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电化学公开课课件
电化学
【考纲】1、了解原电池、电解池的工作原理。
能写出电极反应和电池反应方程式。
了解常见的化学电源及其工作原理。
2、理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害防止金属腐蚀的措施。
【了解原电池、电解池的工作原理】
原电池电极的判断
正极
负极
电子流向:
1
电极反应:
13重庆
(2)
离子流向:
2
燃料电池电极通入物例3、4
电池反应是金属与酸产生氢气例5
1、(2010全国卷1)右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。
电池的一个电极由有机光敏燃料(S)涂覆在
纳米晶体表面制成,另一电极由导电玻璃镀铂构成,电池中发生的反应为:
下列关于该电池叙述错误的是:
A.电池工作时,是将太阳能转化为电能
B.电池工作时,
离子在镀铂导电玻璃电极上放电
C.电池中镀铂导电玻璃为正极
D.电池的电解质溶液中I-和I3-的浓度不会减少
2、(13年北京)通过NOx传感器可监测NOx的含量,其工作
原理示意图如下:
①Pt电极上发生的是反应
(填“氧化”或“还原”)。
②写出NiO电极的电极反应式:
.
3、(2010安徽卷)某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为
电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可
表示为:
2H2+O2=2H2O,下列有关说法正确的是
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2
D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
4、(13年北京)用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。
下列分析正确的是
A.a端是直流电源的负极B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:
Cu2++2e-=Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
【能写出电极反应、电池反应方程式】
注意:
1、电极反应必是离子方程式。
2、H2O只有在书写电极反应时,可以拆成离子形式。
也可以不拆分
3、电极反应必须满足质量守恒和电荷守恒
4、注意电解质传导的是什么离子,电解质是否发生电极反应。
6、研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。
该电池以金属锂和钢板为电
极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。
总反应为:
2Li+H2O====2LiOH+H2↑。
(1)该电池的负极是_____,负极反应式是______;
(2)正极现象是_____________________________;
(3)放电时OH-向______移动(填“正极”或“负极”)。
7、(13年新课标2)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,
电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作
的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成B.电池的总反应是金属钠还原三个铝离子
C.正极反应为:
NiCl2+2e-=Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
【了解常见的化学电源及其工作原理】
8.(13江苏)燃料电池能有效提高能源利用率,具有广泛的应用前景。
下列物质均可用作燃料电池的燃料,其
中最环保的是A.甲醇B.天然气C.液化石油气D.氢气
9、(13天津)为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以A1作阳极、Pb作阴极,电
解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。
反应原理如下:
电池:
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
电解池:
2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑,电解过程中,以下判断正确的是( )
【理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害防止金属腐蚀的措施】
10.(13年北京)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是( )
A.水中的钢闸门连接电源的负极B.金属护栏表面涂漆
C.汽车底盘喷涂高分子膜D.地下钢管连接镁块
11.(13上海)糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁
的吸氧腐蚀相同。
下列分析正确的是( )
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期
B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为:
Fe-3e→Fe3+
C.脱氧过程中碳做原电池负极,电极反应为:
2H2O+O2+4e→4OH-
D.含有1.12g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336mL(标准状况)
12、(13重庆)(14分)化学在环境保护中趁着十分重要的作用,
催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
(1)催化反硝化法中,H2能将NO3—还原为N2,25℃时,
反应进行10min,溶液的pH由7变为12。
①N2的结构式为。
②上述反应离子方程式为,其平均反
应速率v(NO3—)为mol∙L—1∙min—1
③还原过程中可生成中间产物NO2—,写出3种促进
NO2—水解的方法。
(2)电化学降解NO3—的原理如题11图所示。
①电源正极为(填“A”或“B”),
阴极反应式为。
②若电解过程中转移了2mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(△m左-△m右)为g。
13.(16分)(13福建)
利用化石燃料开采、加工过程产生的H2S废气制取氢气,既廉价又环保。
(1)工业上可用组成为K2O·M2O3·2RO2·nH2O的无机材料纯化制取的氢气
①已知元素M、R均位于元素周期表中第3周期,两种元素原子的质量数之和为27,则R的原子结构示意图为_________
②常温下,不能与M单质发生反应的是_________(填序号)ks5u
a.CuSO4溶液b.Fe2O3c.浓硫酸d.NaOHe.Na2CO3固体
(2)利用H2S废气制取氢气来的方法有多种
①高温热分解法
已知:
H2S(g)==H2+1/2S2(g)
在恒温密闭容器中,控制不同温度进行H2S分解实验。
以H2S起始浓度均为cmol·L-1测定H2S的转化率,结果见左图。
图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线,b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。
据图计算985℃时H2S按上述反应分解的平衡常数K=________;说明温度的升高,曲线b向曲线a逼近的原因:
___________
②电化学法
该法制氢过程的示意图如右。
反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,其目的是___________;反应池中发生反应的化学方程式为_____________________。
反应后的溶液进入电解池,电解总反应的离子方程式为_______________________。
14.(13山东)(12分)金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。
(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是
a.Fe2O3b.NaClc.Cu2Sd.Al2O3
(2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应2Cu2S+2H2SO4+5O2==4CuSO4+2H2O,该反应的还原剂是,当1molO2发生反应时,还原剂所失电子的物质的量为mol。
向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成,该气体是
(3)右图为电解精炼银的示意图,(填a或b)极为含有杂质的粗银,若b极有少量红棕色气体生成,则生成该气体的电极反应式为
(4)为处理银器表面的黑斑(Ag2S),将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触,Ag2S转化为Ag,食盐水的作用为
15、电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。
设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。
限选材料:
ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。
(1)完成原电池的装置示意图(见图15),并作相应标注。
要求:
在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
(2)铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,
工作一段时间后,可观察到负极。
(3)甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是,其原因是。
(4)根据牺牲阳极的阴极保护法原理,为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在上述
的材料中应选作阳极。
【测试】
1.(13江苏)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。
该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。
该电池工作时,下列说法正确的是
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大
D.溶液中Cl-向正极移动
2.(13海南)Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池反应方程式为:
2AgCl+Mg=Mg2++2Ag+2Cl-。
有关该电池的说法正确的是
A.Mg为电池的正极B.负极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-
C.不能被KCl溶液激活D.可用于海上应急照明供电
3.(13海南)下图所示的电解池I和II中,a、b、c和d均为Pt电极。
电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重
b>d。
符合上述实验结果的盐溶液是
选项
X
Y
A.
MgSO4
CuSO4
B.
AgNO3
Pb(NO3)2
C.
FeSO4
Al2(SO4)3
4.(13江苏)下列有关说法正确的是()
A.反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的△H<0
B.电解法精炼铜时,以粗铜作阴极,纯铜作阳极
C.CH3COOH溶液加水稀释后,溶液中
的值增大
D.Na2CO3溶液中加入少量Ca(OH)2固体,CO32-水解程度减小,溶液的pH减小
5、(13大纲)电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O72-)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O72+6Fe2++14H+
2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去,下列说法不正确的是
A.阳极反应为Fe-2e-
Fe2+B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成D.电路中每转移12mol电子,最多有1molCr2O72-被还原
6.(13全国1)银制器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。
根据电化学原理可进行
如下处理:
在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。
下列说法正确的是( )
A.处理过程中银器一直保持恒重B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银
C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S=6Ag+Al2S3
D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
7.(13安徽).热激活电池可用作火箭、导弹的工作电
源。
一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为
电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即
可瞬间输出电能。
该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+Ca=====CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是
A.正极反应式:
Ca+2Cl--2e-=====CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
【综合题】★★★☆
(13浙江)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用
阴离子交换膜隔开。
在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段
时间后,蓝色逐渐变浅。
已知:
3I2+6OH—==IO3—+5I—+3H2O,下列说法不
正确的是( )
A.右侧发生的电极方程式:
2H2O+2e—==H2↑+2OH—
B.电解结束时,右侧溶液中含有IO3—
C.电解槽内发生反应的总化学方程式KI+3H2O======KIO3+3H2↑
D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学方程式不变
【解析】电解的电极反应为:
阳极2I——2e—==I2左侧溶液变蓝色。
3I2+6OH—==IO3—+5I—+3H2O一段时间后,蓝色变浅。
阴离子交换膜向右侧移动。
阴极2H2O+2e—==H2↑+2OH—右侧放出氢气。
如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜:
电极反应为:
阳极2I——2e—==I2多余K+通过阳离子交换膜迁移至阴极。
阴极2H2O+2e—==H2↑+2OH—保证两边溶液呈电中性
★★★★27.(15分)(2013年高考化学试题新课标Ⅰ卷)
锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。
某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。
充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。
现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为。
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式。
(3)“酸浸”一般在80℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是。
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式。
(5)充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式。
(6)上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是。
在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有(填化学式)。
【答案】27.(15分)
(1)+3
(2)2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)-4+3H2↑
(3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2
Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O
2H2O2
2H2O+O2↑;有氯气生成,污染较大。
(4)CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O
(5)Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C
(6)Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
1、镁与Al的合金是一种潜在的贮氢材料,可在氩气保护下,将一定化学计量比的Mg、I单质在一定温度下熔炼获得。
熔炼制备镁I合金时通入氩气的目的是。
②I电池性能优越,I-AgO电池可用作水下动力
电源,其原理如图所示。
该电池反应的化学
方程式为。
①防止Mg、Al被空气氧化②2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O
2、若以右图所示装置,用电化学原理生产硫酸,
写出通入SO2电极的电极反应式。
(5)为稳定持续生产,硫酸溶液的浓度应维持不变,
则通入SO2和水的质量比为____________________。
(4)SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+
(5)16:
29
n(SO₃²﹣):
,n(HSO₃﹣)
91:
9
1:
1
1:
91
PH
8.2
7.2
6.2
[2012·北京]直接排放含S
,的烟气会形成胶雨,危害环境。
利用钠碱循环法可脱除烟气中的S
.钠碱循环法中,Na₂SO₃,溶液作为吸收液,吸收液吸收SO₂的过程中,pH随n(SO₃²﹣):
,n(HSO₃﹣)变化关系如下表:
当吸收液的pH降至约为6时,满送至电解槽再生。
再生示意图如下:
①HSO3在阳极放电的电极反应式是 。
②当阴极室中溶液PH升至8以上时,吸收液再生并掀环利用。
简述再生原理:
⑷①HSO3——2e—+H2O=SO42—+3H+(2分)
②H+在阴极得电子生成H2,溶液中的c(H+)降低,促使HSO3—电离生成SO32—,且Na+进入阴极室,吸收液得以再生(2分)
电化学
【考纲】1、了解原电池、电解池的工作原理。
能写出电极反应和电池反应方程式。
了解常见的化学电源及其工作原理。
2、理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害防止金属腐蚀的措施。
【了解原电池、电解池的工作原理】
1、
原电池电极的判断
正极
负极
电子流向:
1
电极反应:
13重庆
(2)
离子流向:
2
燃料电池电极通入物例3、4
电池反应是金属与酸产生氢气例5
1、(2010全国卷1)右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。
电池的一个电极由有机光敏燃料(S)涂覆在
纳米晶体表面制成,另一电极由导电玻璃镀铂构成,电池中发生的反应为:
下列关于该电池叙述错误的是:
A.电池工作时,是将太阳能转化为电能
B.电池工作时,
离子在镀铂导电玻璃电极上放电
C.电池中镀铂导电玻璃为正极
D.电池的电解质溶液中I-和I3-的浓度不会减少
2、(13年北京)通过NOx传感器可监测NOx的含量,其工作
原理示意图如下:
①Pt电极上发生的是反应
(填“氧化”或“还原”)。
②写出NiO电极的电极反应式:
.
①、还原;
②、NO+O2--2e-=NO2;
3、(2010安徽卷)某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为
电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可
表示为:
2H2+O2=2H2O,下列有关说法正确的是
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2
D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
4、(13年北京)用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。
下列分析正确的是
A.a端是直流电源的负极
B.通电使CuCl2发生电离
C.阳极上发生的反应:
Cu2++2e-=Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
5、限时训练8的13~C
【能写出电极反应、电池反应方程式】
注意:
1、电极反应必是离子方程式。
2、H2O只有在书写电极反应时,可以拆成离子形式。
也可以不拆分
3、电极反应必须满足质量守恒和电荷守恒
4、注意电解质传导的是什么离子,电解质是否发生电极反应。
6、研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。
该电池以金属锂和钢板为电
极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。
总反应为:
2Li+H2O====2LiOH+H2↑。
(1)该电池的负极是_____,负极反应式是______;
(2)正极现象是_____________________________;
(3)放电时OH-向______移动(填“正极”或“负极”)。
(1)锂Li-e-====Li+
(2)有无色气体产生(3)负极
7、(13年新课标2)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,
电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作
的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三个铝离子
C.正极反应为:
NiCl2+2e-=Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
分析:
考察原电池原理。
负极是液体金属Na,电极反应式为:
Na-e-===Na+;正极是Ni,电极
反应式为NiCl2+2e-=Ni+2Cl-;总反应是2Na+NiCl2=2NaCl+Ni。
NaAlCl4是陶瓷管电极
材料。
【了解常见的化学电源及其工作原理】
8.(13江苏)燃料电池能有效提高能源利用率,具有广泛的应用前景。
下列物质均可用作燃料电池的燃料,其中最环保的是
A.甲醇B.天然气C.液化石油气D.氢气
【解析】本题属于考核化学与社会问题中的节能减排、保护环境、资源利用等相关问题。
燃
料电池的能量转换率为80%,普通燃烧过程能量转换率为30%左右(《选修四》教材P77),
氢气作为燃料电池的燃料,其产物又是水,对环境无危害性,从能效比及环境保护的角度看,
氢气的确是最理想的能源。
太阳能和氢能全面使用将是新能源领域人类努力的方向。
9、(13天津)为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以A1作阳极、Pb作阴极,电
解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。
反应原理如下:
电池:
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
电解池:
2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑,电解过程中,以下判断正确的是( )
【解析】答案D。
电池中,氢离子移向为电源的正极,A错;根据方程式,可知应该生成1molAl2O3,
B错;C的电池产物应该为固体硫酸铅。
【理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害防止金属腐蚀的措施】
10.(13年北京)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是( )
A.水中的钢闸门连接电源的负极B.金属护栏表面涂漆
C.汽车底盘喷涂高分子膜D.地下钢管连接镁块
11.(13上海)糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁
的吸氧腐蚀相同。
下列分析正确的是( )
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期
B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为:
Fe-3e→Fe3+
C.脱氧过程中碳做原电池负极,电极反应为:
2H2O+O2+4e→4OH-
D.含有1.12g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336mL(标准状况)
【解析】在脱氧过程中,由铁、碳做电极,氯化钠溶液做电解质溶液形成原电池,发生吸氧腐蚀,该过程为放热反应;在脱氧过程中,碳做正极,铁做负极,失电子发生氧化反应生成Fe2+;在脱氧过程中,Fe失电子氧化为Fe2+,Fe2+最终还是被氧气氧化为Fe3+,由电子守恒知消耗氧化剂氧气的体积(标况下)V(O2)=22.4L·mol-1×(3×1.12g/56g·mol-1)/4=336mL。
12、(13重庆)(14分)化学在环境保护中趁着十分重要的作用,
催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
(2)催化反硝化法中,H2能将NO3—还原为N2,25℃时,
反应进行10min,溶液的pH由7变为12。
①N2的结构式为。
②上述反应离子方程式为,其平均反
应速率v(NO3—)为mol∙L—1∙min—1
③还原过程中可生成中间产物NO2—,写出3种促进
NO2—水解的方法。
(3)电化学降解NO3—的原理如题11图所示。
①电源正极为(填“A”或“B”),
阴极反应式为。
②若电解过程中转移了2mol电子,则膜两侧电解液的质量变化差(△m左-△m右)为g。
【答案】11.
(1)①N≡N②2NO3-+5H2
N2+2OH-+4H2O0.001③加酸,升高温度,加水
(2)①A,2NO3-+6H2O+10e-=N2+12OH-②14.4
【解析】
(1)①N2分子中氮原子间通过氮氮三键结合,因此其结构式为N≡N;②利用溶液pH变化可知有OH-生成,再结合原子守恒可写出反应的离子方程式;利用离子方程式知v(NO3-)=v(OH-)=(10-2-10-7)/10=0.001mol/(L·min);③水解是吸热反应,NO2-水解使溶液中c(OH-)变大,因此
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- 关 键 词:
- 电化学 公开 课件