電化學及應用課件

高三化學總復習基本理論電化學原電池和電解池的比較原電池電解池概念能量轉化借助氧化還原反應而產生電流的裝置。借助電流引起氧化還原反應的裝置化學能轉化為電能電能轉化為化學能一、原電池構成原電池的基本條件是什么？（1）必須自發(fā)進行氧化還原反應

（3）兩個電極必須插入電解質溶液中或熔融的電解質中；（4）兩個電極必須相連并形成閉合回路。（2）必須有兩種活潑性不同的導電材料作電極；把化學能轉化為電能的裝置。氧化反應

M-ne－=Mn+產生電流失e-沿導線轉移還原反應

Nm++me－=N原電池的工作原理負極正極陰離子陽離子e－e－綜述1、負極失電子發(fā)生氧化反應；溶液中氧化性較強的微粒在正極上得電子發(fā)生還原反應；2、電子由負極流向正極，電流方向是由正極流到負極（外電路）。用Al、Cu作電極，如何使Cu作負極，Al作正極？濃硝酸作電解液用Mg、Al作電極，如何使Al作負極，Mg作正極？NaOH作電解液思考原電池原理的應用(2)比較金屬的活潑性；構建原電池，測出正負極，負極金屬活潑性>正極(3)加快某些化學反應的反應速率；(1)制做化學電源；(4)金屬腐蝕的原理及金屬腐蝕的防護。比較項目化學腐蝕電化學腐蝕發(fā)生條件共同點是否構成原電池有無電流實質化學腐蝕與電化學腐蝕的比較電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生化學反應不純金屬跟接觸的電解質溶液發(fā)生原電池反應無電流無原電池構成無數(shù)微小原電池有弱電流金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕金屬原子失去電子變成陽離子而損耗鋼鐵的電化學腐蝕比較項目析氫腐蝕吸氧腐蝕發(fā)生條件電極反應負極正極總反應鋼鐵表面吸附的水膜酸性較強時Fe-2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑Fe+2H+

=Fe2++H2↑鋼鐵表面吸附的水膜酸性較弱或呈中性時Fe-2e-=Fe2+O2＋2H2O＋4e-=4OH-Fe2++2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O吸氧腐蝕比析氫腐蝕普遍得多金屬的防護方法：1.改變金屬的內部組織結構（如制不銹鋼）2.在金屬表面覆蓋保護層：（1）在表面刷一層油漆；（2）在表面涂上機油；（3）在表面鍍一層其他耐腐蝕金屬；（4）在表面燒制搪瓷；（5）使金屬表面形成致密的氧化膜。3.電化學保護法：

（1）犧牲陽極的陰極保護法

（2）外加電流的陰極保護法

二、常見的化學電池干電池電極:Zn為負極,碳棒為正極電解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊另有黑色的MnO2粉末，吸收正極產生的H2，防止產生極化現(xiàn)象。電極方程式：負極(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋正極：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O銀鋅電池Zn為負極,Ag2O為正極電解液:KOH溶液電極反應式:負極:Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2

正極:Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－總反應式:

Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2鉛蓄電池:電極：Pb為負極,PbO2為正極.電解液:30%的H2SO4溶液電極反應式:放電時：為原電池負極(Pb)：Pb＋SO42-－2e-＝PbSO4

正極(PbO2)PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e-＝PbSO4＋2H2O總電池反應:

PbO2＋Pb＋2H2SO4＝2PbSO4↓＋2H2O充電時：為電解池陰極(Pb)：PbSO4＋2e-

＝Pb＋SO42-

陽極(PbO2)PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H＋＋SO42－總電解反應:2PbSO4＋2H2O＝PbO2＋Pb＋2H2SO4通電燃料電池(1)電極:Pt制作的惰性電極(2)電解質溶液:KOH溶液

(4)反應原理:正極:2H2+4OH－－4e-＝4H2O

負極:O2＋2H2O＋4e-＝4OH－

總反應：2H2＋O2＝2H2O

電極反應：負極：CH4+10OH-－8e=CO32-+7H2O

正極：O2+2H2O+4e=4OH-

總反應式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O以甲烷作燃料的燃料電池電極為金屬鉑，電解質為KOH，在兩極分別通入甲烷和氧氣。組成電解池的條件：(1)．外接直流電源(2)．電極(金屬或惰性電極)(3)．電解質溶液或熔融的電解質

(4)．形成閉合回路

陽極

氧化反應

陰極

還原反應e-e-電解池電解池陰陽極的比較比較項目陰極陽極與電源連接接電源負極接電源正極電子流動方向電子流入電子流出電極反應Nm++me－=N(還原反應)Rn－–ne－=RM–ne－=Mn+(氧化反應)

電極質量變化增大或不變減小或不變離子移動方向陽離子移向該極陰離子移向該極在惰性電極上離子放電順序：陰極(與電極材料無關)：Ag+>Fe3+

>Cu2+

>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+

>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

得到電子由易到難陽極(與電極材料有關)：在水溶液中SO42-，NO3-等不會放電。

金屬>S2-﹥I-﹥

Br-﹥

Cl-﹥

OH-﹥

NO3-﹥

SO42-﹥

F-

失去電子由易到難電極反應

陽極

活潑金屬作電極由電極本身失電子

R

-ne=Rn+惰性電極溶液中較易失電子的陰離子優(yōu)先放電陰極一定是溶液中易得電子的陽離子優(yōu)先放電

Rn++ne=R電解時電極產物的判斷Rn--ne=R

（Pt、Au、石墨）用惰性電極電解電解質溶液的規(guī)律（1）電解水型（NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解陰極：4H++4e-2H2陽極：4OH--4e-O2+2H2O總反應式：2H2O2H2+O2電解（2）分解電解質型（HCl、CuCl2等）溶液的電解陰極：Cu2++2e-Cu陽極：2Cl--2e-Cl2總反應式：CuCl2Cu+Cl2電解電解原理的應用銅的電解精煉粗銅純銅CuSO4溶液陽極：粗銅陰極：純銅薄片電解質溶液：CuSO4溶液（加入一定量的H2SO4）Cu－2e－=Cu2+比銅活潑的雜質也會同時失去電子而溶解：Zn－2e－=Zn2+

Fe－2e－=Fe2+

Ni－2e－=Ni2+

比銅不活潑的雜質（Au、Ag）不會溶解而從陽極上脫落下來而形成陽極泥。Cu2+＋2e－=CuCuSO4溶液的濃度基本保持不變。提煉金、銀等貴重金屬。電鍍銅陽極：銅片陰極：待鍍鐵制品Cu－2e－=Cu2+Cu2+＋2e－=CuCuSO4溶液的濃度保持不變。實驗結果：在鐵制品上鍍上了一層銅利用電解原理在某些金屬的表面鍍上一薄層其它金屬或合金的過程叫電鍍。電鍍電鍍的目的：（1）增強防銹抗腐能力；（2）增加美觀和表面硬度。陽極——鍍層金屬:M－ne＝Mn＋陰極——鍍件:Mn＋＋ne＝M電解液:含鍍層金屬陽離子的鹽溶液電鍍槽特點（1）陽極本身溶解；（2）電解液濃度保持不變。食鹽水的精制。粗鹽泥沙Ca2+、Mg2+、Fe3+SO42－等雜質①混入產品，導致產品不純②生成Mg(OH)2、Fe(OH)3等沉淀，堵塞膜孔。如何除去粗鹽水中的雜質？

試劑：BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液、HCl溶液粗鹽水NaOHBaCl2Na2CO3過濾適量HCl除Mg2+、Fe3+除SO42-除Ca2+及過量Ba2+濾去泥沙及沉淀除過量的OH－、CO32－陽離子交換樹脂精鹽水少量Ca2+、Mg2+1、Na2CO3必須在BaCl2之后2、加入鹽酸在過濾之后電解法測定阿伏加德羅常數(shù)【例題】某學生試圖用電解法根據(jù)電極上析出物質的質量來測定阿佛加德羅常數(shù)值，其實驗方案的要點為：①用直流電電解氯化銅溶液，所用儀器如右圖：②在電流強度為I安培，通電時間為t秒鐘后，精確測得某電極上析出的銅的質量為m克。試回答：(1)連接這些儀器的正確順序為（用圖中標注儀器接線柱的英文字母表示。下同）E接

，C接

，

接F。實驗線路中的電流方向為

→

→

→C→

→

。(2)寫出B電極上發(fā)生反應的離子方程式

；

G試管中淀粉KI溶液變化的現(xiàn)象為

；相應的離子方程式是

。DAB

FBADE

2Cl－－2e－=Cl2↑

變藍色

Cl2+2I－=2Cl－+I2

(3)為精確測定電極上析出銅的質量，所必需的實驗步驟的先后順序應是

。（選填下列操作步驟的編號）①稱量電解前電極質量②刮下電解后電極上的銅并清洗③用蒸餾水清洗電解后電極④低溫烘干電極后稱量⑤低溫烘干刮下的銅后稱量⑥再次低溫烘干后稱量至恒重(4)已知電子的電量為1.6×10-19庫侖。試列出阿佛加德羅常數(shù)的計算表達式：

NA

。

①③④⑥

有關電解的計算原則:電化學的反應是氧化一還原反應,各電極上轉移電子的物質的量相等,無論是單一電池還是串聯(lián)電解池,均可抓住電子守恒計算.關鍵:①電極名稱要區(qū)分清楚.②電極產物要判斷準確.③各產物間量的關系遵循電子得失守恒.例用下圖裝置進行電解實驗(a、b、c、d均為鉑電極),供選擇的有4組電解液,要滿足下列要求:①工作一段時間后A槽pH值上升,B槽的pH下降.②b、c兩極上反應的離子的物質的量相等(1)應選擇的電解質是上述四組中的第____組(2)該組電解過程中各電極上的電極反應為a極____

__b極_____

_____c極________

__d極______

_____(3)當b極上析出7.1g電解產物時,a極上析出產物的質量為____g;若B槽電解質溶液500mL，且忽略電解前后電解液的體積變化，則此時B槽中的[H＋]比電解前增加了____mol/L.44H＋＋4e＝2H2↑4Cl－－4e＝2Cl2↑4Ag＋＋4e＝4Ag4OH－－4e＝2H2O＋O2↑0.20.4例：用兩支惰性電極插入1000mLCuSO4溶液，通電電解，當電解液的PH由6.0變?yōu)?.0時，下列敘述正確的是

A、陰極上析出11.2mL氫氣（標況）

B、陰極上析出32mg銅

C、陽極和陰極質量都沒有變化

D、陽極上析出5.6mL氧氣（標況）BD例：按右圖裝置進行電解（均是惰性電極），已知A燒杯中裝有500mL20％的NaOH溶液，B燒杯中裝有500mLpH為6的CuSO4溶液。通電一段時間后，在b電極上收集到28mL氣體（標準狀況），則B燒杯中溶液pH變?yōu)椋ㄈ芤后w積變化忽略不計）（）

A．4B．3C．2D．1C例：將1L一定濃度的CuSO4溶液，用a、b兩個石墨電極電解，當a極上產生22.4L(標)氣體時，b極上只有固體析出。然后將a、b兩電板反接，繼續(xù)通直流電，b板上又產生22.4L(標)氣體，溶液質量共減少227g。(1)a極上產生22.4L(標)氣體時，b極增加的質量；(2)原溶液的物質的量濃度。(1)解：2CuSO4+2H2O=2Cu+2H2SO4+O2↑陽極：mO2=1mol×32g/mol=32g；陰極增加：mb=2mol×64g/mol=128g；溶液減少：Δm(1)=160g(2)電源反接后，b為陽極：先Cu放電，后OH-(水電)放電，

a為陰極：先Cu2+放電，后H+

(水電)放電，可細分為三個階段：Ⅰ電鍍銅，此階段ΔmⅠ=0Ⅱ電解硫酸銅溶液，設有xmolO2生成：

2CuSO4+2H2O=2Cu+2H2SO4+O2↑2xmol2xmolxmol此階段溶液減少：Δm=160xgⅢ電解硫酸溶液，其本質是水電解：

2H2O=2H2+O22ymol2ymolymol，溶液減少：Δm=36ygx+y=1…①，160+160x+36y=227…②X=0.25，y=0.75∴CCuSO4=(2+2×0.25)mol÷1L=2.5mol·L-1例5．工業(yè)上為了處理含有Cr2O72-

酸性工業(yè)廢水，采用下面的處理方法，往工業(yè)廢水中加入適量的NaCl，以鐵為電極進行電解，經過一段時間后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工業(yè)廢水中鉻的含量已低于排放標準,請回答下面問題：1.兩極發(fā)生的電極反應：2.寫出Cr2O72-變?yōu)镃r3+的離子方程式：3．工業(yè)廢水由酸性變?yōu)閴A性的原因：4．能否改用石墨電極？說明原因。

陽極：Fe–2e=Fe2+,陰極：2H++2e=H2Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2OH+不斷放電,

Cr2O72-與Fe2+反應中消耗H+,打破了水的電離平衡,使溶液中[OH-]﹥[H+]不能,陽極產生Cl2,得不到Fe2+，缺少還原劑,不能使Cr2O72-

變?yōu)镃r3+生成Cr(OH)3沉淀而除去電解一段時間，如何恢原到電解前的溶液既要考慮“質”又要考慮“量”.例如:電解CuSO4溶液：抓住溶液的變化若加入CuO、Cu(OH)2，均能與H2SO4反應生成CuSO4.①

CuO＋H2SO4＝CuSO4＋H2O②Cu(OH)2＋H2SO4＝CuSO4＋2H2O比較①、②消耗的H2SO4、生成的CuSO4、H2O即可知道:加入1molCu(OH)2能與1molH2SO4反應能生成1molCuSO4和2molH2O.不符合電解時的相關物質的比例.若改加CuO，則很合適.思考2：

如何確定所加物質的量?(惰性電極)分析：由于兩極上通過的電子數(shù)相等,故陰、陽兩極產物的物質的量間一定滿足確定的關系.因而加入物與其也有一定關系.例如:

電解含0.4molCuSO4溶液一段時間后，陽極上生成2.24L氣體(S.T.P),則應加入CuO多少克？(用惰性電極)

解析

O2～2CuO1mol2mol0.1mol0.2molm(CuO)＝0.2×80＝16(g)

故加入16gCuO即能恢復例．用陽極X和陰極Y電解Z的水溶液,電解一段時間后,再加入W,能使溶液恢復到電解前的狀態(tài),符合題意的組是

()

X

Y

Z

W

A

C

FeNaCl

H2O

B

Pt

CuCuSO4CuSO4溶液

C

C

CH2SO4

H2O

D

Ag

FeAgNO3AgNO3晶體

CA、NaCl電解后生成NaOH,再加水后不能恢復電解前的狀態(tài)B、電解CuSO4溶液中的SO42-物質的量沒變,再加CuSO4也不能恢復C、實質是水的電解,再加適量水,可使H2SO4溶液恢復D、實質是電鍍,AgNO3溶液濃度不變,不需加AgNO3晶體練習、化學電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應用。1.目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應可以表示為：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸，以下說法中正確的是()①以上反應是可逆反應②以上反應不是可逆反應③充電時化學能轉變?yōu)殡娔堍芊烹姇r化學能轉變?yōu)殡娔蹵①③