课件22张PPT。专题1 化学反应与能量变化第一单元 化学反应中的热效应第一课时 化学反应的焓变一、化学反应的焓变
1.化学反应的基本特征
化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成,几乎所有的化学反应都伴随着能量的释放和吸收。能量的变化通常表现为热量的变化。
2.反应热
在化学反应过程中,当反应物和生成物具有相同温度时,所吸收或放出的热量称为化学反应的反应热。
3.焓变
(1)定义:在恒温、恒压的条件下,化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变。
(2)表示符号:ΔH。
(3)单位:常采用kJ·mol-1。 1.反应热与焓变的关系是什么?
提示恒压条件下进行的某反应的反应热等于其焓变。
2.伴有能量变化的过程是否一定发生化学反应?
提示化学反应过程中一定伴随能量变化,但有能量变化的过程不一定发生化学反应。如灯泡发光是电能转化成光能和热能的过程,此过程为物理变化。4.放热反应与吸热反应
焓(H)是与内能有关的物理量,在一定条件下,某一化学反应是吸热反应还是放热反应,由生成物与反应物的焓值差即焓变(ΔH)决定。
(1)放热反应:放出热量(或ΔH<0)的化学反应。
(2)吸热反应:吸收热量(或ΔH>0)的化学反应。
5.焓变与键能的关系
一个反应的焓变(ΔH)等于断裂反应物分子中的化学键吸收的总能量与形成生成物分子中的化学键放出的总能量之差。二、热化学方程式的定义及意义
1.定义
能够表示反应热的化学方程式叫热化学方程式。
2.表示的意义
不仅表示了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化。如2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,表示在25 ℃、101 kPa下 2 mol H2(g)和1 mol O2(g)完全反应生成2 mol液态水时放出571.6 kJ的热量。?
3.同一个化学反应的ΔH是一个定值,对吗?
提示不对,ΔH与热化学方程式中各物质的聚集状态、化学计量数有关。知识点1知识点2知识点3知识点4放热反应与吸热反应的比较
【例题1】 下列说法正确的是( )
①需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 ②放热反应在常温下一定很容易发生 ③反应是吸热还是放热必须看反应物和生成物所具有总能量的大小
④吸热反应在一定条件下也能发生
A.①② B.②③
C.①④ D.③④知识点1知识点2知识点3知识点4解析反应是吸热还是放热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。放热反应和吸热反应在一定条件下都能发生。反应开始需加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。例如C+O2 CO2的反应为放热反应,但反应开始也需要加热,即需要向反应体系先提供一定的能量。
答案D
化学反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无关,吸热反应不一定需要加热,而放热反应也可能需要加热,化学反应是吸热反应还是放热反应主要由反应物和生成物的总能量的相对大小来决定。知识点1知识点2知识点3知识点4【针对训练1】 下列说法正确的是( )
A.放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率
B.当反应放热时ΔH>0,反应吸热时ΔH<0
C.一个化学反应中,当反应物的总能量大于生成物的总能量时,反应放热,ΔH为“-”
D.一个化学反应中,生成物总键能大于反应物的总键能时,反应吸热,ΔH为“+”
解析化学反应速率的大小与反应放热、吸热没有直接关系,A项错误;当反应放热时ΔH<0,反应吸热时ΔH>0,B项错误;在反应中物质所具有的总能量减少,反应就放热,反之就吸热,C项正确;化学反应的焓变等于反应物键能总和减去生成物键能总和,所以生成物总键能大于反应物的总键能时,ΔH为“-”,故D项错误。
答案C知识点1知识点2知识点3知识点4知识点1知识点2知识点3知识点4解析2A(g) B(g) ΔH1<0,说明反应放热,反应物的总能量高于生成物的总能量,又因为物质B由气态变为液态时放热,所以ΔH1>ΔH2。
答案B
从能量角度理解焓变(ΔH)
①放热反应:H(反应物)>H(生成物),ΔH=H(生成物)-H(反应物)<0。
②吸热反应:H(反应物)0。知识点1知识点2知识点3知识点4【针对训练2】 某反应过程中能量变化如图所示,则该反应的ΔH为( )
A.ΔH>0 B.ΔH<0
C.ΔH=0 D.无法判断
解析反应的焓变ΔH=E(生成物)-E(反应物),由E(生成物)答案B知识点1知识点2知识点3知识点4焓变(ΔH)与键能的关系
【例题3】 根据键能数据估算CH4(g)+4F2(g) CF4(g)+4HF(g)的反应热ΔH为( )
A.-1 940 kJ·mol-1
B.+1 940 kJ·mol-1
C.-485 kJ·mol-1
D.+485 kJ·mol-1知识点1知识点2知识点3知识点4答案A 知识点1知识点2知识点3知识点4知识点1知识点2知识点3知识点4【针对训练3】 SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。已知:1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1 mol F—F、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)+3F2(g) SF6(g)的反应热ΔH为( )
A.-1 780 kJ·mol-1 B.-1 220 kJ·mol-1
C.-450 kJ·mol-1 D.+430 kJ·mol-1
解析ΔH=280 kJ·mol-1+3×160 kJ·mol-1-6×330 kJ·mol-1=-1 220 kJ·mol-1。
答案B知识点1知识点2知识点3知识点4解析A项,没有标出反应物和生成物的状态,错误;B项,N2和O2不能一步反应生成NO2,错误;C项,C与O2反应生成CO2属于放热反应,ΔH应为“-”,错误。
答案D知识点1知识点2知识点3知识点4知识点1知识点2知识点3知识点4知识点1知识点2知识点3知识点4【针对训练4】 (2015年10月浙江选考)已知1 mol CH4气体完全燃烧生成气态CO2和液态H2O,放出890.3 kJ热量,则表示该反应的热化学方程式正确的是( )
解析物质的状态标正确,并且放热时ΔH为“-”。
答案B课件17张PPT。第二课时 反应热的测量与计算 能源的充分利用一、反应热的测量与计算
1.反应热的测量
在科学研究中,科学家常用量热计来测量反应热。在实验过程中,尽可能保证反应物能充分反应,同时减少与外界的热交换,以减小实验误差。
2.反应热的计算——盖斯定律
(1)定义:一个化学反应,不论是一步完成,还是分几步完成,其总的热效应是完全相同的。即一个化学反应的焓变仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关,而与反应的途径无关。(2)应用:间接计算某些反应(某些反应热无法直接测得)的反应热。若某个化学反应可由另外几个反应的化学方程式相加而得到,那么该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。例如:
ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5 1.盖斯定律有何应用?
提示很多反应很难直接测其反应热,可用盖斯定律进行间接计算。二、能源的充分利用
1.标准燃烧热
在101 kPa下,1 mol 物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热。
2.热值
1 g物质完全燃烧所放出的热量叫做该物质的热值。
2.标准燃烧热较大的燃料,其热值也一定较大吗?
提示不一定。如氢气、正丁烷的标准燃烧热分别是-285.8 kJ·mol-1、-2 878 kJ·mol-1,而它们的热值分别是142.9 kJ·g-1、49.6 kJ·g-1。3.能源问题
(1)能源的地位:能源是可以提供能量的自然资源,它是国民经济和社会发展的重要物质基础。
(2)利用现状:我国目前使用的主要能源是化石燃料。目前我们使用的能量的主要形式是电能和热能,热能主要通过燃烧煤、石油、天然气、植物的秸秆等物质而获得。
(3)解决方法:①提高物质的燃烧效率对于节约能源十分重要。
②开发太阳能、氢能、风能、地热能、潮汐能和生物质能等新能源。因为新能源具有资源丰富、可再生、无污染或少污染等特点。
3.为什么要将煤转化为水煤气等洁净燃料呢?
提示减少对大气的污染,提高燃烧效率,将煤转化为水煤气后,便于通过管道进行运输。知识点1知识点2反应热的测量
【例题1】 50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液在如下图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可测定中和反应的反应热。
完成下列问题:
(1)从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃仪器是 ,该玻璃用品不能用相同的铜质仪器代替的理由是 。?知识点1知识点2(2)烧杯间填满碎纸条的作用是 。?
(3)若大烧杯上不盖硬纸板,求得的反应热数值会 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。?
(4)实验中改用60 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量 (填“相等”或“不相等”),理由是 ? 。?知识点1知识点2解析中和反应放出的热量跟生成水的物质的量有关。(1)本实验成败的关键是准确测量反应后的温度。因此所用装置必须保温、绝热且可使体系温度尽快达到一致,故缺少的仪器应为环形玻璃搅拌棒。(2)碎纸条的作用为减少实验过程中的能量损失。(3)大烧杯上不盖硬纸板时,会有较多的热量散失而导致求得的反应热数值偏小。(4)用50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液反应时,盐酸不足,反应掉的NaOH为0.025 mol。改用60 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行反应时,NaOH不足,反应掉的NaOH为0.027 5 mol。两种情况反应掉的NaOH的物质的量不同,生成水的物质的量不同,故放出的热量不相等。
答案(1)环形玻璃搅拌棒 铜质材料传热快,热量损失大
(2)减少实验过程中的热量损失 (3)偏小
(4)不相等 反应生成水的物质的量不同,故放出的热量不相等知识点1知识点2 弱酸、弱碱在水溶液中不能完全电离,存在着电离平衡。弱酸或弱碱参与中和反应的同时,伴随着电离,电离过程要吸收热量,此热量就要由H+与OH-结合成水分子放出的热量来抵偿。浓硫酸参加中和反应存在一个稀释过程,浓硫酸的稀释要放出热量。以上两种情况都不可以当作中和反应的反应热。知识点1知识点2【针对训练1-1】 在测定中和反应反应热的实验中,下列叙述错误的是( )
A.向量热计中加入碱液时要迅速
B.实验中可使酸或碱略过量
C.向量热计中加入碱液时,碱液的温度应与酸的温度相同
D.可以用KOH代替NaOH,浓硫酸代替盐酸
解析可以用KOH代替NaOH,但不能用浓硫酸代替盐酸,因为浓硫酸溶于水也会放出热量。
答案D知识点1知识点2【针对训练1-2】 用简易量热计测定中和反应的反应热的实验中,使用下列用品不是为了减小实验误差的是( )
A.保温外筒 B.杯盖
C.温度计 D.环形玻璃搅拌棒
解析为减小测定中和反应反应热的实验误差,必须让反应充分进行,且不能使反应产生的热量散失。
答案C知识点1知识点2反应热的计算
【例题2】 实验中不能直接测出由石墨和氢气生成甲烷反应的ΔH,但可测出下面几个反应的热效应:知识点1知识点2解析方法一:因为反应式中ΔH1、ΔH2、ΔH3和ΔH4之间有以下关系:
ΔH2+ΔH3×2-ΔH1=ΔH4
所以ΔH4=ΔH2+2ΔH3-ΔH1=-393.5 kJ·mol-1+2×(-285.8 kJ·mol-1)-(-890.3 kJ·mol-1)=-74.8 kJ·mol-1。
方法二:也可以设计一个途径,使反应物经过一些中间步骤最后回到产物:
可见ΔH4=ΔH2+2ΔH3-ΔH1=-74.8 kJ·mol-1。
答案ΔH4=-74.8 kJ·mol-1知识点1知识点2 应用盖斯定律进行简单计算要特别注意以下几点:
(1)当热化学方程式乘以或除以某数时,ΔH也相应乘以或除以某数。
(2)当热化学方程式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。
(3)通过盖斯定律计算比较反应热的大小时,同样要把ΔH看作一个整体。
(4)在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化,物质的状态由固→液→气变化时,会吸热;反之会放热。
(5)当设计的反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。知识点1知识点2【针对训练2】 钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属。由金红石(TiO2)制取单质Ti,涉及的步骤为:知识点1知识点2解析反应热只与反应的始态和终态有关,而与具体的反应途径无关。将已知热化学方程式相加减,③+2×①-②得TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(s)+2CO(g),其ΔH=+141 kJ·mol-1+2×(-393.5 kJ·mol-1)-(-566 kJ·mol-1)=-80 kJ·mol-1。因为在高温下,Mg与空气中的O2(或CO2、N2)反应,所以Mg还原TiCl4时要在Ar气氛中进行。
答案-80 kJ·mol-1 防止高温下Mg与空气中的O2(或CO2、N2)反应课件23张PPT。第二单元 化学能与电能的转化第一课时 原电池的工作原理 化学电源一、原电池的基本概念
1.构成条件
(1)具有活动性不同的两种电极材料(金属和金属或金属和非金属)。
(2)与电解质溶液接触。
(3)有导线相连组成闭合回路,或具备将化学能转化成电能的条件。
1.原电池的负极一定会与电解质发生化学反应吗?两电极间一定通过导线相连吗?
提示都不一定。在原电池中,电极可能与电解质反应,也可能不与电解质反应。闭合回路的形成也有多种方式,可以是导线连接两个电极,也可以是两电极接触。2.电极名称及电极反应
负极:较活泼金属,电子流出的极,发生氧化反应。
正极:不活泼金属(或非金属,导体),电子流入的极,发生还原反应。
3.工作原理
负极发生氧化反应,电子由负极通过导线流入正极,溶液中氧化性较强的阳离子在正极上得到电子被还原。 2.有人认为盐桥是让两池中离子顺利迁移的桥梁,你认为这句话正确吗?
提示不正确,原电池工作时,两池中的离子不会通过盐桥迁移到另一池中,盐桥中的离子通过在盐桥中的定向移动来保持电解质溶液的电中性。二、二次电池——银锌电池、铅蓄电池、燃料电池
二次电池指可充电电池,该类电池既可放电也可充电,具有双重功能,它在放电时利用自发进行的氧化还原反应,在充电时又可逆向进行,使生成物恢复原状,如此充电放电可循环进行,至一定周期后终止。2.铅蓄电池
铅蓄电池是最常见的二次电池,它由两组栅状极板交替排列而成,正极板上覆盖PbO2,负极板上覆盖Pb,电解质是硫酸。铅蓄电池的充电反应是上述反应的逆反应。 3.蓄电池充电时,蓄电池负极应与外电源哪一极相连?
提示负极。3.燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。它与一般化学电池不同,一般化学电池的活性物质储存在电池内部,故而限制了电池的容量,而燃料电池的电极本身不含活性物质,只是一个催化转化元件。它工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断进行反应,生成物不断地被排除,于是电池就连续不断地提供电能。
燃料电池种类很多,其中一种燃料电池是以氢气为燃料,氧气为氧化剂,铂作电极板,使用H2SO4溶液或KOH溶液作电解质。氢氧燃料电池在不同电解质溶液中比较: 4.燃料电池常用金属铂作电极,电极出气口常做成多孔球状,这是为什么?
提示增大气体与电解质溶液的接触面积,增大反应速率。知识点1知识点2知识点3电极反应式的书写
【例题1】 (2016年9月浙江宁波十校联考)如图是镁-空气燃料电池工作原理示意图,电池总反应为2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2。下列有关该电池的说法正确的是( )
A.a极为负极,发生还原反应
B.b极上电极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-
C.工作时电子由b极经外电路流向a极
D.该装置实现了电能转化成化学能解析根据电池总反应,通入空气的b极为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,则a极为负极,发生氧化反应,A项错误,B项正确;电子由负极(a极)经外电路流向正极(b极),C项错误;该装置为原电池装置,实现了化学能转化为电能,D项错误。
答案B知识点1知识点2知识点3 (1)书写电极反应方程式时,酸性条件下用H+和H2O配平,碱性条件下可用OH-和H2O来配平。(2)书写反应式时,无论是总反应式还是电极反应式,都要满足电子转移守恒、电荷守恒、质量守恒。另外,还要考虑电极反应中的离子是否与电解质溶液中的离子反应。知识点1知识点2知识点3【针对训练1】 (2016年4月浙江选考)Mg-H2O2电池是一种化学电源,以Mg和石墨为电极,海水为电解质溶液,示意图如图。下列说法不正确的是( )
A.石墨电极是该电池的正极
B.石墨电极上发生还原反应
C.Mg电极的电极反应式:Mg-2e- Mg2+
D.电池工作时,电子从Mg电极经导线流向石墨电极,再从石墨电极经电解质溶液流向Mg电极
解析Mg电极为负极,失电子,被氧化,电极反应式为Mg-2e- Mg2+,石墨电极为正极,其上发生还原反应,电解质溶液中靠离子的定向移动导电,而非电子。
答案D知识点1知识点2知识点3原电池的设计
【例题2】 某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用,设计并进行了一系列实验,实验结果如下:知识点1知识点2知识点3试根据上表中的实验现象回答下列问题:
(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同?
(2)写出实验3中的电极反应式和电池总反应式。
(3)实验4中Al作正极还是作负极,为什么?写出Al电极的电极反应式。
(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。
(5)根据实验结果总结:在原电池中金属铝作正极还是作负极受到哪些因素的影响?
解析一般情况下,较活泼的金属作原电池的负极,根据实验1、2的结果,自然得出1中Al作正极,2中Al作负极;但在NaOH溶液中Al比Mg活泼,作负极;在浓硝酸中由于Al发生钝化,Zn作负极。知识点1知识点2知识点3 (1)能设计为原电池的必须是自发进行的氧化还原反应。(2)若两个半反应分别在两个烧杯中进行,则负极中电解质溶液应与电极材料的阳离子相同。例如,在锌、铜和稀硫酸构成的原电池中,锌极宜置于ZnSO4、ZnCl2、Zn(NO3)2等的溶液中;正极材料置于稀硫酸溶液中。(3)形成闭合回路。知识点1知识点2知识点3【针对训练2-1】 下列各个装置中能组成原电池的是 ( )
解析从组成原电池的条件来看,A中为活泼性相同的两个电极,C中为酒精溶液,不是电解质,D中未组成闭合回路。符合条件的只有B项。
答案B知识点1知识点2知识点3【针对训练2-2】 下列反应可用于设计原电池的是( )
解析氧化还原反应才能用于设计原电池。
答案B知识点1知识点2知识点3有盐桥的原电池工作原理
【例题3】 铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )
C.电池工作时,左池中Zn2+经过盐桥迁移到右池
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液知识点1知识点2知识点3答案B
盐桥的优点就是原电池中氧化剂和还原剂近乎隔离,并在不同区域之间实现了电子的定向移动,使原电池能持续稳定地产生电流。知识点1知识点2知识点3【针对训练3】 铜锌原电池的装置如图所示,关于盐桥的叙述,下列错误的是( )
A.盐桥内应含有电解质
B.盐桥具有沟通电路的功能
C.若取出盐桥,放电反应仍然可以进行
D.若将盐桥从溶液中取出,电流计读数会变为零
解析盐桥内的溶液为电解质溶液,利用带电离子的移动,使电流形成通路,从而使铜锌原电池的化学反应持续进行,若取出盐桥即形成断路。
答案C课件22张PPT。第二课时 电解池的工作原理及应用一、电解原理
1.电解
在直流电的作用下,在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫电解。
2.电解池的形成条件
(1)与电源相连的两个相同或不同的电极。
(2)电解质溶液或熔融的电解质。
(3)形成闭合回路。
3.电极名称
阳极:和电源正极相连的电极,发生氧化反应。
阴极:和电源负极相连的电极,发生还原反应。
1.电解池的阴、阳极与两极材料的金属活动性有关吗?
提示电解池的阴阳极取决于外接电源的正负极,与电极材料的金属活动性无关。4.电子流向
电源负极→导线→电解池阴极,电解池阳极→导线→电源正极。
5.离子移动方向
电解质溶液中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
2.电解质溶液导电一定发生了化学变化,这种说法正确吗?
提示电解质溶液的导电过程,就是该溶液的电解过程,一定发生化学变化。二、电解原理的应用
1.氯碱工业
3.电解饱和食盐水时,离子交换膜在电解槽中的作用是什么?
提示将阴极区、阳极区隔开,既防止氯气与阴极区的氢气混合爆炸,也防止氯气与阴极区的NaOH溶液反应,降低NaOH产品的纯度。2.电镀
(1)定义。
电镀是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。电镀的目的主要是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。
(2)电镀原理。
电镀时,用镀层金属作阳极、待镀金属(镀件)作阴极,用含镀层金属阳离子的可溶性盐溶液作电解质溶液。
4.电镀过程中,电镀液离子浓度基本不变,这是为什么?
提示电镀实际上相当于阳极上镀层金属在通电作用下,经过电镀液覆盖到镀件上,从整体来讲,溶液中各离子数目、浓度没有变化。3.电解精炼铜
(1)电解精炼的目的。
粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质,通过电解精炼可以获得纯度达到 99.95%~99.98%的铜,这种铜称为电解铜,这种方法称为金属的电解精炼。电解精炼常用于有色金属的精炼,如粗铜、粗镍等的精炼。
(2)电解精炼铜的原理。
5.为什么电解槽里会有含金、银等杂质的“阳极泥”?
提示位于金属活动性顺序表铜之后的金、银等杂质,因为失电子能力比铜弱,难以在阳极失去电子变成阳离子,当阳极上的铜失去电子变成离子溶解之后,它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥。阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料。知识点1知识点2知识点3知识点4电解池阴阳极的判断
【例题1】 如图所示,甲是刚浸过NaCl溶液的石蕊试纸,A、B两铜片通过导线连接电源两极,在铜片间的滤纸上滴一滴KMnO4溶液,通电一段时间后,发现A、B间的紫红色圆点向A极移动了一段距离,则与A相连的是电源的 极,可发现滤纸的B极边沿附近有 色出现。?知识点1知识点2知识点3知识点4解析当通电一段时间后,A、B间的紫红色圆点向A极移动了,由于紫红色是 的颜色,即 向A极移动,因阴离子向阳极移动,所以A为电解池的阳极(浸有NaCl溶液的石蕊试纸相当于电解池),则与A相连的是电池的正极,B为阴极。电源的正负极和电解池的阴阳极也就能确定了,从而分析出本题的答案。
答案正 蓝知识点1知识点2知识点3知识点4 解决本题的关键是根据 (紫红色)的移动方向判断出电解池的阴阳极,从而判断出电源的正负极。解决这一类电解含有有色离子的电解质溶液(特别是含 的溶液)的问题时要牢记:在电解池中,发生氧化反应的为阳极,发生还原反应的为阴极。阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。即:知识点1知识点2知识点3知识点4【针对训练1-1】 下列描述中,不符合生产实际的是( )
A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极
B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极
D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极
答案A知识点1知识点2知识点3知识点4【针对训练1-2】 下列关于铜电极的叙述正确的是( )
A.铜锌原电池中铜作负极
B.在铁制品上电镀铜时,用铜作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱时,用铜作阳极
D.电解法精炼铜时,粗铜连接电源的正极
解析铜锌原电池中,活动性强的金属锌作负极,A项不正确。电镀中镀层金属作阳极,B项不正确。若用活性电极铜作阳极,则铜先失电子,无法制烧碱,C项不正确。
答案D知识点1知识点2知识点3知识点4参加电解反应的物质的判断
【例题2】 用石墨作电极电解1 mol·L-1 CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5 mol·L-1时,停止电解,向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来状态( )
A.CuSO4 B.CuO
C.Cu(OH)2 D.CuSO4·5H2O
答案B知识点1知识点2知识点3知识点4 (1)①溶液中含氧酸根离子不放电,常指最高价(中心原子)含氧酸根不放电,但非最高价(中心原子)含氧酸的放电能力比OH-的强,如 等。②阳离子的放电顺序基本上符合金属活动性顺序表,一般将H+放在Cu2+后。但在电镀条件下,H+的位置放在Zn2+之后,即在水溶液中Zn2+的得电子能力比H+强,主要原因是水电离产生的c(H+)很小,离子的放电能力不仅与本身性质相关,还与离子浓度、pH等有关。
(2)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,须加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解CuSO4溶液,要恢复原溶液浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与H2SO4反应生成水,使水量增加。电解质溶液恢复的原则是“析出什么加什么”。知识点1知识点2知识点3知识点4【针对训练2】 用惰性电极实现电解,下列说法正确的是( )
A.电解氢氧化钠稀溶液,溶液浓度增大,pH变小
B.电解氯化钠溶液,溶液浓度减小,pH不变
C.电解硝酸银溶液,要消耗OH-,溶液pH变小
D.电解稀硫酸,实质是电解水,溶液pH不变
解析电解氢氧化钠相当于电解水,溶液浓度增大,pH变大;电解氯化钠生成氢氧化钠,pH变大;电解稀硫酸,相当于电解水,pH变小。
答案C知识点1知识点2知识点3知识点4电解原理的应用
【例题3】 某同学按下图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( )
A.电解过程中,铜电极上有H2产生
C.电解一定时间后,铜电极质量增加
D.整个电解过程中,H+的浓度不断增大知识点1知识点2知识点3知识点4答案B 知识点1知识点2知识点3知识点4【针对训练3】 (2016年10月浙江选考,节选)电解NaClO3水溶液可制备NaClO4。在电解过程中由于阴极上吸附氢气,会使电解电压升高,电解效率下降。为抑制氢气的产生,可选择合适的物质(不引入杂质),写出该电解的总化学方程式 。?知识点1知识点2知识点3知识点4电解的相关计算
【例题4】 电解100 mL c(H+)=0.30 mol·L-1的下列溶液,当电路中通过0.04 mol电子时,理论上析出金属质量最大的是( )
A.0.10 mol·L-1 Ag+
B.0.20 mol·L-1 Zn2+
C.0.20 mol·L-1 Cu2+
D.0.20 mol·L-1 Pb2+知识点1知识点2知识点3知识点4答案C 知识点1知识点2知识点3知识点4 有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、某气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种:一是根据电解方程式或电极反应式列比例式求解;二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒列等式求解。电子守恒进行分析计算较为简便,所以解决类似问题时我们应更多地用电子守恒的方法进行分析、求解。知识点1知识点2知识点3知识点4A.1.62 g B.6.48 g
C.3.24 g D.12.96 g
解析析出铜的物质的量为0.03 mol,则转移电子的物质的量为0.06 mol,由电子守恒,若Ag+放电,则可析出Ag 0.06 mol,质量为6.48 g。
答案B课件18张PPT。第三单元 金属的腐蚀与防护一、金属的电化学腐蚀
1.金属腐蚀的危害
在生产生活中,金属腐蚀所带来的损失非常巨大。金属生产设备的腐蚀会导致工厂停产,金属腐蚀还会使桥梁、建筑物等损坏甚至坍塌,地下金属管道会因腐蚀而泄漏……据报道,全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约占各国国内生产总值(GDP)的2%~4%,超过地震、水灾、台风等自然灾害造成损失的总和。
2.金属的腐蚀
(1)金属的腐蚀是指金属及其合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。
(2)金属腐蚀的实质都是金属原子失去电子被氧化的过程,用化学方程式表示(M代表金属元素)为M-ne- Mn+。(3)分类。
金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀是指金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。
电化学腐蚀是指不纯的金属或合金发生原电池反应,使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。
3.钢铁的电化学腐蚀
钢铁的电化学腐蚀根据钢铁表面水溶液薄膜(电解质溶液)的酸碱性不同而不同。钢铁的电化学腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。
1.钢铁的电化学腐蚀中,哪种腐蚀更为普遍?为什么?
提示吸氧腐蚀。因为即使开始时为析氢腐蚀,但随着氢气的放出,金属表面的氢离子浓度逐渐降低,从而转化为吸氧腐蚀。二、金属的电化学防护
1.金属防护的基本思路
(1)防止金属与氧化性介质直接接触;
(2)防止金属表面形成电解质溶液层(水膜);
(3)改变金属内部结构。
2.自行车为什么在干燥环境中不易生锈?
提示在干燥环境中,自行车的金属表面不易形成电解质溶液。2.金属防护的常用方法
(1)加保护层防止形成原电池。
(2)电化学防护。
我们知道,金属在发生电化学腐蚀时,总是作为原电池的负极的金属被腐蚀,作为正极的金属不被腐蚀,如果能让被保护的金属成为正极,则该金属就不被腐蚀。
①牺牲阳极的阴极保护法;
②外加电流的阴极保护法。
(3)改变金属内部的组成结构,将金属制成合金,增强抗腐蚀能力。知识点1知识点2知识点3金属的电化学腐蚀
【例题1】 铜制品上的铝制铆钉,在潮湿的空气中易腐蚀的主要原因可描述为( )
A.形成原电池,铝作负极
B.形成原电池,铜作负极
C.形成原电池时,电流由铝流向铜
D.铝制铆钉发生了化学腐蚀
解析电化学腐蚀与化学腐蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。金属铝发生的是电化学腐蚀,铝比铜活泼,故金属铝是负极;电流的流动方向与电子的流动方向恰好相反,电流应是由铜流向铝。
答案A知识点1知识点2知识点3 主要从以下几个方面来解决此类题目:
(1)正确地判断出金属腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。
(2)如果是电化学腐蚀,判断出正、负极,一般活泼的金属为负极被腐蚀,不活泼的金属为正极被保护。知识点1知识点2知识点3【针对训练1】 以下现象与电化学腐蚀无关的是( )
A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈
C.铁制器件附有铜制配件,在接触处易生铁锈
D.银制奖牌久置后表面变暗
解析黄铜(铜锌合金)发生电化学腐蚀时,被腐蚀的金属应是金属性较活泼的锌而不是铜;生铁中含较多的碳,在电解质溶液作用下容易形成原电池,即更容易生锈;铁制器件附有铜配件时,在接触电解质溶液时,铁是原电池的负极,易被腐蚀生成铁锈;银制奖牌久置后可能被硫或氧气氧化成银的化合物而使其表面变暗,这是化学腐蚀,与电化学腐蚀无关。
答案D知识点1知识点2知识点3 金属的吸氧腐蚀和析氢腐蚀
【例题2】 如图装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液(呈酸性),各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述错误的是( )
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀知识点1知识点2知识点3答案B 知识点1知识点2知识点3 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说,金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,就容易被腐蚀。
(1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)活动性不同的两种金属,活动性差别越大,活动性强的金属腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快。知识点1知识点2知识点3【针对训练2-1】 如下图所示,将紧紧缠绕不同金属丝的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动),下列叙述正确的是( )
A.a中铁钉附近呈现红色
B.b中铁钉上发生还原反应
C.a中铜丝上发生氧化反应
D.b中铝条附近有气泡产生答案B 知识点1知识点2知识点3知识点1知识点2知识点3解析铁作原电池的负极,发生氧化反应而被腐蚀,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,铁片腐蚀最严重的区域应是与电解质溶液接触的地方。
答案D知识点1知识点2知识点3金属腐蚀的防护方法
【例题3】 下列有关金属保护方法的说法中正确的是( )
A.常使用的快餐杯表面有一层搪瓷,搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用
B.白铁(镀锌铁)镀层破损后,铁皮的腐蚀速度很慢
C.轮船的船壳水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阴极的阳极保护法
D.钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青,这是钢铁的电化学保护法
解析A项中涂层破损后,铁直接暴露在空气中,因而搪瓷层不能对破损部分进行保护;B项中镀层破损后由于锌的金属活动性比铁强,和铁构成原电池,锌作负极,保护铁不被腐蚀;C选项应是牺牲阳极的阴极保护法;D项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。
答案B知识点1知识点2知识点3 常见防止金属腐蚀的具体方法:
(1)给金属穿上“防护服”。
涂漆——如在钢铁表面涂防锈油漆;
热镀——加热锌或锡等耐腐蚀性能较强的金属,使其均匀覆盖于钢铁表面;
电镀——在钢铁表面形成锌或铬等耐腐蚀性较强的金属镀层;
喷涂有机或无机涂层材料等。
(2)电化学防护法——即牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。
(3)在钢铁中加入一定比例的铬和镍(如14%~18%Cr,7%~9%Ni),改变钢铁内部的组成和结构,可极大程度地提高钢铁抗腐蚀性能,这就是常见的“不锈钢”。知识点1知识点2知识点3【针对训练3】 为了防止钢铁锈蚀,下列防护方法中正确的是( )
A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B.在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨,一同浸入海水中
C.在海轮船上用铁丝系住锌板浸在海水里
D.在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极
解析A、B两项中形成的原电池都是铁作负极,加快钢铁腐蚀;D项中铸铁管作阳极,加快腐蚀;C项中锌比铁活泼,铁作正极。
答案C
