電化學(xué)知識(shí)點(diǎn)串講

第17講原電池化學(xué)電源

題組一原電池的工作原理1.構(gòu)成原電池的條件教材研讀(1)電子、離子移動(dòng)方向(以鋅、銅、稀硫酸組成的原電池為例說明)鋅③

失

電子逐漸溶解變成Zn2+進(jìn)入溶液,電子從④

鋅

極經(jīng)導(dǎo)線流2.反應(yīng)原理原電池的工作原理可用一簡(jiǎn)圖表示如下:入⑤

銅

極,溶液中H+在⑥

銅

極上得到電子形成氫氣在銅片上冒

出。兩極之間離子的定向移動(dòng):陰離子向⑦

負(fù)

極移動(dòng)(如S

),陽離子向⑧

正

極移動(dòng)(如H+和Zn2+)。(2)兩極上的電極反應(yīng)式負(fù)極(鋅極):⑨

Zn-2e-

Zn2+

(氧化反應(yīng))正極(銅極):

2H++2e-

H2↑

(還原反應(yīng))總反應(yīng)(亦稱為電池反應(yīng))為:Zn+H2SO4

ZnSO4+H2↑(3)能量轉(zhuǎn)化:

化學(xué)

能轉(zhuǎn)化為

電

能。圖1和圖2裝置的相同點(diǎn):正、負(fù)極,電極反應(yīng)式,總反應(yīng)式,反應(yīng)現(xiàn)象。不同點(diǎn):圖1中Zn在CuSO4溶液中直接接觸Cu2+,會(huì)有一部分Zn與Cu2+直接反

應(yīng),該裝置中既有化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化,又有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了

熱3.單池原電池和鹽橋原電池的對(duì)比能

,裝置的溫度會(huì)升高。圖2中Zn和CuSO4溶液不直接接觸,不存在Zn與Cu2+直接反應(yīng)的過程,所以僅

是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能,電流穩(wěn)定,且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。關(guān)鍵點(diǎn):鹽橋原電池中,還原劑在負(fù)極區(qū),而氧化劑在正極區(qū)。4.原電池原理的應(yīng)用(1)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱原電池中,一般活動(dòng)性相對(duì)較強(qiáng)的金屬作

負(fù)極

,而活動(dòng)性相對(duì)較弱的金屬(或?qū)щ姷姆墙饘?作

正極

。(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率由于形成了原電池,導(dǎo)致反應(yīng)速率

加快

。(3)用于金屬的防護(hù)使需要保護(hù)的金屬制品作原電池

正極

而受到保護(hù)。(4)設(shè)計(jì)制作原電池設(shè)計(jì)原電池要緊扣構(gòu)成原電池的三個(gè)條件:a.必須是能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。b.根據(jù)氧化還原反應(yīng)找出正、負(fù)極材料(負(fù)極就是失電子的物質(zhì),正極用比

負(fù)極活動(dòng)性差的金屬即可,也可以用石墨)及電解質(zhì)溶液。c.按要求畫出原電池裝置示意圖。名稱電極材料電解質(zhì)電極反應(yīng)式電池總反應(yīng)酸性鋅錳干電池正極:石墨負(fù)極:鋅NH4Cl和ZnCl2負(fù)極:①

Zn-2e-

Zn2+

正極:2N

+2e-

2NH3+H22N

+Zn

Zn2++2NH3+H2堿性鋅錳干電池正極:MnO2負(fù)極:鋅KOH負(fù)極:Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2正極:2MnO2+2H2O+2e-

2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O

Zn(OH)2+2MnOOH

題組二常見的化學(xué)電源鉛蓄電池正極:PbO2負(fù)極:Pb30%的H2SO4溶液負(fù)極:②

Pb(s)+S

(aq)-2e-

PbSO4(s)

正極:③

PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)+2e-

PbSO4(s)+2H2O(l)

Pb(s)+PbO2(s)+

2H2SO4(aq)

2PbSO4(s)+2H2O(l)氫氧燃料電池正極:Pt負(fù)極:PtKOH負(fù)極:④

2H2+4OH--4e-

4H2O

正極:⑤

O2+2H2O+4e-

4OH-

2H2+O2

2H2OH2SO4溶液負(fù)極:⑥

2H2-4e-

4H+

正極:⑦

O2+4H++4e-

2H2O

鋅銀電池正極:Ag2O負(fù)極:ZnKOH溶液負(fù)極:Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2正極:Ag2O+H2O+2e-

2Ag+2OH-Zn+Ag2O+H2O

Zn(OH)2+2Ag

1.原電池正、負(fù)極的判斷

注意原電池的正、負(fù)極不僅跟電極材料有關(guān),還與電解質(zhì)溶液的性質(zhì)有關(guān),如Mg、Al在稀硫酸中構(gòu)成原電池時(shí),Mg作負(fù)極,Al作正極,但若以

NaOH溶液為電解質(zhì)溶液,則Al為負(fù)極,Mg為正極。2.原電池電極反應(yīng)式的書寫Ⅰ.一般電極反應(yīng)式的書寫(1)確定原電池的正、負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)。(2)電極反應(yīng)式的書寫①負(fù)極:失去電子生成陽離子;若電解質(zhì)溶液中的陰離子與生成的陽離子不

共存,則該陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式。如鉛蓄電池負(fù)極反應(yīng)式為Pb+S

-2e-

PbSO4。②正極:得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。(3)正、負(fù)極電極反應(yīng)式相加得到電池的總反應(yīng)式。Ⅱ.復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫復(fù)雜電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-較簡(jiǎn)單一極的電極反應(yīng)式Ⅲ.燃料電池電極反應(yīng)式的書寫(1)正極反應(yīng)式的書寫正極通入的氣體一般是氧氣,根據(jù)電解質(zhì)的不同,分以下幾種情況:①在酸性溶液中生成水:O2+4H++4e-

2H2O②在堿性溶液中生成氫氧根離子:O2+2H2O+4e-

4OH-③在固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)中生成O2-:O2+4e-

2O2-④在熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)中生成碳酸根離子:O2+2CO2+4e-

2C

。(2)負(fù)極反應(yīng)式的書寫負(fù)極通入的是燃料,發(fā)生氧化反應(yīng),負(fù)極生成的離子一般與正極產(chǎn)物結(jié)合,

有以下幾種情況:①若負(fù)極通入的氣體是氫氣,則a.酸性溶液中:H2-2e-

2H+;b.堿性溶液中:H2-2e-+2OH-

2H2O;c.熔融氧化物中:H2-2e-+O2-

H2O。②若負(fù)極通入的氣體為含碳的化合物,如CO、CH4、CH3OH等,碳元素均轉(zhuǎn)

化為正四價(jià)碳的化合物,在酸性溶液中生成CO2;在堿性溶液中生成C

;熔融碳酸鹽中生成CO2;熔融氧化物中生成C

;含有的氫元素最終生成水。如CH3OH燃料電池負(fù)極反應(yīng)式在酸性溶液中為CH3OH-6e-+H2O

CO2↑+6H+,在堿性溶液中為CH3OH-6e-+8OH-

C

+6H2O。3.書寫電極反應(yīng)式時(shí)應(yīng)注意的問題(1)兩電極得失電子數(shù)目相等。(2)電極反應(yīng)式常用“

”而不用“

”表示。(3)電極反應(yīng)式中若有氣體生成,需要加“↑”;弱電解質(zhì)或難溶物均以分第18講電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)

題組一電解的原理1.電解使①

電流

通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在②

陰、陽

兩極引教材研讀起③

氧化還原反應(yīng)

的過程。2.能量轉(zhuǎn)化形式④

電能

轉(zhuǎn)化為⑤

化學(xué)能

。3.電解池(1)構(gòu)成條件a.直流電源。(3)電子、離子移動(dòng)方向電子:從電源

負(fù)極

流向電解池的

陰極

;從電解池的

陽極

流向電源的

正極

。離子:陽離子移向電解池的

陰極

;陰離子移向電解池的

陽極。b.與⑥

電源

相連的兩個(gè)電極。c.⑦

電解質(zhì)溶液

(或⑧

熔融鹽

)。d.形成⑨

閉合回路

。(2)電極名稱及電極反應(yīng)式(如圖)4.電解原理的應(yīng)用(1)電解飽和食鹽水陽極:

2Cl--2e-

Cl2↑

陰極:2H++2e-

H2↑總反應(yīng):

2Cl-+2H2O

2OH-+H2↑+Cl2↑

應(yīng)用:氯堿工業(yè)制NaOH、H2、Cl2(2)電鍍(Fe上鍍Cu)陽極:鍍層金屬(Cu),反應(yīng):Cu-2e-

Cu2+陰極:待鍍金屬(Fe),反應(yīng)Cu2++2e-

Cu電鍍液:含Cu2+的溶液(3)電冶金(以冶煉Na為例)陰極:2Na++2e-

2Na陽極:

2Cl--2e-

Cl2↑

總反應(yīng):2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬與接觸到的物質(zhì)直接反應(yīng)不純的金屬接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生①

原電池

反應(yīng)現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕區(qū)別無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生實(shí)質(zhì)與聯(lián)系(1)實(shí)質(zhì)都是金屬原子失去電子被氧化而損耗;(2)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生,但電化學(xué)腐

蝕更普遍、危害更大、腐蝕速率更快題組二金屬的腐蝕和防護(hù)1.化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較2.電化學(xué)腐蝕的分類(鋼鐵腐蝕)類型析氫腐蝕吸氧腐蝕水膜性質(zhì)水膜呈②

酸性

水膜呈弱酸性或中性負(fù)極反應(yīng)Fe-2e-

Fe2+2Fe-4e-

2Fe2+正極反應(yīng)③

2H++2e-

H2↑

④2H2O+O2+4e-

4OH-

其他反應(yīng)及產(chǎn)物4Fe(OH)2+O2+2H2O

4Fe(OH)32Fe(OH)3

Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O聯(lián)系普遍性:吸氧腐蝕更普遍3.金屬的防護(hù)(1)原電池原理

習(xí)慣稱為⑤

犧牲陽極

的陰極保護(hù)法(2)電解池原理

習(xí)慣稱為⑥

外加電流

的陰極保護(hù)法(3)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)

如不銹鋼(4)加保護(hù)層

如電鍍等

1.陰、陽極的判斷方法(1)根據(jù)電源的正負(fù)極、離子移動(dòng)的方向、氧化還原反應(yīng)的類型判斷

(2)依據(jù)電極質(zhì)量變化判斷如果電極質(zhì)量減輕,它一定是陽極;如果質(zhì)量增加,它一定是陰極。(3)依據(jù)電極產(chǎn)物判斷如果電極上產(chǎn)生Cl2或O2,它一定是陽極;如果電極上產(chǎn)生H2,它一定是陰

極。(4)依據(jù)溶液變化判斷如果電解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)時(shí)某極附近溶液能使酚酞呈紅

色,則它是陰極(H+放電,OH-濃度增大)。2.電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷(2)再分析溶液中的離子種類,根據(jù)離子放電順序,分析電極反應(yīng)并判斷電

極產(chǎn)物,寫出電極反應(yīng)式。(3)電解水溶液時(shí),應(yīng)注意放電順序中H+、OH-之后的離子一般不參與放

電反應(yīng)。3.電極反應(yīng)式的書寫(1)首先判斷陰、陽極,分析電極材料,陽極為金屬活性電極時(shí),電極材料

放電。(4)若電解質(zhì)、水同時(shí)被電解,則都要寫進(jìn)化學(xué)方程式。如電解飽和食鹽

水:2NaCl+2H2O

H2↑+Cl2↑+2NaOH。4.電解化學(xué)方程式的書寫(1)必須在連接號(hào)上標(biāo)明通電或電解。(2)若只是電解質(zhì)被電解,電解化學(xué)方程式中只寫電解質(zhì)及電解產(chǎn)物。如

電解CuCl2溶液:CuCl2

Cu+Cl2↑。(3)若只有水被電解,只寫水及電解產(chǎn)物即可。如電解稀硫酸、NaOH溶

液、Na2SO4溶液時(shí),化學(xué)方程式應(yīng)寫為2H2O

2H2↑+O2↑。類型電極反應(yīng)特點(diǎn)實(shí)例電解物質(zhì)電解質(zhì)溶液濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原需加入的物質(zhì)

1.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液電解水型陰極:4H++4e-

2H2↑陽極:4OH--4e-

2H2O+O2↑NaOH水增大增大水H2SO4水增大減小水Na2SO4水增大不變水電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大氯化氫CuCl2電解質(zhì)減小——氯化銅放H2生堿型陰極:放出H2陽極:電解質(zhì)陰離子

放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大氯化氫放O2生酸型陰極:電解質(zhì)陽離子

放電陽極:OH-放電CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小氧化銅2.有關(guān)電化學(xué)的計(jì)算原電池和電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算,溶液pH的計(jì)算,相對(duì)原

子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)測(cè)定的計(jì)算,根據(jù)電荷量求產(chǎn)物的量與根據(jù)產(chǎn)

物的量求電荷量的計(jì)算等。無論哪類計(jì)算,均可概括為下列三種方法:①根據(jù)得失電子守恒法計(jì)算:用于串聯(lián)電路陰、陽兩極產(chǎn)物,正、負(fù)兩極

產(chǎn)物等類型的計(jì)算,其依據(jù)是陰、陽極(或正、負(fù)極)得失電子數(shù)相等。②根據(jù)總反應(yīng)計(jì)算:先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后列比例式計(jì)

算。③根據(jù)