电化学2
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2009年高考化学专题复习一一电化学专题电化学知识是理论部分的一个重要内容,也是历年高考考查的一个重点。
电化学知识既可以综合学科内的知识,如联系到:化学实验现象的判断和分析、定量实验的操作要求、离子方程式的书写、氧化还原反应问题分析、化学计算等。
也可以涉及到学科间的知识的运用,如联系到物理学的“有关电流强度的计算、有关电量和阿伏加德罗常数的计算”等,还可以与生产生活(如金属的腐蚀和防护、电镀废液的危害与环保)、新科技及新技术(新型电池)等问题相联系,是不可忽视的一个知识点。
在《考试大纲》中,它主要涵盖以下基本要求1 •理解原电池原理和电解池原理,能够正确分析和判断电化学中的电极反应,正确书写电极反应式。
2•了解化学腐蚀与电化学腐蚀,联系生产、生活中的金属腐蚀现象,会分析和区别化学腐蚀和电化学腐蚀,了解一般防腐蚀的方法,并能运用原电池的基本原理解释简单的防腐蚀等生产实际问题。
3•铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业等是电解原理的具体应用,要了解和熟悉这些反应原理。
4•电解池中电解质溶液的pH变化的计算。
复习过程中注意以下两点:(1)综合命题的趋势要求宽而不是难,历年的高考试题印证了这一点。
对相差基础知识应扎实掌握,如电极反应的方程式的书写、燃料电池的分析、计算等。
(2)理科综合考试的一个重要变化是从知识立意向能力立意的转变。
对电化学问题、实物图的分析是近几年高考命题的一个热点,对图表类问题的分析处理要灵活掌握。
锂电池.①、燃料电池与普通电池的区别不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内,而是工作时不断从外界输入,同时 燃料. 电极反应产物不断排出电池。
电池■②、原料:除氢气和氧气外,也可以是CH 4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。
「负极:2H 2+2OH --4e -=4H 2O ;正极:O 2+2H 2O+4e=4OH - ■③、氢氧燃料电池:]总反应:。
2+2H 2 =2H 2O〔特点:转化率高,持续使用,无污染。
第六章电化学一、本章基本要求1.掌握电化学中的一些基本概念:导体、原电池和电解池、正负极、阴阳极。
了解离子迁移数的意义及常用测定方法。
2.掌握电导、电导率及摩尔电导率的概念及它们与浓度的关系。
熟悉离子独立运动定律及电导测定的应用。
3.熟悉电解质溶液的活度、平均活度系数、平均浓度和离子强度的定义及计算方法,了解德拜-休克尔极限公式的使用。
4.掌握可逆电池的基本概念和表示方法,熟悉可逆电极的类型和书写方法,能正确书写电极反应和电池反应。
5.了解电池电动势的产生机制,测定原理。
了解电极电势的确定方法及标准氢电极作用。
6.熟练掌握电池电动势和电极电势的Nernst方程,掌握它们的计算和重要的应用。
7.熟练掌握电化学和热力学之间的联系,能利用电化学手段计算热力学函数的变化值。
8.了解浓差电池的基本概念。
熟悉膜电势的概念和意义。
9.熟悉电解过程的基本概念和基本原理,了解电极极化的产生原因。
10.了解电化学在生物学中的应用。
二、基本公式和内容提要(一)电化学基本概念1.导体导体是指能够导电的一类物体,通常分为电子导体和离子导体两种。
电子导体通过自由电子的定向移动而导电,且导电过程中无化学变化,导体的导电能力随温度升高而降低。
离子导体通过正、负离子的定向移动来实现导电目的,导电过程中有化学反应发生,导体的导电能力随温度升高而增强。
2.原电池和电解池实现化学能和电能之间相互转化的装置称为电化学装置,或简称电池。
其中将电能转化为化学能的装置叫电解池,将化学能转化为电能的装置叫原电池。
两种电池中,发生氧化反应的电极称为阳极,发生还原反应的电极称为阴极。
而正负极则是根据电势的高低来认定的。
电势高者为正极,电势低者为负极。
原电池中的正极为阴极,负极为阳极;电解池中的阳极为正极,阴极为负极。
无论在原电池还是电解池中,正离子向阴极的定向迁移和负离子向阳极的定向迁移,都可以实现电流在溶液内部的传导;而两电极上氧化、还原反应的彼此独立进行,又可以实现电流在电极与溶液界面处的连续。
2.6 有机分子在电极/溶液界面的吸附当向溶液中加入有机表面活性物质后,测量该溶液中的ϕσ-曲线和ϕ-Cd 曲线,将会发现:二曲线均有显著变化。
说明有机物的吸附会改变电极表面状态及界面结构、性质等。
因此它也必将对电极过程产生重大的影响,有必要研究。
2.6.1 有机物对界面性质的影响1. 电毛细曲线1)在0ϕ附近,↓σ,出现一平缓段(平台);ϕ远离0ϕ,有机物的影响消失,与没有有机物的曲线重合。
2)有机物的引入使0ϕ变得不明显了,实际上有正移的倾向。
3)加入的有机物浓度越大,↓σ越多,即12C C >,12σσ<,↓σ的电位范围也越广(但应有一浓度极限值,当有机物浓度增大到一定值时,界面张力不再下降,达到了饱和覆盖)。
2. 微分电容曲线32C C >1)在0ϕ附近,↓Cd ,且出现与ϕ无关的平台,与无机离子吸附不同。
2)ϕ偏离0ϕ时,即(↑-0ϕϕ),Cd 出现两个峰值;↑↑-0ϕϕ,恢复原状,与没有有机物时相同,二峰对应的ϕ称为吸、脱附ϕ。
3)23C C >,23Cd Cd <(0ϕ附近),且吸附的ϕ范围增大,峰值变大(与ϕσ-曲线一致),但并非总有↑i C ,↓Cd ,↓Cd 有一极限值。
后面将要讲,当有机物在表面到达饱和覆盖时,Cd 的下降达到极限值。
在含有不同浓度t-C 5H 11OH 的1N NaCl 溶液中测得的电毛细曲线 醇的浓度(N )分别为: 1-0;2-0.01;3-0.05;4-0.1;5-0.2;6-0.4有机表面活性物质对微分电容曲线的影响1-未加入活性物质;2-达到饱和吸附;3-未达到饱和吸附那么,如何解释ϕ-Cd 曲线中出现的平台以及峰值呢?再有,能否利用ϕ-Cd 曲线求有机物在表面的吸附量呢?茀鲁姆金做了这方面的工作,我们来介绍一下。
2.6.2弗鲁姆金的吸附假说所谓假说,就是说该理论没有严格的热力学依据,但可以解释实验现象。
我们就看一看这个假说的内容以及它是如何解释实验现象的。
第十二章电解分析和库仑分析(Electrolysis and Coulometry)电解分析和库仑分析所用化学电池是将电能转变为化学能的电解池。
其测量过程是在电解池的两个电极上,外加一定的直流电压,使电解池中的电化学反应向着非自发的方向进行,电解质溶液在两个电极上分别发生氧化还原反应,此时电解池中有电流通过。
1、通过称量在电解过程中,沉积于电极表面的待测物质量为基础的电分析方法。
它是一种较古老的方法,又称电重量法。
此法有时可作为一种离子分离的手段。
实现电解分析的方式有三种:控制外加电压电解、控制阴极电位电解和恒电流电解。
2、库仑分析:通过测量在电解过程中,待测物发生氧化还原反应所消耗的电量为基础的电分析方法。
该法不一定要求待测物在电极上沉积,但要求电流效率为100%。
实现库仑分析的方式有恒电位库仑分析和恒电流库仑分析。
3、电解池组成(如图)a)指示电极和工作电极:在化学电池中藉以反映离子浓度、发生所需电化学反应或响应激发讯号的电极。
一般来说,对于平衡体系或在测量时,主体浓度不发生可觉察的变化的电极——指示电极;如果有较大电流通过,主体浓度发生显著变化的体系,相应电极——工作电极。
b)参比电极:电极电位恒定不变c)辅助电极和对电极:它们为提供电子传导的场所,但电极上的反应并非实验中所要研究或测量的。
工作电流很小时,参比电极即为辅助电极;当工作电流较大时,参比电极将难以负荷,其电位亦不稳定,此时应用再加上一“辅助电极”构成所谓的“三电极系统”来测量或控制工作电极的电位。
在不用参比电极的两电极体系中,与工作电极配对的电极则称为对电极。
但有时辅助电极亦称为对电极。
一、电解分析电解装置:阳极用螺旋状Pt并旋转(使生成的气体尽量扩散出来),阴极用网状Pt(大的表面)和电解液。
理论分解电压:为使电极反应向非自发方向进行,外加电压应足够大,以克服电池反电动势。
通常将两电极上产生迅速的连续不断的电极反应所需的最小电压称为理论分解电压,因此理论分解电压即电池的反电动势,U=ϕc-ϕa 。
2012年(高三)暑假班(化学)学科 第1讲 ( 电化学第二课时原电池)【开心自测】[例1]在下图所示的装置中,能够发生原电池反应的是( )【教学重难点及考点占比】原电池的工作原理、电极反应式及电池反应式的书写、3种重要的化学电源【秒杀方略】讲练结合,总结规律 【金题精讲】考点1原电池原理1.原电池的反应原理:自发的、放热的氧化还原反应原电池的电路工作原理:(外电路)负极失去电子,电子经导线流向正极。
(内电路)溶液中阴阳离子发生定向移动, 向负极移动, 向正极移动。
2.原电池的电极和电极反应:正极:符号“+”,得到电子,发生 负极:符号“-”,失去电子,发生 以锌铜电池(电解液H 2SO 4溶液)为例:电子经导线流向正极氧化反应还原反应失电子Zn Cu 得电子锌溶解 SO 铜极不变Zn -2e -=Zn 2+阴离子向负极移动;阳离子向正极移动 2H ++2e -=H 2↑3.原电池形成的一般条件:(1)两极: 的金属(或一种是金属,另一种是非金属导体)。
(2)电解质溶液:电极必与电解质溶液接触。
(3)形成闭合回路:电极相互接触或 连接。
考点2常用的化学电源和新型化学电源 1.实用电池的特点实用电池一般具有以下的特点:(1)能产生比较稳定而且较高电压的电流;(2)安全、耐用且便于携带,易于维护; (3)能够适用于各种环境;(4)便于回收处理,不污染环境或对环境的污染影响较小;(5)能量转换率。
2.几种常见的电池和新型电池分类及反应原理简介化学电池分类:(如锌锰干电池、碱性锌锰电池)(又叫充电电池或蓄电池)(如铅蓄电池)(如氢氧燃料电池)(1)一次电池①碱性锌锰电池构成:负极是锌,正极是MnO2,电解质是KOH工作原理:负极 Zn+2OH—-2e-=Zn(OH)2;正极:2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-总反应式:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2特点:比能量较高,储存时间较长,可适用于大电流和连续放电。
(2)二次电池①铅蓄电池:(1)铅蓄电池放电原理的电极反应负极:Pb+S042—-2e—=PbSO4;正极:Pb02+4H++S042—+2e—=PbSO4+2H2总反应式:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbS04+2H2O(2)铅蓄电池充电原理的电极反应阳极:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-;阴极:PbSO4+2e-=Pb+SO42-总反应:2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4(3)燃料电池①氢氧燃料电池当用碱性电解质时,电极反应为:负极:2H2+40H—-4e—=4H20;正极:02+2H20+4e—=40H—总反应:2H2+02=2H2O②甲烷燃料电池该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极,在两极上分别通甲烷和氧气;负极:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;正极:2O2+4H2O+8e-=8OH-总反应方程式为:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O③CH3OH燃料电池用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中,然后向两极分别通入CH3OH和O2,则发生了原电池反应。
负极:2CH3OH +16OH--12e-=2CO32-+12H2O;正极:3O2+6H2O+12e-=12OH-总反应方程式为:2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O3.正确书写电极反应式(1)列出正负电电极上的反应物质,在等式的两边分别写出反应物和生成物。
(2)在反应式的左边写出得失电子数,使得失电子。
(得失电子守恒)(3)使质量守恒。
电极反应式书写时注意:负极反应生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。
若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应该写入负极反应式;若正极上的反应物质是O,且电解质2O必须写入正极反应式,且生成物为OH-,若电解液为酸性,则H+必须写入反应溶液为中性或碱性,则H2式中,生成物为HO。
电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求。
2(4)正负极反应式相加得到。
若能写出总反应式,可以减去较易写出的电极反应式,从而写出较难书写的电极方程式。
[例2] (08江苏卷)镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd + 2NiOOH +2H2O 放电Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是()A.充电时阳极反应:Ni(OH)2-e—+ OH- == NiOOH + H2OB.充电过程是化学能转化为电能的过程C.放电时负极附近溶液的碱性不变D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动考点3原电池PH值的变化和简单计算1.在原电池工作时,由于失去电子进入电解溶液,正极附近的阳离子得到电子从溶液中析出,可能会引起溶液PH值的变化。
得电子(1)当负极产生的金属离子结合溶液中的OH-时,电极附近的溶液PH值。
当正极O2时结合溶液中的水时,生成OH-使溶液中的PH值增大。
(2)电池工作时整个溶液PH值的变化必须从总反应式来分析。
当电解液中酸被消耗时,溶液PH值增大,当电解质溶液中碱被消耗时,溶液PH值减小。
2.原电池的有关计算电子守恒法是依据氧化剂与还原剂相等这一原则进行计算的。
电子守恒法是氧化还原计算的最基本的方法。
计算时可由电极反应式中的氧化剂(或还原剂)与失去的电子(或得电子)之间的关系进行计算。
[例3] (2007年高考理综宁夏卷,原电池)(14分)(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应:______________________;银片上发生的电极反应:_______________________。
(2)若该电池中两电极的总质量为60 g,工作一段时间后,取出锌片和银片洗净干燥后称重,总质量为47 g,试计算:①产生氢气的体积(标准状况);②通过导线的电量。
(已知N A = 6.02×1023 /mol,电子电荷为1.60×10-19 C)秒杀初级题型1、(2010陕西汉中一测,18)把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线两两相连组成原电池。
若a、b相连时,a为负极;c、d相连时,电流由d到c;a、c相连时,c极上产生大量气泡,b、d相连时,b上有大量气泡产生,则四种金属活动性顺序由强到弱正确的是A.a>b>c>dB.a>c>d>bC.c>a>b>dD.b>d>c>a2、(2010浙江绍兴模拟)原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,下列说法中不正确的是A.由Al、Cu、稀硫酸组成原电池,放电时H+向正极移动B.由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池,其负极反应式为Al+4OH- [Al(OH)4]-+3e-C.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池,其负极反应式为Cu Cu2++2e-D.由Al、Cu、浓硝酸组成原电池作电源,用石墨电极来电解硝酸银溶液,当析出 1 mol Ag 时,消耗铜电极32 g3、将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸中,组成FeAg原电池,并经过一段时间后,下列叙述正确的是A.负极有Cl2逸出,正极有H2逸出B.负极附近Cl-的浓度减小C.溶液中出现白色AgCl沉淀D.溶液中Cl-的浓度基本不变秒杀中级题型4、2011年1月8日中国能源经济论坛在京召开,提出要构建安全稳定、经济清洁的现代能源产业体系。
新能源几乎囊括了太阳能、风能、海洋能、核能、生物质能、氢能、新能源电池等在内的所有新能源类别。
高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
下列叙述不正确的是A.放电时负极反应为Zn+2OH- Zn(OH)2+2e-B.充电时阳极反应为Fe(OH)3+5OH- Fe+4H2O+3e-C.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧D.放电时正极附近溶液的碱性增强5、(1)A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。
①B中Sn极的电极反应式为,Sn极附近溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”) 。
②C中总反应的离子方程式为。
比较A、B、C中铁被腐蚀的速率,由快到慢的顺序是。
(2)如图是甲烷燃料电池原理示意图,回答下列问题:①电池的负极是(填“a”或“b”)极,该极的电极反应式是。
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
秒杀高级题型6、熔融盐燃料电池具有高发电效率,因而受到重视。
某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2-和HCO3 )为电解质,以丁烷为燃料,以空气为氧化剂,以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。
该燃料电池负极电极反应式为:2C4H10+26CO3-52e- 34CO2+10H2O。
试回答下列问题:(1)正极电极反应式为 ;(2)该燃料电池的化学反应方程式为。
7、某新型铝—空气燃料电池,以铝合金为负极,在正极通入空气,若以NaCl溶液或NaOH 溶液为电解质溶液,放电时正极反应都为O2+2H2O+4e- 4OH-。
下列说法正确的是( )8、现欲以下图所示装置用电化学原理将CO 2、SO 2转化为重要化工原料。
(1)若A 为CO 2,B 为H 2,C 为CH 3OH,则通入CO 2的一极为 极,电极反应式为 , 电池反应式为 。
(2)若A 为SO 2,B 为O 2,C 为H 2SO 4,则负极的电极反应式为 。
9、氢氧燃料电池以氢气作还原剂,氧气作氧化剂,电极为多孔镍,电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液。
以下有数种说法:①负极反应为O 2+2H 2O+4e - 4OH - ②负极反应为2H 2+4OH - 4H 2O+4e -③电池工作时正极区pH 升高,负极区pH 下降 ④电池工作时溶液中的阴离子移向正极 正确的组合是( )。
A.②③B.②④C.①③④D.①④高考题重现(2011山东理综,29题部分)右图为钠硫高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为320 ℃左右,电池反应为2Na+x S Na 2S x ,正极的电极反应式为 。
M(由Na 2O 和Al 2O 3制得)的两个作用是 。
与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 倍。
【互动答疑】补充规律:①以CO 、CH 4、C 2H 6、CH 3OH 、SO 2为燃料的燃料电池,通入燃料的一极为负极,通入O 2的一极为正极 ②通入O 2的一极电极反应为③燃料CO 、CH 4、C 2H 6、CH 3OH 等在不同的电解质溶液中反应的产物分别为:。