原电池和电解池全面总结(热点).doc

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资源描述

1、原电池和电解池1原电池和电解池的比较: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 电极:两种不同的导体相连;电解质溶液:能与电极反应。 电源; 电极(惰性或非惰性) ;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-

2、=Zn2+ (氧化反应)正极:2H +2e-=H2(还原反应)阴极:Cu 2+ +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 抗金属的电化腐蚀;实用电池。 电解食盐水(氯碱工业) ;电镀(镀铜) ;电冶(冶炼 Na、Mg、Al) ;精炼(精铜) 。2化学腐蚀和电化腐蚀的区别化学腐蚀 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

3、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3吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别电化腐蚀类型 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4电解、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 CuCl2 电 解 = =

4、 = =CuCl 2CuCl2=Cu2+2Cl 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5电镀铜、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:Cu 2+ + 2e- = Cu溶液变化 电镀液的浓度不变 溶液中溶质浓度减小6电解方程式的实例(用惰性电极电解):电解质溶液 阳极反应式 阴极反应式

5、总反应方程式(条件:电解) 溶液酸碱性变化CuCl2 2Cl-2e-=Cl2 Cu2+ +2e-= Cu CuCl2= Cu +Cl2 HCl 2Cl-2e-=Cl2 2H+2e-=H2 2HCl=H2+Cl 2 酸性减弱Na2SO4 4OH-4e-=2H2O+O2 2H+2e-=H2 2H2O=2H2+O 2 不变H2SO4 4OH-4e-=2H2O+O2 2H+2e-=H2 2H2O=2H2+O 2 消耗水,酸性增强NaOH 4OH-4e-=2H2O+O2 2H+2e-=H2 2H2O=2H2+O 2 消耗水,碱性增强NaCl 2Cl-2e-=Cl2 2H+2e-=H2 2NaCl+2H2

6、O=H2+Cl 2+2NaOH H+放电,碱性增强CuSO4 4OH-4e-=2H2O+O2 Cu2+ +2e-= Cu 2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2+2H 2SO4OH 放电 ,酸性增强考点解说1电化腐蚀:发生原电池反应,有电流产生(1 )吸氧腐蚀负极:Fe2e -=Fe2+正极:O 2+4e-+2H2O=4OH-总式:2Fe+O 2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O(2 ) 析氢腐蚀: CO2+H2O H2CO3 H+HCO3-负极:Fe 2e -=Fe2+正极:2H + + 2e-=H2总式:F

7、e + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H2Fe(HCO3)2 水解、空气氧化、风吹日晒得 Fe2O3。2金属的防护改变金属的内部组织结构。合金钢中含有合金元素,使组织结构发生变化,耐腐蚀。如:不锈钢。在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。电化学保护法外加电源的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极3。常见实用电池的种类和特点干电池(属于一次电池)结构:锌筒、填满 MnO2 的石墨、溶有 NH4Cl

8、 的糊状物。电极反应 负极:Zn-2e -=Zn2+正极:2NH 4+2e-=2NH3+H2 NH3 和 H2 被 Zn2 、MnO 2 吸收: MnO2+H2=MnO+H2O,Zn2 4NH 3=Zn(NH3)42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。A.放电反应 负极: Pb-2e-+ SO42- = PbSO4 正极: PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2OB.充电反应 阴极:PbSO 4 +2e-= Pb+ SO42- 阳极:PbSO 4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42-

9、 总式:Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 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。锂电池 结构:锂、石墨、固态碘作电解质。 电极反应 负极: 2Li-2e- = 2Li+正极: I2 +2e- = 2I- 总式:2Li + I2 = 2LiIA.氢氧燃料电池 结构:石墨、石墨、KOH 溶液。电极反应 负极: H2- 2e-+ 2OH- = 2H2O正极: O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-总式:2H 2+O2=2H2O(反应过程中没有火焰,不是放出

10、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) 。B铝、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 2050 倍。电极反应:铝是负极 4Al-12e-= 4Al3+;石墨是正极 3O2+6H2O+12e-=12OH-4电解反应中反应物的判断放电顺序阴极 A.阴极材料( 金属或石墨)

11、 总是受到保护。B.阳离子得电子顺序 金属活动顺序表的反表:K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ (H+) Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ Cu2+ Hg2+ Ag+ 阳极 A.阳极材料是惰性电极(C、Pt 、Au、Ti 等)时:阴离子失电子:S 2- I- Br- Cl- OH- NO3- 等含氧酸根离子 F -B.阳极是活泼电极时:电极本身被氧化,溶液中的离子不放电。5电解反应方程式的书写步骤: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+2H 2O H2+Cl2+2NaOH,溶质、溶剂均发生电

12、解反应,PH 增大电 解 = = = =电解 CuSO4 溶液:2CuSO 4 + 2H2O 2Cu + O2+ 2H2SO4 溶质、溶剂均发生电解反应, PH 减小。电 解 = = = =电解 CuCl2 溶液:CuCl 2 CuCl 2 电 解 = = = =电解盐酸: 2HCl H2Cl 2溶剂不变,实际上是电解溶质,PH 增大。电 解 = = = =电解稀 H2SO4、NaOH 溶液、 Na2SO4 溶液:2H 2O 2H2 + O2,溶质不变,实际上是电解水,电 解 = = = =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) 。电解

13、熔融 NaOH: 4NaOH 4Na + O2 + H2O电 解 = = = =用铜电极电解 Na2SO4 溶液: Cu +2H2O Cu(OH)2 + H2 (注意:不是电解水。 )电 解 = = = =6电解液的 PH 变化: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)7使电解后的溶液恢复原状的方法: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:NaCl 溶液:通 HCl 气体(不能加盐酸) ;AgNO 3 溶液:加 Ag2O 固体(不能加 AgOH) ;CuCl 2 溶液:

14、加 CuCl2 固体;KNO 3溶液: 加 H2O;CuSO 4 溶液: CuO(不能加 Cu2O、Cu(OH) 2、Cu 2(OH)2CO3)等。8电解原理的应用A、电解饱和食盐水(氯碱工业)反应原理阳极: 2Cl- - 2e-= Cl2阴极: 2H+ + 2e-= H2总反应:2NaCl+2H 2O H2+Cl2+2NaOH 电 解 = = = =设备 (阳离子交换膜电解槽)组成:阳极Ti、阴极 Fe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。制烧碱生产过程 (离子交换膜法)食盐水的精制:粗盐(含泥沙、Ca 2+、Mg 2+、Fe 3+、SO4 2- 等)加入 NaOH

15、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)电解生产主要过程(见图 20-1):NaCl 从阳极区加入,H 2O 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、电解冶炼铝原料:(A) 、冰晶石:Na 3AlF6=3Na+AlF63-(B) 、氧化铝: 铝土矿 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 原理 阳极 2O2 4e- =O2阴极 Al3 +3e- =Al总反应:4Al 3+6O2 4Al+3O2电 解 = = = = 设备:电解槽(阳极 C、阴极 Fe) 因为阳极材料不断

16、地与生成的氧气反应:C+O 2 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。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 Zn2e = Zn2+阴极 Zn2+2e=Zn电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。在电镀控制的条件下,水电离出来的 H+和 OH一般不起反应。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 ”。 图 20-1

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