电化学知识点——原电池和电解池.doc

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原电池和电解池装置比较:
将化学能转化为电能的装置叫做原电池把电能转化为化学能的装置叫电解池
:
装置
原电池
电解池
实例
原理
使氧化还原反应中电子作定向移动,从而形成电流。这种把化学能转变为电能的装置叫做原电池。
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。
形成条件
①电极:两种不同的导体相连;
②电解质溶液:能与电极反应。
①电源;②电极(惰性或非惰性);
③电解质(水溶液或熔化态)。
反应类型
自发的氧化还原反应
非自发的氧化还原反应
电极名称
由电极本身性质决定:
正极:材料性质较不活泼的电极;
负极:材料性质较活泼的电极。
由外电源决定:
阳极:连电源的正极;
阴极:连电源的负极;
电极反应
负极:Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)
正极:2H++2e-=H2↑(还原反应)
阴极:Cu2++2e-=Cu(还原反应)
阳极:2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应)
电子流向
负极→正极
电源负极→阴极;阳极→电源正极
电流方向
正极→负极
电源正极→阳极;阴极→电源负极
能量转化
化学能→电能
电能→化学能
应用
①抗金属的电化腐蚀;
②实用电池。
①电解食盐水(氯碱工业);②电镀(镀铜);③电冶(冶炼Na、Mg、Al);④精炼(精铜)。
原电池的本质:氧化还原反应中电子作定向的移动过程
电解本质:电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程

化学腐蚀
电化腐蚀
一般条件
金属直接和强氧化剂接触
不纯金属,表面潮湿
反应过程
氧化还原反应,不形成原电池。
因原电池反应而腐蚀
有无电流
无电流产生
有电流产生
反应速率
电化腐蚀>化学腐蚀
结果
使金属腐蚀
使较活泼的金属腐蚀

电化腐蚀类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜酸性很弱或呈中性
水膜酸性较强
正极反应
O2+4e-+2H2O==4OH-
2H++2e-==H2↑
负极反应
Fe-2e-==Fe2+
Fe-2e-==Fe2+
腐蚀作用
是主要的腐蚀类型,具有广泛性
发生在某些局部区域内
、电离和电镀的区别
电解
电离
电镀
条件
受直流电作用
受热或水分子作用
受直流电作用
实质
阴阳离子定向移动,在两极发生氧化还原反应
阴阳离子自由移动,无明显的化学变化
用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金
实例
CuCl2Cu+Cl2
CuCl2==Cu2++2Clˉ
阳极Cu-2e-=Cu2+
阴极Cu2++2e-=Cu
关系
先电离后电解,电镀是电解的应用
、精炼铜比较
电镀铜
精炼铜
形成条件
镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子
粗铜金属作阳极,精铜作阴极,CuSO4溶液作电解液
电极反应
阳极Cu-2e-=Cu2+
阴极Cu2++2e-=Cu
阳极:Zn-2e-=Zn2+Cu-2e-=Cu2+等
阴极:Cu2++2e-=Cu
溶液变化
电镀液的浓度不变
溶液中溶质浓度减小
说明、原电池正、负极的判断:
(1)从电极材料:一般较活泼金属为负极;或金属为负极,非金属为正极。
(2)从电子的流动方向负极流入正极
(3)从电流方向正极流入负极
(4)根据电解质溶液内离子的移动方向阳离子流向正极,阴离子流向负极
(5)根据实验现象①溶解的一极为负极②增重或有气泡一极为正极

:发生原电池反应,有电流产生
(1)吸氧腐蚀
负极:Fe-2e-==Fe2+
正极:O2+4e-+2H2O==4OH-
总式:2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)32Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O
(2)析氢腐蚀:CO2+H2OH2CO3H++HCO3-
负极:Fe-2e-==Fe2+
正极:2H++2e-==H2↑
总式:Fe+2CO2+2H2O=Fe(HCO3)2+H2↑
Fe(HCO3)2水解、空气氧化、风吹日晒得Fe2O3。
2、原电池的应用:
①加快化学反应速率,如粗锌制氢气速率比纯锌制氢气快。
②比较金属活动性强弱。可以利用原电池比较金属的活动性顺序(负极活泼)。将两种不同金属在电解质溶液里构成原电池后,根据电极的活泼性、电极上的反应现象、电流方向、电子流向、离子移动方向等进行判断。
③设计原电池。
④利用原电池原理可以分析金属的腐蚀和防护问题
金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种,但主要是电化学腐蚀。根据电解质溶液的酸碱性,可把电化学腐蚀分为:吸氧腐蚀和析氢腐蚀两种。
以钢铁腐蚀为例,吸氧腐蚀发生的条件是钢铁表面吸附的水膜中溶有O2,并呈极弱酸性或中性,反应中O2得电子被还原;其电极反应式分别为:负极(Fe):2Fe—4e-==2Fe2+,正极(C):O2+2H2O+4e-==4OH-。
析氢腐蚀发生的条件是钢铁表面吸附的水膜酸性较强,反应时有H2析出;其电极反应式分别为:负极(Fe):Fe—2e-==Fe2+,正极(C):2H++2e-==H2↑。
金属防腐方法:①改变金属内部结构;②表面覆盖保护层(如钢铁表面涂矿物油、油漆、加电镀层、形成稳定的氧化膜等;③电化学保护法(接上一块活泼金属使被保护金属成为正极受保护、将被保护金属接到电源负极)。
通常金属的腐蚀德快慢类型:电解池的阳极>原电池的负极>自然的腐蚀>原电池的正极(保护)>电解池的负极(保护)。
3。实用电池的种类和特点
⑴干电池(属于一次电池)
①结构:锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。
②电极反应负极:Zn-2e-=Zn2+
正极:2NH4++2e-=2NH3+H2
NH3和H2被Zn2+、MnO2吸收:MnO2+H2=MnO+H2O,Zn2++4NH3=Zn(NH3)42+
⑵铅蓄电池(属于二次电池、可充电电池)
结构:铅板、填满PbO2的铅板、稀H2SO4。
②:Pb-2e-+SO42-=PbSO4
正极:PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O
:PbSO4+2e-=Pb+SO42-
阳极:PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-
总式:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
注意:放电和充电是完全相反的过程,放电作原电池,充电作电解池。电极名称看电子得失,电极反应式的书写要求与离子方程式一样,且加起来应与总反应式相同。
⑶锂电池
结构:锂、石墨、固态碘作电解质。
②电极反应负极:2Li-2e-=2Li+
正极:I2+2e-=2I-总式:2Li+I2=2LiI
⑷
结构:石墨、石墨、KOH溶液。
②电极反应负极:H2-2e-+2OH-=2H2O
正极:O2+4e-+2H2O=4OH-
总式:2H2+O2=2H2O
(反应过程中没有火焰,不是放出光和热,而是产生电流)
注意:还原剂在负极上反应,氧化剂在正极上反应。书写电极反应式时必须考虑介质参加反应(先常规后深入)。若相互反应的物质是溶液,则需要盐桥(内装KCl的琼脂,形成闭合回路)。
、空气燃料电池以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功。这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液,靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断产生电流。只要把灯放入海水中,数分钟后就会发出耀眼的闪光,其能量比干电池高20~50倍。
电极反应:铝是负极4Al-12e-==4Al3+;
石墨是正极3O2+6H2O+12e-==12OH-
:
分析电解质溶液中存在的离子;
分析离子的放电顺序;
确定电极、写出电极反应式;
写出电解方程式。如:
解NaCl溶液:2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH,溶质、溶剂均发生电解反应,PH增大
⑵电解CuSO4溶液:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4
溶质、溶剂均发生电解反应,PH减小。
⑶电解CuCl2溶液:CuCl2Cu+Cl2↑
电解盐酸:2HClH2↑+Cl2↑
溶剂不变,实际上是电解溶质,PH增大。
⑷电解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液:2H2O2H2↑+O2↑,溶质不变,实际上是电解水,PH分别减小、增大、不变。酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性,从而加快电解速率(不是起催化作用)。
⑸电解熔融NaOH:4NaOH4Na+O2↑+H2O↑
⑹用铜电极电解Na2SO4溶液:Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑(
注意:不是电解水。)
:根据电解产物判断。口诀:“有氢生成碱,有氧生成酸;都有浓度大,都无浓度小”。(“浓度大”、“浓度小”是指溶质的浓度)
:
先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应,再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如:①NaCl溶液:通HCl气体(不能加盐酸);②AgNO3溶液:加Ag2O固体(不能加AgOH);③CuCl2溶液:加CuCl2固体;④KNO3溶液:加H2O;⑤CuSO4溶液:CuO(不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3)等。

A、电解饱和食盐水(氯碱工业)
⑴反应原理
阳极:2Cl--2e-==Cl2↑
阴极:2H++2e-==H2↑
总反应:2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
⑵设备(阳离子交换膜电解槽)
①组成:阳极—Ti、阴极—Fe
②阳离子交换膜的作用:它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。
⑶制烧碱生产过程(离子交换膜法)
①食盐水的精制:粗盐(含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等)→加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→过滤→加入盐酸→加入离子交换剂(NaR)
②电解生产主要过程(见图20-1):NaCl从阳极区加入,H2O从阴极区加入。阴极H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,OH-和Na+形成NaOH溶液。
B、电解冶炼铝
⑴原料:(A)、冰晶石:Na3AlF6=3Na++AlF63-
(B)、氧化铝:铝土矿NaAlO2Al(OH)3Al2O3
⑵原理
阳极2O2--4e-=O2↑
阴极Al3++3e-=Al
总反应:4Al3++6O2ˉ4Al+3O2↑
⑶设备:电解槽(阳极C、阴极Fe)
因为阳极材料不断地与生成的氧气反应:C+O2→CO+CO2,故需定时补充。
C、电镀:用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。
⑴镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子。电镀锌原理:
阳极Zn-2eˉ=Zn2+
阴极Zn2++2eˉ=Zn
⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。
⑶在电镀控制的条件下,水电离出来的H+和OHˉ一般不起反应。
⑷电镀液中加氨水或NaCN的原因:使Zn2+离子浓度很小,镀速慢,镀层才能致密、光亮。
D、电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。
E、电解精炼铜:粗铜作阳极,精铜作阴极,电解液含有Cu2+。铜前金属先反应但不析出,铜后金属不反应,形成“阳极泥”。
附表原电池,电解池,电镀池的比较
性质类别
原电池
电解池
电镀池
定义
(装置特点)
将化学能转变成电能的装置
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一侧层其他金属
反应特征
自发反应
非自发反应
非自发反应
装置特征
无电源,两级材料不同
有电源,两级材料可同可不同
有电源
形成条件
活动性不同的两极
电解质溶液
形成闭合回路
两电极连接直流电源
两电极插入电解质溶液
形成闭合回路
1镀层金属接电源正极,待镀金属接负极;2电镀液必须含有镀层金属的离子
电极名称
负极:较活泼金属
正极:较不活泼金属(能导电非金属)
阳极:与电源正极相连
阴极:与电源负极相连
名称同电解,但有限制条件
阳极:必须是镀层金属
阴极:镀件
电极反应
负极:氧化反应,金属失去电子
正极:还原反应,溶液中的阳离子的电子或者氧气得电子(吸氧腐蚀)
阳极:氧化反应,溶液中的阴离子失去电子,或电极金属失电子
阴极:还原反应,溶液中的阳离子得到电子
阳极:金属电极失去电子
阴极:电镀液中阳离子得到电子
电子流向
负极→正极
电源负极→阴极
电源正极→阳极
同电解池
溶液中带电粒子的移动
阳离子向正极移动
阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动
阴离子向阳极移动
同电解池
联系
在两极上都发生氧化反应和还原反应