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:
装置 原电池 电解池
实例
原理
形成条件
使氧化复原反响中电子作定向移动,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。
①电极:两种不同的导体相连;
②电解质溶液:能与电极反响。
③能自发的发生氧化复原反响
④形成闭合回路
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化复原反响的过程叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。
①电源;②电极〔惰性或非惰性〕;
③电解质〔水溶液或熔化态〕。
反响类型自发的氧化复原反响
由电极本身性质打算:
电极名称正极:材料性质较不活泼的电极;负极:材料性质较活泼的电极。
负极:Zn-2e-=Zn2+ 〔氧化反响〕
非自发的氧化复原反响由外电源打算:
阳极:连电源的正极;阴极:连电源的负极;
阴极:Cu2++2e-=Cu 〔复原反响〕
电极反响
正极:2H++2e-=H2↑〔复原反响〕
阳极:2Cl--2e-=Cl2↑ 〔氧化反响〕
电子流向负极→正极电流方向正极→负极能量转化化学能→电能
①①抗金属的电化腐蚀;
应用
②有用电池。
原电池正负极的推断:
电源负极→阴极;阳极→电源正极电源正极→阳极;阴极→电源负极电能→化学能
①电解食盐水〔***碱工业〕;②电镀〔镀铜〕;
③电冶〔冶炼Na、Mg、Al〕;④精炼〔精铜〕。
⑴依据电极材料推断:活泼性较强的金属为负极,活泼性较弱的或者非金属为正极。
⑵依据电子或者电流的流淌方向:电子流向:负极→正极。电流方向:正极→负极。
⑶依据电极变化推断:氧化反响→负极;复原反响→正极。
⑷依据现象推断:电极溶解→负极;电极重量增加或者有气泡生成→正极。
⑸依据电解液内离子移动的方向推断:阴离子→移向负极;氧离子→移向正极。
电极反响式的书写:
负极:⑴负极材料本身被氧化:
①假设负极金属生成的阳离子与电解液成分不反响,则为最简洁的:M-ne-=Mn+
4 4
②假设阳离子与电解液成分反响,则参与反响的局部要写入电极反响式中:如铅蓄电池,Pb+SO2--2e-=PbSO
⑵负极材料本身不反响:要将失电子的局部和电解液都写入电极反响式,
如:Zn-2e-=Zn2+
如燃料电池CH4-O2(C作电极)电解液为KOH:负极:CH4+10OH-8e-=C032-+7H2O
正极:⑴当负极材料能自发的与电解液反响时,正极则是电解质溶液中的微粒的反响,H2SO4电解质,如2H++2e=H2 CuSO4电解质:Cu2++2e=Cu
⑵当负极材料不与电解质溶液自发反响时,正极则是电解质中的O2反正复原反响
①当电解液为中性或者碱性时,H2O比参与反响,且产物必为OH-,
如氢氧燃料电池〔KOH电解质〕O+2HO+4e=4OH-
2 2
②当电解液为酸性时,H+比参与反响,产物为HO O+4O+4e=2HO
化学腐蚀和电化腐蚀的区分
2 2 2 2
一般条件反响过程有无电流反响速率结果
化学腐蚀
金属直接和强氧化剂接触
氧化复原反响,不形成原电池。无电流产生
电化腐蚀>化学腐蚀
使金属腐蚀
电化腐蚀
不纯金属,外表潮湿因原电池反响而腐蚀有电流产生
使较活泼的金属腐蚀
吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区分
电化腐蚀类型条件
正极反响负极反响腐蚀作用
考点讲解
金属的防护
吸氧腐蚀
水膜酸性很弱或呈中性
O2+4e-+2H2O==4OH-
Fe-2e-==Fe2+
是主要的腐蚀类型,具有广泛性
析氢腐蚀水膜酸性较强
2H++2e-==H2↑
Fe-2e-==Fe2+
发生在某些局部区域内
⑴转变金属的内部组织构造。合金钢中含有合金元素,使组织构造发生变化,耐腐蚀。如:不锈钢。⑵在金属外表掩盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或掩盖搪瓷、塑料等;使外表生成致密氧化膜;在外表镀一层有自我保护作用的另一种金属。⑶电化学保护法
①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。②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
7。常见有用电池的种类和特点
⑴干电池〔属于一次电池〕
①构造:锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。酸性电解质:
②电极反响负极:Zn-2e-=Zn2+
正极:2NH++2e-=2NH+H
4 3 2
NH3和H2被Zn2+、MnO2吸取:MnO2+H2=MnO+H2O,Zn2++4NH3=Zn(NH)2+
34
碱性电解质:〔KOH电解质〕
电极反响负极:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)
2
2
2
正极:2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+Zn(OH)Zn+MnO2+2H2O-=2MnOOH+Zn(OH)
⑵铅蓄电池〔属于二次电池、可充电电池〕
4
①构造:铅板、填满PbO2的铅板、稀H2SO。
4 4 2
②:Pb-2e-+SO2-=PbSO 原电池正极:PbO+2e-+4H++
SO2-=PbSO+2HO
4 4 2
4
4
:PbSO4+2e-=Pb+SO2- 电解池阳极:PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO2-
总式:Pb+PbO+2HSO =放=电= 2PbSO+2HO
2 2 4 充电 4 2
留意: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,电极反响式的书写要求与离子方程式一样,且加起来应与总反响式一样。
⑶锂电池
①构造:锂、石墨、固态碘作电解质。
②A电极反响负极:2Li-2e- =2Li+
正极:I2+2e-=2I-
总式:2Li+I2=2LiIBMnO2做正极时:
负极:2Li-2e- =2Li+正极:MnO2+e-=MnO2-总Li+MnO2=LiMnO2
锂电池优点:体积小,无电解液渗漏,电压随放电时间缓慢下降,应用:心脏起搏器,手机电池,电脑电池。
⑷
① 构造:石墨、石墨、KOH溶液。
②电极反响 负极:H2-2e-+2OH-=2H2O
正极:O2+4e-+2H2O=4OH-总式:2H2+O2=2H2O
〔反响过程中没有火焰,不是放出光和热,而是产生电流〕留意:复原剂在负极上反响,氧化剂在正极上反响。书写电极反响式时必需考虑介质参与反响〔先常规后深入〕。假设相互反响的物质是溶液,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,数分钟后就会发出刺眼的闪光,其能量比干电池高20~50倍。
电极反响:铝是负极4Al-12e-==4Al3+;
石墨是正极3O2+6H2O+12e-==12OH-
电解池的阴阳极推断:
⑴由外电源打算:阳极:连电源的正极; 阴极:连电源的负极;
⑵依据电极反响:氧化反响→阳极;复原反响→阴极
⑶依据阴阳离子移动方向:阴离子移向→阳极;阳离子移向→阴极,
⑷依据电子几点流方向:电子流向:电源负极→阴极;阳极→电源正极
电流方向:电源正极→阳极;阴极→电源负极
电解时电极产物推断:
⑴阳极:假设电极为活泼电极,Ag以前的,则电极失电子,被氧化被溶解,Zn-2e-=Zn2+
假设电极为惰性电极,C、Pt、Au、Ti等,则溶液中阴离子失电子,4OH--4e-=2H2O+O2
阴离子放电挨次S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-
⑵阴极:〔.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护〕依据电解质中阳离子活动挨次推断,阳离子得电子挨次—
金属活动挨次表的反表金属活泼性越强,则对应阳离子的放电力量越弱,既得电子力量越弱。
K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<(H+)<Zn2+<Fe2+<Sn2+<Pb2+<Cu2+<Hg2+<Ag+
电解、电离和电镀的区分
电解 电离
条件 受直流电作用 受热或水分子作用阴阳离子定向移动,在阴阳离子自由移动,无明
实质
两极发生氧化复原反响显的化学变化
实例
CuCl ====Cu+Cl
电解
CuCl==Cu +2Clˉ
2
2
2
2+
电镀
受直流电作用
用电解的方法在金属外表镀上一层金属或合金
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
电镀铜、精炼铜比较
电镀铜
精炼铜
形成条件
电极反响溶液变化
镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必需含有镀层金属的离子
阳极Cu-2e-=Cu2+阴极Cu2++2e-=Cu电镀液的浓度不变
粗铜金属作阳极,精铜作阴极,CuSO4溶液作电解液
阳极:Zn-2e-=Zn2+ Cu-2e-=Cu2+等阴极:Cu2++2e-=Cu
溶液中溶质浓度减小
电解方程式的实例〔用惰性电极电解〕:
电解质溶液
阳极反响式
阴极反响式
总反响方程式
〔条件:电解〕
溶液酸碱性变化
CuCl
2
2Cl--2e-=Cl↑
2
Cu2++2e-=Cu
CuCl=Cu+Cl↑
2
2
HCl
2Cl--2e-=Cl↑
2
2H++2e-=H↑
2
2HCl=H↑+Cl↑
2
2
NaSO
2 4
4OH--4e-=2HO+O↑
2
2
2H++2e-=H↑
2
2HO=2H↑+O↑
2
2
2
HSO
2 4
4OH--4e-=2HO+O↑
2
2
2H++2e-=H↑
2
2HO=2H↑+O↑
2
2
2
NaOH
4OH--4e-=2HO+O↑
2
2
2H++2e-=H↑
2
2HO=2H↑+O↑
2
2
2
——
酸性减弱不变
消耗水,酸性增加
消耗水,碱性增加
NaCl
2Cl--2e-=Cl↑
2NaCl+2HO=H↑+Cl↑+
2
2
2
2
2H++2e-=H↑
2
2NaOH
H+放电,碱性增加
CuSO
4OH--4e-=2HO+O↑
2CuSO+2HO=2Cu+
4
2
4
2
2
Cu2++2e-=Cu
O↑+2HSO
OHˉ放电,酸性增加
2
2 4
13,以惰性电极电解电解质溶液的规律:
2 4 2 4
⑴电解水型:电解含氧酸,强碱,活泼金属的含氧酸盐,如稀HSO、NaOH溶液、NaSO溶液:
电解
阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑ 阴极:2H++2e-=H2↑ 总反响:2H2O====2H2↑+O2↑,
溶质不变,PH分别减小、增大、不变。酸、碱、盐的参加增加了溶液导电性,从而加快电解速率〔不是起催化作用〕。
2
⑵电解电解质:无氧酸〔HF除外〕、不活泼金属的无氧酸盐,如CuCl
阳极:2Cl--2e-=Cl2↑ 阴极:Cu2++2e-=Cu 总反响:CuCl2=Cu+Cl2↑
⑶放氢生成碱型:活泼金属的无氧酸盐〔F化物除外〕如NaCl
阳极:2Cl--2e-=Cl2↑ 阴极:2H++2e-=H2↑ 总反响:2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH公式:电解质+H2O→碱+H2↑+非金属
4
⑷放氧省酸型:不活泼金属的含氧酸盐,如CuSO
阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑ 阴极:Cu2++2e-=Cu 总反响:2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4
公式:电解质+H2O→酸+O2↑+金属
解NaCl溶液:2NaCl+2HO=电=解==H
↑+Cl
↑+2NaOH,溶质、溶剂均发生电解反响,PH增大
2 2 2
A、电解饱和食盐水〔***碱工业〕
⑴反响原理
阳极:2Cl--2e-== Cl2↑
电解
阴极:2H++2e-==H2↑总反响:2NaCl+2H2O====
H2↑+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挡阴 图20-1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〕→参加NaOH溶液→参加BaCl2溶液→参加Na2CO3溶液→过滤→参加盐酸→参加离子交换剂(NaR)
②电解生产主要过程〔见图20-1〕:NaCl从阳极区参加,H2O从阴极区参加。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—Na—OH→NaAlO —C—O2→ Al(OH)
—△→ AlO
过滤 2 过滤
3 2 3
⑵原理 阳极 2O2-
—4e-=O2↑
阴极 Al3++3e-=Al
电解
总反响:4Al3++6O2ˉ====4Al+3O2↑
2
⑶设备:电解槽〔阳极C、阴极Fe〕由于阳极材料不断地与生成的氧气反响:C+O2→CO+CO,故需
定时补充。
C、电镀:用电解的方法在金属外表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,电镀液必需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在电镀把握的条件下,水电离出来的H+和OHˉ一般不起反响。⑷电镀液中加氨水或NaCN的缘由: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+。铜前金属先反响但不析出,铜后金属不反响,形成“阳极泥”。