内,阳离子向正极移动,而阴离子向负极移动。
(4)根据原电池两极发生的变化。
原电池的负极失电子,发生氧化反应;而正极得电子,发生还原反应。
3.不同介质下电极反应式的书写技巧和步骤
电极反应式属于以离子反应表达的氧化还原半反应,要遵循离子方程式拆分物质的规则。
(1)先写出电极反应式的主要框架(待配平)
①酸性电解液
负极:
还原剂-xe-―→氧化产物+H+
正极:
氧化剂+xe-+H+―→还原产物
②非酸性电解质(或液)(包括碱溶液、熔融碳酸盐及氧化物)
负极:
还原剂-xe-+阴离子―→氧化产物
正极:
氧化剂+xe-―→阴离子+还原产物
(2)依据化合价变化分别计算氧化剂、还原剂与电子的比例。
(3)根据电荷守恒配平离子,最后根据原子守恒配平其余物质。
题组一 原电池原理的应用
1.如图所示进行实验,下列说法不正确的是( )
A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生
B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能
C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转
D.装置乙中负极的电极反应式:
Zn-2e-===Zn2+
解析:
选B。
装置甲为锌片与稀硫酸反应装置,可观察到锌片上有气泡;装置乙为铜锌原电池,锌片、铜片和硫酸形成的原电池中,铜片为原电池正极,该极上氢离子得电子生成氢气,电极反应为2H++2e-===H2↑,故装置乙的铜片上也可观察到有气泡产生,锌片为原电池负极,锌失电子,负极上的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,电子由负极经导线流向正极,整个电路形成回路,产生电流,化学能转变为电能,锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转。
故A、C、D正确。
甲装置不是原电池,能量变化不是化学能转化为电能,没有产生电流,而乙装置是原电池,原电池中的能量变化为化学能转化为电能,B不正确。
2.(2017·浙江4月选考,T17)银锌电池是一种常见化学电源,其反应原理:
Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。
其工作示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.Zn电极是负极
B.Ag2O电极发生还原反应
C.Zn电极的电极反应式:
Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2
D.放电前后电解质溶液的pH保持不变
解析:
选D。
由银锌电池的反应原理:
Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag知,Zn的化合价升高,被氧化,作负极,其电极反应式为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2。
因总反应消耗H2O,使得OH-的浓度增大,所以放电前后电解质溶液的pH增大。
题组二 电极反应式的考查
3.MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。
下列叙述错误的是( )
A.负极反应式为Mg-2e-===Mg2+
B.正极反应式为Ag++e-===Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑
解析:
选B。
该电池中Mg作负极,失去电子发生氧化反应,生成Mg2+,A项正确;正极反应为AgCl+e-===Ag+Cl-,B项错误;电池放电时,Cl-从正极向负极移动,C项正确;在负极,Mg会发生副反应Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑,D项正确。
4.(2018·浙江4月选考,T17)锂(Li)空气电池的工作原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.金属锂作负极,发生氧化反应
B.Li+通过有机电解质向水溶液处移动
C.正极的电极反应:
O2+4e-===2O2-
D.电池总反应:
4Li+O2+2H2O===4LiOH
答案:
C
介质对电极反应式书写的影响
(1)中性溶液中,反应物若是H+得电子或OH-失电子,则H+或OH-均来自水的电离。
(2)酸性溶液中,反应物或生成物中均没有OH-。
(3)碱性溶液中,反应物或生成物中均没有H+。
(4)水溶液中不能出现O2-。
化学电源[学生用书P44]
新型电池是对电化学原理的综合考查,在新高考中依托新型电池考查的电化学原理知识有以下几点。
1.判断电极
(1)放电时正、负极的判断
①负极:
元素化合价升高或发生氧化反应的物质;
②正极:
元素化合价降低或发生还原反应的物质。
(2)充电时阴、阳极的判断
①阴极:
放电时的负极在充电时为阴极;
②阳极:
放电时的正极在充电时为阳极。
2.微粒流向
(1)电子流向
①电解池:
电源负极―→阴极,阳极―→电源正极;
②原电池:
负极―→正极。
提示:
无论是电解池还是原电池电子均不能流经电解质溶液。
(2)离子流向
①电解池:
阳离子移向阴极,阴离子移向阳极;
②原电池:
阳离子移向正极,阴离子移向负极。
3.书写电极反应式
(1)放电时电极反应式的书写
①依据条件,指出参与负极和正极反应的物质,根据化合价的变化,判断转移电子的数目;
②根据守恒书写负极(或正极)反应式,特别应注意电极产物是否与电解质溶液共存。
(2)充电时电极反应式的书写
充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反,充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程,充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。
1.(2019·浙江4月选考,T12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是( )
A.甲:
Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H+浓度增加
B.乙:
正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-
C.丙:
锌筒做负极,发生氧化反应,锌筒会变薄
D.丁:
使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降
答案:
A
2.(2017·浙江11月选考,T17)金属(M)空气电池的工作原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.金属M做电池负极
B.电解质是熔融的MO
C.正极的电极反应O2+4e-+2H2O===4OH-
D.电池反应2M+O2+2H2O===2M(OH)2
解析:
选B。
由原电池中阴离子移向负极,阳离子移向正极,结合题图可知金属M做电池负极,电解质溶液是碱性溶液,负极的电极反应为M-2e-===M2+,正极的电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,电池总反应为2M+O2+2H2O===2M(OH)2。
3.(2018·浙江11月选考,T17)最近,科学家研发了“全氢电池”,其工作原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.右边吸附层中发生了还原反应
B.负极的电极反应是H2-2e-+2OH-===2H2O
C.电池的总反应是2H2+O2===2H2O
D.电解质溶液中Na+向右移动,ClO
向左移动
解析:
选C。
观察“全氢电池”的工作原理图示可知,将氢气送到燃料电池的负极,经过催化剂的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,左边吸附层是H2进入的一极,属于负极,发生氧化反应,则右边吸附层为正极,发生还原反应,A选项正确;H2进入的一极是负极,由于是在NaOH溶液的环境中,所以负极的电极反应是H2-2e-+2OH-===2H2O,B选项正确;电子经外电路,由燃料电池的负极到达正极,与氢离子(质子)结合为H2,所以不存在2H2+O2===2H2O,电池的总反应是HClO4+NaOH===NaClO4+H2O(H2在反应前后被消去),C选项不正确;在原电池中,由于右侧消耗氢离子(质子),左侧产生氢离子(质子),为了平衡电荷,电解质溶液中Na+向右移动,ClO
向左移动,D选项正确。
书写电极反应式时的三个原则
(1)共存原则:
因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同,所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。
碱性溶液中CO2不可能存在,也不可能有H+参加反应;当电解质溶液呈酸性时,不可能有OH-参加反应。
(2)得氧失氧原则:
得氧时,在反应物中加H2O(电解质为酸性时)或OH-(电解质为碱性或中性时);失氧时,在反应物中加H2O(电解质为碱性或中性时)或H+(电解质为酸性时)。
(3)中性吸氧反应成碱原则:
在中性电解质溶液中,通过金属吸氧所建立起来的原电池反应,其反应的最后产物是碱。
电解原理及其应用 金属的腐蚀与防护[学生用书P44]
1.电解池
(1)以用惰性电极电解CuCl2溶液为例:
总反应方程式:
CuCl2
Cu+Cl2↑。
(2)电解池中电子和离子的移动
注意:
电子只在导线中移动,不可流经溶液。
2.牢记电解池的电极反应及其放电顺序
(1)阳离子在阴极上的放电顺序:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>……
(2)阴离子在阳极上的放电顺序:
S2->I->Br->Cl->OH->……
3.判断电解池阴、阳极的“四方法”
(1)根据所连接的外加电源判断,与直流电源正极相连的为阳极,与直流电源负极相连的为阴极。
(2)根据电子流动方向判断,电子流动方向:
由电源负极流向阴极,由阳极流向电源正极。
(3)根据电解池里电解质溶液中离子的移动方向判断,阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。
(4)根据电解池两极上的现象判断,一般情况下:
①阴极上的现象:
析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出;
②阳极上的现象:
有非金属单质生成,呈气态的有Cl2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极)。
4.掌握电解的四大类型及规律
类型
电极反应特点
实例
电解物质
电解液浓度
pH
电解液复原
电解水型
阴极:
4H++4e-===2H2↑
阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
NaOH
H2O
增大
增大
加H2O
H2SO4
减小
Na2SO4
不变
电解电解质型
电解质的阴、阳离子
HCl
电解质
减小
增大
通HCl气体
分别在两极放电
CuCl2
加CuCl2
放H2生碱型
阴极:
H2O放H2生成碱
阳极:
电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
通HCl气体
放O2生酸型
阴极:
电解质阳离子放电
阳极:
H2O放O2生成酸
CuSO4
减小
加CuO或CuCO3
5.金属的腐蚀与防护
(1)两种防护方法
①加防护层
(2)金属腐蚀的快慢规律
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>一般化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
(3)防腐措施效果比较
外加电流的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>有一般防腐条件的防护>未采取任何防护措施。
题组一 电解原理及其应用
1.[2018·浙江4月选考,T30
(一)]以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料,通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH],装置如图所示。
(1)收集到(CH3)4NOH的区域是______(填a、b、c或d)。
(2)写出电池总反应:
__________________________________________________。
答案:
(1)d
(2)2(CH3)4NCl+2H2O
2(CH3)4NOH+H2↑+Cl2↑
2.[2017·浙江11月选考,T30
(二)]科学家发现,以H2O和N2为原料,熔融NaOHKOH为电解质,纳米Fe2O3作催化剂,在250℃和常压下可实现电化学合成氨。
阴极区发生的变化可视为按两步进行,请补充完整。
电极反应式:
____________________________________和2Fe+3H2O+N2===2NH3+Fe2O3。
答案:
Fe2O3+3H2O+6e-===2Fe+6OH-
3.[2019·浙江4月选考,T30(4)]以铂阳极和石墨阴极设计电解池,通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8,再与水反应得到H2O2,其中生成的NH4HSO4可以循环使用。
(1)阳极的电极反应式是_______________________________________________。
(2)制备H2O2的总反应方程式是_________________________________。
答案:
(1)2HSO
-2e-===S2O
+2H+或2SO
-2e-===S2O
(2)2H2O
H2O2+H2↑
4.
[2018·浙江11月选考,T30
(二)]高铁酸钾(K2FeO4)可用作水处理剂。
某同学通过“化学—电解法”探究K2FeO4的合成,其原理如图所示。
接通电源,调节电压,将一定量Cl2通入KOH溶液,然后滴入含Fe3+的溶液,控制温度,可制得K2FeO4。
(1)请写出“化学法”得到FeO
的离子方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)请写出阳极的电极反应式(含FeO
):
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)依据氧化还原原理,氯气与氢氧化钾反应生成次氯酸根离子,可以氧化三价铁离子生成高铁酸根:
2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO
+3Cl-+5H2O或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-===2FeO
+3Cl-+5H2O。
(2)根据电解法制备,三价铁离子失去电子生成高铁酸根,电极反应式为Fe3+-3e-+8OH-===FeO
+4H2O或Fe(OH)3-3e-+5OH-===FeO
+4H2O。
答案:
(1)2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO
+3Cl-+5H2O[或2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-===2FeO
+3Cl-+5H2O]
(2)Fe3++8OH--3e-===FeO
+4H2O
[或Fe(OH)3+5OH--3e-===FeO
+4H2O]
书写电解池电极方程式的常见失分点
(1)阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
(2)要确保两极电子转移数目相同,且总反应式注明条件“电解”。
(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
题组二 金属的腐蚀与防护
5.(2019·舟山高三选考模拟)钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。
常温下,碳素钢在三种不同介质中的腐蚀速率实验结果如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.盐酸的浓度越大,腐蚀速率越快
B.钼酸钠和月桂酰肌氨酸的浓度相等时,腐蚀速率最小
C.碳素钢的腐蚀速率不随硫酸的浓度增大而增大,说明反应速率不与c(H+)成正比
D.对比盐酸和硫酸两条曲线,可知Cl-也会影响碳素钢的腐蚀速率
解析:
选C。
由酸的浓度对腐蚀速率的影响图可知,盐酸的浓度越大,腐蚀速率越快,A项正确;由图可知,曲线的最低点腐蚀速率最小,则钼酸钠和月桂酰肌氨酸的浓度相等时,腐蚀速率最小,B项正确;浓硫酸有强氧化性,能使金属表面形成致密的氧化膜保护层,则硫酸浓度较大时,不能说明腐蚀速率与氢离子浓度的关系,C项错误;碳素钢在盐酸和硫酸中的腐蚀速率随酸浓度的变化有明显差异,可知Cl-有利于碳素钢的腐蚀,SO
不利于碳素钢的腐蚀,D项正确。
课后达标检测[学生用书P117(单独成册)]
一、选择题
1.下列过程属于化学能转化为电能的是( )
A.行人踩踏发电瓷砖(原理是利用行人踩踏地板产生的振动来发电)
B.智能手机电池放电
C.汽车发电机中汽油燃烧
D.氢氧化钠与盐酸反应
解析:
选B。
A选项,动能转化为电能,错误;B选项,化学能转化为电能,正确;C选项,化学能转化为动能,错误;D选项,化学能转化为热能,错误。
2.下列说法正确的是( )
A.煤是无机化合物,天然气和石油是有机化合物
B.利用化石燃料燃烧放出的热量使水分解产生氢气,是氢能开发的研究方向
C.化学电源放电、植物光合作用都发生化学变化,并伴随能量的转化
D.若反应过程中断开化学键放出的能量大于形成化学键所吸收的能量,则反应放热
解析:
选C。
A项,煤是有机化合物,A错误;B项,利用太阳能的光解产生氢气是氢能开发的研究方向,B错误;D项,若化学过程中断开化学键吸收的能量大于形成化学键放出的能量,则反应吸热,D错误。
3.下列电池工作时,O2在正极放电的是( )
A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
解析:
选B。
锌锰电池,正极反应:
2MnO2+2H2O+2e-===2MnOOH+2OH-,MnO2在正极放电,A错误。
氢燃料电池,正极反应(酸性条件下):
O2+4H++4e-===2H2O,O2在正极放电,B正确。
铅蓄电池,正极反应:
PbO2+4H++SO
+2e-===PbSO4+2H2O,PbO2在正极放电,C错误。
镍镉电池,正极反应:
NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-,NiOOH在正极放电,D错误。
4.下列有关金属的腐蚀与防护的说法中,不正确的是( )
A.温度升高,金属腐蚀速率加快
B.在铁管外壁上镀锌可防止其被腐蚀
C.金属被腐蚀的本质是金属发生了氧化反应
D.将钢闸门与直流电源的正极相连可防止其被腐蚀
解析:
选D。
温度升高,金属的腐蚀速率加快,A正确;锌比铁活泼,破损后锌被腐蚀而铁被保护,B正确;金属被腐蚀的过程是金属失去电子被氧化的过程,C正确;防止钢闸门被腐蚀应将其与直流电源的负极相连,D不正确。
5.化学与生产、生活息息相关,下列叙述错误的是( )
A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性
B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染
C.大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素
D.含重金属离子的电镀废液不能随意排放
解析:
选B。
铁表面镀锌,发生电化学腐蚀时,Zn作负极,失去电子发生氧化反应;Fe作正极,O2、H2O在其表面得到电子发生还原反应,铁受到保护,A正确。
聚乳酸塑料能自行降解,聚乙烯塑料则不能,因此用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料,将加剧白色污染,B不正确。
燃烧化石燃料时,产生大量烟尘、CO等有害物质,是造成雾霾天气的原因之一,C正确。
重金属离子有毒性,含有重金属离子的电镀废液随意排放,易引起水体污染和土壤污染,应进行处理达标后再排放,D正确。
6.相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是( )
解析:
选C。
A、D均可由Fe、Cu构成原电池而加速铁的腐蚀;在B中,食盐水提供电解质溶液环境,炒锅和铁铲都是铁碳合金,符合原电池形成的条件,铁是活泼金属作负极,易被腐蚀;C中铜镀层把铁完全覆盖,构不成原电池而不被腐蚀。
7.
利用如图装置进行实验,开始时,左右两管液面相平,密封好放置一段时间。
下列说法正确的是( )
A.左管中O2得到电子,右管中H+得到电子
B.一段时间后,左管液面低于右管液面
C.a、b两处具有相同的电极反应式:
Fe-3e-===Fe3+
D.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小
解析:
选A。
左管中铁丝发生吸氧腐蚀,O2得电子,右管中铁丝发生析氢腐蚀,H+得电子,A项正确;左管中吸收氧气,压强减小,右管中析出氢气,压强增大,故一段时间后,左管液面上升,右管液面下降,左管液面高于右管液面,B项错误;a、b两处铁丝均作负极,电极反应式均为Fe-2e-===Fe2+,C项错误;左管中O2得电子,发生反应:
O2+2H2O+4e-===4OH-,故a处溶液c(OH-)增大,pH增大,右管中H+得电子,发生反应:
2H++2e-===H2↑,b处溶液c(H+)减小,pH增大,D项错误。
8.将反应IO
+5I-+6H+3I2+3H2O设计成如下图所示的原电池。
开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸,电流计指针发生偏转,一段时间后,电流计指针回到零,再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液,电流计指针再次发生偏转。
下列判断不正确的是( )
A.开始加入少量浓硫酸时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.开始加入少量浓硫酸时,同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液,只有乙烧杯中溶液变蓝
C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.两次电流计指针偏转方向相反
解析:
选B。
开始加入少量浓硫酸时,由氧化还原反应方程式可知,反应正向进行,KI是还原剂,KIO3是氧化剂,故甲为正极区,甲中石墨作正极,得电子发生还原反应,电极反应式为2IO
+10e-+12H+===I2+6H2O,乙为负极区,乙中石墨作负极,失电子发生氧化反应,电极反应式为10I--10e-===5I2,两烧杯中均有I2生成,在甲、乙两烧杯中都加入淀粉溶液,两烧杯中的溶液均变蓝,A正确,B错误;电流计读数为零时,表明反应达到化学平衡状态,C正确;由氧化还原反应方程式可知,电流计指针读数为零,反应达到平衡状态,此时再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液,则消耗了H+,原氧化还原反应的平衡逆向移动,电流计指针的偏转方向相反,D正确。
9.
在一块表面无锈的铁片上滴食盐水,放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。
铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式:
2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2,Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3,再在一定条件下脱水生
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- 浙江 高考 化学 复习 专题 化学能 电能 转化 教案