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2018-09-26 00:00

今天中學(xué)化學(xué)園給大家分享電化學(xué)的知識清單，并配有基礎(chǔ)練習(xí)和能力提升訓(xùn)練，希望對大家有所幫助~~~

考點一　原電池的工作原理

1．概念和反應(yīng)本質(zhì)

原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。

2．原電池的構(gòu)成條件

(1)一看反應(yīng)：看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))。

(2)二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。

(3)三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：①電解質(zhì)溶液；②兩電極直接或間接接觸；③兩電極插入電解質(zhì)溶液中。

3．工作原理

以鋅銅原電池為例

(1)反應(yīng)原理

(2)鹽橋的組成和作用

①鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。

②鹽橋的作用：①連接內(nèi)電路，形成閉合回路；②平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。

(3)圖Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接觸Cu2＋，會有一部分Zn與Cu2＋直接反應(yīng)，該裝置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化，又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能，裝置的溫度會升高。

圖Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分別在兩個池子中，Zn與Cu2＋不直接接觸，不存在Zn與Cu2＋直接反應(yīng)的過程，所以僅是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能，電流穩(wěn)定，且持續(xù)時間長。

關(guān)鍵點：鹽橋原電池中，還原劑在負極區(qū)，而氧化劑在正極區(qū)。

【深度思考】

1.原電池正、負極判斷方法

說明原電池的正極和負極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成“活潑電極一定作負極”的思維定勢。

2．當(dāng)氧化劑得電子速率與還原劑失電子速率相等時，可逆反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)，電流表指針示數(shù)為零；當(dāng)電流表指針往相反方向偏轉(zhuǎn)，暗示電路中電子流向相反，說明化學(xué)平衡移動方向相反。

考點二　原電池原理的“四”個基本應(yīng)用

1 ．用于金屬的防護

使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。例如，要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁等，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。

2．設(shè)計制作化學(xué)電源

(1)首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)。

(2)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正、負極材料和電解質(zhì)溶液。

3．比較金屬活動性強弱

兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。

4．加快氧化還原反應(yīng)的速率

一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率增大。例如，在Zn與稀H2SO4反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。

1．將過量的兩份鋅粉a、b分別加入定量的稀硫酸，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，請畫出產(chǎn)生H2的體積V(L)與時間t(min)的關(guān)系圖像。

答案　

【反思歸納】

改變Zn與H＋反應(yīng)速率的方法

(1)加入Cu或CuSO4，形成原電池，加快反應(yīng)速率，加入Cu不影響Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量減少，是否影響產(chǎn)生H2的量，應(yīng)根據(jù)Zn、H＋的相對量多少判斷。

(2)加入強堿弱酸鹽，由于弱酸根與H＋反應(yīng)，使c(H＋)減小，反應(yīng)速率減小，但不影響生成H2的量。

“裝置圖”常見失分點提示

1．不注明電極材料名稱或元素符號。

2．不畫出電解質(zhì)溶液(或畫出但不標(biāo)注)。

3．誤把鹽橋畫成導(dǎo)線。

4．不能連成閉合回路。

考點三　化學(xué)電源

1．日常生活中的三種電池

(1)堿性鋅錳干電池——一次電池

正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；

負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；

總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

(2)鋅銀電池——一次電池

負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；

正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；

總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

(3)二次電池(可充電電池)

鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb，正極材料是PbO2。

①放電時的反應(yīng)

a．負極反應(yīng)：Pb＋SO42－－2e－===PbSO4；

b．正極反應(yīng)：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－===PbSO4＋2H2O；

c．總反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

②充電時的反應(yīng)

a．陰極反應(yīng)：PbSO4＋2e－===Pb＋SO42－；

b．陽極反應(yīng)：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42－；

c．總反應(yīng)：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

注：可逆電池的充、放電不能理解為可逆反應(yīng)。

2．“高效、環(huán)境友好”的燃料電池

氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。

【深度思考】

1．化學(xué)電源中電極反應(yīng)式書寫的一般步驟

“加減法”書寫電極反應(yīng)式

(1)先確定原電池的正、負極，列出正、負極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。

(2)注意負極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負極反應(yīng)式；若正極上的反應(yīng)物質(zhì)是O2，且電解質(zhì)溶液為中性或堿性，則水必須寫入正極反應(yīng)式中，且O2生成OH－，若電解質(zhì)溶液為酸性，則H＋必須寫入正極反應(yīng)式中，O2生成水。

(3)正、負極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)式。若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。

(4)燃料電池的電極反應(yīng)中，酸性溶液中不能出現(xiàn)OH－，堿性溶液中不能出現(xiàn)H＋，水溶液中不能出現(xiàn)O2－，而熔融電解質(zhì)中O2被還原為O2－。

2．鋰離子電池充放電分析

常見的鋰離子電極材料

正極材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)

LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)

LiMPO4(M：Fe等)

負極材料：石墨(能吸附鋰原子)

負極反應(yīng)：LixCn－xe－===xLi＋＋nC

正極反應(yīng)：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2

總反應(yīng)：Li1－xMO2＋LixCn放電nC＋LiMO2。

考點四電解的原理

1．電解定義

在電流作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。

2．能量轉(zhuǎn)化形式

電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

3．電解池

(1)構(gòu)成條件

①有與電源相連的兩個電極。

②電解質(zhì)溶液(或熔融鹽)。

③形成閉合回路。

(2)電極名稱及電極反應(yīng)式(如圖)

(3)電子和離子的移動方向

特別提醒電解時，在外電路中有電子通過，而在溶液中是依靠離子定向移動形成電流，即電子本身不會通過電解質(zhì)溶液。

4．分析電解過程的思維程序

(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。

(2)再分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。

(3)然后排出陰、陽兩極的放電順序

陰極：陽離子放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

陽極：活潑電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子。

注意①陰極不管是什么材料，電極本身都不反應(yīng)，一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子放電。②最常用、最重要的放電順序：陽極：Cl－>OH－；陰極：Ag＋>Cu2＋>H＋。③電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。

(4)分析電極反應(yīng)，判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。

(5)最后寫出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。

深度思考

1．用分析電解過程的思維程序分析電解下列物質(zhì)的過程，并總結(jié)電解規(guī)律(用惰性電極電解)。

(1)電解水型

①電解水型電解一段時間后，其電解質(zhì)的濃度一定增大嗎？舉例說明。

答案　不一定，如用惰性電極電解飽和Na2SO4溶液，一段時間后會析出Na2SO4·10 H2O晶體，剩余溶液仍為該溫度下的飽和溶液，此時濃度保持不變。

②用惰性電極電解飽和Na2SO4溶液，一段時間后，析出wg Na2SO4·10 H2O晶體，陰極上放出ag氣體，則飽和Na2SO4溶液的質(zhì)量分數(shù)為__________。

答案　161(w＋9a)71w×100%

解析　2H2O電解=====2H2↑＋O2↑

2amol 2amol

被電解的水的質(zhì)量為9ag

被電解的水與wg晶體組成該溫度下的飽和溶液

其質(zhì)量分數(shù)為322×100%＝161(w＋9a)71w×100%。

(2)電解電解質(zhì)型

(3)放H2生堿型

要使電解后的NaCl溶液復(fù)原，滴加鹽酸可以嗎？

答案　不可以，電解NaCl溶液時析出的是等物質(zhì)的量的Cl2和H2，所以應(yīng)通入氯化氫氣體，加入鹽酸會引入過多的水。

(4)放O2生酸型

1.做到“三看”，正確書寫電極反應(yīng)式

(1)一看電極材料，若是金屬(Au、Pt除外)作陽極，金屬一定被電解(注：Fe生成Fe2＋)。

(2)二看介質(zhì)，介質(zhì)是否參與電極反應(yīng)。

(3)三看電解質(zhì)狀態(tài)，若是熔融狀態(tài)，就是金屬的電冶煉。

2．規(guī)避“三個”失分點

(1)書寫電解池中電極反應(yīng)式時，一般以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應(yīng)方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。

(2)要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且應(yīng)注明條件“電解”。

(3)電解水溶液時，應(yīng)注意放電順序中H＋、OH－之后的離子一般不參與放電。

考點五電解原理的應(yīng)用

1 ．電解飽和食鹽水

(1)電極反應(yīng)

陽極反應(yīng)式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應(yīng))

陰極反應(yīng)式：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應(yīng))

(2)總反應(yīng)方程式

2NaCl＋2H2O電解=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

離子反應(yīng)方程式：2Cl－＋2H2O電解=====2OH－＋H2↑＋Cl2↑

(3)應(yīng)用：氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。

2．電鍍

右圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖，據(jù)此回答下列問題：

(1)鍍件作陰極，鍍層金屬銀作陽極。

(2)電解質(zhì)溶液是AgNO3溶液等含鍍層金屬陽離子的鹽溶液。

(3)電極反應(yīng)：

陽極：Ag－e－===Ag＋；

陰極：Ag＋＋e－===Ag。

(4)特點：陽極溶解，陰極沉積，電鍍液的濃度不變。

3．電解精煉銅

(1)電極材料：陽極為粗銅；陰極為純銅。

(2)電解質(zhì)溶液：含Cu2＋的鹽溶液。

(3)電極反應(yīng)：

陽極：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；

陰極：Cu2＋＋2e－===Cu。

4．電冶金

利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。

(1)冶煉鈉

2NaCl(熔融)電解=====2Na＋Cl2↑

電極反應(yīng)：

陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑；陰極：2Na＋＋2e－===2Na。

(2)冶煉鋁

2Al2O3(熔融)電解=====4Al＋3O2↑

電極反應(yīng)：

陽極：6O2－－12e－===3O2↑；陰極：4Al3＋＋12e－===4Al。

考點六應(yīng)對電化學(xué)定量計算的三種方法

1 ．計算類型

原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等。

2．三種方法

(1)根據(jù)總反應(yīng)式計算

先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計算。

(2)根據(jù)電子守恒計算

①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。

②用于混合溶液中電解的分階段計算。

(3)根據(jù)關(guān)系式計算

根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。

如以通過4 mol e－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：

(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值)

該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。

提示在電化學(xué)計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C來計算電路中通過的電量。

串聯(lián)裝置圖比較

圖甲中無外接電源，二者必有一個裝置是原電池(相當(dāng)于發(fā)電裝置)，為電解裝置提供電能，其中兩個電極活動性差異大者為原電池裝置，即左圖為原電池裝置，右圖為電解裝置。圖乙中有外接電源，兩燒杯均作電解池，且串聯(lián)電解，通過的電流相等。

考點七　金屬的腐蝕和防護

1．金屬腐蝕的本質(zhì)

金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。

2．金屬腐蝕的類型

(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕

類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕

條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸

現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生

本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化

聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍

(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕

以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：

類型析氫腐蝕吸氧腐蝕

條件水膜酸性較強(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性

電極反應(yīng)負極Fe－2e－===Fe2＋

正極2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－

總反應(yīng)式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2

聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍

3.金屬的防護

(1)電化學(xué)防護

①犧牲陽極的陰極保護法—原電池原理

a．負極：比被保護金屬活潑的金屬；

b．正極：被保護的金屬設(shè)備。

②外加電流的陰極保護法—電解原理

a．陰極：被保護的金屬設(shè)備；

b．陽極：惰性金屬或石墨。

(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金、不銹鋼等。

(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。

【深度思考】

1．判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律

(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防腐措施的腐蝕。

(2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質(zhì)溶液中>弱電解質(zhì)溶液中>非電解質(zhì)溶液中。

(3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快。

(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。

2．兩種保護方法的比較

外加電流的陰極保護法保護效果大于犧牲陽極的陰極保護法。

3．根據(jù)介質(zhì)判斷析氫腐蝕和吸氧腐蝕

正確判斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關(guān)鍵。潮濕的空氣、酸性很弱或中性溶液發(fā)生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液發(fā)生析氫腐蝕。

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