1、高三化學總復習,基本理論,電化學,1,原電池和電解池的比較,借助氧化還原反應而產(chǎn)生電流的裝置。,借助電流引起氧化還原反應的裝置,化學能 轉化為電能,電能轉化為化學能,2,一、原電池,構成原電池的基本條件是什么？,（1）必須自發(fā)進行氧化還原反應,（3）兩個電極必須插入電解質溶液中或熔融 的電解質中；,（4）兩個電極必須相連并形成閉合回路。,（2）必須有兩種活潑性不同的導電材料作電極；,把化學能轉化為電能的裝置。,3,原電池正負極的比較,4,氧化反應 M-ne=Mn+,產(chǎn)生電流,失e-沿導線轉移,還原反應 Nm+me=N,原電池的工作原理,陰離子,陽離子,e,e,綜 述,1、負極失電子發(fā)生氧化反應

2、；溶液中氧化性較強的微粒在正極上得電子發(fā)生還原反應；,2、電子由負極流向正極，電流方向是由正極流到負極（外電路）。,5,用Al、Cu作電極，如何使Cu作負極，Al作正極？,濃硝酸作電解液,用Mg、Al作電極，如何使Al作負極，Mg作正極？,NaOH作電解液,思考,6,原電池原理的應用,(2)比較金屬的活潑性；,構建原電池，測出正負極，負極金屬活潑性 正極,(3)加快某些化學反應的反應速率；,(1)制做化學電源；,(4)金屬腐蝕的原理及金屬腐蝕的防護。,7,金屬的電化學腐蝕,（一）金屬腐蝕,1.概念：,金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。,2.金屬腐蝕的本質,金屬原子

3、失去電子變成陽離子而損耗,3.金屬腐蝕的分類：,化學腐蝕和電化學腐蝕,絕大多數(shù)金屬的腐蝕屬于電化學腐蝕,電化學腐蝕通常有析氫腐蝕和吸氧腐蝕,8,化學腐蝕與電化學腐蝕的比較,電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多,金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生化學反應,不純金屬跟接觸的電解質溶液發(fā)生原電池反應,無電流,無原電池,構成無數(shù)微小原電池,有弱電流,金屬被腐蝕,較活潑金屬被腐蝕,金屬原子失去電子變成陽離子而損耗,9,鋼鐵的電化學腐蝕,鋼鐵表面吸附的水膜酸性較強時,Fe - 2e- = Fe2+,2H+ + 2e- = H2,Fe+ 2H+ = Fe2+ H2,鋼鐵表面吸附的水膜酸性較弱或呈中性時,Fe - 2e- =

4、 Fe2+,O22H2O4e-=4OH-,Fe2+2OH-=Fe(OH)2,4Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)3,4Fe(OH)3Fe2O3xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O,吸氧腐蝕比析氫腐蝕普遍得多,10,金屬的防護,方 法： 1.改變金屬的內部組織結構（如制不銹鋼） 2.在金屬表面覆蓋保護層： （1）在表面刷一層油漆； （2）在表面涂上機油； （3）在表面鍍一層其他耐腐蝕金屬； （4）在表面燒制搪瓷 ； （5）使金屬表面形成致密的氧化膜 。 3.電化學保護法 ： （1）犧牲陽極的陰極保護法 （2）外加電流的陰極保護法,11,判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 不純的金屬或合金，在潮濕

5、空氣中形成微電池發(fā)生電化腐蝕，活潑金屬因被腐蝕而損耗，金屬腐蝕的快慢與下列二種因素有關： 1）與構成微電池的材料有關，兩極材料的活動性差別越大，電動勢越大，氧化還原反應的速度越快，活潑金屬被腐蝕的速度就越快； 2）與金屬所接觸的電解質強弱有關，活潑金屬在電解質溶液中的腐蝕快于在非電解質溶液中的腐蝕，在強電解質溶液中的腐蝕快于在弱電解質溶液中的腐蝕。 一般說來可用下列原則判斷： （電解原理引起的腐蝕）原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防腐措施的腐蝕,12,二、常見的化學電池,干電池,電極:Zn為負極,碳棒為正極,電解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊,另有黑色的MnO2粉末，吸收正極產(chǎn)生的H2，防止

6、產(chǎn)生極化現(xiàn)象。,電極方程式：,負極(Zn):Zn2e-Zn2,正極：2MnO2 + 2NH4+ + 2e- = Mn2O3 + 2NH3 +H2O,13,銀鋅電池,Zn為負極,Ag2O為正極 電解液: KOH溶液 電極反應式: 負極:Zn2OH2e-Zn(OH)2 正極:Ag2OH2O2e-2Ag2OH 總反應式: ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2,14,鉛蓄電池: 電極：Pb為負極, PbO2為正極. 電解液: 30%的H2SO4溶液 電極反應式: 放電時：為原電池 負極(Pb) ： PbSO42-2e-PbSO4 正極(PbO2) PbO24HSO422e-PbSO42H2O 總電池

7、反應: PbO2Pb2H2SO42PbSO42H2O 充電時：為電解池 陰極(Pb)： PbSO4 2e- PbSO42- 陽極(PbO2) PbSO42H2O2e-PbO24HSO42 總電解反應: 2PbSO42H2O PbO2Pb2H2SO4,通電,15,鋁空氣海水電池,負極：4Al -12e- 4Al3+,正極：3O2 + 6H20 + 12e- 120H-,電池總反應式為：4Al+3O2+6H20=4Al(OH)3,1991年，我國首創(chuàng)以鋁-空氣-海水為材料組成的新型電池，用作航海標志燈以取之不盡的海水為電解質,16,燃料電池 (1)電極:Pt制作的惰性電極 (2)電解質溶液:KOH

8、溶液 (4)反應原理: 正極: 2H2+4OH 4e-4H2O 負極: O22H2O 4e-4OH 總反應：2H2O22H2O,電極反應：負極：CH4 + 10OH- 8e = CO32- + 7H2O 正極： O2 + 2H2O + 4e = 4OH- 總反應式： CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O,以甲烷作燃料的燃料電池,電極為金屬鉑，電解質為KOH，在兩極分別通入甲烷和氧氣。,17,組成電解池的條件：,(1)外接直流電源,(2)電極(金屬或惰性電極),(3)電解質溶液或熔融的電解質,(4)形成閉合回路,電解池,18,電解池陰陽極的比較,19,電解池的工作原理,

9、陰離子,陽離子,氧化反應,還原反應 Nm+me-=N,e,e,RnneR,4OH4e2H2OO2,非惰性電極：M-ne-=Mn+（電極本身溶解）,電子流動方向,電解質溶液,電源負極,電解池陰極,電源正極,電解池陽極,20,在惰性電極上離子放電順序：,陰極(與電極材料無關)：,陽極(與電極材料有關)：,在水溶液中SO42-，NO3-等不會放電。,21,陰極,一定是溶液中易得電子的陽離子優(yōu)先放電 Rn+ + ne = R,電解時電極產(chǎn)物的判斷,Rn- - ne = R,（Pt、Au、石墨）,22,用惰性電極電解電解質溶液的規(guī)律,（1）電解水型,（NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解,（2）分

10、解電解質型,（HCl、CuCl2等）溶液的電解,23,（3）放氫生堿型,（NaCl、MgBr2）溶液的電解,（4）放氧生酸型,（CuSO4、AgNO3等）溶液的電解,24,電解原理的應用,銅的電解精煉,陽極：,粗銅,陰極：,純銅薄片,電解質溶液：,CuSO4溶液（加入一定量的H2SO4）,Cu2e= Cu2+,比銅活潑的雜質也會同時失去電子而溶解：,比銅不活潑的雜質（Au、Ag）不會溶解而從陽極上脫落下來而形成陽極泥。,Cu2+ 2e= Cu,CuSO4溶液的濃度基本保持不變。,提煉金、銀等貴重金屬。,25,電鍍銅,陽極：,銅片,陰極：,待鍍鐵制品,Cu2e= Cu2+,Cu2+ 2e= Cu

11、,CuSO4溶液的濃度保持不變。,實驗結果：,在鐵制品上鍍上了一層銅,利用電解原理在某些金屬的表面鍍上一薄層其它金屬或合金的過程叫電鍍。,電鍍,電鍍的目的：,（1）增強防銹抗腐能力； （2）增加美觀和表面硬度。,26,陽極鍍層金屬:MneMn 陰極鍍件: MnneM 電解液:含鍍層金屬陽離子的鹽溶液,電鍍槽,特點,（1）陽極本身溶解； （2）電解液濃度保持不變。,27,離子交換膜法制燒堿,陽極：,鈦網(wǎng)（涂有鈦、釕等氧化物涂層）,陰極：,碳鋼網(wǎng),只允許陽離子通過，能阻止陰離子和氣體通過,將電解槽隔成陰極室和陽極室。,陽離子交換膜：,陽極室放出Cl2； 陰極室放出H2并生成NaOH,28,食鹽水的

12、精制。,粗鹽,泥沙 Ca2+、Mg2+、Fe3+ SO42等雜質,混入產(chǎn)品，導致產(chǎn)品不純,生成Mg(OH)2、Fe(OH)3等沉淀，堵塞膜孔。,如何除去粗鹽水中的雜質？,試劑：BaCl2 溶液、Na2CO3 溶液、NaOH 溶液、HCl 溶液,粗鹽水,NaOH,BaCl2,Na2CO3,過濾,適量HCl,除Mg2+、Fe3+,除SO42-,除Ca2+及過量Ba2+,濾去泥沙及沉淀,除過量的OH、CO32,陽離子交換樹脂,精鹽水,少量Ca2+、Mg2+,1、Na2CO3必須在BaCl2之后,2、加入鹽酸在過濾之后,29,電解法測定阿伏加德羅常數(shù),【例題】某學生試圖用電解法根據(jù)電極上析出物質的質量

13、來測定阿佛加德羅常數(shù)值，其實驗方案的要點為：用直流電電解氯化銅溶液，所用儀器如右圖：在電流強度為I安培，通電時間為t秒鐘后，精確測得某電極上析出的銅的質量為m克。,30,試回答： (1)連接這些儀器的正確順序為（用圖中標注儀器接線柱的英文字母表示。下同） E接 ，C接 ， 接F。 實驗線路中的電流方向為 C 。 (2)寫出B電極上發(fā)生反應的離子方程式 ； G試管中淀粉KI溶液變化的現(xiàn)象為 ；相應的離子方程式是 。,D A B,F B A D E,2Cl2e=Cl2,變藍色,Cl2+2I=2Cl+I2,31,32,有關電解的計算 原則: 電化學的反應是氧化一還原反應,各電極上轉移電子的物質的量相

14、等,無論是單一電池還是串聯(lián)電解池,均可抓住電子守恒計算. 關鍵: 電極名稱要區(qū)分清楚. 電極產(chǎn)物要判斷準確. 各產(chǎn)物間量的關系遵循電子得失守恒.,33,例 用下圖裝置進行電解實驗(a、b、c、d均為鉑電極),供選擇的有4組電解液,要滿足下列要求: 工作一段時間后A槽pH值上升,B槽的pH下降. b、c兩極上反應的離子的物質的量相等 (1)應選擇的電解質是上述四組中的第_組 (2)該組電解過程中各電極上的電極反應為 a極_ _ b極_ _ c極_ _ d極_ _ (3)當b極上析出7.1g電解產(chǎn)物時,a極上析出產(chǎn)物的質量為_g;若B槽電解質溶液500mL，且忽略電解前后電解液的體積變化，則此時B

15、槽中的H比電解前增加了_mol/L.,4,4H4e2H2,4Cl4e2Cl2,4Ag4e4Ag,4OH4e2H2OO2,0.2,0.4,34,例：用兩支惰性電極插入1000mL CuSO4溶液，通電電解，當電解液的PH由6.0變?yōu)?.0時，下列敘述正確的是 A、陰極上析出11.2mL氫氣（標況） B、陰極上析出32mg銅 C、陽極和陰極質量都沒有變化 D、陽極上析出5.6mL氧氣（標況）,BD,35,例：按右圖裝置進行電解（均是惰性電極），已知A燒杯中裝有500 mL20的NaOH溶液，B燒杯中裝有500 mL pH為6的CuSO4溶液。通電一段時間后，在b電極上收集到28mL氣體（標準狀況）

16、，則B燒杯中溶液pH變?yōu)椋ㄈ芤后w積變化忽略不計） （ ） A4 B3 C2 D1,C,36,例：將1L一定濃度的CuSO4溶液，用a、b兩個石墨 電極電解，當a極上產(chǎn)生22.4L(標)氣體時，b極上只有 固體析出。然后將a、b兩電板反接，繼續(xù)通直流電， b板上又產(chǎn)生22.4L(標)氣體，溶液質量共減少227g。 (1)a極上產(chǎn)生22.4L(標)氣體時，b極增加的質量； (2)原溶液的物質的量濃度。,(1)解：2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2 陽極：mO2=1mol32g/mol=32g； 陰極增加：mb=2mol64g/mol=128g； 溶液減少：m(1)=

17、160g,37,(2)電源反接后，b為陽極：先Cu放電，后OH-(水電)放電， a 為陰極：先Cu2+放電，后H+ (水電)放電， 可細分為三個階段： 電鍍銅，此階段m=0 電解硫酸銅溶液，設有xmolO2生成： 2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + 2H2SO4 + O2 2xmol 2xmol xmol 此階段溶液減少： m=160 x g 電解硫酸溶液，其本質是水電解： 2H2O = 2H2 + O2 2ymol 2ymol ymol，溶液減少：m=36y g x+y=1，160+160 x+36y=227 X=0.25，y=0.75 CCuSO4=(2+20.25)mol1L=2

18、.5molL-1,38,例5工業(yè)上為了處理含有Cr2O72- 酸性工業(yè)廢水，采用下面的處理 方法，往工業(yè)廢水中加入適量的NaCl，以鐵為電極進行 電解，經(jīng)過一段時間后，有Cr(OH)3 和Fe(OH)3 沉淀生成， 工業(yè)廢水中鉻的含量已低于排放標準, 請回答下面問題：,1. 兩極發(fā)生的電極反應：,2. 寫出Cr2O72-變?yōu)镃r3+的離子方程式：,3工業(yè)廢水由酸性變?yōu)閴A性的原因：,4能否改用石墨電極？說明原因。,陽極：Fe 2e =Fe2+, 陰極：2H+ + 2e = H2,Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6 Fe3+ + 7H2O,H+不斷放電, Cr2O

19、72-,與Fe2+反應中消耗H+, 打破了水的電離平衡, 使溶液中OH- H+,不能, 陽極產(chǎn)生Cl2, 得不到,Fe2+，缺少還原劑, 不能使Cr2O72- 變?yōu)镃r3+生成Cr(OH)3沉淀而除去,39,電解一段時間，如何恢原到電解前的溶液,既要考慮“質”又要考慮“量”.,例如:電解CuSO4溶液： 抓住溶液的變化 若加入CuO、Cu(OH)2，均能與H2SO4反應生成CuSO4. CuOH2SO4CuSO4H2O Cu(OH)2H2SO4CuSO42H2O 比較、消耗的H2SO4、生成的CuSO4、H2O即可知道:加入1mol Cu(OH)2能與1mol H2SO4反應能生成1mol C

20、uSO4和2molH2O.不符合電解時的相關物質的比例.若改加CuO，則很合適.,40,思考2： 如何確定所加物質的量?(惰性電極),分析： 由于兩極上通過的電子數(shù)相等,故陰、陽兩極產(chǎn)物的物質的量間一定滿足確定的關系.因而加入物與其也有一定關系. 例如: 電解含0.4mol CuSO4溶液一段時間后，陽極上生成2.24L氣體(S.T.P),則應加入CuO多少克？(用惰性電極),解析 O2 2CuO 1mol 2mol 0.1mol 0.2mol m(CuO)0.28016(g) 故加入16g CuO即能恢復,41,例用陽極X和陰極Y電解Z的水溶液, 電解一段時間后, 再加入W, 能使溶液恢復到電解前的狀態(tài), 符合題意的組是 ( ),C,A、NaCl電解后生成NaOH, 再加水后不能恢復電解前的狀態(tài),B、電解CuSO4溶液中的SO42-物質的量沒變,再加CuSO4也不能恢復,C、實質是水的電解,再加適量水, 可使H2SO4溶液恢復,D、實質是電鍍, AgNO3溶液濃度不變, 不需加AgNO3晶體,42,練習、化學電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應用。 1.目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應可以表示為： Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2 已知Ni(OH)2和Cd(OH