1.知識的遷移實現陌生裝置的解讀:
由陌生裝置圖遷移到課本熟悉的裝置圖
燃料電池
可逆電池
電解池
金屬防腐
2.常見原電池電極反應式
(1)銅-鋅-H2SO4構成的原電池
①負極反應:____________________________;
②正極反應:____________________________;
③總反應:______________________________。
(2)氫氧燃料電池
①電解質是KOH溶液(鹼性電解質)
負極反應:______________________________;
正極反應:______________________________;
總反應:________________________________。
②電解質是H2SO4溶液(酸性電解質)
負極反應:_______________________________;
正極反應:_______________________________;
總反應:_________________________________。
③電解質是熔融碳酸鹽
負極反應:________________________________;
正極反應:________________________________;
總反應:__________________________________。
④電解質是熔融氧化物
負極反應:_________________________________;
正極反應:________________________________;
總反應:__________________________________。
答案:
(1)①Zn-2e-===Zn2+②2H++2e-===H2↑③Zn+2H+===Zn2++H2↑
(2)①2H2-4e-+4OH-===4H2O
O2+2H2O+4e-===4OH-2H2+O2===2H2O
②2H2-4e-===4H+O2+4H++4e-===2H2O
2H2+O2===2H2O
③H2-2e-+CO32-===H2O+CO2 ↑ O2+4e-+2CO2===2CO32-
2H2+O2===2H2O
④H2-2e-+O2-===H2O
O2+4e-===2O2-
2H2+O2===2H2O
3.常見電解池電極反應式(電極材料為石墨)
(1)活潑金屬的無氧酸鹽溶液,以NaCl溶液為例,寫電極反應式
①陰極:___________________________________;
②陽極:___________________________________;
③總反應式:_______________________________。
(2)不活潑金屬的含氧酸鹽溶液,以CuSO4溶液為例,寫電極反應式
①陰極:______________________________________;
②陽極:______________________________________;
③總反應式:__________________________________。
(3)不活潑金屬的無氧酸鹽溶液,以CuCl2溶液為例,寫電極反應式
①陽極:_____________________________________;
②陰極:_____________________________________;
③總反應式:________________________________。
放電順序
陰極:
陽離子放電順序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
陽極:
活潑電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子。
答案:
(1)①2H++2e-===H2↑
②2Cl--2e-===Cl2↑
③2NaCl+2H2O電解=====2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)①2Cu2++4e-===2Cu
②4OH--4e-===2H2O+O2↑
③2CuSO4+2H2O電解=====2Cu+2H2SO4+O2↑
(3)①2Cl--2e-===Cl2↑②Cu2++2e-===Cu
③CuCl2電解=====Cu+Cl2↑
4.常見可逆電池的電極反應式(鉛蓄電池)
放電時:
負極:Pb-2e-+SO42-=PbSO4
正極:PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O
充電時:
陰極:PbSO4+2e-=Pb+SO42-
陽極:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+
特徵:充電時的陰極就是放電時的負極。
5.離子交換膜
離子交換膜在氯鹼工業中的作用:
(1)避免Cl2接觸NaOH溶液會反應,使產品不純,Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O
(2)避免生成物H2和Cl2混合,而導致遇火或遇強光爆炸
例1.鋰銅空氣燃料電池容量高、成本低,具有廣闊的發展前景。該電池透過一種複雜的銅腐蝕“現象”產生電力, 其中放電過程為2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-, 下列說法不正確的是( )
A.放電時,正極的電極反應式為Cu2O+H2O+2e-===2OH-+2Cu
B.放電時,電子透過固體電解質向Li極移動
C.通空氣時,銅被腐蝕,表面產生Cu2O
D.整個反應過程中,氧化劑為O2
【答案】B
【解析】放電過程為2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-,正極上Cu2O反應,鹼性條件下通空氣時,銅被氧化,表面產生Cu2O,A、C正確;放電時,陽離子向正極移動,則Li+透過固體電解質向Cu極移動,但電子不能在電解質中移動,B錯誤;D.鹼性條件下通空氣時,銅被腐蝕,表面產生Cu2O,放電時Cu2O轉化為Cu,則整個反應過程中,銅相當於催化劑,氧化劑為O2,故D正確。
【點撥】迴歸燃料電池,通入空氣一邊為正極。
例2.用一種陰、陽離子雙隔膜三室電解槽處理廢水中的NH4+,模擬裝置如圖所示。下列說法正確的是( )
A.陽極室溶液由無色變成棕黃色
B.陰極的電極反應式為4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.電解一段時間後,陰極室溶液中的pH升高
D.電解一段時間後,陰極室溶液中的溶質一定是(NH4)3PO4
【答案】C
【解析】Fe與電源正極相連為陽極,失電子發生氧化反應生成Fe2+,故溶液由無色變為淺綠色,A項錯誤;陰極上H+發生還原反應:2H++2e-===H2↑,B項錯誤;根據陰極上電極反應,陰極消耗H+,電解一段時間後,陰極室溶液pH升高,C項正確;電解一段時間後,陰極室溶液pH升高,陰極室溶液中溶質可以有很多種,比如(NH4)3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、H3PO4等,D項錯誤。
【點撥】注意分析放電順序。
例3.某充電寶鋰離子電池的總反應為xLi+Li1-xMn2O4LiMn2O4(0<x<1),某手機鎳氫電池總反應為NiOOH+MHM+Ni(OH)2(M為儲氫金屬或合金),有關上述兩種電池的說法不正確的是( )
A.鋰離子電池放電時,Li+向正極遷移
B.鎳氫電池放電時,正極的電極反應式:NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
C.如圖表示用鋰離子電池給鎳氫電池充電
D.鋰離子電池充電時,陰極的電極反應式:LiMn2O4-xe-===Li1-xMn2O4+xLi+
【答案】D
【解析】A項,鋰離子電池放電時陽離子移向正極,所以Li+向正極遷移, A正確;B項,放電時,正極發生還原反應,方程式為NiOOH+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-,B正確;C項,題圖表示鋰離子電池為放電過程,而鎳氫電池為充電過程,故負極Li接M極發生M+H++e-===MH,C正確;D項,鋰離子電池充電時,陰極的電極反應式:Li++e-===Li,故D錯誤。
【點撥】對於電解池和原電池的串聯,可聯絡電極反應以及工作示意圖上的物質判斷哪個是原電池,哪個是電解池。