2019-2020年高中化學(xué) 專題二 第三單元《化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化》知識點匯總 蘇教版必修2.doc
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2019-2020年高中化學(xué) 專題二 第三單元《化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化》知識點匯總 蘇教版必修2 一.電解的原理 1.電解:在直流電的作用下,電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程。 2.電解是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一種重要的方法。通過電解,可以使許多在通常條件下不能發(fā)生的反應(yīng)得以進行。 3.電解質(zhì)電解的過程就是電解質(zhì)導(dǎo)電的過程。所以,電解質(zhì)導(dǎo)電與導(dǎo)體導(dǎo)電不同,電解質(zhì)導(dǎo)電是化學(xué)變化,金屬導(dǎo)體導(dǎo)電是物理變化。 4.電解池的工作原理 (1)連接電源負極的電極成為陰極,發(fā)生還原反應(yīng);連接電源正極的電極稱為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)。 (2)溶液中的陽離子移向陰極,陰離子移向陽極。 (3)電子從電源負極出發(fā),沿導(dǎo)線到陰極,陽離子在陰極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng);陰離子在陽極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。電子沿導(dǎo)線回到電源的正極而構(gòu)成閉合回路。 5.電極上離子放電的規(guī)律 (1) 陰極----發(fā)生還原反應(yīng) 陰極材料本身一般不參加反應(yīng),溶液中的陽離子在陰極上得電子: K+ <Ca2+ < Na+ < Mg2+ < Al3+ < H+水中 < Zn2+ < Fe2+ <Pb2+ < H+(酸中) < Cu2+ < Fe 3+ < Hg2+ < Ag+ (2)陽極-----發(fā)生氧化反應(yīng) 若陽極為活性材料(金屬活動順序表Ag以前的金屬)時,則陽極材料本身失電子被氧化。 若陽極為惰性材料(常指Pt、C、金)時,陽極本身不參加反應(yīng),溶液中的陰離子在陽極上失電子: S2-> SO32-> I- > Br-> Cl-> OH- > 含氧酸根離子> F- 注意:電極上離子放電的規(guī)律還受離子濃度的影響。 ①當(dāng)金屬電極做陽極時,一般是金屬電極溶解。 ②當(dāng)溶液中〔OH-〕≈〔Cl-〕時,OH-比Cl-先失去電子。所以,要電解NaCl的飽和溶液。 6.分析一個電解過程的思維步驟(以惰性電極電解飽和CuSO4溶液為例): (1)通電前,存在著CuSO4和H2O的電離,溶液中有:Cu2+、H+、SO42-、OH-。 (2)通電后,Cu2+、H+移向陰極,Cu2+首先在陰極上得電子還原成Cu;OH-、SO42-移向陽極,OH-首先失去電子被氧化,陽極上析出O2。 電極反應(yīng)式為: 陰極:Cu2++2e-=Cu(還原反應(yīng)) 陽極:4OH—4e-=2H2O+O2↑(氧化反應(yīng)) (3)寫出電解方程式:寫電解方程式時,先看電極反應(yīng)式,電極上何種離子放電,電離產(chǎn)生這種離子的物質(zhì)就要寫進電解方程式。溶液中沒有放電的離子結(jié)合成新的物質(zhì)。 電解CuSO4溶液的化學(xué)方程式和離子方程式分別為: 2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+H2SO4 2Cu2++2H2O=2Cu+O2↑+2H+ (4)電解后溶液的變化:CuSO4溶液的濃度減小,溶液的酸性增強,pH減小。 (5)溶液恢復(fù)到原來狀態(tài)的措施 原則是:兩極析出什么加什么。對于CuSO4溶液,就要加入適量的CuO、CuCO3,但不能加入Cu(OH)2。 7.電解的規(guī)律 (1)電解質(zhì)本身電解:無氧酸溶液和不活潑金屬的無氧酸鹽溶液電解屬于這一類。如:HCl、HBr、HI、CuCl2、CuBr2等。 電解方程式為:2HCl=H2↑+Cl2↑ CuCl2=Cu+Cl2↑ 電解后,電解質(zhì)溶液減小,無氧酸溶液的酸性減弱,pH增大;加入適量的這種電解質(zhì)可以使溶液恢復(fù)到原來狀態(tài)。 (2)電解H2O:含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽溶液電解屬于這種類型。如:H2SO4、HNO3、NaOH、KOH、Ba(OH)2、Na2SO4、KNO3等。 電解方程式為:2H2O=2H2↑+O2↑ 特點是:陰、陽兩極產(chǎn)生的氣體體積比為:2:1。 電解后,對于含氧酸,酸性增強,pH減小;對于強堿,堿性增強,pH增大;對于活潑金屬的含氧酸鹽,pH一般認為不變。電解一段時間后,加入適量的H2O可使溶液恢復(fù)到原來狀態(tài)。 (3)電解質(zhì)和水電解:活潑金屬的無氧酸鹽、不活潑金屬的無氧酸鹽的水溶液電解屬于這種類型。如:NaCl、KCl、CuSO4、Cu(NO3)2、AgNO3等。 電解活潑金屬的無氧酸鹽溶液時(以NaCl為例),電解方程式為: 2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑ 特點是:陰極附近溶液顯堿性,滴入酚酞顯紅色。 電解后溶液的pH增大,溶液的堿性增強,加入適量HCl可使溶液恢復(fù)到原來狀態(tài)。 電解不活潑金屬含氧鹽溶液(以AgNO3為例)時,電解方程式為: 4AgNO3+2H2O=4ag+O2↑+4HNO3 電解后溶液的酸性增強,pH減小,加入適量的Ag2O可使溶液恢復(fù)到原來狀況。 8.有關(guān)電解的計算 有關(guān)電解的計算題,解題方法是守恒法。陰極上得到的電子數(shù)=陽極上失去的電子數(shù)。 還有些情況下,也可根據(jù)電解方程式計算。 二.電解原理的應(yīng)用 1.電解飽和食鹽水制燒堿、氫氣和氯氣(即氯堿工業(yè)) (1)裝置:陽離子交換膜電解槽。膜的作用是允許陽離子通過,而不允許陰離子通過,能使NaOH在陰極附近富集,防止H2和Cl2混合劇烈反應(yīng)發(fā)生爆炸。 (2)飽和食鹽水的精制: 粗食鹽中含有Mg2+、Ca2+、SO42-等雜質(zhì)離子,如不除去,會在電解過程中產(chǎn)生 Mg(OH)2、Ca(OH)2等沉淀堵塞隔膜。 除去這些雜質(zhì)離子的試劑和順序是:①加過量的NaOH除Mg2+:Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓;②加過量的BaCl2除SO42-:Ba2++SO42-=BaSO4↓;③加過量的Na2CO3除Ca2+和過量的Ba2+:Ca2++CO32-=CaCO3↓,Ba2++CO32-=BaCO3↓;④加適量的鹽酸除過量的CO32-、OH-,調(diào)節(jié)溶液的pH接近7,H++OH-=H2O,CO32-+2H+=CO2↑+H2O。 (3)電解過程 通電后,Na+、H+移向陰極,Cl-、OH-移向陽極。 陰極:2H++2e-=H2↑ (還原) 陽極:2Cl—2e-=Cl2↑(氧化) 陰極上H+放電后,打破了H2O的電離平衡,促使H2O不斷典禮出H+和OH-,而H+不斷放電,最后溶液中OH-濃度大于H+濃度,溶液顯堿性,Na+、OH-形成NaOH溶液。 電解方程式為:2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑。陽極產(chǎn)物為Cl2,陰極產(chǎn)物為H2和NaOH。 2.電鍍 (1)電鍍:應(yīng)用電解原理,在金屬表面鍍上一層金屬或合金的過程稱為電鍍。進行電鍍的裝置稱為電鍍池。 (2)電鍍的原理:鍍件(待鍍的金屬)作陰極,鍍層金屬作陽極,含有鍍層金屬離子的溶液作電解質(zhì)溶液。電極反應(yīng)式為: 陽極:M-ne-=Mn+ (氧化) 陰極:Mn++ne-=M(還原) 由得失電子相等的原理可知,電解質(zhì)溶液中Mn+的濃度不會發(fā)生改變。 例如:鐵表面鍍銅時,鐵作陰極,銅作陽極,CuSO4溶液作電解質(zhì)溶液。 (3)電鍍時電解原理的應(yīng)用,電鍍池是一種特殊的電解池,電鍍的特點是電解質(zhì)溶液中的離子濃度保持不變。 3.銅的電解精練 (1)粗銅常含有:Zn、Fe、Ni、Ag、Au、Pt等雜質(zhì),精練的方法是電解。 (2)電解精練銅的裝置:粗銅作陽極,純銅作陰極,CuSO4溶液作電解質(zhì)溶液。 (3)電極反應(yīng)式為: 陽極:Zn-2e-=Zn2+;Fe-2e-=Fe2+;Ni-2e-=Ni2+;Cu-2e-=Cu2+ 陰極:Cu2++2e-=Cu Zn2+、Fe2+、Ni2+由于氧化性比Cu2+弱,留在溶液中,;Ag、Au、Pt由于還原性弱不易失去電子,而以單質(zhì)的形式與泥沙一起沉落到陽極附近形成陽極泥。 電解精練銅類似于電鍍銅,但不同的是,電解精練銅的電解質(zhì)溶液中Cu2+濃度要略為減少。 4.電解冶煉鋁 工業(yè)上用電解熔融的Al2O3的方法冶煉鋁。由于Al2O3的熔點很高,必須加入冰晶石(Na3AlF6)作熔劑,其作用是降低Al2O3的熔點。 陽極:6O2—12e-=3O2↑ 陰極:4Al3++12e-=4Al 陽極材料是石墨,高溫下伴隨發(fā)生反應(yīng):C+O2=CO2,因此,電解過程中要定期補充電極。 5.電解冶煉鈉和電解冶煉鎂。 2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑ MgCl2(熔融)=Mg+Cl2↑。 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能---電池 知識要點 一、原電池的工作原理 1、原電池:借助氧化還原反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱為原電池。 2、構(gòu)成原電池的條件 (1)有活動性不等的兩個電極 (2)電極要與電解質(zhì)溶液接觸 (3)要形成閉合回路 三個條件要同時滿足,否則不構(gòu)成原電池。一般說來,氧化還原反應(yīng)都可在一定條件下設(shè)計成原電池。 構(gòu)成原電池后,一般說來化學(xué)反應(yīng)速率要加快。實驗室不用純鋅與稀硫酸反應(yīng)制氫氣而要用粗鋅與稀硫酸反應(yīng)制氫氣,就是利用原電池的原理。 在原電池中,電極并不一定要與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)。當(dāng)電極不與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)時,正極上得電子的物質(zhì)一般為溶解在水溶液中的氧氣,正極上的電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e- = 4OH-。 3、原電池的工作原理 (1)相對活潑的金屬作負極,負極上一定發(fā)生氧化反應(yīng);相對不活潑的金屬(或非金屬)作正極,正極上一定發(fā)生還原反應(yīng)。 (2)電子從負極流向正極,電流從正極流向負極。 (3)溶液中的陰離子移向負極,陽離子移向正極。 但是,有一些特例:將鎂和鋁插到NaOH溶液中,用導(dǎo)線連接后構(gòu)成原電池,鋁是負極,鎂是正極。 負極:2Al+8OH- -6e- = 2AlO2- +4H2O 正極:6H2O+6e- = 3H2↑+6OH- 總反應(yīng):2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 還有,將鐵和銅插到濃硝酸中,用導(dǎo)線連接構(gòu)成原電池,由于鐵在濃硝酸中鈍化不能繼續(xù)反應(yīng),而銅可與濃硝酸反應(yīng),所以,銅時負極,鐵是正極。 負極:Cu-2e- = Cu2+ 正極:2NO3- +4H+ + 2e- = 2NO2↑+2H2O 由此可見,并不一定是活潑性強的金屬作負極。金屬作負極還是作正極,要看電解質(zhì)溶液而定。 4、電極反應(yīng)式的書寫 (1)書寫電極反應(yīng)式的方法是--------疊加法。即將兩個電極反應(yīng)疊加一定得到電池總反應(yīng)。 在推寫電極反應(yīng)時,一般先寫出電池總反應(yīng),然后再寫出負極反應(yīng)式或正極反應(yīng)式,將總反應(yīng)減去負極反應(yīng)式或正極反應(yīng)式就可得到正極反應(yīng)式或負極反應(yīng)式。 例如:將兩個Pt電極插入KOH溶液中,用導(dǎo)線連接,分別往兩極上通入CH4和O2,則可構(gòu)成一個燃料電池。 該電池的總反應(yīng)的離子方程式為:CH4+2O2+2OH- = CO32- +3H2O 可以知道通CH4的一極是負極,通入O2的一極是正極。正極反應(yīng)式是:2O2+8e- +4H2O =8OH-。將總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得負極反應(yīng)式:CH4+10OH- -8e- = CO32- +7 H2O。 (2)在推寫電極反應(yīng)式還必須注意到介質(zhì)(環(huán)境)的種類。例如,當(dāng)正極參與反應(yīng)的物質(zhì)是O2時,如果在堿性環(huán)境或中性環(huán)境中,電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e- = 4OH-;如果在酸性環(huán)境中,電極反應(yīng)式為:O2+4H++4e- = 2H2O。 又如:當(dāng)負極上反應(yīng)的物質(zhì)為H2時,如果在酸性環(huán)境中,電極反應(yīng)式為:H2+2e- = 2H+;當(dāng)在堿性環(huán)境中,電極反應(yīng)式為:H2+2OH- +2e- = 2H2O。 二、化學(xué)電源 1、一次電池:即只能放電不能充電的電池。這種電池使用后隨即棄去,因此可造成環(huán)境污染。常見的一次電池有干電池,即鋅錳電池。其負極是鋅殼,正極是中間的碳棒,電解質(zhì)是NH4Cl和MnO2的糊狀物。其工作原理如下: 負極:(Zn) Zn-2e- = Zn2+ 正極:(C) 2NH4+ +2e- = 2NH3↑+H2↑ MnO2的作用是吸收產(chǎn)生的H2,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2MnO2+H2=Mn2O3+H2O。反應(yīng)產(chǎn)生的NH3是被負極產(chǎn)生的Zn2+吸收,二者形成穩(wěn)定的鋅氨絡(luò)離子。反應(yīng)的離子方程式為:Zn2++4NH3=[Zn(NH3)4]2+。 由于NH4Cl溶液顯酸性,對鋅殼有腐蝕作用,即使不使用也可漏液失效。為了延長電池的使用壽命和提高其性能,人們將電池內(nèi)的NH4Cl溶液換成KOH溶液制成堿性鋅錳電池。 電池的總反應(yīng)為:Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+Mn2O3。 負極:Zn-2e- +2OH-=Zn(OH)2 正極:2MnO2+H2O+2e- = Mn2O3+2OH- 2、二次電池:即可充電電池或蓄電池。它是利用可逆的氧化還原反應(yīng)設(shè)計的。可充電電池在放電時是一個原電池,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能;在充電時是一個電解池,將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。二次電池常見的有鉛蓄電池。其工作原理如下: (1)放電時: 負極(Pb)Pb+SO42- -2e- = PbSO4 正極(PbO2)PbSO2+4H++SO42- = PbSO4+2H2O (2)充電時: 陰極(Pb)PbSO4+2e- = Pb+SO42- 陽極(PbO2)PbSO4+2H2O-2e- = PbO2+4H++SO42- 總反應(yīng)為:Pb+PbO2+2H2SO4 === 2PbSO4+2H2O 該電池在放電過程中,每消耗1 mol H2SO4轉(zhuǎn)移 1 mol 電子。 3、燃料電池:通過燃料氣體與氧氣分別在兩個電極上發(fā)生電極反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池的總反應(yīng)是與燃料燃燒時發(fā)生的反應(yīng)相同的反應(yīng)。一般說來,燃料氣是通入負極,助燃氣通入正極。 例如:一種以H2為燃料氣,O2為助燃氣,KOH溶液為電解質(zhì)溶液的燃料電池,其總反應(yīng)為:2H2+O2==2H2O。電極反應(yīng)分別為: 正極:O2+2H2O+4e-=4OH- 負極:2H2+4OH—4e- = 4H2O 但是,如果是H2SO4作電解質(zhì)溶液,則電極反應(yīng)分別為: 負極:2H2-4e- = 4H+ 正極:O2+4H++4e- = 2H2O 三、金屬的腐蝕與防護 1、金屬的腐蝕:金屬的表面與周圍的物質(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或因電化學(xué)作用而遭到破壞的過程稱為金屬的腐蝕。因此,金屬的腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化腐蝕兩種。其中,電化腐蝕的危害更大。 2、金屬的電化腐蝕:當(dāng)兩種互相接觸的金屬或一種合金暴露在潮濕的空氣中或與電解質(zhì)溶液接觸時,形成原電池而發(fā)生的腐蝕。 3、 電化腐蝕的原理(以鋼鐵的腐蝕為例): (1)析氫腐蝕:鋼鐵在酸性較強的環(huán)境中發(fā)生的腐蝕。這是一種特殊現(xiàn)象。 負極:Fe-2e- = Fe2+ 正極:2H+-2e- = H2↑ 被腐蝕的是鐵。 (2)吸氧腐蝕(最普遍發(fā)生的腐蝕) 負極:Fe → Fe2++2e- 正極:2H2O + O2 + 4e-→ 4OH- 鋼鐵生銹的全過程為: Fe2++2OH-→Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe-4e-→2Fe2+ O2+2H2O+4e-→4OH- 2Fe(OH)3═Fe2O3nH2O+(3-n)H2O 4、金屬的防護 (1)改變金屬內(nèi)部組成結(jié)構(gòu),可以增強金屬耐腐蝕的能力。如不銹鋼。 (2)在金屬表面覆蓋一層保護層,以斷絕金屬與外界物質(zhì)接觸,達到耐腐蝕的效果。(油脂、油漆、搪瓷、塑料、電鍍金屬、氧化成致密的氧化膜,例如在鐵表面鍍上鋅或錫,即成白鐵與馬口鐵,但一旦破損,因原電池反應(yīng),白鐵外面的鋅可進一步起保護作用,而馬口鐵外面的錫反而會加速腐蝕(鐵作負極被溶解) (3)電化學(xué)保護法:犧牲陽極陰極保護法、外加電流陰極保護法。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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