2019_2020学年高中化学第4章电化学基础本章整合课件新人教版选修4.pptx
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1、本 章 整 合,复习回顾本章所学内容,完善下列知识网,熟练掌握本章的知识结构。,考点1,考点2,考点3,考点4,燃料电池电极方程式的书写 【典型例题】 用两根铂丝作电极插入KOH溶液中,再分别向两极通入甲烷气体和氧气,可形成原电池燃料电池,该电池放电时发生的反应为CH4+2KOH+2O2=K2CO3+3H2O,下列说法错误的是( ) A.通甲烷的一极为负极,通氧气的一极为正极 B.放电时,通入O2一极附近溶液的pH升高 C.放电一段时间后,KOH的物质的量不发生变化 D.通甲烷一极的电极反应式是CH4+10OH-8e-= +7H2O 解析 原电池的负极发生氧化反应,正极发生还原反应,由总反应式
2、知,此燃料电池的电极反应式是:正极2O2+4H2O+8e-=8OH-;负极CH4+10OH-8e-= +7H2O,由此可见选项A、B、D都正确。放电时KOH的物质的量减小。 答案 C,考点1,考点2,考点3,考点4,1.燃料电池的组成 (1)电极:惰性电极。 (2)燃料:包括H2、烃(如CH4)、醇(如C2H5OH)、肼(N2H4)等。 (3)电解质:酸性电解质溶液,如H2SO4溶液;碱性电解质溶液,如NaOH溶液;熔融氧化物,如Y2O;熔融碳酸盐,如K2CO3等。,考点1,考点2,考点3,考点4,2.书写燃料电池反应式的基本步骤 (1)第一步:写出电池总反应式。 燃料电池的总反应与燃料的燃烧
3、反应一致,若产物能和电解质反应,则总反应为加和后的反应。 如氢氧燃料电池的总反应为2H2+O2=2H2O;甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应: CH4+2O2=CO2+2H2O CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O +式得燃料电池总反应为 CH4+ 2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O。,考点1,考点2,考点3,考点4,(2)第二步:写出电池的正极反应式。 根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,一般为以下四种情况: 酸性电解质溶液环境下电极反应式:O2+4H+4e-=2H2O。 碱性电解质溶液环境下电极反应式
4、:O2+2H2O+4e-=4OH-。 固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式: O2+4e-=2O2-。 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式: O2+2CO2+4e-=2 。,考点1,考点2,考点3,考点4,(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。 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)。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,注意在将两个反应式相减时,要约去正极的反应物O2。,考点1,考点2,考点3,考点4,3.实例 以甲烷燃料电池为例来分析在不同的
5、环境下电极反应式的书写方法: (1)酸性条件 燃料电池总反应:CH4+2O2=CO2+2H2O 燃料电池正极反应:O2+4H+4e-=2H2O -2,得燃料电池负极反应:CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+ (2)碱性条件 燃料电池总反应:CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O 燃料电池正极反应:O2+2H2O+4e-=4OH- -2,得燃料电池负极反应:CH4+10OH-8e-= +7H2O,考点1,考点2,考点3,考点4,(3)固体电解质(高温下能传导O2-) 燃料电池总反应:CH4+2O2=CO2+2H2O 燃料电池正极反应:O2+4e-=2O2- -2,得燃料电池负极反
6、应:CH4+4O2-8e-=CO2+2H2O (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境,考点1,考点2,考点3,考点4,变式训练某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为2H2+O2=2H2O,下列有关说法正确的是( )A.电子通过外电路从b极流向a极 B.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH- C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2 D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极 解析 此为燃料电池,充入还原剂H2的极为负极,电子从负极(a极)流向正极(b极),A项错。电解质为酸性,不可能有大量OH-存在,负极反应为H2-2
7、e-=2H+,正极(b极)反应为O2+4e-+4H+=2H2O,B项错。C项,气体的体积没有指明标准状况,故C错。由反应式知,负极(a极)产生H+,由酸电解质传到正极(b极),D项正确。 答案 D,考点1,考点2,考点3,考点4,氯碱工业生产法离子交换膜法 【典型例题】 氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下:,依据上图,完成下列填空。 (1)在电解过程中,与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为 ,与电源负极相连的电极附近,溶液的pH (填“不变”“升高”或“下降”)。,考点1,考点2,考点3,考点4,a.先加NaOH,后加Na2CO3,再加钡试剂 b.先加NaOH,后加
8、钡试剂,再加Na2CO3 c.先加钡试剂,后加NaOH,再加Na2CO3 (4)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异,通过_ (填操作名称,下同)、冷却、 、 除去NaCl。 (5)用隔膜法电解食盐水,电解槽分隔为阳极区和阴极区,防止Cl2和NaOH反应。采用无隔膜法电解冷的食盐水时,Cl2与NaOH充分接触,产物仅是NaClO和H2,相应的化学方程式为 。,考点1,考点2,考点3,考点4,考点1,考点2,考点3,考点4,考点1,考点2,考点3,考点4,1.阳离子交换膜的作用 电解饱和食盐水是氯碱工业的基础,能制得氯气、氢气、氢氧化钠等重要的化工原料。电解过程中,在电场的作用下,阳
9、离子向阴极移动,而阴离子向阳极移动。由于在阳极氯离子失去电子生成氯气,若不采取措施,氢氧根离子会向阳极移动,从而与氯气发生反应,既减少了氯气的产量,又会使得到的氢氧化钠不纯。因此,必须阻止氢氧根离子向阳极移动。,考点1,考点2,考点3,考点4,目前,常用的隔膜有石棉隔膜和阳离子交换膜。石棉隔膜能阻止气体通过,但允许水分子及离子通过。由于氢氧根离子能透过隔膜,因此氯气会与氢氧根发生反应,导致制得的氢氧化钠不纯。阳离子交换膜只允许阳离子通过,而不允许阴离子及气体通过,也就是说,只允许钠离子通过,氯离子、氢氧根离子和氢气、氯气均不能通过。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,在一定条件
10、下引起爆炸,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。,考点1,考点2,考点3,考点4,2.原料的精制 (1)粗盐的成分:粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、 等杂质,不符合电解要求,因此必须经过精制。 (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,损坏离子交换膜,此外,杂质的存在会使得到的产品不纯。,考点1,考点2,考点3,考点4,除杂质时所加试剂的顺序要求是:a.Na2CO3必须在BaCl2之后;b.盐酸在过滤之后加入。 试剂加入顺序有多种选择,如:a.BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl;b.BaCl2、Na2CO3、
11、NaOH、过滤、HCl;c.NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。,(3)除杂质的过程:,考点1,考点2,考点3,考点4,变式训练用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含Cl-、Br-、Na+、Mg2+)的装置如图所示(a、b为石墨电极)。下列说法中正确的是( )A.电池工作时,正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH- B.电解时,a电极周围首先生成Cl2 C.电解时,电子流动路径是:负极外电路阴极溶液阳极正极 D.忽略能量损耗,当电池中消耗0.02 g H2时,b极周围会产生0.02 g H2,考点1,考点2,考点3,考点4,解析 由于磷酸为电解质,电池的正极反应为O2+4H+4e-
12、=2H2O,选项A不正确;a电极与原电池正极相连,为电解池的阳极,由于Br-还原性强于Cl-,因此Br-先放电生成Br2,选项B不正确;电解时,电子流动路径是:负极阴极,阳极正极,电子不能从溶液中通过,选项C不正确;根据电子守恒规律,当电池中消耗0.02 g H2时,b极周围会产生0.02 g H2,选项D正确。 答案 D,考点1,考点2,考点3,考点4,“三池”的比较与联系 【典型例题】 将Fe片和Zn片放入盛有NaCl溶液(其中滴有酚酞)的表面皿中,如图所示。最先观察到变为红色的区域为 ( ) A.和 B.和 C.和 D.和 解析 本题考查原电池和电解池的判断以及各自的工作原理。甲图是原电
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