第四章 化学反应与电能 章末复习课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

章末复习 第四章　 化学反应与电能 复 习 目 录 ①、原电池装置与原理 ②、设计原电池 ③、化学电源 (一次电池、二次电池、燃料电池) ④、电解池原理 ⑤、电解池应用（氯碱工业、点冶金、电解精炼、电镀） ⑥、金属腐蚀 ⑦、金属防护 ①、原电池装置与原理 锌片 铜片 稀硫酸 A 现象： 铜片表面产生气泡 电流表指针发生偏转 原电池 化学能 电能 原电池：将化学能转化为电能的装置 原电池原理要素： 自发进行的氧化还原反应 还原剂 氧化剂 电子 电子 + 定向移动 = 产生电流 原电池构成要素（装置+原理） 负极 正极 电子导体 离子导体 失电子 氧化反应 得电子 还原反应 e- 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 总结 电流 氧化反应在负极发生（失电子）、还原反应在正极发生（得电子） 在电位差的影响下，电子沿电子导体从负极流向正极，产生电流 自发进行的氧化还原反应 外电路 内电路 ①、原电池装置与原理 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ①、原电池装置与原理 2、单液原电池存在哪些缺点？ ①、锌与CuSO4溶液直接接触，发生置换反应，导致部分化学能转为热能，造成能量损耗。 ②、工作时，锌片上也有铜析出，原电池的电动势很快降低，电压不稳定 常见问题总结 1、区分清楚原电池的电极材料与电极反应物 电极材料为氧化反应和还原反应提供反应场所，不一定参与电极反应 电极反应物是在两极得失电子的物质 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ①、原电池装置与原理 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 A 负极 正极 SO42- Zn2+ Cu2+ SO42- e- e- K+ CI- 常见问题总结 1、 盐桥的作用 2、 盐桥中离子移动的方向 3、 电子移动的动力来源 连通离子导体，形成闭合回路； 平衡两极电荷，保持溶液电中性 ， “阳正阴负” 负极电位低，正极电位高， 电子在电位差的作用下由负极向正极移动 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ②、设计原电池 第一步 找电极反应物 第二步 找电极材料/离子导体 第三步 画出原电池图 设计原电池 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2 得2e-，化合价降低，发生还原反应 失2e-，化合价升高，发生氧化反应 负极 （氧化反应） 2I- - 2e- = I2 正极 （还原反应） 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ 负极电解液：KI 正极电解液：FeCl3 电极材料：均可用C棒 双液电池 注意补加盐桥 例 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ②、设计原电池 电池设计技巧总结 ①、如何确定原电池的正负极反应式： 若负极反应中，失电子的物质为金属单质，则用该金属单质做负极； 若正极反应中，得电子后生成金属单质，则可用该金属单质做正极 例如： Zn-Cu双液电池 若正负极反应物均为离子，也不生成金属单质， 则可用碳棒（石墨棒）、Pt棒等作为正负极材料 例如： Fe3+ - I-双液电池 根据电池总反应，拆分对应的氧化反应（负极）、还原反应（正极） ②、如何确定电极材料： 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 ②、设计原电池 电池设计技巧总结 ③、如何确定双液原电池的离子导体： 核心思路：离子导体不宜与电极材料反应 若正负极反应物均为离子：则用含有该离子的可溶电解质溶液作为离子导体 若电极反应物为金属单质（电极材料）：则可用任意不与电极材料反应的电解质溶液作离子导体 ④、如何检查原电池装置是否完整： 两极两导一盐桥，构成闭合回路 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 化学 电池 一次电池 二次电池 燃料电池 碱性锌锰电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池等 锂离子电池 镍氢电池 普通锌锰干电池 锌银纽扣电池 ③、化学电源 一次电池（干电池） 放电后不可再充电的电池，也叫干电池 二次电池 放电后可以再充电的电池属于二次电池 也叫充电电池或蓄电池 燃料电池 将燃料的化学能转化为电能。 “燃料”并不燃烧， 而是作为电极（负极）反应物参与发电 9 ③、化学电源 (一次电池) (普通)锌锰干电池 电极反应物 电极材料 电解质溶液 负极：Zn 正极： MnO2 NH4Cl糊 负极：Zn 正极：石墨棒 (碱性)锌锰干电池 电极反应物 电极材料 电解质 总反应 负极：Zn 正极： MnO2 KOH 负极：Zn 正极：石墨棒 Zn＋2MnO2＋2H2O = 2MnO(OH)＋Zn(OH)2 pH值增大 银锌纽扣电池 电极反应物 电极材料 电解质 正极反应式 负极反应式 Zn＋2OH－－2e－ = ZnO＋H2O Ag2O＋2e－＋H2O = 2Ag＋2OH－ 负极：Zn 正极： Ag2O 负极：Zn 正极： Ag2O KOH溶液 10 铅酸蓄电池（放电） 电极材料 电解质溶液 正极反应式 负极反应式 总反应式 负极：Pb 正极： PbO2 稀硫酸 Pb＋PbO2＋2H2SO4 ⇌ 2PbSO4＋2H2O 放电 充电 PbSO4难溶于水 1、放电一段时间后，负极Pb的质量如何变化？电解液H2SO4浓度如何变化？ 负极的质量增大（因为生成了硫酸铅附着在负极材料上） 电解液H2SO4浓度减小（因为H+参与了正极反应，被消耗，SO42-生成了硫酸铅，也被消耗） ③、化学电源 (二次电池) 常见问题总结 2、二次电池的充电反应与放电反应有什么关系？ 放电与充电互为可逆反应 11 ①、氢氧燃料电池 电极材料：负极 — Pt；正极 — Pt 电极反应物：负极 — H2；正极 — O2 离子导体：酸性溶液(H+)、碱性溶液(OH-)、熔融电解质(CO32-)、固体电解质(O2-) 离子导体不同，负极反应式也不同 电池反应：2H2 + O2 = 2H2O 反应温度：50℃左右（不点燃） 优点：产物无污染、放电效率高、反应物不储存在电池内部而是由外部通入 “燃料通负极；O2通正极” 与“燃料”的燃烧反应相同，但无燃烧条件 ③、化学电源 (燃料电池) 12 ①、氢氧燃料电池 电池总反应：2H2 + O2 = 2H2O 负极：2H2 - 4e- = 4H+ 正极：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O 负极：2H2 - 4e- +4OH-= 4H2O 正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- ③、化学电源 (燃料电池) 13 ①、氢氧燃料电池 电池总反应：2H2 + O2 = 2H2O 正极: O2 + 4e- = 2O2- 负极: 2H2 - 4e- + 2O2- = 2H2O 正极: O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32- 负极: 2H2 - 4e- + 2CO32- = 2CO2 + 2H2O ③、化学电源 (燃料电池) 14 ②、有机燃料电池 （掌握电极方程书写方法） 书写顺序：先写一剂一产物、再配电子和电荷、氢氧不平水找平 书写技巧：有机物C降价； 酸性溶液中——C变CO2；碱性溶液中——C变CO32- 所有可燃有机物，均可用作为燃料电池的负极，参与发电 例如：甲烷、乙醇、葡萄糖等 电子计算：负极燃料失电子数目—— C4 H1 O-2，N变N2就是0 ③、化学电源 (燃料电池) 15 有机燃料电池 【例1】书写甲烷燃料电池的电极反应方程与电池总反应 用导线连接两个铂电极插入电解质溶液中，向两极分别通入CH4和O2 ① 、H2SO4溶液： ② 、KOH溶液： 负极：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+ 正极： O2＋4H＋＋4e－ = 2H2O 总反应式： CH4+2O2 = CO2+2H2O 负极： CH4＋10OH－－8e－ = CO32－＋7H2O 正极： O2＋2H2O＋4e－ = 4OH－ 总反应式： CH4+2O2+2OH- = CO32-+3H2O ③、化学电源 (燃料电池) 16 有机燃料电池 【例2】书写甲醇燃料电池的电极反应方程与电池总反应 用导线连接两个铂电极插入KOH电解质溶液中，向两极分别通入CH3OH和O2 正极: O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 负极: CH3OH + 8OH- - 6e- = CO32- + 6H2O 总反应: 2CH3OH + 3O2 + 4OH- = 2CO32- + 6H2O ③、化学电源 (燃料电池) 17 ④、电解池原理 原电池 化学能 电能 电解池： 将电能转化为化学能的装置 电解池 与原电池不同，电解池需要一个外接电源 Cu2+ + 2e- = Cu 2Cl- - 2e- = Cl2 ↑ 【还原反应】 【氧化反应】 总结1 1、电解池是将电能转化为化学能的装置，必须有一个外接电源 2、阴极——与电源负极相连；阳极——与电源正极相连 3、阴极发生还原反应；阳极发生氧化反应 升失氧阳负 降得还阴正 4、电解液中离子流向：“阴阳相吸” 特别提醒 ①、电解时必须使用直流电源，不能使用交流电源。 ②、电解过程是非自发反应，书写电解总反应式要注明“电解”或“通电” 条件 ③、原电池装置和电解池装置的最大区别是看有无外接电源 ④、电解池原理 ①、阴极放电顺序 阴极（吸引阳离子—还原反应—得电子—氧化剂）： 氧化性强的离子优先得电子 弱 强 离子氧化性比H2O中H+弱， 电解溶液时金属离子不放电， 而是H2O中的H+得电子 但若在熔融状态下 可在阴极得电子 氧化性介于H+(水)和H+(酸) 水溶液中可以得电子 酸溶液中则由H+得电子 得电子能力强，优先放电 需要特别注意Fe3+ Fe3+得电子后先变为Fe2+ 而不是Fe K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ H+(水) Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ H+(酸) Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag+ ④、电解池原理 弱 强 ②、阳极放电顺序 阳极（吸引阴离子 — 氧化反应 — 失电子 — 还原剂）： 还原性强的离子优先失电子 还原性弱于水中的OH- 在水溶液中没有放电机会 F- 含氧酸根（CO32-、SO42-） OH- Cl- Br - I- SO32- S2- 还原性较强， 在水溶液中优先失电子 对应产物： O2 、 Cl2、 Br2、 I2 、 SO42-、 S 金属单质 ④、电解池原理 根据电极本身是否参与反应， 分为惰性电极和活性电极 不管是活性电极还是惰性电极都只起导电作用，不参与反应。 都是溶液中阳离子得电子。 阴极 阳极 惰性电极(C、Pt、Au)： 只起导电作用，不参与反应；溶液中阴离子失电子。 活性电极(除Pt、Au外的其余金属)： 活泼金属作阳极，金属失电子被氧化， 如Fe、Cu、Ag ④、电解池原理 电解池电极反应书写 总结3 ①、明确电极材料 阴极无所谓，均为阳离子放电 阳极若为活性电极则金属放电，若为惰性电极则阴离子放电 ②、明确溶液中的离子 阳离子在阴极放电，阴离子在阳极放电 ③、明确放电顺序 ④、完成电极反应式 阳极氧化、阴极还原，弱电解质以分子形式写入反应 若放电能力不如水，则由H2O电离的H+、OH-放电 ⑤、合并成总反应 注意条件——通电 ④、电解池原理 ⑤、电解池应用（氯碱工业） 【电解饱和食盐水】：即“电解饱和NaCl溶液”， 因其主要产物为NaOH和Cl2，工业上又称之为“氯碱工业” 阳极： 2Cl－－2e－ = Cl2↑ 阴极： 2H2O＋2e－ = H2↑＋2OH－ 总反应： 2 Cl－＋2H2O == H2↑＋Cl2↑＋2OH－ 2NaCl＋2H2O == 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 电解 电解 ①、“氯碱工业”阳极产物与阴极产物分别是什么？ ②、如果向氯化钠溶液中滴入酚酞，电解一段时间后会出现什么现象？ ③、如何检验阳极生成的气体为Cl2？如何检验阴极生成的气体为H2？ 阳极：Cl2 阴极：H2、NaOH 阴极附近的溶液变红 将湿润的“淀粉-KI试纸”靠近阳极气体,可观察到试纸变蓝，即为Cl2 H2用“点燃法”检验 常见问题总结 ④、分清“电解饱和食盐水”与“电解熔融氯化钠” ⑤、电解池应用（氯碱工业） K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解熔融的Al2O3 电解熔融的氯化物 【电冶金】：极活泼的金属很难通过置换得到，因此常用“电解法”冶炼， 让金属离子在阴极得到电子，生成对应单质。 “电解法”是冶炼钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属的重要方法 ①、为什么冶炼金属通常电解其氯化物？ 氯化物熔点较低，电解时更节能 AlCl3是共价化合物，无法电解，只能选择Al2O3 ②、为什么电解铝工业用Al2O3而不用AlCl3 常见问题总结 ⑤、电解池应用（电冶金） 电解精炼规律： 阳极材料 — 待炼金属；阴极材料 — 目标金属 电解液：必须含有目标金属离子 粗铜中含有 Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质 除了Ag、Au外(不如Cu活泼）， 均可作阳极反应物 阴极 阳极 Zn-2e-=Zn2+ Fe-2e-=Fe2+ Ni-2e-=Ni2+ Cu-2e-=Cu2+ Cu2++2e- = Cu 受阳极反应的影响， 溶液中的阳离子有: Zn2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、H+ 其中，Cu2+氧化性最强 Zn2+Fe2+Ni2+Cu2+ Cu2+ Ag、Au等金属杂质失电子能力弱， 会以单质形式沉积在阳极底部， 形成“阳极泥”，有很高的回收价值 Ag、Au CuSO4 ⑤、电解池应用（电解精炼） 【应用4】电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属的方法。 主要目的是增强金属抗腐蚀能力，增加美观或表面硬度。 电镀时，通常把待镀金属作为阴极，把镀层金属一端作阳极， 用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。 阳极 阴极 Cu(镀层金属) Fe(镀件金属) CuSO4溶液(含镀层金属离子) 电镀特点：电解质溶液的浓度保持不变 Cu - 2e- = Cu2+ Cu2+ + 2e- = Cu 电解液 电极材料 电极反应 ⑤、电解池应用（电镀） 电镀(铁制品上镀Cu) 电解精炼铜 阳极 电极材料 镀层金属铜(纯铜） 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质) 电极反应 Cu－2e－= Cu2＋ Cu－2e－= Cu2＋、Zn－2e－= Zn2＋、 Fe－2e－= Fe2＋、 Ni－2e－= Ni2＋ 阴极 电极材料 待镀铁制品 精铜 电极反应 Cu2＋＋2e－=Cu 电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液 电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 电镀和精炼对比 规律总结 阳极材料被损耗、阴极生成新产物，产物来源看溶液 ⑤、电解池应用（电镀） ⑥、金属腐蚀 总结1 ①、金属的腐蚀是金属被氧化的过程 ②、金属的腐蚀的类型: 化学腐蚀：直接接触氧化剂 电化学腐蚀：与氧化剂形成原电池 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 （更普遍） （更更普遍） ③、“吸氧腐蚀”与“析氢腐蚀”是竞争关系，谁为主要反应取决于溶液中H+浓度（酸碱性） 金属的腐蚀原理 ④、负极反应：Fe - 2e- = Fe2+ 正极反应： 吸氧：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 析氢：2H+ + 2e- =H2↑ 钢铁的吸氧腐蚀 Fe C 电解质 溶液 e- Fe2+ O2 OH- Fe(OH)2 Fe(OH)3 e- Fe2O3 ·xH2O Fe+O2 → Fe2+ → Fe(OH)2 → Fe(OH)3 → Fe2O3 · xH2O ⑥、金属腐蚀 负极（Fe） Fe - 2e- = Fe2+ 正极（C） O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 正极（C） 2H+ + 2e- =H2↑ 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 竞争 关系 ①、析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，取决于O2与H+ 氧化性的强弱，“谁强谁反应“ ②、决定氧化性的因素：物质本性+浓度 （更更普遍） ⑥、金属腐蚀 金属防护 · 总结 总结2 ①、金属防护的类型：制成合金（例如不锈钢）、覆盖保护层、电化学防护 ②、电化学防护方法: ①、利用原电池原理：连接活泼金属做辅助电极 ②、利用电解池原理：连接惰性电极，并且外加电流 ③、若方法利用不当，电化学原理也有可能加快金属腐蚀 金属的防护原理 （牺牲阳极法） （外加电流法） ⑦、金属防护 钢铁常见防腐措施： 干燥环境、刷漆、刷防腐涂层、发蓝处理（表面生成Fe3O4）、电镀…… 马口铁：镀锡 白铁：镀锌 马口铁镀层破损， Fe、Sn接触电解质溶液， 闭合回路形成， 且Fe依旧是被氧化的负极。 因此，马口铁镀层破损后， 丧失防腐效果 白铁镀层破损， Fe、Zn接触电解质溶液， 闭合回路形成， 但Fe做正极，不被氧化。 因此，白铁镀层破损后， 依旧具有防腐效果 Pb＋SO42-－2e－===PbSO4 PbO2＋4H＋＋SO42-＋2e－ = PbSO4＋2H2O $$