【选修四】高考化学选修四难重点汇总 14页

【选修四】高中化学选修四难重点汇总 一、原电池： （ 一 ） 概 念 ： 化 学 能 转 化 为 电 能 的 装 置 叫 做 原 电 池 。 （ 二 ） 组 成 条 件 ： 1. 两 个 活 泼 性 不 同 的 电 极 2. 电 解 质 溶 液 3. 电 极 用 导 线 相 连 并 插 入 电 解 液 构 成 闭 合 回 路 （ 三 ） 电 子 流 向 ： 外 电 路 ： 负 极 ——导 线 —— 正 极 内 电 路 ： 盐 桥 中 阴 离 子 移 向 负 极 的 电 解 质 溶 液 ， 盐 桥 中 阳 离 子 移 向 正 极 的 电 解 质 溶 液 。 （ 四 ） 电 极 反 应 ： 以 锌 铜 原 电 池 为 例 ： 负 极 ： 氧 化 反 应 ： Zn － 2e ＝ Zn 2 ＋ （ 较 活 泼 金 属 ） 正 极 ： 还 原 反 应 ： 2H ＋ ＋ 2e ＝ H 2 ↑（较 不 活 泼 金 属 ） 总 反 应 式 ： Zn+2H + =Zn 2 + +H 2 ↑ （ 五 ） 正 、 负 极 的 判 断 ： 1. 从 电 极 材 料 ：一 般 较 活 泼 金 属 为 负 极 ；或 金 属 为 负 极 ，非 金 属 为 正 极 。 2. 从 电 子 的 流 动 方 向 ： 负 极 流 入 正 极 3. 从 电 流 方 向 ： 正 极 流 入 负 极 4. 根 据 电 解 质 溶 液 内 离 子 的 移 动 方 向 ：阳 离 子 流 向 正 极 ，阴 离 子 流 向 负 极 5. 根 据 实 验 现 象 ： （ 1 ） 溶 解 的 一 极 为 负 极 （2）增重或有气泡一极为正极 二、化学电池 （ 一 ） 电 池 的 分 类 ： 化 学 电 池 、 太 阳 能 电 池 、 原 子 能 电 池 （ 二 ） 化 学 电 池 ： 借 助 于 化 学 能 直 接 转 变 为 电 能 的 装 置 （ 三 ）化 学 电 池 的 分 类 ：一 次 电 池 、二 次 电 池 、燃 料 电 池 1. 一 次 电 池 常 见 一 次 电 池 ： 碱 性 锌 锰 电 池 、 锌 银 电 池 、 锂 电 池 等 2. 二 次 电 池 （ 1 ） 二 次 电 池 ： 放 电 后 可 以 再 充 电 使 活 性 物 质 获 得 再 生 ， 可 以 多 次 重 复 使 用 ， 又 叫 充 电 电 池 或 蓄 电 池 。 （ 2 ） 电 极 反 应 ： 铅 蓄 电 池 放 电 ： 负 极 （ 铅 ） ： Pb － 2e- ＝ PbSO 4↓ 正 极 （ 氧 化 铅 ） ： PbO 2 ＋ 4H + ＋ 2e- ＝ PbSO 4 ↓＋2H 2 O 充 电 ： 阴 极 ： PbSO 4 ＋ 2H 2 O － 2e- ＝ PbO 2 ＋ 4H + 阳 极 ： PbSO 4 ＋ 2e- ＝ Pb 两 式 可 以 写 成 一 个 可 逆 反 应 ： PbO 2 ＋ Pb ＋ 2H 2SO 4 ? 2PbSO 4 ↓＋2H 2O （ 3 ） 目 前 已 开 发 出 新 型 蓄 电 池 ： 银 锌 电 池 、 镉 镍 电 池 、 氢 镍 电 池 、 锂 离 子 电 池 、 聚 合 物 锂 离 子 电 池 3. 燃 料 电 池 （ 1 ）燃 料 电 池 ： 是 使 燃 料 与 氧 化 剂 反 应 直 接 产 生 电 流 的 一 种 原 电 池 （ 2 ）电 极 反 应 ：一 般 燃 料 电 池 发 生 的 电 化 学 反 应 的 最 终 产 物 与 燃 烧 产 物 相 同 ， 可 根 据 燃 烧 反 应 写 出 总 的 电 池 反 应 ， 但 不 注 明 反 应 的 条 件 。 负 极 发 生 氧 化 反 应 ， 正 极 发 生 还 原 反 应 ， 不 过 要 注 意 一 般 电 解 质 溶 液 要 参 与 电 极 反 应 。 以 氢 氧 燃 料 电 池 为 例 ， 铂 为 正 、 负 极 ， 介 质 分 为 酸 性 、 碱 性 和 中 性 。 ① 当 电 解 质 溶 液 呈 酸 性 时 ： 负 极 ： 2H 2 － 4e- =4H + 正 极 ： O 2 ＋ 4e- +4H + =2H 2O ② 当 电 解 质 溶 液 呈 碱 性 时 ： 负 极 ： 2H 2 ＋ 4OH - － 4e- ＝ 4H 2 O 正 极 ： O 2 ＋ 2H 2 O＋ 4 e- ＝ 4OH - 另 一 种 燃 料 电 池 是 用 金 属 铂 片 插 入 KOH 溶 液 作 电 极 ，又 在 两 极 上 分 别 通 甲 烷 (燃 料 )和 氧 气 (氧 化 剂 )。 电 极 反 应 式 为 ： 负 极 ： CH 4 ＋ 10OH － － 8e- ＝ CO 3 2 - ＋ 7H 2 O； 正 极 ： 4H 2 O＋ 2O 2 ＋ 8e- ＝ 8OH - 。 电 池 总 反 应 式 为 ： CH 4 ＋ 2O 2 ＋ 2KOH ＝ K 2 CO 3 ＋ 3H 2 O （ 3 ） 燃 料 电 池 的 优 点 ： 能 量 转 换 率 高 、 废 弃 物 少 、 运 行 噪 音 低 4. 废 弃 电 池 的 处 理 ： 回 收 利 用 三、电解池 （ 一 ） 电 解 原 理 1. 电 解 池 ： 把 电 能 转 化 为 化 学 能 的 装 置 ， 也 叫 电 解 槽 。 2. 电 解 ：电 流 (外 加 直 流 电 )通 过 电 解 质 溶 液 而 在 阴 阳 两 极 引 起 氧 化 还 原 反 应 (被 动 的 不 是 自 发 的 )的 过 程 。 3. 放 电 ：当 离 子 到 达 电 极 时 ，失 去 或 获 得 电 子 ，发 生 氧 化 还 原 反 应 的 过 程 。 4. 电 子 流 向 ：（ 电 源 ）负 极 —（ 电 解 池 ）阴 极 —（ 离 子 定 向 运 动 ） 电 解 质 溶 液 —（ 电 解 池 ） 阳 极 —（ 电 源 ） 正 极 。 5. 电 极 名 称 及 反 应 ： 阳 极 ： 与 直 流 电 源 的 正 极 相 连 的 电 极 ， 发 生 氧 化 反 应 阴 极 ： 与 直 流 电 源 的 负 极 相 连 的 电 极 ， 发 生 还 原 反 应 6. 电 解 CuCl 2 溶 液 的 电 极 反 应 ： 阳 极 ： 2Cl - -2e-=Cl 2 (氧 化 ) 阴 极 ： Cu 2 + +2e-=Cu( 还 原 ) 总 反 应 式 ： CuCl 2 =Cu+Cl 2 ↑ 7. 电 解 本 质 ：电 解 质 溶 液 的 导 电 过 程 ，就 是 电 解 质 溶 液 的 电 解 过 程 ☆规 律 总 结 ： 电 解 反 应 离 子 方 程 式 书 写 ： 放 电 顺 序 ： 阳 离 子 放 电 顺 序 ： Ag+>Hg 2 + >Fe 3+ >Cu 2 + >H + （ 指 酸 电 离 的 ） >Pb 2 + >Sn 2 + >Fe 2+ >Zn 2+ > Al 3 + > Mg 2 + >Na + >Ca 2 + >K + 阴 离 子 的 放 电 顺 序 ： 是 惰 性 电 极 时 ： S2 - >I - >Br - >Cl - >OH - >NO 3 - >SO 4 2 - (等 含 氧 酸 根 离 子 )> F - 是 活 性 电 极 时 ： 电 极 本 身 溶 解 放 电 * 注 ： 先 要 看 电 极 材 料 ， 是 惰 性 电 极 还 是 活 性 电 极 ， 若 阳 极 材 料 为 活 性 电 极（ Fe 、 Cu) 等 金 属 ，则 阳 极 反 应 为 电 极 材 料 失 去 电 子 ， 变 成 离 子 进 入 溶 液 ； 若 为 惰 性 材 料 ， 则 根 据 阴 阳 离 子 的 放 电 顺 序 ， 依 据 阳 氧 阴 还 的 规 律 来 书 写 电 极 反 应 式 。 电 解 质 水 溶 液 电 解 产 物 的 规 律 ： 类型 电极反应特点 实例 电解 对象 电解质 浓度 分解 电解 质型 电解质电离出的 阴阳离子分别在 两极放电 HCl 电解 质 减小 CuCl2 放 H2 生成 碱型 阴极：水放 H2 生 碱 阳极： 电解质阴离 子放电 NaCl 电解 质和 水 生成新 电解质 放氧 生酸 型 阴极： 电解质阳离 子放电 阳极：水放 O2 生 酸 CuSO4 电解 质和 水 生成新 电解质 电解 水型 阴极： 4H++4e- = = 2H2↑ 阳极： 4OH--4e- = = O2↑+ 2H2O NaOH 水 增大Na2SO 4 上 述 四 种 类 型 电 解 质 分 类 ： （ 1 ） 电 解 水 型 ： 含 氧 酸 ， 强 碱 ， 活 泼 金 属 含 氧 酸 盐 （ 2 ） 电 解 电 解 质 型 ：无 氧 酸 ，不 活 泼 金 属 的 无 氧 酸 盐 （ 氟 化 物 除 外 ） （ 3 ） 放 氢 生 碱 型 ： 活 泼 金 属 的 无 氧 酸 盐 （ 4 ） 放 氧 生 酸 型 ： 不 活 泼 金 属 的 含 氧 酸 盐 （ 二 ） 电 解 原 理 的 应 用 1. 电 解 饱 和 食 盐 水 以 制 造 烧 碱 、 氯 气 和 氢 气 （ 1 ）电 镀 应 用 电 解 原 理 在 某 些 金 属 表 面 镀 上 一 薄 层 其 他 金 属 或 合 金 的 方 法 （ 2 ） 电 极 、 电 解 质 溶 液 的 选 择 ： 阳 极 ： 镀 层 金 属 ， 失 去 电 子 ， 成 为 离 子 进 入 溶 液 M — ne - == M n+ 阴 极 ： 待 镀 金 属 （ 镀 件 ） ： 溶 液 中 的 金 属 离 子 得 到 电 子 ， 成 为 金 属 原 子 ， 附 着 在 金 属 表 面 M n + + ne - == M 电 解 质 溶 液 ： 含 有 镀 层 金 属 离 子 的 溶 液 做 电 镀 液 镀 铜 反 应 原 理 阳 极 (纯 铜 )： Cu-2e - =Cu2+ 阴 极 (镀 件 )： Cu2++2e - =Cu 电 解 液 ： 可 溶 性 铜 盐 溶 液 ， 如 CuSO4 溶 液 2. 电 镀 应 用 之 一 ： 铜 的 精 炼 阳 极 ： 粗 铜 ； 阴 极 ： 纯 铜 电 解 质 溶 液 ： 硫 酸 铜 3. 电 冶 金 （ 1 ）电 冶 金 ：使 矿 石 中 的 金 属 阳 离 子 获 得 电 子 ，从 它 们 的 化 合 物 中 还 原 出 来 用 于 冶 炼 活 泼 金 属 ， 如 钠 、 镁 、 钙 、 铝 （ 2 ） 电 解 氯 化 钠 ： 通 电 前 ， 氯 化 钠 高 温 下 熔 融 ： NaCl == Na + + Cl - 通 直 流 电 后 ： 阳 极 ： 2Na+ + 2e- == 2Na 阴 极 ： 2Cl - -2e - == Cl2 ↑ ☆规 律 总 结 ： 原 电 池 、 电 解 池 、 电 镀 池 的 判 断 规 律 （ 1 ） 若 无 外 接 电 源 ， 又 具 备 组 成 原 电 池 的 三 个 条 件 。 ① 有 活 泼 性 不 同 的 两 个 电 极 ； ② 两 极 用 导 线 互 相 连 接 成 直 接 插 入 连 通 的 电 解 质 溶 液 里 ； ③ 较 活 泼 金 属 与 电 解 质 溶 液 能 发 生 氧 化 还 原 反 应 （ 有 时 是 与 水 电 离 产 生 的 H+作 用 ），只 要 同 时 具 备 这 三 个 条 件 即 为 原 电 池 。 （ 2 ） 若 有 外 接 电 源 ， 两 极 插 入 电 解 质 溶 液 中 ，则 可 能 是 电 解 池 或 电 镀 池 ； 当 阴 极 为 金 属 ， 阳 极 亦 为 金 属 且 与 电 解 质 溶 液 中 的 金 属 离 子 属 同 种 元 素 时 ， 则 为 电 镀 池 。 （ 3 ） 若 多 个 单 池 相 互 串 联 ， 又 有 外 接 电 源 时 ，则 与 电 源 相 连 接 的 装 置 为 电 解 池 成 电 镀 池 。 若 无 外 接 电 源 时 ， 先 选 较 活 泼 金 属 电 极 为 原 电 池 的 负 极 （ 电 子 输 出 极 ） ， 有 关 装 置 为 原 电 池 ， 其 余 为 电 镀 池 或 电 解 池 。 ☆ 原电池，电解池，电镀池的比较 原电池 电解池 电镀池 定义 （装 置特 点） 将化学能转 变成电能的 装置 将电能转变 成化学能的 装置 应用电解原 理在某些金 属表面镀上 一侧层其他 金属 反应 特征 自发反应 非自发反 应 非自发反 应 装置 特征 无电源， 两级 材料不同 有电源， 两级 材料可同可 不同 有电源 形成 条件 活动性不同 的两极 电解质溶液 形成闭合回 路 两电极连接 直流电源 两电极插入 电解质溶液 形成闭合回 路 1.镀层金属接 电源正极， 待 镀金属接负 极； 2.电镀液 必须含有镀 层金属的离 子 电极 名称 负极： 较活泼 金属 正极： 较不活 泼金属 （能导 电非金属） 阳极： 与电源 正极相连 阴极： 与电源 负极相连 名称同电解， 但有限制条 件 阳极： 必须是 镀层金属 阴极：镀件 电极 反应 负极： 氧化反 应， 金属失去 电子 正极： 还原反 应， 溶液中的 阳离子的电 子或者氧气 得电子 （吸氧 腐蚀） 阳极： 氧化反 应， 溶液中的 阴离子失去 电子， 或电极 金属失电子 阴极： 还原反 应， 溶液中的 阳离子得到 电子 阳极： 金属电 极失去电子 阴极： 电镀液 中阳离子得 到电子 电子 流向 负极 →正极 电源负极 → 阴极 电源正极 → 阳极 同电解池 溶液 中带 电粒 子的 移动 阳离子向正 极移动 阴离子向负 极移动 阳离子向阴 极移动 阴离子向阳 极移动 同电解池 联系 在两极上都发生氧化反应和 还原反应 四、金属的电化学腐蚀和防护 （ 一 ） 金 属 的 电 化 学 腐 蚀 1. 金 属 腐 蚀 内 容 2. 金 属 腐 蚀 的 本 质 ： 都 是 金 属 原 子 失 去 电 子 而 被 氧 化 的 过 程 3. 电 化 学 腐 蚀 和 化 学 腐 蚀 的 区 别 电化腐蚀 化学腐蚀 条件 不纯金属或合金 与电解质溶液接 触 金属与非电解质直接 接触 现象 有微弱的电流产 生 无电流产生 本质 较活泼的金属被 氧化的过程 金属被氧化的过程 关系 化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生， 但 电化腐蚀更加普遍，危害更严重 4. 电 化 学 腐 蚀 的 分 类 ： 析 氢 腐 蚀 ——腐 蚀 过 程 中 不 断 有 氢 气 放 出 （ 1 ）条 件 ：潮 湿 空 气 中 形 成 的 水 膜 ,酸 性 较 强（ 水 膜 中 溶 解 有 CO2 、 SO2 、 H2S 等 气 体 ） （ 2 ） 电 极 反 应 ： 负 极 : Fe – 2e - = Fe 2 + 正 极 : 2H + + 2e - = H 2 ↑ 总 式 ： Fe + 2H + = Fe 2 + + H 2↑ 吸 氧 腐 蚀 ——反 应 过 程 吸 收 氧 气 ① 条 件 ： 中 性 或 弱 酸 性 溶 液 ② 电 极 反 应 ： 负 极 : 2Fe – 4e - = 2Fe 2 + 正 极 : O 2 +4e - +2H 2 O = 4OH - 总 式 ： 2Fe + O 2 +2H 2 O =2 Fe(OH) 2 生 成 的 Fe(OH) 2 被 空 气 中 的 O 2 氧 化 ， 生 成 Fe(OH) 3 ， Fe(OH) 3 脱 去 一 部 分 水 就 生 成 Fe 2 O 3 ·x H 2 O （ 铁 锈 主 要 成 分 ） 规 律 总 结 ： 1. 金 属 腐 蚀 快 慢 的 规 律 ：在 同 一 电 解 质 溶 液 中 ，金 属 腐 蚀 的 快 慢 规 律 如 下 ： 电 解 原 理 引 起 的 腐 蚀 ＞ 原 电 池 原 理 引 起 的 腐 蚀 ＞ 化 学 腐 蚀 ＞ 有 防 腐 措 施 的 腐 蚀 2. 防 腐 措 施 由 好 到 坏 的 顺 序 如 下 ： 外 接 电 源 的 阴 极 保 护 法 ＞ 牺 牲 负 极 的 正 极 保 护 法 ＞ 有 一 般 防 腐 条 件 的 腐 蚀 ＞ 无 防 腐 条 件 的 腐 蚀 （ 二 ） 金 属 的 电 化 学 防 护 1. 利 用 原 电 池 原 理 进 行 金 属 的 电 化 学 防 护 （ 1 ） 牺 牲 阳 极 的 阴 极 保 护 法 原 理 ： 原 电 池 反 应 中 ， 负 极 被 腐 蚀 ， 正 极 不 变 化 应 用 ： 在 被 保 护 的 钢 铁 设 备 上 装 上 若 干 锌 块 ， 腐 蚀 锌 块 保 护 钢 铁 设 备 负 极 ： 锌 块 被 腐 蚀 ； 正 极 ： 钢 铁 设 备 被 保 护 （ 2 ） 外 加 电 流 的 阴 极 保 护 法 原 理 ： 通 电 ， 使 钢 铁 设 备 上 积 累 大 量 电 子 ， 使 金 属 原 电 池 反 应 产 生 的 电 流 不 能 输 送 ， 从 而 防 止 金 属 被 腐 蚀 应 用 ： 把 被 保 护 的 钢 铁 设 备 作 为 阴 极 ， 惰 性 电 极 作 为 辅 助 阳 极 ， 均 存 在 于 电 解 质 溶 液 中 ， 接 上 外 加 直 流 电 源 。 通 电 后 电 子 大 量 在 钢 铁 设 备 上 积 累 ， 抑 制 了 钢 铁 失 去 电 子 的 反 应 。 2. 改 变 金 属 结 构 ： 把 金 属 制 成 防 腐 的 合 金 3. 把 金 属 与 腐 蚀 性 试 剂 隔 开 ：电 镀 、油 漆 、涂 油 脂 、表 面 钝 化 等 （ 3 ） 金 属 腐 蚀 的 分 类 ： 化 学 腐 蚀 —金 属 和 接 触 到 的 物 质 直 接 发 生 化 学 反 应 而 引 起 的 腐 蚀 。 电 化 学 腐 蚀 — 不 纯 的 金 属 跟 电 解 质 溶 液 接 触 时 ， 会 发 生 原 电 池 反 应 。 比 较 活 泼 的 金 属 失 去 电 子 而 被 氧 化 ， 这 种 腐 蚀 叫 做 电 化 学 腐 蚀 。