原電池及電解池

1、 原電池及電解池原電池的構(gòu)成條件1、活潑性不同的兩電極2、電解質(zhì)溶液3、形成閉合回路（導(dǎo)線連接或直接接觸且電極插入電解質(zhì)溶液4、自發(fā)的氧化還原反應(yīng)(本質(zhì)條件)原電池的工作原理：正極反應(yīng)：得到電子 （還原反應(yīng)）負(fù)極反應(yīng)：失去電子 （氧化反應(yīng)）總反應(yīng)：正極反應(yīng)+負(fù)極反應(yīng)如何書寫復(fù)雜反應(yīng)的電極反應(yīng)式？ 較繁電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-簡(jiǎn)單電極反應(yīng)式燃料電池正極反應(yīng)式的書寫因?yàn)槿剂想姵卣龢O反應(yīng)物一律是氧氣，正極都是氧化劑氧氣得到電子的還原反應(yīng)，所以可先寫出正極反應(yīng)式，正極反應(yīng)的本質(zhì)都是O2得電子生成O2-離子，故正極反應(yīng)式的基礎(chǔ)都是O24e-=2O2-。正極產(chǎn)生O2-離子的存在形式與燃料電池的電解質(zhì)的狀態(tài)和

2、電解質(zhì)溶液的酸堿性有著密切的關(guān)系。這是非常重要的一步?，F(xiàn)將與電解質(zhì)有關(guān)的五種情況歸納如下。電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液（如稀硫酸）在酸性環(huán)境中，O2-離子不能單獨(dú)存在，可供O2-離子結(jié)合的微粒有H+離子和H2O，O2-離子優(yōu)先結(jié)合H+離子生成H2O。這樣，在酸性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O24H+4e-=2H2O。電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液（如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液）在中性或堿性環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在，O2-離子只能結(jié)合H2O生成OH-離子，故在中性或堿性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O22H2O +4e-=4OH-。電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如LiCO3和Na2CO3熔融鹽混和物）在熔融的碳

3、酸鹽環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在， O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反應(yīng)式為O22CO2 +4e-=2CO32-。電解質(zhì)為固體電解質(zhì)（如固體氧化鋯氧化釔）該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2-離子在其間通過(guò)，故其正極反應(yīng)式應(yīng)為O24e-=2O2-。綜上所述，燃料電池正極反應(yīng)式本質(zhì)都是O24e-=2O2-，在不同電解質(zhì)環(huán)境中，其正極反應(yīng)式的書寫形式有所不同。因此在書寫正極反應(yīng)式時(shí)，要特別注意所給電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性。例1科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國(guó)已計(jì)劃將甲醇燃料用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直

4、接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。試回答下列問(wèn)題：這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 。此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)是 ；負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是 。電解液中的H+離子向 極移動(dòng)；向外電路釋放電子的電極是 。比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點(diǎn)，其中主要有兩點(diǎn)：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高，其次是 。2甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，下列關(guān)于甲烷燃料電池的說(shuō)法不正確的是 （ ）A、負(fù)極反應(yīng)式為CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OB、正極反應(yīng)式為O22H2O +4e-=4OH-C、隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變D、甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率

5、大3某燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問(wèn)題：寫出該燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式 。寫出該燃料電池的電極反應(yīng)式 。為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì)，加入的物質(zhì)是什么，它從哪里來(lái)？4一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2-。下列對(duì)該燃料電池說(shuō)法正確的是 ( )A. 在熔融電解質(zhì)中，O2-由負(fù)極移向正極B. 電池的總反應(yīng)是：2C4H

6、1013O2 8CO210H2OC. 通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：O24e-2O2-D. 通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：C4H1026e-13O2-4CO25H2O練習(xí)：1、據(jù)報(bào)道，我國(guó)擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車將在北京奧運(yùn)會(huì)期間為運(yùn)動(dòng)員提供服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液。下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是 A.正極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e- = 4OHB.工作一段時(shí)間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量變大C.該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：2H2+O2 = 2H2OD.該電池消耗了2.24LH2（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，有0.2mol電子轉(zhuǎn)移2、一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸

7、性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是 （ ）ACH3OH(g)+O2(g) = H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2eBO2(g)+4H+(aq)+4e = 2H2O(1)CCH3OH(g)+H2O(1) = CO2(g)+6H+(aq)+6eDO2(g)+2H2O(1)+4e = 4OH3、甲烷燃料電池的電極反應(yīng)酸性：負(fù)極： 正極： 堿性：負(fù)極： 正極： 4、堿性電池具有容量大，放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為：Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A電池工作時(shí)，鋅失去電子

8、B電池正極的電極反應(yīng)式為：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OHC電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極D外電路中每通過(guò)0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g5、熔融鹽燃料電池具有高的放電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為正極助燃?xì)?，已制得?500C下工作的燃料電池，試完成有關(guān)的電極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式為： 正極反應(yīng)式為： 電池總反應(yīng)式：6.一種甲醇、氧氣和強(qiáng)堿溶液作電解質(zhì)的新型手機(jī)電池，可連續(xù)使用一個(gè)月，其電池反應(yīng)為：2CH3OH3O24OH=2CO326H2O，則有關(guān)說(shuō)法正確的是()A放電時(shí)CH3

9、OH參與反應(yīng)的電極為正極B放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)為CH3OH8OH6e= CO326H2OC標(biāo)準(zhǔn)狀況下，通入5.6 L O2并完全反應(yīng)后，有0.5 mol電子轉(zhuǎn)移D放電一段時(shí)間后，通入氧氣的電極附近溶液的pH降低7.常見(jiàn)鎳氫電池的某極是儲(chǔ)氫合金LaNi5H6(LaNi5H6中各元素化合價(jià)均為0)，電池反應(yīng)通常表示為L(zhǎng)aNi5H66NiO(OH)LaNi56Ni(OH)2。下列說(shuō)法不正確的是()A放電時(shí)儲(chǔ)氫合金作負(fù)極 B充電時(shí)儲(chǔ)氫合金作陰極C充電時(shí)陰極周圍c(OH)減小D放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：LaNi5H66OH6e=LaNi56H2O8鋰離子電池的應(yīng)用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有

10、鈷酸鋰（LiCoO2）、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時(shí)，該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi+xe-=LixC6?，F(xiàn)利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件未給出）。廢舊鋰離子電池放電處理拆解正極堿浸NaOH溶液過(guò)濾濾液濾渣調(diào)pH過(guò)濾濾液Al(OH)3固體酸浸H2SO4、H2O2調(diào)pH過(guò)濾濾渣濾液萃取水相（Li2SO4溶液）有機(jī)相反萃取有機(jī)相再生回用水相（CoSO4溶液）沉鈷NH4HCO3溶液過(guò)濾濾液CoCO3固體回答下列問(wèn)題：（1）LiCoO2中，Co元素的化合價(jià)為_。（2）寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_。（3）“酸浸”一般在80下進(jìn)行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還

11、原反應(yīng)的化學(xué)方程式_；可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺點(diǎn)是_。（4）寫出“沉鈷”過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_。（5）充放電過(guò)程中，發(fā)生LiCoO2與Li1-xCoO2之間的轉(zhuǎn)化，寫出放電時(shí)電池反應(yīng)方程式_。（6）上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是_。在整個(gè)回收工藝中，可回收到的金屬化合物有_(填化學(xué)式)。 電解池1電解飽和食鹽水制取燒堿、氯氣和氫氣(1)電極反應(yīng)式陽(yáng)極：2Cl2e=Cl2陰極：2H2e=H2(2)總反應(yīng)式化學(xué)方程式：2NaCl2H2O電解2NaOHCl2H2離子方程式：2Cl2H2O電解2OHCl2H2(2)現(xiàn)象：陰極：有無(wú)色氣泡產(chǎn)生，電解前若

12、向溶液中滴入酚酞，陰極區(qū)溶液變紅；陽(yáng)極有黃綠色氣體生成，該氣體可使?jié)駶?rùn)的淀粉KI試紙變藍(lán)。2電鍍(1)定義：應(yīng)用電解原理，在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。(2)電鍍池的組成：待鍍的金屬制品作陰極，鍍層金屬作陽(yáng)極，含有鍍層金屬離子的溶液作電解質(zhì)溶液(即電鍍液)。(3)原理(以金屬制品上鍍銀為例)陰極：Age=Ag陽(yáng)極：Age=Ag3電解精煉銅1有一電解裝置如圖所示。圖中B裝置中盛有1 L 2 molL1 Na2SO4溶液，A裝置中盛有1 L 2 molL1 AgNO3溶液。通電后，濕潤(rùn)的KI淀粉試紙的C端變藍(lán)，電解一段時(shí)間后，試完成下列問(wèn)題：(1)A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2

13、)在B中觀察到的現(xiàn)象是_。(3)室溫下，從電解開始到時(shí)間為t時(shí)，A、B裝置中共收集到氣體0.168 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，若電解過(guò)程中無(wú)其他副反應(yīng)發(fā)生，且溶液體積變化忽略不計(jì)，則在t時(shí)，A中溶液的pH為_。pHlg c(H)2在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫共電解H2OCO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是（ ）AX是電源的負(fù)極B陰極的反應(yīng)式是：H2O2eH2O2CO22eCOO2C總反應(yīng)可表示為：H2OCO2H2COO2D陰、陽(yáng)兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是113用右圖所示裝置除去含CN、Cl廢水中的CN時(shí)，控制溶液PH為910，陽(yáng)極產(chǎn)生的ClO將C

14、N氧化為兩種無(wú)污染的氣體，下列說(shuō)法不正確的是（ ）A用石墨作陽(yáng)極，鐵作陰極B陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：Cl + 2OH2e= ClO + H2OC陰極的電極反應(yīng)式為：2H2O + 2e = H2 + 2OHD除去CN的反應(yīng)：2CN+ 5ClO + 2H+ = N2 + 2CO2 + 5Cl+ H2O4某模擬人工樹葉”電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置如右圖所示，該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為O2和燃料(C3H8O)。下列說(shuō)法正確的是（ ）A該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能和電能B該裝置工作時(shí)，H從b極區(qū)向a極區(qū)遷移C每生成1 mol O2，有44 g CO2被還原Da電極的反應(yīng)為：3CO2 + 24H-24e= C3H8O+4

15、H2O氯堿工業(yè)以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產(chǎn)品。下圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)。完成下列填空：（1）寫出電解飽和食鹽水的離子方程式。（2）離子交換膜的作用為：、。（3）精制飽和食鹽水從圖中位置補(bǔ)充，氫氧化鈉溶液從圖中位置流出。（選填“a”、“b”、“c”或“d”）（4）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反應(yīng)生成高效的消毒殺菌劑ClO2，還生成CO2和KHSO4等物質(zhì)。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。（5）室溫下，0.1 mol/L NaClO溶液的pH0.1 mol/L Na2SO3溶液的pH。（選填“大于”、“

16、小于”或“等于”）。濃度均為0.1 mol/L 的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32、CO32、HSO3、HCO3 濃度從大到小的順序?yàn)?。已知：H2SO3Ki1=1.5410-2Ki2=1.0210-7 HClOKi1=2.9510-8 H2CO3Ki1=4.310-7Ki2=5.610-11課后作業(yè)：1. Mg-H2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液,示意圖如圖所示。該電池工作時(shí),下列說(shuō)法正確的是()A.Mg 電極是該電池的正極B.H2O2 在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)C.石墨電極附近溶液的pH 增大D.溶液中Cl-向正極移動(dòng)2. 人工光合作用能夠借助太陽(yáng)

17、能,用CO2和H2O制備化學(xué)原料。如圖是通過(guò)人工光合作用制備HCOOH的原理示意圖,下列說(shuō)法不正確的是()A.該過(guò)程是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程B.催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng),有O2產(chǎn)生C.催化劑a附近酸性減弱,催化劑b附近酸性增強(qiáng)D.催化劑b表面的反應(yīng)是CO2+2H+2e-HCOOH3.一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是（ ）A反應(yīng)CH4H2O3H2CO,每消耗1molCH4轉(zhuǎn)移12mol 電子B電極A上H2參與的電極反應(yīng)為：H22OH2e=2H2OC電池工作時(shí)，CO32向電極B移動(dòng) D電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為：O22CO24e=2CO324.用如圖裝置,完成很多

18、電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。下列有關(guān)此裝置的敘述中,不正確的是()A.若X為鋅棒,Y為NaCl溶液,開關(guān)K置于M處,可減緩鐵的腐蝕,這種方法稱為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法B.若X為碳棒,Y為NaCl溶液,開關(guān)K置于N處,可減緩鐵的腐蝕,溶液中的陽(yáng)離子向鐵電極移動(dòng)C.若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開關(guān)K置于M處,銅棒質(zhì)量將增加,此時(shí)外電路中的電子向銅電極移動(dòng)D.若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開關(guān)K置于N處,鐵棒質(zhì)量將增加,溶液中銅離子濃度將減小5. 鋅錳電池(俗稱干電池)在生活中的用量很大。兩種鋅錳電池的構(gòu)造如圖(a)所示?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)普通鋅錳電池放電時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)為:Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH該電池中,負(fù)極材料主要是,電解質(zhì)的主要成分是,正極發(fā)生的主要反應(yīng)是。 (2)圖(b)表示回收利用廢舊普通鋅錳電池的一種工藝(不考慮廢舊電池中實(shí)際存在的少量其他金屬)。圖(b)中產(chǎn)物的化學(xué)式分別為A,B。操作a中得到熔塊的主要成分是K2MnO4。操作b中,綠色的K2MnO4溶液反應(yīng)后生成紫色溶液和一種黑褐色固體,該反應(yīng)的離子方程式為。采用惰性電極電解K2MnO4溶液也能得到化合物D,則陰極處得到的