浙江省高三化学 第5单元21讲 化学能与电能的转化复习课件

《浙江省高三化学 第5单元21讲 化学能与电能的转化复习课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙江省高三化学 第5单元21讲 化学能与电能的转化复习课件（54页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 一、原电池原理 1概念：_把转变成_的装置叫做原电池。2原电池的电极和电极反应：正极：符号“”，_电子，发生_。负极：符号“”，_电子，发生_。3原电池形成的一般条件：(1)两个_的电极(在一定条件下较活泼的电极作为负极)。(2)_ 溶液：电极必须与电解质溶液接触。电能得到还原反应失去氧化反应活泼性不同电解质化学能 (3)形成_回路(外电路由导线构成通道；内电路由电解质构成通道)。(4)自发的_反应。4工作特点：(1)原电池在放电时，负极上_较强的物质(负极本身或与负极紧密接触的物质)的_经过导线流向正极，而正极上_较强的物质(正极本身或与正极紧密接触的物质)_电子，两极之间再通过盐桥及池内

2、溶液中的_定向运动形成的内电路构成有稳定电流的闭合回路。负极_电子(发生_反应)，正极_电子(发生_反应)。还原氧化流入流出阴、阳离子得到氧化性电子氧化还原闭合还原性 (2)原电池工作的本质是_。理论上，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。铜锌原电池(电解液H2SO4溶液)的工作原理和电子流向可用下列图示表示：Zn2e Zn2阴离子向负极移动；阳离子向正极移动2H2e H2氧化还原反应 5化学电源 (1)酸性锌锰干电池构造：正极：石墨碳棒；负极：锌皮；电解质溶液：糊状氯化铵。电极反应：负极：Zn Zn22e正极：MnO2NHe MnO(OH)NH3电池反应：Zn2NH4Cl2MnO2

3、ZnCl22MnO(OH)2NH3 (2)碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池与酸性锌锰干电池的区别在于：以氢氧化钾代替氯化铵做电解质。其电极反应如下：负极：Zn2OH Zn(OH)22e正极：2MnO2H2O2e Mn2O32OH电池反应：Zn2MnO2H2O Zn(OH)2Mn2O3 (3)铅蓄电池构造：负极：铅；正极：二氧化铅；电解质溶液：硫酸溶液。电极反应：负极：PbSO PbSO42e正极：PbO22e4H PbSO42H2O电池反应：PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O优点：铅蓄电池是二次电池，可多次充电，反复利用。PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O充电放电24SO

4、 (4)氢氧燃料电池构造：负极：氢气；正极：氧气；电解质溶液：氢氧化钾溶液。电极反应：负极：2H24OH 4H2O4e正极：O24e2H2O 4OH电池反应：2H2O2 2H2O优点：能量利用率高。二、电解的原理 1概念：使电流通过电解质溶液(或熔化的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。几个层面理解：是电解质(熔融或溶液)的导电过程；是一个发生氧化还原反应的过程；是一个阴阳离子定向移动的过程；是一个电能转化为化学能的过程。2电解池构成的条件 (1)与电源相连的两个电极。(2)电解质溶液(或熔化的电解质)。(3)形成闭合回路。3电解原理：电解的电路工作原理：导线上(外电路)电子从电源的

5、负极流出经导线流向电解池的阴极，电解池的阳极上产生电子经导线流入电源的正极。溶液中(内电路)阴离子移向_，失去电子，阳离子移向 _，得到电子。4电解反应中反应物的判断放电顺序 (1)阴极阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。(2)阳离子得电子顺序：KCa2NaMg2Al3Zn2Fe2Sn2Pb2(H)Cu2Hg2IBrClOHNO等含氧酸根离子F。(4)阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电 5电解反应方程式的书写步骤：分析电解质溶液中存在的离子；分析离子的放电顺序；确定电极、写出电极反应式；写出电解方程式。如：(1)电解NaCl溶液：2NaCl2H2O H2Cl22NaOH，溶质

6、、溶剂均发生电解反应，pH增大。(2)电解CuSO4溶液：2CuSO42H2O 2CuO22H2SO4，溶质、溶剂均发生电解反应，pH减小。(3)电解CuCl2溶液：CuCl2 CuCl2电解盐酸：2HCl H2Cl2，溶剂不变，实际上是电解溶质，pH增大。电解电解电解电解 (4)电解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液：2H2O 2H2O2，溶质不变，实际上是电解水，pH分别减小、增大、不变。酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性，从而加快电解速率(不是起催化作用)。(5)用铜电极电解Na2SO4溶液：Cu2H2O Cu(OH)2H2(注意：不是电解水)电解电解 6电解原理的应用 (1)电

7、解食盐水氯碱工业装置：立体隔膜电解槽电解前食盐水的精制粗盐中含有Ca2、Mg2、Fe2、Fe3、Ca2、Mg2，在电解过程中生成Fe(OH)3、Ca(OH)2、Mg(OH)2，而堵塞石棉隔膜空隙，SO影响产品的纯度，所以这些杂质离子必须除去。除去杂质离子的操作及加入试剂的顺序是：BaCl2NaOHNa2CO3过滤HCl或NaOHBaCl2Na2CO3过滤HCl。24SO电极反应阴极：2H2e H2(或2H2O2e H22OH)阳极：2Cl Cl22e(或2Cl2e Cl2)电解方程式：2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2 (2)电解法精炼铜粗铜的成分：铜(锌、铁、镍、银、金、铂等)。电极的

8、连接：粗铜做阳极，和外加电源的正极相连；纯铜做阴极，和外加电源的负极相连。电解液：硫酸铜或硝酸铜溶液。电极反应阳极：Cu Cu22e，Zn Zn22e，Ni Ni22e；阴极：Cu22e Cu。Ag、Au、Pt不发生反应，沉积到阳极底部，叫做阳极泥。(3)电镀 利用电解原理，在金属表面上镀上一层其他金属或合金的过程叫电镀。电极的连接：镀层金属或惰性电极作阳极，和外加电源的正极相连；镀件金属作阴极，和外加电源的负极相连。如铁上镀铜，铜(或石墨)作阳极，铁作阴极。电镀液的选择：选择含有镀层金属离子的溶液作电镀液，如铁上镀铜，选择硫酸铜溶液作电镀液。电极反应：阳极：Cu Cu22e，阴极：Cu22e

9、 Cu。电镀的特点：若镀层金属作阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度不变；若用惰性电极作阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度减小。原电池基本原理【例1】(2010广东)铜锌原电池工作时，下列叙述正确的是()A正极反应为Zn2e Zn2B电池反应为ZnCu2 Zn2CuC在外电路中，电子从负极流向正极D盐桥中的K移向ZnSO4溶液BC【解释】Zn是负极，故A错。电池总反应和没有形成原电池时的氧化还原反应相同，故B正确。根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电子由负极流向正极，故C正确。在溶液中，阳离子往正极移动，故D错误。【迁移训练1】市场上经常见到的标记为Liion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料

10、是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：Li2Li0.35NiO2放电充电2Li0.85NiO2下列说法不正确的是()A放电时，负极的电极反应式：Lie LiB充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应C可加入硫酸以提高电解质的导电性D充电过程中，电池负极材料的质量增加C【解释】A项，Li从零价升至正价，失去电子，作为负极，正确；B项，反应逆向进行时，反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与硫酸反应，故错；D项，充电时阴极上生成Li，正确。新型化学电

11、源【例2】(学军中学)长安汽车宣布，首款纯电动汽车试生产正式下线。电动汽车电池有LiFePO4电池和高铁电池，已知LiFePO4电池反应为：FePO4Li放电充电LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，导电固体为电解质。高铁酸钾锌电池反应：3Zn2K2FeO48H2O 3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH充电放电 下列有关电动汽车电池说法正确的是()A高铁电池放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化 B高铁电池放电时电池内部FeO向正极移动 CLiFePO4电池充电过程中，电池正极材料的质量保持不变 DLiFePO4电池放电时电池正极反应为F

12、ePO4Lie LiFePO4D【解释】高铁电池放电时，K2FeO4为氧化剂，被还原，A错；高铁电池放电时，电池内部FeO需要得到电子，使铁元素化合价降低，因此向负极移动，B错；LiFePO4电池充电过程中，电池正极材料LiFePO4转化为FePO4和Li，质量减小，C错；LiFePO4电池放电时电池正极反应为：FePO4Lie LiFePO4，D正确。【迁移训练2】(2010江苏)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()A该系统中只存在3种形式的能量转化B装置Y中负极的电极反应式为：O22H2O4e 4OHC装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D装置X、Y形成的子系统能

13、实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化C【解释】本题主要考查的是电化学知识。A项，在该装置系统中，有四种能量转化的关系，即太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化；B项，装置Y为氢氧燃料电池，负极电极反应为H22e2OH 2H2O；C项，相当于用光能分解水，产生H2和O2，实现燃料(H2)和氧化剂(O2)的再生；D项，在反应过程中，有能量的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化。综上分析可知，本题选C项。电解原理【例3】(成都石室中学)如图所示，a、b、c均为石墨电极，d为碳钢电极，通电进行电解。假设在电解过程中产生的气体全部逸出，下列说法正确的是()A甲、乙两烧杯

14、中溶液的pH均升高B当b极增重5.4 g时，d极产生的气体为2.24 L(标准状况)C当电解一段时间后，将甲、乙两溶液混合，一定会生成沉淀D乙烧杯中c的电极反应式为2Cl2e Cl2B【解释】接通电源以后，a、b、c、d得到的产物依次为O2、Ag、Cl2、H2。甲烧杯中氢离子浓度增加，pH降低，乙烧杯中pH升高，A错；b极增重5.4 g，d极放出气体0.56 L，B错；电解一段时间后，当Ag全部转化为Ag时，将两溶液混合看不到沉淀，C错；乙烧杯中c的电极反应式为2Cl2e Cl2，D正确。【迁移训练3】某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3 1，用石墨电极电解该混合液

15、。下列叙述不正确的是()A阴极自始至终均析出H2B阳极先析出Cl2，后析出O2C电解最后阶段为电解水D溶液pH不断增大，最后为7D【解释】电解质溶液中n(Na)n(Cl)n(H)n(SO)3 3 2 1，电解过程明显分为三个阶段：第一阶段相当于电解盐酸：2HCl H2Cl2；第二阶段相当于电解氯化钠溶液：2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2；第三阶段相当于电解水：2H2O 2H2O2。可见只有D不正确。通电通电通电 与电解相关的基本计算【例4】图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336 mL(标准状态)气体。回答：(1)直流

16、电源中，M为_极。(2)Pt电极上生成的物质是_，其质量为_g。(4)AgNO3溶液的浓度(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)_，AgNO3溶液的pH_，H2SO4溶液的浓度_，H2SO4溶液的pH_。(5)若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为_g。【解释】电解5.00%的稀硫酸，实际上是电解其中的水。阴极产生H2，阳极产生O2，且V(H2)V(O2)2 1，据此可确定d极是阴极，则电源的N极为负极，V(H2)336 mL 2/3224 mL，即为0.01 mol，V(O2)336 mL 1/3112 mL，即为0.005 mol，说明电

17、路上有0.02 mol电子转移，因此在b极(Pt、阴极)产生的Ag：0.021082.16 g，即0.02 mol Ag，则n(e)n(Ag)n(O2)n(H2)0.02 0.02 0.005 0.012 2 1/2 1，由Ag电极(阳极)、Pt电极(阴极)和AgNO3溶液组成是电镀池，因此电镀液AgNO3溶液的浓度不变，pH也不变 电解5.00%的稀硫酸，由于是电解其中的水，因此硫酸溶液的浓度增大，pH减小。设原5.00%的稀硫酸的质量为x g，电解消耗水的质量为0.01180.18 g，则5.00%x5.02%(x0.18)，解得：x45.18 g。【答案】(1)正(2)Ag2.16(3)

18、20.51(4)不变不变增大减小(5)45.18【迁移训练4】(温州二模)在100 mL H2SO4与CuSO4的混合液中，用石墨作电极电解一段时间，两极上均收集到2.24 L气体(标准状况)，则原溶液中Cu2物质的量浓度为()A1 molL1 B2 molL1 C3 molL1 D4 molL1A【解释】阳极电极反应式为：4OH4e 2H2OO2；阴极电极反应式为：(开始)Cu22e Cu，(最后)2H2e H2。根据电子得失守恒：c(Cu2)1 molL1。所以选项为A。21122.4L22.4L42c(Cu)0.1 L222.4L mol22.4L mol 电解原理的应用【例5】氯碱厂电

19、解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上的电极反应式为_。与电源负极相连的电极附近溶液pH_(填“不变”、“升高”或“下降”)。(2)工业食盐含Ca2、Mg2等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为_。(3)如果粗盐中SO含量较高，必须添加钡试剂除去SO，该钡试剂可以是_(选填“A”、“B”或“C”)。ABa(OH)2 BBa(NO3)2 CBaCl2 (4)为有效除去Ca2、Mg2、SO，加入试剂的合理顺序为_(选填“A”、“B”或“C”)。A先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂B先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3C先

20、加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3 (5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过_、冷却、_(填写操作名称)除去NaCl。(6)在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，无 隔 膜 电 解 食 盐 水 的 总 的 化 学 方 程 式 为_【解释】第(1)问要熟练运用电解原理，与电源正极相连的电极是电解池的阳极，应是溶液中的Cl发生氧化反应，而电解池的阴极反应为2H2e=H2，阴极附近c(H)减小，导致水的电离平衡破坏，使周围c(OH)增大。第(2)问中如何除C

21、a2、Mg2，由题中信息，这步加入了NaOH、Na2CO3溶液，根据Ca2、Mg2的特性，加NaOH是与Mg2生成Mg(OH)2沉淀，加Na2CO3是与Ca2生成CaCO3沉淀。第(3)问要遵循除杂质不能带进新的杂质的原则，因此Ba(NO3)2不能加入，而题中BaCl2、Ba(OH)2两种试剂皆可。第(4)问考虑问题的出发点是为使杂质离子“除净”，所加试剂均应“稍过量”，为使后加试剂有利于除去先加试剂的过量离子，应把加入Na2CO3放在加入钡试剂之后，而钡试剂与NaOH加入的先后顺序可以颠倒。第(5)问的实验操作是什么，分析题中信息，脱盐前为10%NaOH、16%NaCl溶液，脱盐后为50%N

22、aOH溶液和NaCl晶体，显然需要蒸发、过滤。第(6)问，因电解得到的Cl2与NaOH反应，可将NaCl电解方程式与Cl2和NaOH反应的方程式合并。【答案】(1)2Cl2e Cl2升高(2)Ca2CO CaCO3、Mg22OH Mg(OH)2(3)AC(4)BC(5)蒸发过滤(6)NaClH2O NaClOH2【迁移训练5】(2009山东)金属铝的生产是以Al2O3为原料，在熔融状态下进行电解：2Al2O3 4Al3O2请回答下列问题：(1)冰晶石(Na3AlF6)的作用是_。(2)电解生成的金属铝是在熔融液的_(填“上层”或“下层”)。(3)阴极和阳极均由_材料做成；电解时不断消耗的电极是

23、_(填“阳极”或“阴极”)。750 970 通电Na3AlF6 (4)铝是高耗能产品，废旧铝材的回收利用十分重要。在工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成_(填代号)。a冰晶石 b氧化铝 c铝锭 d硫酸铝C【解释】(1)Al2O3的熔点很高，熔化得需要较多能量，加入助熔剂就可节约能量，降低熔化温度。(2)由于冰晶石(Na3AlF6)与氧化铝熔融物密度比铝的小，所以铝在熔融液的下层。(3)电解时阳极的碳棒被生成的氧气氧化。(4)电解产生的铝要尽量以单质形式存在，所以将回收铝做成铝锭最好。1.(2010全国)下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在TiO

24、2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：TiO2/S TiO2/S*(激发态)TiO2/S*TiO2/SeI2e 3I2TiO2/S3I 2TiO2/SIhv 1.下列关于该电池叙述错误的是()A电池工作时，是将太阳能转化为电能 B电池工作时，I在镀铂导电玻璃电极上放电 C电池中镀铂导电玻璃为正极 D电池的电解质溶液中I和I的浓度不会减少【解释】B选项错误，从示意图可看出在外电路中电子由负极流向正极，即镀铂电极作正极，发生还原反应：2e 3I。B23I2.用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成。则电解一段时间后，下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中，

25、正确的有()(1)该溶液的pH可能增大；(2)该溶液的pH可能减小；(3)该溶液的pH可能不变；(4)该溶液的浓度可能增大；(5)该溶液的浓度可能不变；(6)该溶液的浓度可能减小。A三种 B四种 C五种 D六种 C 3.若电解的是不饱和的强碱(如NaOH)溶液，则电解后溶液的pH增大，浓度增大；若电解的是不饱和的非还原性的含氧酸(如H2SO4)，则对应溶液的pH将降低，浓度增大；若电解的是活泼金属的含氧酸盐(如Na2SO4)的饱和溶液，则溶液pH保持不变，浓度不变。3.某同学按图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是()A电解过程中，铜电极上有H2产生 B电解初期，主反应方程式为：CuH2S

26、O4 CuSO4H2 C电解一定时间后，石墨电极上有铜析出 D整个电解过程中，H的浓度不断增大【解释】阳极为铜电极，始终为Cu失电子变为Cu2，故A错；阴极为石墨，先是H得电子放出H2，后是Cu2得电子析出Cu，故B、C对，在电解过程中消耗H，因此浓度变小，故D错。BC 4.甲、乙两个容器中，分别加入0.1 mol/L NaCl溶液与0.1 mol/L 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 _。2 2 4 1【解释】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，即电极名称，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，根据电子守恒法可知，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、1 mol因此各电极上生成物的物质的量之比为：2 2 4 1。