高考化學電化學解題技巧(高考電化學基礎知識點總結)
原電池
(一)概念:
將化學能轉化為電能的裝置稱為原電池。
(二)組成條件:
1.兩個活潑性不同的電極
2.電解質溶液
3.電極用導線相連并插入電解液構成閉合回路
(三)電子流向:
外接電路:負極——線——正極
內部電路:鹽橋中的陰離子向負極移動的電解質溶液,鹽橋中的陽離子向正極的電解質溶液移動。
(四)電極反應:
以鋅銅原電池為例:
負極:氧化反應:Zn-2e=Zn2+(較活潑的金屬)
正極:還原反應:2H++2e=H2(活性金屬較少)
總反應式:Zn+2H+=Zn2++H2
(五)正、負極的判斷:
1.從電極材料:一般較活潑金屬為負極;或金屬為負極,非金屬為正極。
2.從電子的流動方向:負極流入正極
3.從電流方向:正極流入負極
4.根據(jù)電解質溶液內離子的移動方向:陽離子流向正極,陰離子流向負極
5.根據(jù)實驗現(xiàn)象:
(1)溶解極為負極
(2)一極增重或有氣泡為正極。
化學電池
(一)電池的分類:
化學電池、太陽能電池、原子能電池
(二)化學電池:
將化學能直接轉化為電能的裝置
(三)化學電池的分類:
一次電池、二次電池、燃料電池
1.一次電池
常見原電池:堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鋰電池等。
2.二次電池
(1)二次電池:放電后可再次充電,使活性物質再生,可多次重復使用。也稱為充電電池或蓄電池。
(2)電極反應:鉛酸電池
放電:
負極(引線):Pb-2e-=PbSO4
正極(氧化鉛):PbO2+4H++2e-=PbSO4+2H2O
充電:
陰極:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+
陽極:PbSO4+2e-=Pb
這兩個方程可以寫成可逆反應:PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O
(3)開發(fā)出新型電池:銀鋅電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子電池。
3.燃料電池
(1)燃料電池:是燃料與氧化劑反應直接產生電流的原電池。
(2)電極反應:一般來說,燃料電池中電化學反應的最終產物與燃燒產物相同。整個電池反應可以根據(jù)燃燒反應來寫,但沒有指定反應的條件。在負極發(fā)生氧化反應,在正極發(fā)生還原反應。但需要注意的是,電解質溶液一般參與電極反應。以氫氧燃料電池為例,鉑為正、負電極,介質分為酸性、堿性和中性。
當電解質溶液呈酸性時:
負極:2H2-4e-=4H+
正極:O2+4e-+4H+=2H2O
電解質溶液呈堿性時:
負極:2H2+4OH--4e-=4H2O
正極:O22H2O4e-=4OH-
另一種類型的燃料電池使用插入KOH溶液中的金屬鉑片作為電極,甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)通過兩個極。
電極反應式為:
負極:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
正極:4H2O2O28e-=8OH-。
電池總反應式為:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
(3)燃料電池的優(yōu)點:能量轉化率高、浪費少、運行噪音低
4.廢棄電池的處理:回收利用
電解池
(一)電解原理
1.電解池:把電能轉化為化學能的裝置,也叫電解槽。
2.電解:電流(外加直流電)通過電解質溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應(被動的不是自發(fā)的)的過程。
3.放電:當離子到達電極時,失去或獲得電子,發(fā)生氧化還原反應的過程。
4.電子流向:(電源)負極—(電解池)陰極—(離子定向運動)電解質溶液—(電解池)陽極—(電源)正極。
5.電極名稱及反應:
陽極:連接直流電源正極的電極,發(fā)生氧化的地方
陰極:連接直流電源負極的電極,在此發(fā)生還原反應
6.電解CuCl2溶液的電極反應:
陽極:2Cl--2e-=Cl2(氧化)
陰極:Cu2++2e-=Cu(還原)
總反應式:CuCl2=Cu+Cl2
7.電解本質:電解質溶液的導電過程,就是電解質溶液的電解過程
規(guī)則總結:寫出電解反應的離子方程:
放電順序:
陽離子放電順序:Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(指酸離子化)Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+
負離子的放電順序:
為惰性電極時:S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(如含氧酸離子)F-
為活性電極時:電極本身溶解并放電
*注意,我們首先要看電極材料,是惰性電極還是活性電極。如果陽極材料是活性電極(Fe、Cu)等金屬,則陽極反應是電極材料失去電子變成離子進入溶液;如果是惰性材料,則根據(jù)陰離子和陽離子的放電順序,根據(jù)陽離子和氧陰離子的逆轉定律,寫出電極反應公式。
電解質水溶液電解產物的規(guī)律:
類型
電極反應特性
例子
電解對象
電解質濃度
分解電解質型
被電解液電離的陰離子和陽離子分別在兩極放電。
鹽酸
電解質
減少
氯化銅
釋放H2形成基礎形式
陰極:水放出H2生成堿
陽極:電解質陰離子放電
氯化鈉
電解質和水
創(chuàng)造新的電解質
釋氧產酸型
正極:電解質陽離子放電
陽極:水放出O2生成酸
硫酸銅
電解質和水
創(chuàng)造新的電解質
電解水型
陰極:4H++4e-==2H2
陽極:4OH--4e-==O2+2H2O
氫氧化鈉
水
增加
硫酸鈉
以上四類電解液的分類:
(1)電解水類型:含氧酸、強堿、活性金屬含氧鹽
(2)電解液類型:無氧酸、無氧惰性金屬鹽(氟化物除外)
(3)產氫堿類型:活性金屬無氧酸鹽
(4)析氧產酸型:惰性金屬的含氧酸鹽
(二)電解原理的應用
1.電解飽和食鹽水以制造燒堿、氯氣和氫氣
(1)電鍍是利用電解原理,在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。
(2)電極和電解質溶液的選擇:
陽極:涂層金屬,失去電子并變成離子進入溶液M-ne-==Mn+
陰極:被鍍金屬(鍍件):溶液中的金屬離子獲得電子,成為金屬原子,附著在金屬表面Mn++ne-==M
電解液:含有電鍍金屬離子的溶液作為電鍍液。鍍銅反應原理
陽極(純銅):Cu-2e-=Cu2+
陰極(鍍件):Cu2++2e-=Cu,
電解液:可溶性銅鹽溶液,如CuSO4溶液
2.電鍍應用之一:銅的精煉
陽極:厚銅;
陰極:純銅
電解液:硫酸銅
3.電冶金
(1)電冶金:礦石中的金屬陽離子獲得電子并從其化合物中還原,用于冶煉鈉、鎂、鈣、鋁等活性金屬。
(2)電解氯化鈉:
通電前,氯化鈉在高溫下熔化:NaCl==Na++Cl-
接通直流電源后:
陽極:2Na++2e-==2Na
陰極:2Cl--2e-==Cl2
規(guī)則概要:原電池、電解槽、電鍍槽的判定規(guī)則
(1)如果沒有外部電源,則滿足形成原電池的三個條件。
有兩個不同活性的電極;
將兩極用電線連接起來,直接插入所連接的電解質溶液中;
活性金屬能與電解質溶液發(fā)生氧化還原反應(有時是由于與水電離產生H+反應)。只要同時滿足這三個條件,就是原電池。
(2)如果有外接電源,兩極插入電解質溶液中,則可能是電解槽或電鍍槽;當陰極為金屬,陽極也是金屬且與電解液中的金屬離子屬于同一元素時,為電鍍槽。
(3)如果多個電解槽串聯(lián),且有外接電源,則連接電源的裝置為電解槽或電鍍槽。如果沒有外接電源,首先選擇較活潑的金屬電極作為原電池的負極(電子輸出電極),相關器件為原電池,其余為電鍍電池或電解電池。
原電池、電解槽、電鍍槽的比較
原電池
細胞
電鍍槽
定義(設備特性)
將化學能轉化為電能的裝置
將電能轉化為化學能的裝置
利用電解原理在某些金屬表面的一側鍍上一層其他金屬
反應特性
自發(fā)反應
非自發(fā)反應
非自發(fā)反應
裝置特性
不供電,兩級材質不同
帶電源后,兩層材料可以相同也可以不同。
有力量
形成條件
具有不同移動性的桿
A
形成一個閉環(huán)
兩個電極連接至直流電源
將兩個電極插入電解質溶液中
形成一個閉環(huán)
1、鍍層金屬接電源正極,待鍍金屬接電源負極;2.鍍液必須含有鍍層金屬離子
電極名稱
負極:較活潑的金屬
正極:活性較低的金屬(能導電的非金屬)
陽極:接電源正極
陰極:接電源負極
名稱與電解相同,但有限制
陽極:必須是電鍍金屬
陰極:電鍍件
電極反應
負極:氧化反應,金屬失去電子
正極:還原反應,來自溶液中的陽離子或氧的電子(吸氧腐蝕)
陽極:氧化反應,溶液中的陰離子失去電子,或電極金屬失去電子
陰極:還原反應,溶液中的陽離子獲得電子
陽極:金屬電極失去電子
陰極:鍍液中的陽離子獲得電子
電子流
負極正極
電源負極負極
電源正極陽極
與電解池相同
帶電粒子在溶液中的運動
陽離子向正極移動
陰離子向負極移動
陽離子向陰極移動
陰離子向陽極移動
與電解池相同
連接
氧化和還原反應在兩極發(fā)生
金屬的電化學腐蝕和防護
(一)金屬的電化學腐蝕
1.金屬腐蝕內容
2.金屬腐蝕的本質:都是金屬原子失去電子而被氧化的過程
3.電化學腐蝕和化學腐蝕的區(qū)別
電偶腐蝕
化學腐蝕
狀況
與電解質溶液接觸的不純金屬或合金
與非電解質直接接觸的金屬
現(xiàn)象
產生微弱電流
沒有電流產生
自然
更多活性金屬被氧化的過程
金屬被氧化的過程
關系
化學腐蝕和電偶腐蝕常同時發(fā)生,但電偶腐蝕更為常見,也更為嚴重。
4.電化學腐蝕的分類:
析氫腐蝕——腐蝕過程中不斷釋放出氫氣
(1)條件:在潮濕空氣中形成的水膜呈強酸性(水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等氣體)
(2)電極反應:
負極:Fe2e-=Fe2+
正極:2H++2e-=H2
通式:Fe+2H+=Fe2++H2
吸氧腐蝕——反應過程吸收氧氣
條件:中性或弱酸性溶液
電極反應:
負極:2Fe4e-=2Fe2+
正極:O2+4e-+2H2O=4OH-
通式:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
生成的Fe(OH)2被空氣中的O2氧化生成Fe(OH)3。Fe(OH)3除去部分水,形成Fe2O3·xH2O(鐵銹的主要成分)
規(guī)律總結:
1.金屬腐蝕快慢的規(guī)律:在同一電解質溶液中,金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下:
電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>采取防腐措施的腐蝕
2.防腐措施由好到壞的順序如下:
外部電源陰極保護方法>犧牲負極正極保護方法>一般防腐條件的腐蝕>無防腐條件的腐蝕
(二)金屬的電化學防護
1.利用原電池原理進行金屬的電化學防護
(1)犧牲陽極陰極保護方法
原理:原電池反應時,負極被腐蝕,但正極不發(fā)生變化。
應用:在被保護的鋼鐵設備上安裝多個鋅塊,腐蝕鋅塊,保護鋼鐵設備
負極:鋅塊被腐蝕;正極:保護鋼鐵設備
(2)外加電流陰極保護法
原理:通電時,大量電子積聚在鋼鐵設備上,使金屬原電池反應產生的電流無法傳輸,從而防止金屬被腐蝕。
應用:以被保護的鋼鐵設備作為陰極,惰性電極作為輔助陽極,二者均存在于電解質溶液中,并連接外部直流電源。通電后,大量電子積聚在鋼鐵設備上,抑制鋼鐵失去電子的反應。
2.改變金屬結構:把金屬制成防腐的合金
3.把金屬與腐蝕性試劑隔開:電鍍、油漆、涂油脂、表面鈍化等
(3)金屬腐蝕的分類:
化學腐蝕-由金屬與其接觸的材料之間的直接化學反應引起的腐蝕。
電偶腐蝕-當不純金屬與電解質溶液接觸時會發(fā)生電偶反應。相對活潑的金屬失去電子并被氧化。這種腐蝕稱為電化學腐蝕。
標簽:知識總結
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