第4章 化学反应与电能 章末素能提升(学案)-【成才之路】2023-2024学年高中新教材化学选择性必修1同步学习指导(人教版2019)

(３)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐 蚀生成有害锈 Ｃｕ２(ＯＨ) ３Ｃｌ 的原理示意图ꎬ ①写出在发生电化学腐蚀的过程中正极的电极 反应式ꎮ ②若生成 ２. １４５ ｇ Ｃｕ２ (ＯＨ) ３Ｃｌꎬ计算理论上消 耗标准状况氧气体积ꎮ ③文献显示有害锈的形成过程中会产生 ＣｕＣｌ (白色不溶于水的固体): 写出过程Ⅰ中负极的电极反应式ꎮ (４)ＢＴＡ 保护法是青铜器的修复最常用的方法 之一ꎬ原理如图所示: 请分析 ＢＴＡ 保护法可能的优点ꎮ 请同学们认真完成练案[２４] 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 章末素能提升 知　 识　 网　 络 149 专　 题　 归　 纳 专题 １　 燃料电池电极反应式的书写 　 　 １. 燃料电池的组成 (１)电极:惰性电极ꎮ (２)燃料:包括 Ｈ２、烃(如 ＣＨ４)、醇(如 Ｃ２Ｈ５ＯＨ)、肼(Ｎ２Ｈ４)等ꎮ (３)电解质:酸性电解质溶液ꎬ如 Ｈ２ＳＯ４ 溶液ꎻ碱性电解质溶液ꎬ如 ＮａＯＨ 溶液ꎻ熔融氧化物ꎬ 如 Ｙ２Ｏ３ꎻ熔融碳酸盐ꎬ如 Ｋ２ＣＯ３ 等ꎮ ２. 书写燃料电池电极方程式的基本步骤 (１)第一步:写出电池总反应式ꎮ 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致ꎬ若产物能和电解质反应ꎬ则总反应为加和后的 反应ꎮ 如氢氧燃料电池的总反应为 ２Ｈ２ ＋ Ｏ２ 􀪅􀪅２Ｈ２Ｏꎻ甲烷燃料电池(电解质溶液为 ＮａＯＨ 溶液) 的反应: ＣＨ４ ＋ ２Ｏ２ 􀪅􀪅ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ① ＣＯ２ ＋ ２ＮａＯＨ 􀪅􀪅Ｎａ２ＣＯ３ ＋ Ｈ２Ｏ② ① ＋②式得燃料电池总反应为 ＣＨ４ ＋ ２Ｏ２ ＋ ２ＮａＯＨ 􀪅􀪅Ｎａ２ＣＯ３ ＋ ３Ｈ２Ｏꎮ (２)第二步:写出电池的正极反应式ꎮ 根据燃料电池的特点ꎬ一般在正极上发生还原反应的物质都是 Ｏ２ꎬ随着电解质溶液的不同ꎬ 其电极反应有所不同ꎬ一般为以下四种情况: ①酸性电解质溶液环境下电极反应式:Ｏ２ ＋ ４Ｈ ＋ ＋ ４ｅ － 􀪅􀪅２Ｈ２Ｏꎮ ②碱性电解质溶液环境下电极反应式:Ｏ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ ＋４ｅ － 􀪅􀪅４ＯＨ － ꎮ ③固体电解质(高温下能传导 Ｏ －２ ꎮ)环境下电极反应式:Ｏ２ ＋ ４ｅ － 􀪅􀪅２Ｏ２ － ꎮ ④熔融碳酸盐(如熔融 Ｋ２ＣＯ３)环境下电极反应式:Ｏ２ ＋ ２ＣＯ２ ＋ ４ｅ － 􀪅􀪅２ＣＯ２ －３ ꎮ (３)第三步:根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式ꎮ 电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系:电池的总反应式 ＝ 电池正极反应式 ＋ 电池 负极反应式(消去电子)ꎮ 故根据第一、二步写出的反应:电池的总反应式 － 电池正极反应式 ＝ 电池负极反应式ꎬ注意 在将两个反应式相减时ꎬ要约去正极的反应物 Ｏ２ꎮ 专题 ２　 氯碱工业生产中的离子交换膜 　 　 １. 阳离子交换膜的作用 电解饱和食盐水是氯碱工业的基础ꎬ能制得氯气、氢气、氢氧化钠等重要的化工原料ꎮ 电解 过程中ꎬ在电场的作用下ꎬ阳离子向阴极移动ꎬ而阴离子向阳极移动ꎮ 由于在阳极氯离子失去电 子生成氯气ꎬ若不采取措施ꎬ氢氧根离子会向阳极移动ꎬ从而与氯气发生反应ꎬ既减少了氯气的 产量ꎬ又会使得到的氢氧化钠不纯ꎮ 因此ꎬ必须阻止氢氧根离子向阳极移动ꎮ 150 　 　 目前ꎬ常用的隔膜有石棉隔膜和阳离子交换膜ꎮ 石棉隔膜能阻止气体通过ꎬ但允许水分子 及离子通过ꎮ 由于氢氧根离子能透过隔膜ꎬ因此氯气会与氢氧根发生反应ꎬ导致制得的氢氧化 钠不纯ꎮ 阳离子交换膜只允许阳离子通过ꎬ而不允许阴离子及气体通过ꎬ也就是说ꎬ只允许钠离 子通过ꎬ氯离子、氢氧根离子和氢气、氯气均不能通过ꎮ 这样既可以防止阴极产生的氢气与阳极 产生的氯气相混合ꎬ在一定条件下引起爆炸ꎬ又能避免氯气与氢氧化钠作用生成次氯酸钠而影 响烧碱的质量ꎮ ２. 原料的精制 (１)粗盐的成分:粗盐中含有泥沙、Ｃａ２ ＋ 、Ｍｇ２ ＋ 、Ｆｅ３ ＋ 、ＳＯ２ －４ 等杂质ꎬ不符合电解要求ꎬ因此必须经过 精制ꎮ 　 　 (２)杂质的危害:Ｃａ２ ＋ 、Ｍｇ２ ＋ 、Ｆｅ３ ＋ 等金属离子在碱性环境中会产生沉淀ꎬ损坏离子交换膜ꎬ 此外ꎬ杂质的存在会使得到的产品不纯ꎮ (３)除杂质的过程: 粗 盐 水 过量 ＢａＣｌ２ (除 ＳＯ２ －４ ) → 过量 ＮａＯＨ (除 Ｍｇ２ ＋ 、Ｆｅ３ ＋ ) → 过量 Ｎａ２ＣＯ３ (除 Ｃａ２ ＋ 、Ｂａ２ ＋ ) → 过滤(除泥沙及沉淀) → 适量盐酸 (除 ＯＨ － 、ＣＯ２ －３ ) → 含少量 Ｃａ２ ＋ 、Ｍｇ