電化學(xué)知識(shí)點(diǎn)——原電池和電解池

1、電化學(xué)知識(shí)點(diǎn)-原電池和電解池一原電池和電解池的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1 原電池和電解池裝置比較：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池 把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫電解池2原電池和電解池的比較表：裝置原電池電解池實(shí)例原理使氧化還原反應(yīng)中電子作定向移動(dòng)，從而形成電流。這種把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫做原電池。使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解。這種把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池。形成條件電極：兩種不同的導(dǎo)體相連；電解質(zhì)溶液：能與電極反應(yīng)。電源； 電極（惰性或非惰性）；電解質(zhì)（水溶液或熔化態(tài)）。反應(yīng)類型自發(fā)的氧化還原反應(yīng)非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)電極名稱由電極本身性質(zhì)決定：正極：材料性質(zhì)較

2、不活潑的電極；負(fù)極：材料性質(zhì)較活潑的電極。由外電源決定：陽(yáng)極：連電源的正極；陰極：連電源的負(fù)極；電極反應(yīng)負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反應(yīng)）正極：2H+2e-=H2（還原反應(yīng)）陰極：Cu2+ +2e- = Cu （還原反應(yīng)）陽(yáng)極：2Cl-2e-=Cl2 （氧化反應(yīng)）電子流向負(fù)極正極電源負(fù)極陰極；陽(yáng)極電源正極電流方向正極負(fù)極電源正極陽(yáng)極；陰極電源負(fù)極能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能電能電能化學(xué)能應(yīng)用抗金屬的電化腐蝕；實(shí)用電池。電解食鹽水（氯堿工業(yè)）；電鍍（鍍銅）；電冶（冶煉Na、Mg、Al）；精煉（精銅）。原電池的本質(zhì)：氧化還原反應(yīng)中電子作定向的移動(dòng)過(guò)程電解本質(zhì)：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程，就是電解質(zhì)溶液的電解過(guò)

3、程3化學(xué)腐蝕和電化腐蝕的區(qū)別化學(xué)腐蝕電化腐蝕一般條件金屬直接和強(qiáng)氧化劑接觸不純金屬，表面潮濕反應(yīng)過(guò)程氧化還原反應(yīng)，不形成原電池。因原電池反應(yīng)而腐蝕有無(wú)電流無(wú)電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生反應(yīng)速率電化腐蝕化學(xué)腐蝕結(jié)果使金屬腐蝕使較活潑的金屬腐蝕4吸氧腐蝕和析氫腐蝕的區(qū)別電化腐蝕類型吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性較強(qiáng)正極反應(yīng)O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H+ + 2e-=H2負(fù)極反應(yīng)Fe 2e-=Fe2+Fe 2e-=Fe2+腐蝕作用是主要的腐蝕類型，具有廣泛性發(fā)生在某些局部區(qū)域內(nèi)5電解、電離和電鍍的區(qū)別電解電離電鍍條件受直流電作用受熱或水分子作用受直流電作用實(shí)質(zhì)陰陽(yáng)離子定向

4、移動(dòng)，在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)陰陽(yáng)離子自由移動(dòng)，無(wú)明顯的化學(xué)變化用電解的方法在金屬表面鍍上一層金屬或合金實(shí)例CuCl2 CuCl2CuCl2=Cu2+2Cl陽(yáng)極 Cu 2e- = Cu2+陰極 Cu2+2e- = Cu關(guān)系先電離后電解，電鍍是電解的應(yīng)用6電鍍銅、精煉銅比較電鍍銅精煉銅形成條件鍍層金屬作陽(yáng)極，鍍件作陰極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子粗銅金屬作陽(yáng)極，精銅作陰極，CuSO4溶液作電解液電極反應(yīng)陽(yáng)極 Cu 2e- = Cu2+陰極 Cu2+2e- = Cu陽(yáng)極：Zn - 2e- = Zn2+ Cu - 2e- = Cu2+ 等陰極：Cu2+ + 2e- = Cu溶液變化電鍍液的濃度不變?nèi)?/p>

5、液中溶質(zhì)濃度減小說(shuō)明、原電池正、負(fù)極的判斷： （1）從電極材料：一般較活潑金屬為負(fù)極；或金屬為負(fù)極，非金屬為正極。（2）從電子的流動(dòng)方向 負(fù)極流入正極 （3）從電流方向 正極流入負(fù)極 （4）根據(jù)電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動(dòng)方向 陽(yáng)離子流向正極，陰離子流向負(fù)極 （5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象溶解的一極為負(fù)極增重或有氣泡一極為正極 二高頻考點(diǎn)1電化腐蝕：發(fā)生原電池反應(yīng)，有電流產(chǎn)生（1）吸氧腐蝕負(fù)極：Fe2e-=Fe2+正極：O2+4e-+2H2O=4OH-總式：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O（2）析氫腐蝕： CO2+

6、H2OH2CO3H+HCO3-負(fù)極：Fe 2e-=Fe2+正極：2H+ + 2e-=H2總式：Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H2Fe(HCO3)2經(jīng)雙水解、空氣氧化、風(fēng)吹日曬得Fe2O3。2、原電池的應(yīng)用：加快化學(xué)反應(yīng)速率，如粗鋅制氫氣速率比純鋅制氫氣快。比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱?？梢岳迷姵乇容^金屬的活動(dòng)性順序（負(fù)極活潑）。將兩種不同金屬在電解質(zhì)溶液里構(gòu)成原電池后，根據(jù)電極的活潑性、電極上的反應(yīng)現(xiàn)象、電流方向、電子流向、離子移動(dòng)方向等進(jìn)行判斷。設(shè)計(jì)原電池。利用原電池原理可以分析金屬的腐蝕和防護(hù)問(wèn)題金屬的腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種，但主要是電化學(xué)腐蝕。根據(jù)電解

7、質(zhì)溶液的酸堿性，可把電化學(xué)腐蝕分為：吸氧腐蝕和析氫腐蝕兩種。以鋼鐵腐蝕為例，吸氧腐蝕發(fā)生的條件是鋼鐵表面吸附的水膜中溶有O2，并呈極弱酸性或中性，反應(yīng)中O2得電子被還原；其電極反應(yīng)式分別為：負(fù)極(Fe)：2Fe4e-=2Fe2+，正極(C)：O2+2H2O+4e-=4OH-。析氫腐蝕發(fā)生的條件是鋼鐵表面吸附的水膜酸性較強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)有H2析出；其電極反應(yīng)式分別為：負(fù)極(Fe)：Fe2e-= Fe2+，正極(C)：2H+2e-=H2。金屬防腐方法： 改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 表面覆蓋保護(hù)層（如鋼鐵表面涂礦物油、油漆、加電鍍層、形成穩(wěn)定的氧化膜等； 電化學(xué)保護(hù)法（接上一塊活潑金屬使被保護(hù)金屬成為正極受保護(hù)、

8、將被保護(hù)金屬接到電源負(fù)極）。通常金屬的腐蝕德快慢類型：電解池的陽(yáng)極原電池的負(fù)極自然的腐蝕原電池的正極（保護(hù)）電解池的負(fù)極（保護(hù)）。3。實(shí)用電池的種類和特點(diǎn)干電池（屬于一次電池）結(jié)構(gòu)：鋅筒、填滿MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊狀物。電極反應(yīng) 負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+正極：2NH4+2e-=2NH3+H2 NH3和H2被Zn2、MnO2吸收： MnO2+H2=MnO+H2O,Zn24NH3=Zn(NH3)42鉛蓄電池（屬于二次電池、可充電電池） 結(jié)構(gòu)：鉛板、填滿PbO2的鉛板、稀H2SO4。A.放電反應(yīng) 負(fù)極： Pb-2e-+ SO42- = PbSO4 正極： PbO2 +2e-+4H+

9、+ SO42- = PbSO4 + 2H2OB.充電反應(yīng) 陰極：PbSO4 +2e-= Pb+ SO42- 陽(yáng)極：PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42- 總式：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 注意：放電和充電是完全相反的過(guò)程，放電作原電池，充電作電解池。電極名稱看電子得失，電極反應(yīng)式的書(shū)寫要求與離子方程式一樣，且加起來(lái)應(yīng)與總反應(yīng)式相同。鋰電池 結(jié)構(gòu)：鋰、石墨、固態(tài)碘作電解質(zhì)。 電極反應(yīng) 負(fù)極： 2Li-2e- = 2Li+正極： I2 +2e- = 2I- 總式：2Li + I2 = 2LiIA.氫氧燃料電池 結(jié)構(gòu)：石墨、石

10、墨、KOH溶液。電極反應(yīng) 負(fù)極： H2- 2e-+ 2OH- = 2H2O 正極： O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-總式：2H2+O2=2H2O（反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有火焰，不是放出光和熱，而是產(chǎn)生電流）注意：還原劑在負(fù)極上反應(yīng)，氧化劑在正極上反應(yīng)。書(shū)寫電極反應(yīng)式時(shí)必須考慮介質(zhì)參加反應(yīng)（先常規(guī)后深入）。若相互反應(yīng)的物質(zhì)是溶液，則需要鹽橋（內(nèi)裝KCl的瓊脂，形成閉合回路）。BB.鋁、空氣燃料電池 以鋁空氣海水電池為能源的新型海水標(biāo)志燈已研制成功。這種燈以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而源源不斷產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中，數(shù)分鐘后就會(huì)發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高2

11、050倍。電極反應(yīng)：鋁是負(fù)極 4Al-12e-= 4Al3+；石墨是正極 3O2+6H2O+12e-=12OH-4電解反應(yīng)方程式的書(shū)寫步驟：分析電解質(zhì)溶液中存在的離子；分析離子的放電順序；確定電極、寫出電極反應(yīng)式； 寫出電解方程式。如：解NaCl溶液：2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH，溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反應(yīng)，PH增大電解CuSO4溶液：2CuSO4 + 2H2O2Cu + O2+ 2H2SO4溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反應(yīng)， PH減小。 電解CuCl2溶液：CuCl2 CuCl2 電解鹽酸： 2HCl H2Cl2溶劑不變，實(shí)際上是電解溶質(zhì)，PH增大。電解稀H2SO4、NaOH溶液、N

12、a2SO4溶液：2H2O 2H2 + O2，溶質(zhì)不變，實(shí)際上是電解水，PH分別減小、增大、不變。酸、堿、鹽的加入增加了溶液導(dǎo)電性,從而加快電解速率（不是起催化作用）。電解熔融NaOH: 4NaOH 4Na + O2 + H2O 用銅電極電解Na2SO4溶液: Cu +2H2O Cu(OH)2 + H2 （注意：不是電解水。）5電解液的PH變化:根據(jù)電解產(chǎn)物判斷?？谠E：“有氫生成堿，有氧生成酸；都有濃度大,都無(wú)濃度小”。（“濃度大”、“濃度小”是指溶質(zhì)的濃度）6使電解后的溶液恢復(fù)原狀的方法：先讓析出的產(chǎn)物（氣體或沉淀）恰好完全反應(yīng)，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：NaCl溶液：通HCl氣

13、體（不能加鹽酸）；AgNO3溶液：加Ag2O固體（不能加AgOH）；CuCl2溶液：加CuCl2固體；KNO3溶液： 加H2O；CuSO4溶液：CuO（不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3）等。7電解原理的應(yīng)用A、電解飽和食鹽水（氯堿工業(yè)） 反應(yīng)原理陽(yáng)極： 2Cl- - 2e-= Cl2 陰極： 2H+ + 2e-= H2總反應(yīng)：2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH 設(shè)備 （陽(yáng)離子交換膜電解槽）組成：陽(yáng)極Ti、陰極Fe陽(yáng)離子交換膜的作用：它只允許陽(yáng)離子通過(guò)而阻止陰離子和氣體通過(guò)。制燒堿生產(chǎn)過(guò)程 （離子交換膜法） 食鹽水的精制：粗鹽（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+

14、、SO42- 等）加入NaOH溶液加入BaCl2溶液加入Na2CO3溶液過(guò)濾加入鹽酸加入離子交換劑(NaR) 電解生產(chǎn)主要過(guò)程（見(jiàn)圖20-1）：NaCl從陽(yáng)極區(qū)加入，H2O從陰極區(qū)加入。陰極H+ 放電，破壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。B、電解冶煉鋁原料：（A）、冰晶石：Na3AlF6=3Na+AlF63-（B）、氧化鋁： 鋁土礦 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 原理 陽(yáng)極 2O2 4e- =O2陰極 Al3+3e- =Al總反應(yīng)：4Al3+6O24Al+3O2 設(shè)備：電解槽（陽(yáng)極C、陰極Fe） 因?yàn)殛?yáng)極材料不斷地與生成的氧氣反應(yīng)：C+O2 CO+

15、CO2，故需定時(shí)補(bǔ)充。C、電鍍：用電解的方法在金屬表面鍍上一層金屬或合金的過(guò)程。鍍層金屬作陽(yáng)極，鍍件作陰極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子。電鍍鋅原理：陽(yáng)極 Zn2e = Zn2+陰極 Zn2+2e=Zn電鍍液的濃度在電鍍過(guò)程中不發(fā)生變化。在電鍍控制的條件下，水電離出來(lái)的H+和OH一般不起反應(yīng)。電鍍液中加氨水或 NaCN的原因：使Zn2+離子濃度很小，鍍速慢，鍍層才能致密、光亮。D、電解冶煉活潑金屬Na、Mg、Al等。E、電解精煉銅：粗銅作陽(yáng)極，精銅作陰極，電解液含有Cu2+。銅前金屬先反應(yīng)但不析出，銅后金屬不反應(yīng)，形成 “陽(yáng)極泥”。 附表 原電池，電解池，電鍍池的比較性質(zhì) 類別 原電池 電解池 電鍍池定義（裝置特點(diǎn)）將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一側(cè)層其他金屬反應(yīng)特征 自發(fā)反應(yīng) 非自發(fā)反應(yīng) 非自發(fā)反應(yīng) 裝置特征無(wú)電源，兩級(jí)材料不同有電源，兩級(jí)材料可同可不同 有電源 形成條件活動(dòng)性不同的兩極電解質(zhì)溶液形成閉合回路兩電極連接直流電源兩電極插入電解質(zhì)溶液形成閉合回路1鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接負(fù)極；2電鍍液必須含有鍍層金屬的離子 電極名稱負(fù)極：較活潑金屬正極：較不活潑金屬（能導(dǎo)電非金屬）陽(yáng)極：與電源正極相連陰極