专题八电化学基础知识.docx
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专题八电化学基础知识
专题八电化学
【2018考纲解读】
1.了解原电池和电解池的工作原理,能写出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。
3.理解金属发生电化学腐蚀的原因。
了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。
电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸,是历年高考的热点内容。
考查的主要知识点:
原
电池和电解池的工作原理、电极反应式的书写和判断、电解产物的判断、金属的腐蚀和防护。
对本部分知识的考查仍以选择题为主,在非选择题中电化学知识可能与工业生产、环境保
护、新科技、新能源知识相结合进行命题。
复习时,应注意:
1.对基础知识扎实掌握,如电极反应式的书写、燃料电池的分析等。
2.电化学问题的探究设计、实物图分析及新型电池的分析是近年来高考中的热点,通过在练习中总结和反思,提高在新情境下运用电化学原理分析解决实际问题的能力。
3.电化学的有关计算,转移电子的物质的量,点击产物的量及质量
【重点知识梳理】
一、原电池工作原理
1.原电池的构成条件,电极材料、电解质溶液、形成闭合回路、能够自发地进行氧化还原反应
2.依据原电池原理比较金属活动性强弱
(1)电子由负极流向正极,由活泼金属流向不活泼金属,而电流方向是
由正极流向负极,二者是相反的。
(2)在原电池中,活泼金属作负极,发生氧化反应;不活泼金属作正极,发生还原反应。
(3)原电池的正极通常具备特定的现象:
有气体生成,或电极质量增加或不变等;负极通常不断溶解,质量减少。
3.根据原电池原理,把各种氧化还原反应设计成电池
从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应,都可以设计成原电池。
关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。
(1)电解质溶液的选择
电解质是使负极放电的物质。
因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。
或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。
但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。
如,在铜—锌—硫酸构成的原电池中,负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极铜浸泡在含有Cu2+的溶液中。
(2)电极材料的选择
电池
的电极必须导电。
电池中的负极必须能够与电解质溶液反应,容易失去电子,因此负极一般是活泼的金属材料。
正极和负极之间只有产生电势差,电子才能定向移动,所以正极和负极不用同一种材料。
一般情况下,两个电极的构成分为4种情况:
①活泼性不同的两种金属。
例如,锌铜原电池中,锌作电池的负极,铜作电池的正极。
②金属和非金属。
例如,锌锰干电池中,锌片作电池的负极,石墨棒作电池的正极。
③金属和化合物。
例如,铅蓄电池中,铅板作电池的负极,二氧化铅作电池的正极。
④惰性电极。
例如,氢氧燃料电池中,两根电极均可用Pt。
二、原电池电极的判断以及电极方程式的书写
1.原电池正、负极的判断方法:
(1)由组成原电池的两极材料判断。
一般是活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)根据电流方向或电子流动方向判断。
电流由正极流向负极;电子由负极流向正极。
(3)根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断。
在原电池的电解质溶液内,阳离子移向正极,阴离子移向负极。
(4)根据原电池两极发生的变化来判断。
原电池的负极失电子发生氧化反应,其正极得电子发生还原反应。
(5)电极增重或减轻。
工作后,电极质量增加,说明溶液中的阳离子在电极(正极)放电,电极活动性弱;反之,电极质量减小,说明电极金属溶解,电极为负极,活动性强。
(6)有气泡冒出。
电极上有气泡冒出,是因为发生了析出H2的电极反应,说明电极为正极,活动性弱。
(7)根据某电极(X)附近pH的变化判断
析氢或吸氧的电极反应发生后,均能使该电
极附近电解质溶液的pH增大,因而原电池工作后,X极附近的pH增大了,说明X极为正极,金属活动性较强。
2.原电池电极
反应式和总反应式的书写
(1)题目给定原电池的装置图,未给总反应式:
①首先找出原电池的正、负极,即分别找出氧化剂和还原剂。
②结合介质判断出还原产物和氧化产物。
③写出电极反应式(注意两极得失电子数相等),将两电极反应式相加可得总反应式。
(2)题目中给出原电池的总反应式:
①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况,找出氧化剂及其对应的还原产物,氧化剂发生的反应即为正极反应;找出还原剂及其对应的氧化产物,还原剂参加的反应即为负极反应。
②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时,还应注意介质的反应。
③若有一电极反应较难写出,可先写出较易写出的电极反应,然后再利用总反应式减去该电极反应即得到另一电极反应。
说明:
在书写电极反应式时要注意哪些方面?
1.两极得失电子数目相等;
2.电极反应式常用“=”不用“→”表示;
3.电极反应式中若有气体生成,
需加“↑”;而弱电解质或难溶物均以分子式表示,其余以离子符号表示;
4.写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒,可在电极反应式一端根据需要添加H+或OH-或H2O;
5.两电极反应、电池总反应的三个方程式,若已知其中两个,可由方程式的加减得到第三个。
三、电解原理、电极及电极产物的判断
1、电解原理:
CuCl2=Cu2++2Cl-阴极:
Cu2++2e-=Cu(还原反应)阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应)
2、基本概念
(1)使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。
(2)把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。
(3)当离子到达电极时,失去或获得电子,发生氧化还原反应的过程CuCl2=
Cu+Cl2↑
2、电解池的两极
阴极:
与电源负极相连的电极。
(发生还原反应)
阳极:
与电源正极相连的电极。
(发生氧化反应)
3、电解池中的电子的移动方向
电源负极→电解池阴极→电解液中的阳离子(被还原)电解池中阴离子(被氧化)→电解池阳极→电源正极
4、电解的本质:
电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程
5、离子的放电顺序,电极产物的判断
阳离子:
Ag+>Hg2+>Cu2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Na+>K+
阴离子:
S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根
找出放电离子和反应中电子得失推导出电极产物
6、电解池电极的判断
(1)根据电源正、负极,离子移动方向,发生反应的类型
正极连阳极、负极连阴极;有阳离子移向的为阴极、有阴离子移向的为阳极;发生氧化的为阳极、发生还原的为阴极
(2)根据电极质量判断:
如果电极质量减轻则为阳极;若电极质量减轻则为阴极
(3)根据电极产物判断:
如果电极上析出的物质是氯气或氧气则为阳极,若析出的物质是氢气则为阴极
(4)根据两极溶液pH的变化来判断
7、电极产物的判断
(1)阳极放电顺序:
活泼阳极(金属)>无氧酸根离子>OH―>含氧酸根离子>F―
(2)阴极放电:
溶液中的阳离子放电
8、电极反应式的书写:
1、明原理
明白电解的含义,是书写电解池电解反应式的基础,这是因为 书写电解池的电极反应式是电解池原理的进一步深化和发展,是用化学语言表述电解池实验现象。
电解:
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程。
这可以理解为,电解池是通过外接电流的作用,强迫阴极得到电子,阳极失去电子。
2 、列离子,判运动分析溶液中存在哪些离子,判断离子的迁移。
氯化钠溶液,由于具有电解质氯化钠和水,所以溶液中会存在:
H+ 、 Cl - 、 Na + 、 OH - 。
根据物理学知识,在电场的作用下,阳离子( H+ 、 Na + )会向阴极移动,阴离子( Cl - 、 OH - )会向阳极移动。
3 、定得失,依照经验判定两极得失电子的物质阴极放电顺序:
Ag+ > Fe3+ > Cu2+ > H+ > Pb2+ > Sn2+ > Fe2+ > Zn2+ > Al3+ > Mg2+> Na+ > Ca2+ > K+;我们如果细看一下,就会发现这个放电顺序,即是我们所讲的氧化性强弱的顺序,这是为什么呢?
其实很简单,所谓的电解池反应只是一个外加电流强迫发生的氧化还原反应而已,它还是氧化还原反应,当然适合氧化还原反应的知识 因为:
H+ > Na+所以阴极的电极反应式为:
2H+ + 2e = H2↑
阳极放电顺序:
M (活性电极、即除金、铂以外的金属。
) > X- ( S2- > I- > Br- > Cl- )> OH - >含氧酸根。
我们细看一下,会发现这里同样是氧化还原反应知识:
先强后弱规律,还原性强的物质先失去电子。
因为石墨电解为惰性电极,且 Cl- > OH -,所以阳极的电极反应式为:
2Cl- - 2e = Cl2↑
4 、思源头、巧修正
保证得失电子相等前提下,将阴阳两极的电极反应式相加:
2H+ + 2Cl-= H2↑+ Cl2↑ ,这样我们得到的还不是电解氯化钠溶液的离子方程式,因为这里的氢离子是来自于水。
水属于弱电解质,在离子方程式中是不能拆开的。
所以最后,我们需要把氢离子改写成水,这样才能反应客观事实,说明氢离子来自于水,得到真正的总反应:
2H2O+ 2Cl— H2↑+ Cl2↑+ 2OH - 。
总之,深刻理解电解池原理,掌握氧化还原反应知识和离子方程式书写知识,明白书写电解
池电极反应式书写的方法,书写电解池电极反应式并不难,解决电解池有关习题并不难。
四、电解质溶液的电解规律(惰性电极)
1.以惰性电极电解电解质溶液
,分析电解反应的一般方法和步骤
(1)分析电解质溶液的组成,找出离子,并分为阴、阳两组。
(2)分别对阴、阳离子
排出放电顺序,写出两极上的电极反应式。
(3)合并两个电极反应式,得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
2.反应类型
(1)电解水型:
含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)溶液的电解。
如:
阴极:
4H++4e-=2H2↑,
阳极:
4OH--4e-=2H2O+O2↑,
总反应:
(2)自身分解型:
无氧酸(除HF外)、不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物外,如HCl、CuCl2等)溶液的电解。
如:
阴极:
Cu2++2e-=Cu,
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑,
(3)放氢生碱型:
活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外,如NaCl、MgCl2等)溶液的电解。
如:
阴极:
2H++2e-=H2↑,
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑,
(4)放氧生酸型:
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。
如:
阴极:
2Cu2++4e-=2Cu,
阳极:
2H2O-4e-=O2↑+4H+,
五、原电池、电解池的应用
1.化学腐蚀和电化腐蚀的区别
化学腐蚀
电化腐蚀
一般条件
金属直接和强氧化剂接触
不纯金属,表面潮湿
反应过程
氧化还原反应,不形成原电池。
因原电池反应而腐蚀
有无电流
无电流产生
有电流产生
反应速率
电化腐蚀>化学腐蚀
2.吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别
电化腐蚀类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜酸性很弱或呈中性
水膜酸性较强
正极反应
O2+4e-+2H2O==4OH-
2H++2e-==H2↑
负极反应
Fe-2e-==Fe2+
Fe-2e-==Fe2+
腐蚀作用
是主要的腐蚀类型,具有广泛性
发生在某些局部区域内
3、电解、电离和电镀的区别
电解
电离
电镀
条件
受直流电作用
受热或水分子作用
受直流电作用
实质
阴阳离子定向移动,在两极发生氧化还原反应
阴阳离子自由移动,无明显的化学变化
用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金
实例
CuCl2 电解==== Cu+Cl2
CuCl2==Cu2++2Clˉ
阳极Cu-2e-=Cu2+
阴极Cu2++2e-=Cu
关系
先电离后电解,电镀是电解的应用
4.电镀铜、精炼铜比较
电镀铜
精炼铜
形成条件
镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子
粗铜金属作阳极,精铜作阴极,CuSO4溶液作电解液
电极反应
阳极Cu-2e-=Cu2+
阴极Cu2++2e-=Cu
阳极:
Zn-2e- = Zn2+Cu - 2e-= Cu2+等
阴极:
Cu2+ +2e-=Cu
溶液变化
电镀液的浓度不变
溶液中溶质浓度减小
六、电解池、原电池、电镀池的比较
原电池
电解池
电镀池
定义
将化学能转化成电能的装置
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层其他金属的装置
装置举例
形成条件
①活动性不同的两个电极(连接);②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应);③形成闭合回路直流电源;
①两个电极接②两个电极插入电解质溶液;③形成闭合回路电源正极;
①镀层金属接
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(或能导电的非金属)
阳极:
与电源正极相连的极;
阴极:
与电源负极相连的极(由外加电源决定)
阳极:
镀层金属;
阴极:
镀件(同电解池)
电极反应
负极:
氧化反应,金属失电子;
正极:
还原反应,溶液中的阳离子得电子
阳极:
氧化反应,溶液中的阴离子失电子,或电极金属失电子;
阴极:
还原反应,溶液中的阳离子得电子
阳极:
金属电极失电子;
阴极:
电镀液中阳离子得电子
电子流向
负极
正极
电源负极
阴极
电源正极
阳极
电源负极
阴极电源正极
阳极
反应原理举例
负极:
Zn-2e-=Zn2+
正极:
2H++2e-=H2↑
总反应:
Zn+2H+
Zn2++H2↑
阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑
阴极:
Cu2++2e-=Cu
总反应:
Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑
阳极:
Zn-2e-=Zn2+
阴极:
Zn2++2e-=Zn
溶液中
Zn2+浓度不变
主要应用
金属的电化学腐蚀分析;
牺牲阳极的阴极保护法;
制造多种新的化学电源
电解食盐水(氯碱工业);电冶金(冶炼Na、Mg、Al);精炼铜
镀层金属为铬、锌、镍、银等,使被保护的金属抗腐蚀能力增强,增加美观和表面硬度
实质
使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移,形成电流
使电流通过电解质溶液,而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程
联系
(1)同一原电池的正、负极发生的电极反应得、失电子数相等。
(2)同一电解池的阴极、阳极发生的电极反应中得、失电子数相等。
(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
上述三种情况下,在写电极反应式时,得、失电子数要相等,在计算电解产物的量时,应按得、失电子数相等计算
七、原电池、电解池的有关计算
(1)找出发生氧化还原元素化合价的变化,结合对应的化学计量数找出物质的量与电子转移数目间的关系
(2)找出比例关系,结合已知条件进行计算
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- 关 键 词:
- 专题八 电化学基础知识 专题 电化学 基础知识