人教版化學(xué)選修四重要知識點

【專家解說】：第四章電化學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié)原電池 1、概念：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池_______ 2、組成條件：①兩個活潑性不同的電極②電解質(zhì)溶液③電極用導(dǎo)線相連并插入電解液構(gòu)成閉合回路 3、電子流向：外電路：負(fù)極——導(dǎo)線——正極 內(nèi)電路：鹽橋中陰離子移向負(fù)極的電解質(zhì)溶液，鹽橋中陽離子移向正極的電解質(zhì)溶液。 4、電極反應(yīng)：以鋅銅原電池為例： 負(fù)極：氧化反應(yīng)：Zn－2e＝Zn2＋（較活潑金屬） 正極：還原反應(yīng)：2H＋＋2e＝H2↑（較不活潑金屬） 總反應(yīng)式：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 5、正、負(fù)極的判斷： （1）從電極材料：一般較活潑金屬為負(fù)極；或金屬為負(fù)極，非金屬為正極。 （2）從電子的流動方向負(fù)極流入正極 （3）從電流方向正極流入負(fù)極 （4）根據(jù)電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動方向陽離子流向正極，陰離子流向負(fù)極 （5）根據(jù)實驗現(xiàn)象①__溶解的一極為負(fù)極__②增重或有氣泡一極為正極 第二節(jié)化學(xué)電池 1、電池的分類：化學(xué)電池、太陽能電池、原子能電池 2、化學(xué)電池：借助于化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 3、化學(xué)電池的分類：一次電池、二次電池、燃料電池 一、一次電池：常見一次電池：堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鋰電池等 二、二次電池 1、二次電池：放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，可以多次重復(fù)使用，又叫充電電池或蓄電池。 2、電極反應(yīng)：鉛蓄電池 放電：負(fù)極（鉛）：Pb＋－2e?＝PbSO4↓ 正極（氧化鉛）：PbO2＋4H+＋＋2e?＝PbSO4↓＋2H2O 充電：陰極：PbSO4＋2H2O－2e?＝PbO2＋4H+＋ 陽極：PbSO4＋2e?＝Pb＋ 兩式可以寫成一個可逆反應(yīng)：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O 3、目前已開發(fā)出新型蓄電池：銀鋅電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子電池 三、燃料電池 1、燃料電池：是使燃料與氧化劑反應(yīng)直接產(chǎn)生電流的一種原電池 2、電極反應(yīng)：一般燃料電池發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃燒產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃燒反應(yīng)寫出總的電池反應(yīng)，但不注明反應(yīng)的條件。，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，不過要注意一般電解質(zhì)溶液要參與電極反應(yīng)。以氫氧燃料電池為例，鉑為正、負(fù)極，介質(zhì)分為酸性、堿性和中性。 當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時：負(fù)極：2H2－4e?=4H+正極：O2＋4e?4H+=2H2O 當(dāng)電解質(zhì)溶液呈堿性時：負(fù)極：2H2＋4OH?－4e?＝4H2O負(fù)極：O2＋2H2O＋4e?＝4OH? 另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷?燃料?和氧氣?氧化劑?。 電極反應(yīng)式為：負(fù)極：CH4＋10OH－－8?e?＝7H2O； 正極：4H2O＋2O2＋8e?＝8OH－。 電池總反應(yīng)式為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O 3、燃料電池的優(yōu)點：能量轉(zhuǎn)換率高、廢棄物少、運行噪音低 四、廢棄電池的處理：回收利用 第三節(jié)電解池 一、電解原理 1、電解池：把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置也叫電解槽 2、電解：電流(外加直流電)通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)(被動的不是自發(fā)的)的過程 3、放電：當(dāng)離子到達(dá)電極時，失去或獲得電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程 4、電子流向：（電源）負(fù)極—（電解池）陰極—（離子定向運動）電解質(zhì)溶液—（電解池）陽極—（電源）正極 5、電極名稱及反應(yīng)： 陽極：與直流電源的正極相連的電極，發(fā)生氧化反應(yīng) 陰極：與直流電源的負(fù)極相連的電極，發(fā)生還原反應(yīng) 6、電解CuCl2溶液的電極反應(yīng)：陽極：2Cl--2e?=Cl2(氧化)陰極：Cu2++2e?=Cu(還原) 總反應(yīng)式：CuCl2=Cu+Cl2↑ 7、電解本質(zhì)：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，就是電解質(zhì)溶液的電解過程 ☆規(guī)律總結(jié)：電解反應(yīng)離子方程式書寫： 陽離子放電順序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸電離的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 陰離子放電順序：是惰性電極時：S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根離子)>F-(SO32-/MnO4->OH-) 是活性電極時：電極本身溶解放電 注意先要看電極材料，是惰性電極還是活性電極，若陽極材料為活性電極（Fe、Cu)等金屬，則陽極反應(yīng)為電極材料失去電子，變成離子進(jìn)入溶液；若為惰性材料，則根據(jù)陰陽離子的放電順序，依據(jù)陽氧陰還的規(guī)律來書寫電極反應(yīng)式。 電解質(zhì)水溶液點解產(chǎn)物的規(guī)律 類型電極反應(yīng)特點實例電解對象電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原 分解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大HCl CuCl2---CuCl2 放H2生成堿型陰極：水放H2生堿 陽極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大HCl 放氧生酸型陰極：電解質(zhì)陽離子放電 陽極：水放O2生酸CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小氧化銅 電解水型陰極：4H++4e-==2H2↑ 陽極：4OH--4e-=O2↑+2H2ONaOH水增大增大水 H2SO4減小 Na2SO4不變 上述四種類型電解質(zhì)分類： （1）電解水型：含氧酸，強堿，活潑金屬含氧酸鹽 （2）電解電解質(zhì)型：無氧酸，不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外） （3）放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽 （4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽 二、電解原理的應(yīng)用 1、電解飽和食鹽水以制造燒堿、氯氣和氫氣 （1）電鍍應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法 （2）電極、電解質(zhì)溶液的選擇： 陽極：鍍層金屬，失去電子，成為離子進(jìn)入溶液；M—ne—==Mn+ 陰極：待鍍金屬（鍍件）：溶液中的金屬離子得到電子，成為金屬原子，附著在金屬表面 Mn++ne—==M 電解質(zhì)溶液：含有鍍層金屬離子的溶液做電鍍液 鍍銅反應(yīng)原理：陽極(純銅)：Cu-2e-=Cu2+，陰極(鍍件)：Cu2++2e-=Cu， 電解液：可溶性銅鹽溶液，如CuSO4溶液 （3）電鍍應(yīng)用之一：銅的精煉：陽極：粗銅；陰極：純銅電解質(zhì)溶液：硫酸銅 2、電冶金 （1）電冶金：使礦石中的金屬陽離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來用于冶煉活潑金屬，如鈉、鎂、鈣、鋁 （2）電解氯化鈉：通電前，氯化鈉高溫下熔融：NaCl==Na++Cl— 通直流電后：陽極：2Na++2e—==2Na陰極：2Cl——2e—==Cl2↑ ☆規(guī)律總結(jié)：原電池、電解池、電鍍池的判斷規(guī)律 （1）若無外接電源，又具備組成原電池的三個條件。①有活潑性不同的兩個電極；②兩極用導(dǎo)線互相連接成直接插入連通的電解質(zhì)溶液里；③較活潑金屬與電解質(zhì)溶液能發(fā)生氧化還原反應(yīng)（有時是與水電離產(chǎn)生的H+作用），只要同時具備這三個條件即為原電池。 （2）若有外接電源，兩極插入電解質(zhì)溶液中，則可能是電解池或電鍍池；當(dāng)陰極為金屬，陽極亦為金屬且與電解質(zhì)溶液中的金屬離子屬同種元素時，則為電鍍池。 （3）若多個單池相互串聯(lián)，又有外接電源時，則與電源相連接的裝置為電解池成電鍍池。若無外接電源時，先選較活潑金屬電極為原電池的負(fù)極（電子輸出極），有關(guān)裝置為原電池，其余為電鍍池或電解池。 ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆原電池，電解池，電鍍池的比較 性質(zhì)類別 原電池電解池電鍍池 定義 （裝置特點）將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一側(cè)層其他金屬 反應(yīng)特征自發(fā)反應(yīng)非自發(fā)反應(yīng)非自發(fā)反應(yīng) 裝置特征無電源，兩級材料不同有電源，兩級材料可同可不同有電源 形成條件活動性不同的兩極 電解質(zhì)溶液 形成閉合回路兩電極連接直流電源 兩電極插入電解質(zhì)溶液 形成閉合回路1鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接負(fù)極；2電鍍液必須含有鍍層金屬的離子 電極名稱負(fù)極：較活潑金屬 正極：較不活潑金屬（能導(dǎo)電非金屬）陽極：與電源正極相連 陰極：與電源負(fù)極相連名稱同電解，但有限制條件 陽極：必須是鍍層金屬 陰極：鍍件 電極反應(yīng)負(fù)極：氧化反應(yīng)，金屬失去電子 正極：還原反應(yīng)，溶液中的陽離子的電子或者氧氣得電子（吸氧腐蝕）陽極：氧化反應(yīng)，溶液中的陰離子失去電子，或電極金屬失電子 陰極：還原反應(yīng)，溶液中的陽離子得到電子 陽極：金屬電極失去電子 陰極：電鍍液中陽離子得到電子 電子流向負(fù)極→正極電源負(fù)極→陰極 電源正極→陽極同電解池 溶液中帶電粒子的移動陽離子向正極移動 陰離子向負(fù)極移動陽離子向陰極移動 陰離子向陽極移動同電解池 聯(lián)系在兩極上都發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng) ☆☆原電池與電解池的極的得失電子聯(lián)系圖： 陽極(失)e-正極（得）e-負(fù)極（失）e-陰極（得） 第四節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕和防護(hù) 一、金屬的電化學(xué)腐蝕 （1）金屬腐蝕內(nèi)容：（2）金屬腐蝕的本質(zhì)：都是金屬原子失去電子而被氧化的過程 （3）金屬腐蝕的分類： 化學(xué)腐蝕—金屬和接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕 電化學(xué)腐蝕—不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)。比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。 化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的比較 電化腐蝕化學(xué)腐蝕 條件不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸金屬與非電解質(zhì)直接接觸 現(xiàn)象有微弱的電流產(chǎn)生無電流產(chǎn)生 本質(zhì)較活潑的金屬被氧化的過程金屬被氧化的過程 關(guān)系化學(xué)腐蝕與電化腐蝕往往同時發(fā)生，但電化腐蝕更加普遍，危害更嚴(yán)重 （4）電化學(xué)腐蝕的分類： 析氫腐蝕——腐蝕過程中不斷有氫氣放出 ①條件：潮濕空氣中形成的水膜,酸性較強（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等氣體） ②電極反應(yīng)：負(fù)極:Fe–2e-=Fe2+ 正極:2H++2e-=H2↑ 總式：Fe+2H+=Fe2++H2↑ 吸氧腐蝕——反應(yīng)過程吸收氧氣 ①條件：中性或弱酸性溶液 ②電極反應(yīng)：負(fù)極:2Fe–4e-=2Fe2+ 正極:O2+4e-+2H2O=4OH- 總式：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 離子方程式：Fe2++2OH-=Fe(OH)2 生成的Fe(OH)2被空氣中的O2氧化，生成Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 Fe(OH)3脫去一部分水就生成Fe2O3?xH2O（鐵銹主要成分） 規(guī)律總結(jié)：金屬腐蝕快慢的規(guī)律：在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下： 電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕 防腐措施由好到壞的順序如下： 外接電源的陰極保護(hù)法＞犧牲負(fù)極的正極保護(hù)法＞有一般防腐條件的腐蝕＞無防腐條件的腐蝕 二、金屬的電化學(xué)防護(hù) 1、利用原電池原理進(jìn)行金屬的電化學(xué)防護(hù) （1）犧牲陽極的陰極保護(hù)法 原理：原電池反應(yīng)中，負(fù)極被腐蝕，正極不變化 應(yīng)用：在被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上裝上若干鋅塊，腐蝕鋅塊保護(hù)鋼鐵設(shè)備 負(fù)極：鋅塊被腐蝕；正極：鋼鐵設(shè)備被保護(hù) （2）外加電流的陰極保護(hù)法 原理：通電，使鋼鐵設(shè)備上積累大量電子，使金屬原電池反應(yīng)產(chǎn)生的電流不能輸送，從而防止金屬被腐蝕 應(yīng)用：把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，惰性電極作為輔助陽極，均存在于電解質(zhì)溶液中，接上外加直流電源。通電后電子大量在鋼鐵設(shè)備上積累，抑制了鋼鐵失去電子的反應(yīng)。 2、改變金屬結(jié)構(gòu)：把金屬制成防腐的合金 3、把金屬與腐蝕性試劑隔開：電鍍、油漆、涂油脂、表面鈍化等