1、人教版人教版选修选修4 4 化学反应原理化学反应原理第四章第四章 复习课复习课电化学基础电化学基础北京十二中北京十二中 田玉凤田玉凤 对学习内容的思考对学习内容的思考另一种看待氧化另一种看待氧化还原反应的角度还原反应的角度另一种实现另一种实现物质和能量物质和能量转化的方法转化的方法丰富的社会价值：丰富的社会价值：冶炼、电镀、可充冶炼、电镀、可充电电池电电池 原电池原理的学习原电池原理的学习必修必修2 2双液电池双液电池工作原理工作原理选修选修4 4负极 电解质 正极化学电源化学电源工作原理工作原理铜锌原电池铜锌原电池工作原理工作原理 橘子实验橘子实验 提炼模型提炼模型仪器和药品：仪器和药品：灵
2、敏电流计、铜片、锌片、灵敏电流计、铜片、锌片、导线、培养皿、橘子导线、培养皿、橘子注意：铜片、锌片较尖锐，使用时小心。注意：铜片、锌片较尖锐，使用时小心。请利用所给材料设计橘子电池，观察实验请利用所给材料设计橘子电池，观察实验现象并提炼出原电池模型。现象并提炼出原电池模型。学生实验：设计橘子电池学生实验：设计橘子电池动手实验、构建模型、联想应用动手实验、构建模型、联想应用 橘子实验与提炼模型橘子实验与提炼模型方案方案1：电极插入单瓣橘子：电极插入单瓣橘子提炼提炼模型模型果汁果汁果汁果汁(含电含电含电含电解质溶液解质溶液解质溶液解质溶液)ZnZnCuCu G 基础知识基础知识 巩固复习巩固复习稀
3、稀稀稀HH2 2SOSO4 4ZnZnCuCu G此铜锌原电池装置中此铜锌原电池装置中正负极分别发生了什么正负极分别发生了什么反应反应？电流电流是如何产生的？是如何产生的？ 基础知识基础知识 巩固复习巩固复习 基础知识基础知识 巩固复习巩固复习正极：还原反应正极：还原反应2H2eH2负极：氧化反应负极：氧化反应Zn2eZn2+原电池的构成条件：自发的氧化还原反应，电解原电池的构成条件：自发的氧化还原反应，电解质溶液，形成闭合回路。质溶液，形成闭合回路。电子电子e-SO42-电流电流H+Zn2+原电池的构原电池的构成条件？成条件？ 橘子实验与提炼模型橘子实验与提炼模型方案方案2：电极插入两瓣未分
4、开的橘子：电极插入两瓣未分开的橘子提炼提炼模型模型果汁果汁果汁果汁(含电含电含电含电解质溶液解质溶液解质溶液解质溶液)ZnZnCuCu G膜膜分池分池 橘子实验与提炼模型橘子实验与提炼模型方案方案2：电极插入两瓣未分开的橘子：电极插入两瓣未分开的橘子果汁果汁果汁果汁(含电含电含电含电解质溶液解质溶液解质溶液解质溶液)ZnZnCuCu G膜膜为何两瓣未分开的橘子也为何两瓣未分开的橘子也能产生电流？能产生电流？“膜膜”的功能：分区但又允许的功能：分区但又允许离子通过。离子通过。 橘子实验与提炼模型橘子实验与提炼模型方案方案3：电极插入两瓣分开的橘子：电极插入两瓣分开的橘子两瓣分开的橘子两瓣分开的橘
5、子不能产生电流，不能产生电流，如何改进才能产如何改进才能产生电流？生电流？ 橘子实验与提炼模型橘子实验与提炼模型方案方案3：两瓣分开的橘子：两瓣分开的橘子改进产生电流改进产生电流2.两两瓣接瓣接触触3.“连连隧隧道道”4.“搭搭桥桥”1.加加NaCl溶液溶液 橘子实验与提炼模型橘子实验与提炼模型方案方案3：两瓣分开的橘子：两瓣分开的橘子改进产生电流改进产生电流3.“连连隧隧道道”4.“搭搭桥桥”这两种方法为这两种方法为何能产生电流何能产生电流？请提炼模型？请提炼模型？ 基础知识基础知识 巩固复习巩固复习建立盐桥模型建立盐桥模型果汁果汁果汁果汁(含电含电含电含电解质溶液解质溶液解质溶液解质溶液)
6、ZnZnCuCuG果汁果汁果汁果汁(含电含电含电含电解质溶液解质溶液解质溶液解质溶液)盐桥的作用？盐桥的作用？盐桥中通常装有含琼盐桥中通常装有含琼胶的胶的KCl饱和溶液饱和溶液 稀硫酸稀硫酸 稀硫酸稀硫酸？硫酸铜硫酸铜 硫酸铜硫酸铜 硫酸锌硫酸锌 硫酸铜硫酸铜 基础知识基础知识 巩固复习巩固复习工作原理：工作原理：CuSO CuSO4 4ZnZnCuCuGZnSOZnSO4 4提供电子提供电子的物质的物质接受电子接受电子的物质的物质负极：氧化反应负极：氧化反应Zn-2e-=Zn2+正极：还原反应正极：还原反应Cu2+2e-=Cu负极液作用负极液作用正极液作用正极液作用电流产生动因：电势差；负极
7、液作用：导电。电流产生动因：电势差；负极液作用：导电。电子电子e-Yn-电流电流H+ 模型与理论分析模型与理论分析稀稀H2SO4揭秘金属的腐蚀揭秘金属的腐蚀揭秘燃料电池揭秘燃料电池 基础知识基础知识 巩固复习巩固复习提供电子提供电子的物质的物质接受电子接受电子的物质的物质阴离子阴离子负极：氧化反应负极：氧化反应Zn-2e-=Zn2+正极：还原反应正极：还原反应Cu2+2e-=Cu导线中的电子导线中的电子导电导电负极液负极液正极液正极液盐桥或膜盐桥或膜原电池构成条件：自发的氧化还原反应、原电池构成条件：自发的氧化还原反应、电解质溶液、闭合回路。电解质溶液、闭合回路。阳离子阳离子 电解原理与应用电
8、解原理与应用离子迁移方向离子迁移方向离子放电能力离子放电能力电解池组成电解池组成电极反应式书写电极反应式书写活泼金属冶炼活泼金属冶炼铜的精炼、电镀铜的精炼、电镀氯碱工业氯碱工业可充电电池可充电电池 基础知识基础知识 巩固复习巩固复习CuCl2溶液溶液通电前：通电前：CuCl2 Cu2+2ClH2O H+OHCu2+H+ClOH阳阳阴阴CuCl2通通电电后后阳极：阳极：2Cl2eCl2阴极：阴极：Cu2+2eCu氧化反应氧化反应还原反应还原反应总总反应：反应：Cu2+2Cl CuCl2电解电解ee（惰性电极）（惰性电极）为什么用为什么用U管做实验？而不用烧杯？管做实验？而不用烧杯？ 电解氯化铜溶
9、液微观模拟电解氯化铜溶液微观模拟 电解池和原电池的比较电解池和原电池的比较阴阴阳阳 阳极阳极阴极阴极负极负极正极正极原电池和电解池比较原电池和电解池比较e氧氧化化反反应应还还原原反反应应氧氧化化反反应应还还原原反反应应e稀稀H2SO4 CuCl2化学能转化为电能化学能转化为电能电能转化为化学能电能转化为化学能 实验实验 规律规律 应用应用稀稀H2SO4 或或 NaOH氯碱工业氯碱工业电镀电镀 或或 精炼铜精炼铜NaNa2 2SOSO4 4C CCuCu惰惰性性电电极极活性活性电极电极*电解电解:离子放电顺序离子放电顺序 影响离子放电的因素：影响离子放电的因素：离子得失电子的能力离子得失电子的能
10、力离子的浓度离子的浓度 离子的放电顺序离子的放电顺序阴极阴极:阳阳离子放电，得电子能力强先放电离子放电，得电子能力强先放电Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+阳极阳极:阴离子放电或电极放电，失电子能力强先放电阴离子放电或电极放电，失电子能力强先放电S2IBrCl OH含氧酸根离子含氧酸根离子若阳极是金属若阳极是金属若阳极是金属若阳极是金属(Ag(Ag前前前前)，电极材料失电子，电极材料失电子，电极材料失电子，电极材料失电子 。若阳极是惰性若阳极是惰性若阳极是惰性若阳极是惰性(Pt(Pt、AuAu、石墨石墨石墨石墨)，放电顺序如下，放电顺序如下，放电顺序如下，放电顺
11、序如下:基础知识基础知识 巩固复习巩固复习*电解质溶液电解规律电解质溶液电解规律S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根含氧酸根F-Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+H+Al3+Mg2+Na+与与区：区：与与区：区：与与区：区：与与区：区：电解产物的判断电解产物的判断基础知识基础知识 巩固复习巩固复习电解电解质型电解电解质型 CuCl2放氢生碱型放氢生碱型 NaCl放氧生酸型放氧生酸型 CuSO4电解水型电解水型 Na2SO*揭秘排毒仪揭秘排毒仪生活中电解及其的应用生活中电解及其的应用走进生产与生活走进生产与生活*制作家用环保型消毒液发生器制作家用环保型消毒液发生器化学与生活化学与生活 家
12、里炒菜用的铁锅未及时清洗，不久就会锈迹斑家里炒菜用的铁锅未及时清洗，不久就会锈迹斑斑，你知道这是为什么吗？斑，你知道这是为什么吗？CFe电解质溶液电解质溶液 O2Fe2+OH-Fe(负极负极)：2Fe4e-2Fe2+C(正极正极)：O24e-2H2O4OH-溶液中：溶液中：Fe2+2OH-Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3 铁锈铁锈(Fe2O3nH2O)如何防止铁的锈蚀？如何防止铁的锈蚀？化学与生活化学与生活防腐？防腐？ 电池中的化学电池中的化学化学与生活化学与生活碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池的结构铅蓄电池的结构氢氧燃料电池氢氧燃料电池 下列说法正确的是下列说法正确
13、的是 ()A.A.只存在只存在3 3种形式的能量转化种形式的能量转化 B.B.装置装置Y Y中负极的电极反应式为：中负极的电极反应式为：C.C.装置装置X X能实现燃料电池的燃料能实现燃料电池的燃料 和氧化剂再生和氧化剂再生D.D.装置装置X X、Y Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学 能与电能间的完全转化能与电能间的完全转化 一种航天器能量储存系统原理示意如图，请分析其工作原理。一种航天器能量储存系统原理示意如图，请分析其工作原理。C化学与科技化学与科技电池中的化学电池中的化学 拓展训练拓展训练化学与技术化学与技术工业生产中有工业生产中
14、有什么应用价值什么应用价值？请举例说明。请举例说明。稀硫酸稀硫酸 氯碱工业氯碱工业*生产生产设备设备：*阳离子交换膜的阳离子交换膜的作用作用：防止防止H2和和Cl2混合引起混合引起爆炸爆炸避免避免Cl2与与NaOH反应反应生成生成NaClO而影响而影响NaOH的质量的质量阳阳极材料：金属极材料：金属钛钛网网阴阴极材料：碳钢网极材料：碳钢网阳离子交换阳离子交换膜膜特点特点：只允许阳离子通过只允许阳离子通过化学与技术化学与技术*生产生产原理原理：阳离子交换膜阳离子交换膜电解槽电解槽 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2电解电解膜的应用膜的应用-物质制备物质制备 膜的应用膜的应用-物质制备
15、物质制备 利用钠碱循环法可脱除烟气中的利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO2。其吸收液为。其吸收液为Na2SO3，反应过程中反应过程中pH随随n(SO32-):n(HSO3-)的变化如下：的变化如下：n(SO32-):n(HSO3-)91:91:19:91pH8.27.26.2 当吸收液的当吸收液的pH降到降到6时，时，需送至电解槽再生。需送至电解槽再生。再生示意如图，当阴极室再生示意如图，当阴极室中溶液中溶液pH上升至上升至8以上时，以上时，吸收液再生并循环利用。吸收液再生并循环利用。分析工作原理，书写电极分析工作原理，书写电极反应式。反应式。阳极：阳极：HSO3-2e-=SO42-+H+阴极：
16、阴极：2H+2e-H2化学与环境化学与环境 2012重庆重庆29（3）人工肾）人工肾化学与技术化学与技术 人工肾脏采用间接电化学方法人工肾脏采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图：除去代谢产物中的尿素，原理如图：分析判断电极名称和电极反应。分析判断电极名称和电极反应。电源的负极为电源的负极为 (填填“A”或或“B”)阳极室中发生的反应依次为阳极室中发生的反应依次为:、；电解结束后，阴极室溶液的电解结束后，阴极室溶液的pH与与电解前相比将电解前相比将 ；若两极共收集到气体若两极共收集到气体13.44L(标标准状况准状况)，则除去的尿素为，则除去的尿素为 g。（忽略气体的溶解）（忽略气体
17、的溶解）B 6Cl-6e-=3Cl2 CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl 不变不变 7.2 6H+6e-=3H2 3H2 3Cl2 N2+CO2 CO(NH2)2 3x x x x3x+2x =13.44/22.4=0.6 x=0.12mCO(NH2)2=0.1260=7.2 膜的用途-物质制备 用硼氢化钠燃料电池作电源，用硼氢化钠燃料电池作电源，电解法制备电解法制备N2O5是一种新型是一种新型绿色硝化剂绿色硝化剂。*硼氢化钠燃料硼氢化钠燃料电池的电极名称？电极反应式？总反应？电池的电极名称？电极反应式？总反应？负极：负极：BH4-8e-8OH BO2 6H2O 正极：
18、正极：4H2O2 8e-8OH BH4-4H2O2 BO2 6H2O化学与技术化学与技术 膜的用途-物质制备 用硼氢化钠燃料电池作电源，用硼氢化钠燃料电池作电源，电解法制备电解法制备N2O5是一种新型是一种新型绿色硝化剂绿色硝化剂。*制备制备 N N2 2O O5 5的电解池的电极名称？电极反应式？总反应？的电解池的电极名称？电极反应式？总反应？阳极：阳极：N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+阴极：阴极：2H+2e-H2 N2O4+2HNO3 =2N2O5+H2 电解电解化学与技术化学与技术 判断与书写各电极名称和电极反应式判断与书写各电极名称和电极反应式？科学家近年研制出一种微型
19、的燃料电池，采用甲醇取代氢气科学家近年研制出一种微型的燃料电池，采用甲醇取代氢气做燃料可以简化电池设计，该电池有望取代传统电池。某学生在做燃料可以简化电池设计，该电池有望取代传统电池。某学生在实验室利用甲醇燃料电池电解实验室利用甲醇燃料电池电解Na2SO4溶液。溶液。膜的应用膜的应用-燃料电池燃料电池 电解池：解池：a阳极阳极 4 OH4 e =O2+2H2O b阴极阴极 4H+4e =2 H2 燃料燃料电池：池：甲醇甲醇负极极 CH3OH6e +H2O =CO2+6H+氧气正极氧气正极 1.5 O2+6e +6H+=3H2O 若为碱性电解质溶液燃料电池的电极反应式？若为碱性电解质溶液燃料电池
20、的电极反应式？CH3OH6e+8OH =CO32+6H2O化学与技术化学与技术 电解解题思路电解解题思路1、找电源，确定阴、阳极；、找电源，确定阴、阳极；2、找电极，确定电极是否参加反应；、找电极，确定电极是否参加反应；3、找阳离子，确定放电顺序；、找阳离子，确定放电顺序；(阳离子向阴极运动，在阴极得到电子阳离子向阴极运动，在阴极得到电子)4、找阴离子，确定放电顺序；、找阴离子，确定放电顺序；(阴离子向阳极运动，在阳极失去电子阴离子向阳极运动，在阳极失去电子) 归纳总结归纳总结 书写电极反应的一般思路书写电极反应的一般思路明确该极是得还是失电子明确该极是得还是失电子根据化合价变化得出产物根据化
21、合价变化得出产物正负（阴阳）两极材料及附近正负（阴阳）两极材料及附近有哪些离子，判断反应物有哪些离子，判断反应物结合电解质溶液，判断最终反应结合电解质溶液，判断最终反应 拓展训练拓展训练 【例题例题1】高功率高功率Ni/MH（M表示储氢合金）电池已经用于混表示储氢合金）电池已经用于混合动力汽车。总反应方程式如下：合动力汽车。总反应方程式如下：下列叙述正确的是下列叙述正确的是A.放电时正极附近溶液的碱性增强放电时正极附近溶液的碱性增强B.放电时负极反应放电时负极反应:M+H2O eMH+OHC.充电时阳极反应充电时阳极反应:NiOOH+H2O+eNi(OH)2+OH D.放电时每转移放电时每转移
22、1mol电子，正极有电子，正极有1mol NiOOH 被氧化被氧化充充电放放电Ni(OH)2+M NiOOH+MHA放电时阳极反应放电时阳极反应:NiOOH+H2O+eNi(OH)2+OH 下列关于上图的说法，正确的是（下列关于上图的说法，正确的是（）A装置中阴极处产生的气体能够使湿润淀粉装置中阴极处产生的气体能够使湿润淀粉KI试纸变蓝试纸变蓝B装置中待镀铁制品应与电源正极相连装置中待镀铁制品应与电源正极相连C装置中电子由装置中电子由b极流向极流向a极极D装置中的离子交换膜可以避免生成的装置中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与与NaOH反应反应D 拓展训练拓展训练 【例题例题2】 分析图示装置
23、判断分析图示装置判断装置名称、电极名称；装置名称、电极名称；书写电极反应式和书写电极反应式和总反应化学方程式。总反应化学方程式。某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。探究。（1）在保证电极反应不变的情况）在保证电极反应不变的情况下，不能替代下，不能替代Cu做电极的是做电极的是 。A.铝铝 B.石墨石墨 C.银银 D.铂铂（2）N极发生反应的电极反应式极发生反应的电极反应式为为 。（3）实验过程中，）实验过程中，SO42-移动方向移动方向为为 ；滤纸上能观察；滤纸上能观察到的现象到的现象 。A 2H+2e-=H2（或（或
24、2H2O+2e-=H2+2OH-）从右向左从右向左滤纸上有红褐色斑点产生滤纸上有红褐色斑点产生拓展训练拓展训练 【例题例题3】 实实验验过过程程中中，两两极极均均有有气气体体产产生生，Y极极区区溶溶液液逐逐渐渐变变成成紫紫红红色色；停停止止实实验验，铁铁电电极极明明显显变变细细，电电解解液液仍仍然然澄澄清清。查查阅阅资资料料发发现现，高高铁铁酸酸根根（FeO42-）在在溶液中呈紫红色。溶液中呈紫红色。（4）电解过程中，）电解过程中，X极区溶液的极区溶液的pH ；（5）电解过程中，）电解过程中，Y极发生的电极反应为极发生的电极反应为 Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 和和 。增大增
25、大 4OH-4e-=2H2O+O2 （6）若若在在X极极收收集集到到672 mL气气体体，在在Y极极收收集集到到168 mL气气体体（均均已已折折算算为为标标准准状状况况时时气气体体体体积积），则则Y电电极极（铁铁电电极极）质质量减少量减少 g。0.28 2672/22400 =4168/22400+6m/56拓展训练拓展训练 【例题例题3】（7）在在碱碱性性锌锌电电池池中中，用用高高铁铁酸酸钾钾作作为为正正极极材材料料，电池反应为：电池反应为：2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2 该电池正极发生的反应的电极反应式为该电池正极发生的反应的电极反应式为 。负极：负极：3Zn
26、 -6e-+8OH-=ZnO+ZnO22-正极：正极：2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-拓展训练拓展训练 【例题例题3】 电极电极b是该燃料电池的（填是该燃料电池的（填“正正”或或“负负”）_极。极。若以氢气为燃料，则若以氢气为燃料，则A是（填化学式）是（填化学式），Y是（填化学式）是（填化学式）；CO32的移动方向是移向（填的移动方向是移向（填“电极电极a”或或“电极电极b”）；电极；电极b的电极反应是的电极反应是 。熔融碳酸盐燃料电池是以熔熔融碳酸盐燃料电池是以熔融的碳酸盐为电解质的燃料电融的碳酸盐为电解质的燃料电池，工作原理如图所示：池，工作原理如图所示：O2+4e
27、+2CO22CO32 正正 H2 CO2 电极极a H2CO32-CO2O2电子流向判断电极及电子流向判断电极及离子迁移方向离子迁移方向燃料电池的原理判燃料电池的原理判断放电的物质断放电的物质充分理解电解质、充分理解电解质、介质的作用介质的作用拓展训练拓展训练 【例题例题4】 近年高考题考点：近年高考题考点：根据氧化还原反应书写电极反应式根据氧化还原反应书写电极反应式 根据电子守恒计算电极产物的量根据电子守恒计算电极产物的量 根据电极反应判断金属活动性强弱根据电极反应判断金属活动性强弱 电极种类和电极产物的判断电极种类和电极产物的判断 电化腐蚀基本原理的应用电化腐蚀基本原理的应用 判断电解池或
28、原电池中电解质溶液的酸碱性变化情况判断电解池或原电池中电解质溶液的酸碱性变化情况以新科技电池为载体的考查以新科技电池为载体的考查 实物图、图表类问题的分析实物图、图表类问题的分析综合应用综合应用 几个常见的原电池和电解池模型几个常见的原电池和电解池模型稀稀稀稀HH2 2SOSO4 4CuClCuCl2 2C CC CCuSOCuSO4 4FeFeCuCuNaClNaCl溶液溶液溶液溶液实验现象实验现象电极名称和电极反应方程式、判断氧化还原电极名称和电极反应方程式、判断氧化还原总反应总反应(化学反应方程式和离子方程式化学反应方程式和离子方程式)外电路电子移动方向，溶液中离子移动方向外电路电子移动方向，溶液中离子移动方向CuSOCuSO4 4精精精精铜铜铜铜粗粗粗粗铜铜铜铜钢铁腐蚀钢铁腐蚀电镀铜电镀铜精炼铜精炼铜NaClCuSO4H2SO
