第四章 化学反应与电能-【知识手册】高中化学全册必背章节知识清单（人教版2019选择性必修1）

第四章 化学反应与电能第一节 原电池一、原电池的工作原理1、原电池的构成条件（1）定义：能把 转化为 的装置。（2）实质：利用能自发进行的 反应将化学能转化为电能。（3）构成条件：①两个 的电极；② 溶液；③形成 回路；④自发进行的 反应。2、实验4-1：锌铜原电池的工作原理（1）Zn­ZnSO4半电池：在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被 ，锌原子失去电子，形成Zn2＋进入溶液，即Zn－2e－===Zn2＋；从锌片上释放出的 ，经过导线流向铜片。（2）Cu­CuSO4半电池：CuSO4溶液中的Cu2＋从铜片上得到 ， 为铜单质并沉积在铜片上，即Cu2＋＋2e－===Cu。（3）盐桥的作用：电池工作时，盐桥中的 会移向ZnSO4溶液， 移向CuSO4溶液，使两溶液均保持电中性。当取出盐桥后，形成断路，反应停止。3、原电池工作原理（1）原理图解（2）电极名称与反应类型：正极→ 反应；负极→ 反应。（3）电子流向：负极→正极。（4）电流方向：正极→负极。（5）离子流向：阳离子→ 极；阴离子→ 极。4、原电池的应用（1）加快氧化还原反应的速率：构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成 ，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生 的速率。（2）比较金属活动性强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是 、b是 ，且金属活动性： 。（3）设计原电池例如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2一、化学电源概述　一次电池1、化学电源的分类（1）一次电池：也叫做 ，放电后不可再充电。（2）二次电池：又称 电池或蓄电池，放电后可以 使活性物质获得再生。（3）燃料电池：连续地将 和 的化学能直接转化为电能的化学电源。2、判断电池优劣的主要标准（1）比能量： 或 所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。（2）比功率：单位质量或 所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。（3）电池可储存时间的长短。3、化学电池的回收利用使用后的废弃电池中含有大量的 、酸和碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、 等造成严重的污染。 要进行回收利用。4、化学电源的发展方向小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如 电池、 电池等。5、一次电池：锌锰干电池6、二次电池：铅蓄电池Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O（1）负极是 ，正极是 ，电解质溶液是 溶液。（2）放电反应原理①负极反应式是Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4 ；②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O ；③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。（3）充电反应原理①阴极(还原反应)反应式是： PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4) ；②阳极(氧化反应)反应式是：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4) ；③充电时，铅蓄电池正极与直流电源 相连，负极与直流电源 极相连。口诀：“负极接负极，正极接正极”。7、二次电池：锂离子电池8、氢氧燃料电池是一种清洁高效的燃料电池（1）基本构造（2）工作原理燃料电池电极的书写如：CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法：第一步　确定生成物CH4eq \o(―――→,\s\up7(O2))eq \b\lc\[\rc\ (\a\vs4\al\co1(H2O,CO2\o(――→,\s\up7(KOH))CO\o\al(2－,3)＋H2O))故CH4的 为COeq \o\al(2－,3)和H2O；第二步　确定价态变化及电子转移：eq \o(C,\s\up6(－4))H4－8e－―→eq \o(C,\s\up6(＋4))Oeq \o\al(2－,3)＋H2O；第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒：CH4－8e－＋10OH－―→COeq \o\al(2－,3)＋H2O；第四步　最后据氢原子守恒配平H2O的化学计量数：CH4－8e－＋10OH－===COeq \o\al(2－,3)＋7H2O。第二节 电解质 一、电解原理1、实验探究：电解CuCl2溶液2、电解和电解池（1）电解：使电流通过 (或熔融电解质)而在阳极、阴极引起 反应的过程。（2）电解池：将 转化为 的装置(也称电解槽)。（3）电解池的构成条件：①直流电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成 。3、电解原理（1）电极反应类型：阳极→ 反应；阴极→ 反应。（2）电子流向：电源 极→ 极； 极→电源 极。（3）电流方向：电源 极→ 极； 极→电源 极。（4）离子流向：阳离子→ 极；阴离子→ 极。二、电解原理的应用1、电解饱和食盐水的原理（1）通电前：溶液中的离子是 。（2）通电后：①移向阳极的离子是 ，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成 。（3）阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑( 反应)。（4）移向阴极的离子是 ， 比 容易得到电子，被还原成 。其中H＋是由水电离产生的。（5）阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－( 反应)。（6）总反应：化学方程式为2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH；离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－。2、氯碱工业生产流程（1）阳离子交换膜电解槽（2）阳离子交换膜的作用：只允许 等阳离子通过，不允许 等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的 与阳极产生的 混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。3、氯碱工业产品及其应用（1）氯碱工业产品主要有 盐酸、含氯漂白剂。（2）电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、 、金属冶炼等领域中广泛应用。4、电镀与电解精炼5、电冶金（1）金属冶炼的本质：使矿石中的 获得电子变成 的过程。如Mn＋＋ne－=== M。（2）电解法用于冶炼较活泼的金属(如 等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na；总反应：2NaCl(熔融)eq \o(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑。第三节 金属的腐蚀与防护一、金属的腐蚀1、金属的腐蚀（1）概念：金属或合金与周围的 发生 反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子 电子变为阳离子，金属发生 反应。（2）根据与金属接触的 不同，金属腐蚀可分为两类：①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如 等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而 。②电化学腐蚀：当 的金属与 溶液接触时会发生 反应，比较 的金属发生氧化反应而被腐蚀。2、钢铁的电化学腐蚀3、实验探究：电化学腐蚀二、金属的防护1、改变金属材料的组成在金属中添加其他金属或非金属制成性能优异的 。如普通钢加入 制成不锈钢， 合金不仅具有优异的 能且具有良好的 。2、在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的 ，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品表面喷油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷等；电镀锌、锡、铬、镍等，利用化学方法、 法、 等方式在金属表面形成稳定的 。3、电化学保护法金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池 (阳极)的金属被腐蚀，作为 (阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为 ，就不易被腐蚀。（1）牺牲阳极法原理：原电池原理要求：被保护的金属作 ，活泼性更强的金属作 。应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。实例 实验4-4-1：如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴 色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察实验现象。已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。实例 实验4-4-2：培养皿中放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。（2）外加电流法原理：电解池原理要求：被保护的金属作为 ，与电源的 相连。装置示意图注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶现象锌片 ，铜片上 ，电流表指针发生 能量转换 化 转化为 微观探析在硫酸锌溶液中，负极一端的 失去电子形成 进入溶液在硫酸铜溶液中，正极一端的 获得电子变成 沉积在铜片上电子或离子移动方向电子： 极流向 极盐桥： 移向ZnSO4溶液， 移向CuSO4溶液工作原理，电极反应式负极：Zn－2e－===Zn2＋( 反应)正极：Cu2＋＋2e－===Cu( 反应)总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu①化合价升高的物质负极：Cu②活泼性较弱的物质正极：C③化合价降低的物质电解质溶液：FeCl3示意图普通锌锰干电池碱性锌锰干电池示意图构造负极： 正极： 电解质溶液： 负极反应物： 正极反应物： 电解质溶液： 工作原理负极：Zn－2e－＋2NHeq \o\al(＋,4)===Zn(NH3)eq \o\al(2＋,2)＋2H＋正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)总反应： 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－总反应： 电极电极反应负极嵌锂石墨(LixCy)： 正极钴酸锂(LiCoO2)： 总反应LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应 2H2－4e－＋4OH－===4H2O正极反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O 总反应2H2＋O2===2H2O电解装置电解过程分析通电前存在微粒Cu2＋、Cl－、H＋、OH－微粒运动自由移动通电后微粒运动 移向阴极， 移向阳极电极反应阴极：Cu2＋＋2e－===Cu阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑电解反应CuCl2eq \o(=====,\s\up7(电解),\s\do5(　))Cu＋Cl2↑实验现象阴极： 阳极：①有气泡放出；② ；③湿润的淀粉碘化钾试纸变为 装置电镀精炼阳极材料镀层金属Cu粗铜(含 等杂质)阴极材料镀件金属Fe纯铜阳极反应Cu－2e－===Cu2＋Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等阴极反应  溶液变化硫酸铜溶液浓度保持不变Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥类别项目　　析氢腐蚀吸氧腐蚀图形描述条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性负极Fe－2e－===Fe2＋正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应  后续反应最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O联系通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍实验操作实验现象实验解释导管中 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生 腐蚀①试管中产生气泡的速率 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成 ，形成 腐蚀，速率更 实验装置电流表阳极(负极区)阴极(正极区)现象指针 Zn溶解有 产生， 蓝色沉淀生成有关反应—Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑结论溶液中不含 ，铁作正极未被腐蚀实验装置现象铁钉周围 铁钉周围生成 ，铜丝周围 结论铁作为 时易腐蚀，作为 时未腐蚀