1、专题七 电化学【考纲要求】1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源的种类及其工作原理。3.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。4.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。【考情分析】近几年高考试题可发现，可充电电池试题的关键在于能否正确书写电极反应式；书写电极反应式的关键是能否正确书写放电时的电极反应式。要正确书写放电时的电极反应式，既要弄清得失电子的物质，还要特别注意电极产物是否与电解质溶液共存，要写出实际存在的电极反应式。然后根据原电池的负极反应与电解池的阳极反应、原电池的正极反应与电解池的阴极反应互为逆反
2、应，即可快速写出充电时的电极反应式。各电极反应式顺利写出以后，即可正确解题。 我们推断电化学及其应用仍为高考命题的重点。命题角度主要为原电池和电解池原理及应用；从题型看主要是选择题和填空题，【课时安排】 3课时【教学过程】考点一: 原电池原理及电极反应方程式的书写一、知识梳理1.原电池原理（1）原电池工作时，其本质是通过自发进行的氧化还原反应，使反应中电子转移而产生电流。反应中的氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，这便形成了带电粒子按一定方向流动的闭合回路。（2）原电池工作原理示意图2正、负极的判断3.电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写（2）复杂电极反应式的书写复杂电极反应式=总反
3、应式较简单一极的电极反应式二、典例探究例1铜锌原电池(如图)工作时，有关叙述正确的是( )A正极反应为Zn2e=Zn2B电池反应为ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电子从正极流向负极D盐桥中的K移向ZnSO4溶液解析：原电池中活泼金属做负极，负极发生氧化反应。所以Zn是负极，反应电极方程式为：Zn2e=Zn2，阳离子增加，盐桥中阴离子移向该溶液。电子从负极流向正极。答案选B。例2：二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kWhkg1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生_个电子的电量；该电池的
4、理论输出电压为1.20 V，能量密度E_(列式计算。能量密度电池输出电能/燃料质量，1 kWh3.6106 J)。解析：二甲醚直接燃料电池的总反应为CH3OCH33O2=2CO23H2O，负极反应式的书写步骤：第一步先写反应物、生成物：CH3OCH32CO2；第二步写明转移电子数：CH3OCH312e2CO2；第三步配平：3H2OCH3OCH312e=2CO212H。1 mol二甲醚被氧化生成2 mol CO2，失12NA个电子，故1个二甲醚分子转移12个电子。据能量密度电池输出电能/燃料质量，若燃料质量为1 kg，则：(3.6106 JkW1h1)8.39 kWhkg1【答案】(1)CH3O
5、CH33H2O=2CO212H12e12(3.6106 JkW1h1) 8.39 kWhkg1三、特别提醒书写电极反应式时，正负极的判断是关键，看两极与电解质溶液得、失电子而快速推断出正、负极，同时还应充分注意介质与电极生成物的反应：负极生成的金属离子在碱性溶液中能与OH反应生成难溶性碱，如在碱性条件下，钢铁腐蚀中负极生成的Fe2与溶液中的OH结合生成Fe(OH)2；在碱性条件下电极析出的CO2能与OH反应生成CO等。考点二：原电池原理的应用一、知识梳理1.加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产
6、生H2的反应速率加快。2比较金属活动性强弱在酸性(非氧化性酸)电解质溶液中，两种金属分别作原电池的两极时，作负极的金属比作正极的金属活泼。3用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁等，可将锌与其相连，使锌作原电池的负极。4设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：(1)首先判断出电池反应中的还原剂和氧化剂，将还原剂(一 般为比较活泼金属)作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极，含氧化剂对应离子的电解质溶液作电解液。(2)如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材
7、料相同的金属的阳离子。(3)按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：原理装置图化学反应：CuCl2Fe=FeCl2Cu还原剂：Fe；氧化剂：CuCl2电极反应：负极：Fe2e=Fe2+正极：Cu22e=Cu或二、典例探究例3：(1)能量之间可以相互转化：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。 成原电池甲的装置示意图(见下图)，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。铜片为电极之一，CuSO4(
8、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_。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_。(2)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 (1)的材料中应选_作阳极。【答案】(1)如右图 电极逐渐溶解，表面有红色固体析出甲负极不和铜离子接触，避免了铜离子直接与负极发生反应而使化学能转化为热能 (2)锌片【解析】(1)因为电子的流向是从左到右，所以我们可以这样设计原电池：左侧烧杯内盛放ZnSO4溶液，电极用锌片(或左侧烧杯内盛放FeSO4溶液，电极用铁片)，右侧烧杯内盛放CuSO4溶液，电极用铜片，即可实现ZnCuSO
9、4=ZnSO4Cu(或FeCuSO4=CuFeSO4)；由所给的电极材料可知，当铜片作电极时，铜片一定是正极，则负极是活泼的金属(失电子，发生氧化反应)，反应现象是电极逐渐溶解，表面有红色固体析出；以锌片和铜片作电极为例，如果不用盐桥，则除了发生原电池反应外还发生锌和铜离子的直接的置换反应，会使部分化学能以热能的形式转化掉，而盐桥的使用可以避免锌和铜离子的直接接触，从而避免了化学能转化为热能，提高电池效率。(2)根据牺牲阳极的阴极保护法，可知被保护的金属作阴极，即铁片作阴极，锌片作阳极。三、特别提醒应用原电池原理可以将任何自发进行的氧化还原反应设计成原电池，但有的电池相当微弱，同时要注意电解质
10、溶液不一定参与反应，如燃料电池，水中一般要加入强碱或强酸，以增强溶液的导电性。考点三：电解原理及有关计算一、知识梳理1电解池工作原理示意图2电解原理分析(1)通电前，电解质溶液中电离(包括电解质和水的电离)的离子作无规则运动。(2)通电时离子移动方向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。放电能力电极反应3电极产物的判断(1)阳极：首先依据电极材料，若为活泼电极，则电极本身失电子被氧化，若为惰性电极(C、Pt、Au)，再依据阴离子放电顺序考虑。(2)阴极：依据阳离子放电顺序考虑。4电解离子方程式的书写(1)必须在短线上标明电解。(2)只是电解质被分解，电解化学方程式中只写电解质及分解产物。如电解Cu
11、Cl2溶液：Cu22ClCuCl2(3)只有水被分解，只写水电解即可。如电解稀硫酸、NaOH溶液、Na2SO4溶液：2H2O2H2O2(4)电解质、水同时被分解，则都要写出，凡是水电离的H或OH放电时，在写电解的离子方程式必须写水(弱电解质)。如电解饱和食盐水：2Cl2H2O2OHCl2H25.电解计算的类型和方法(1)计算类型电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。(2)解题方法根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依
12、据是电路中转移的电子数相等。根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。根据关系式计算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式如：4e4H2H24OHO22Cl22Cu二、典例探究例4.下图所示的电解池和中，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bd。符合上述实验结果的盐溶液是()选项XYAMgSO4CuSO4BAgNO3Pb(NO3)2CFeSO4Al2 (SO4)3DCuSO4AgNO3【答案】B. 【解析】题意表明b、d没有气体逸出，所以析出金属，由质量关系知，B正确。例5用石
13、墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的()ACuSO4BH2O CCuO DCuSO45H2O答案：C； 解析：电解CuSO4溶液分别从溶液析出铜单质，放出氧气，根据减少什么原子加什么原子，所以应加入CuO 。例6人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产 物中的尿素，原理如图。(1)电源的负极为_(填“A”或“B”)。(2)阳极室中发生的反应依次为_ 、_ 。(3)电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将_； 若两极共收集到气体13.44 L(标准状况)，则除去的尿素为_g(忽略气体的溶解)。 答案：(1)B (2)2Cl2e=Cl2 CO(
14、NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl (3)不变7.2【解析】(1)产生Cl2极为阳极知A为正极，B为负极。(2)阳极室发生的反应依次为2Cl2e=Cl2。由产物CO2、N2知CO(NH2)2在此室反应被氧化，CO(NH2)2CO2N2，发生还原反应的为Cl2。故方程式为CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl(3)阴极室2H2e=H2；阳极室产生的H通过质子交换膜进入阴极室，从而使阴极室H浓度保持不变。pH与电解前相比不变。两极共收集到的气体n(气体)0.6 mol，三、方法总结以惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电解质溶浓度pH电解质液复原电解水型阴：4H4
15、e=2H2阳：4OH4e=2H2OO2NaOH增大增大加水H2SO4增大减小加水Na2SO4增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl减小增大通氯化氢CuCl2减小加氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4生成新电解质减小加氧化铜四、特别提醒(1)若阴极为H放电，则阴极区c(OH)增大；若阳极为OH放电，则阳极区c(H)增大；若阴极、阳极同时有H、OH放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。(2)用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原
16、状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。(3)电解过程中产生的H或OH，其物质的量等于转移电子的物质的量。考点四：电解原理的应用一、知识梳理1.氯碱工业(1)主要生产过程(2)电极反应阳极：2Cl2e=Cl2 阴极：2H2e=H2总反应：2NaCl2H2OCl2H22NaOH2电镀(如铁件镀锌)电镀液：含Zn2的盐溶液(如ZnCl2溶液)阳极(Zn)：Zn2e=Zn2阴极(铁件)：Zn22e=Zn电镀过程中电镀液浓度不发生变化。镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液中必须含有镀层金属离子。3电解精炼如粗铜(含Zn、Fe、Ag等)的提纯电解质溶液：含Cu
17、2的盐溶液(如CuSO4溶液)阳极(粗铜)：Zn2e=Zn2 Cu-2e- =Cu2+ Fe2e=Fe2阴极(纯铜)：Cu22e=Cu电解过程中，活泼性比Cu弱的Ag等不放电，形成阳极泥(可从阳极泥中提纯Ag等)；电解质溶液中c(Cu2)会不断减小，应定期更换电解质溶液。4可充电电池(1)对可充电电池充电和放电两过程认识：放电是原电池反应，充电是电解池反应。(2)对可充电电池电极极性和材料的判断：放电时：可先标出放电(原电池)总反应式电子转移的方向和数目，失去电子的一极为负极，该物质即为负极材料；得到电子的一极为正极，该物质即为正极材料。充电时：方法同前，失去电子的一极为阳极，该物质即为阳极材
18、料；得到电子的一极为阴极，该物质即为阴极材料。(3)可充电电池充电时与电源的连接：可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。二、典例探究例7. 如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产生，则生成该气体的电极反应式为_ 。【答案】 aNO2He=NO2H2O【解析】 电解精炼银时，用含杂质的粗银作阳极，用纯银作阴极，含Ag的电解质溶液做电解液。图中b极与电源的负极相连，则b极为阴极，NO在阴极放电生成红棕色的NO2，电极反应式为NO2He=NO2H2O。例8. 镁电池毒性低、污染小，电压高而平稳，它
19、逐渐成为人们研制绿色电池的关注焦点。其中一种镁电池的反应原理为： xMgMo3S4MgxMo3S4，下列说法不正确的是()A放电时，Mo3S4发生氧化反应B放电时，正极反应式：Mo3S42xe=Mo3SC充电时，Mg2向阴极迁移D充电时，阴极反应式：xMg22xe=xMg【答案】A 解析：由题意可知，放电时发生原电池反应，Mg由0价变为2价，被氧化，发生氧化反应，作原电池的负极；Mo3S4为正极，正极反应式为：Mo3S42xe=Mo3S，A错，B正确；电池充电时发生电解反应，阴极发生还原反应，金属阳离子Mg2放电，反应式为：xMg22xe=xMg，电解质溶液中，阳离子Mg2向阴极移动，C、D正
20、确。例9. 甲、乙两个容器中，分别加入0.1 molL1 NaCl溶液与0.1 molL1 AgNO3溶液后，以Pt为电极进行电解时，在A、B、C、D各电极上生成物的物质的量之比为(H2O除外)_。【解析】此装置相当于两个电解槽串联到一起，在整个电路中电子转移总数相等。首先判断各极是阳极还是阴极，再分析各极发生的反应。A极(阴极)反应：2H2e=H2，B极(阳极)反应：2Cl2e=Cl2；C极(阴极)反应：Age=Ag；D极(阳极)反应：4OH4e=2H2OO2。根据电子守恒可知，若整个电路中有4 mol电子转移，生成H2、Cl2、Ag、O2的物质的量分别为2 mol、2 mol、4 mol、
21、1 mol，因此各电极上生成物的物质的量之比为2241。【答案】2241三、方法总结：1. 分析电解原理五步骤第一步，看电极材料。若阳极为铁、锌、铜、银等活性电极，金属发生氧化反应； 第二步，将电解质溶液中的离子分组，并按放电顺序确定反应的先后顺序；第三步，写出电极反应式，注意介质是否参与电极反应；第四步，分析电极材料、电解质溶液发生的变化；第五步，联系问题找到答题的切入点。2. 电化学计算中多池串联规律和电解过程的分析方法（1）多池串联规律各电极上转移电子数相同，阴阳极交替相接。转移的电子数任一电极上析出物质的物质的量每析出1 mol该物质转移的电子数。（2）电解过程的分析方法电解某给定量的
22、溶液时，往往涉及电解过程的分析，即不同阶段同一电极上放电的微粒不同。电解混和溶液时，往往也会涉及电解过程的分析。如电解含有相同物质的量的硫酸铜和氯化钠混合溶液：第一阶段，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上铜离子放电生成铜单质；第二阶段，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子放电生成铜单质；第三阶段，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气。考点五：金属的腐蚀与防护一、知识梳理1、金属腐蚀规律金属腐蚀既受到其组成的影响，又受到外界因素的影响。通常金属腐蚀遵循以下规律。(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是：电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的 正极电解池的阴极。(2)在不
23、同溶液中：金属在强电解质溶液中的腐蚀金属在弱电解质溶液中的腐蚀金属在非电解质溶液中的腐蚀。(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。(4)由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。2金属的防护措施图示二、典例探究例10.如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序 _。【解析】为化学腐蚀，腐蚀较慢，、实质上为原电池装置，中Fe作正极被保护，中Fe作负极，被腐蚀；是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解池，加快了Fe的腐蚀；中Fe接
24、电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知：铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为。例11.糕点包装中常用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：Fe3e=Fe3C脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应为：2H2OO24e=4OHD含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况)答案：D； 解析：根据题意铁作为电池负极(Fe2e=Fe2) 碳作原电池正极(2H2OO24e=4OH)因此B、C错误，脱氧过程是放热
25、反应，A项错误，D项生成的Fe2继续被O2氧化。【课堂小结】2个方面：(1) 能量转化：化学能、电能相互转化；(2)反应本质：氧化还原反应。两极反应类型：(1) 负极：氧化反应； 正极：还原反应。(2) 阴极：还原反应； 阳极：氧化反应。两极放电顺序阳极：活性电极：电极材料放电惰性电极：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子阴极：AgFe3Cu2H（酸）Fe2Zn2H（水）Al3Mg2Na【课后作业】专题七电化学练习【教学反思】因高考题目有限，所以关于电化学主要是综合性考查，其题型包括五判断（判断工作原理题型、判断电极、判断电子流向、判断电极上析出的产物、判断电极附近或整个溶液的酸碱性；）、二写（写电极反应式和总反应方程式）、一比较（金属的活动性）。尤其是电极方程式书写。在教学中要注意方法的引导，使学生能真正掌握其实质。