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电化学复****br/>(一)原电池
一、原电池
装置特点:化学能转化为电能。
形成条件:
①、2个活泼性不同的电极,一般情况下,较活泼者作负极,较不活泼者作正极;
②、电解质溶液(一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应);
③、形成闭合回路(或在溶液中接触)
基本概念:
负极:用还原性较强的物质作负极,负极失电子;发生氧化反应。
正极:用氧化性较强的物质正极,正极得电子,发生还原反应。
反应原理:铜锌原电池(Cu—Zn)
(-):Zn-2e-=Zn2+
(+):2H++2e-=2H2↑
电解质溶液(如在(NH4)2SO4中)
负极(锌)Zn-2e-=Zn2+
正极(石墨)2NH4++2e-=2NH3+H2↑
二、常见的几种电池
普通锌—锰(Zn—Mn)干电池:
总反应:Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2↑
电解质溶液:糊状的NH4Cl
②、铅蓄电池
正极:PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O
负极:Pb+SO42--2e-=PbSO4
总反应:PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
电解液:H2SO4
③、银—锌纽扣电池
正极:Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
负极:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
总反应:Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2
④、镍—镉电池
正极:2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-
负极:Cd+2OH--2e-=Cd(OH)2
总反应:2NiO(OH)+2H2O+Cd=2Ni(OH)2+Cd(OH)2
三、特殊的原电池
①、Al与Mg组成的原电池(溶质为NaOH)
特殊:Mg的活泼性强于Al却作正极
正极:2H2O+2e-=2H2↑+2OH-
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负极:Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O
总反应:2Al+2OH-+2H2O=3H2↑+2AlO2-
②、Fe与Cu组成的原电池
特殊:Fe的活泼性强于Cu却作正极
正极:NO3-+2H++e-=NO2↑+H2O
负极:Cu-2e-=Cu2+
总反应:Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O
四、燃料电池与普通电池的区别:
①、不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内,而是工作时不断从外界输入,同时电极反应产物不断排出电池。
②、原料:除氢气和氧气外,也可以是CH4、煤气、燃料、空气、***气等氧化剂。
如:
氢氧燃料电池:
负极:2H2+2OH--4e-=4H2O
正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应:O2+2H2=2H2O
五、金属腐蚀
概述:金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
腐蚀的本质:M-ne-→Mn+(氧化反应)
分类:①化学腐蚀(金属与接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀)
②电化腐蚀(形成原电池,活泼金属被腐蚀)
如钢铁的腐蚀:
吸氧腐蚀:负极(Fe):Fe-2e-=Fe2+
正极(C):O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应:2Fe+O2+2H2O=Fe(OH)2
后继反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O
:负极(Fe):Fe-2e-=Fe2+
正极(C):2H++2e-=H2↑
总反应:Fe+2H+=Fe2++H2↑
金属的防护:①、改变金属的内部组织结构;
②、在金属表面覆盖保护层;
③、电化学保护法(牺牲阳极的阴极保护法)
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(二)电解池
一、电解池
定义: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。
装置特点:电能转化为化学能。
形成条件:①、与电源相连的两个电极;
②、电解质溶液(或熔化的电解质)
③、形成闭合回路。
概念:阳极:与直流电源正极相连的叫阳极,发生氧化反应
阴极:与直流电源负极相连的叫阴极,发生还原反应
电极:①、活性:Cu、Ag…
②、惰性:C、Pt、Au
原理:还原性或氧化性强先放电(发生氧化还原反应)
离子放电顺序:
阳极:阴离子还原性:活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->SO42-(含氧酸根)>F-
阴极:阳离子氧化性:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸中)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水中)>Al3+>Mg2+>Na+(aq中不放电)
反应原理:①、若阳极为活性电极
阳极:M-ne-=M-
阴极:考虑溶液中移向阴极的阳离子的放点顺序(参见上页)
②、若阳极为惰性电极
只须考虑溶液中阴阳离子的放电顺序
二、常见的易考电解方程式:
①、电解HNO3
阳:2H2O-4e-=4H++O2↑
阴:4H++4e-=2H2↑
总反应:2H2O=2H2↑+O2↑
②、电解NaCl
阳:2Cl--2e-=Cl2↑
阴:2H++2e-=H2↑或H2O+2e-=H2↑+OH-
总反应:2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-
、电解CuSO4
阳:2H2O-4e-=4H++O2↑
阴:Cu2++2e-=Cu
总反应:2Cu2++2H2O=O2↑+2Cu+4H+
三、电解原理的应用
(A)电解精炼铜
总反应:2CuSO4+2H2O=2Cu+2H2SO4+O2↑
装置
粗铜板作阳极,与直流电源正极相连;
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纯铜作阴极,与直流电源负极相连;
CuSO4(加一定量H2SO4)作电解液。
原理:
阴极:Cu2++2e-=Cu
阳极:Cu-2e-=Cu2+
Zn-2e-=Zn2+
Ni-2e-=Ni2+
Fe-2e-=Fe2+
阳极泥:含Ag、Au等贵重金属;
电解液:溶液中CuSO4浓度基本不变
注意点:流过阴阳极的电子数目虽相同,但阳极上溶解的Cu的量不等于阴极上析出的Cu
(B)电镀工业
①、概念:利用电解原理在某些金属的表面镀上薄层其它金属或合金的过程。
②、方法:待镀金属作阴极;
镀层金属作阳极;
电镀:含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。
原理:阳极:Cu-2e-=Cu2+;
阴极:Cu2++2e-=Cu
电镀液:CuSO4
(C)***碱工业(电解饱和NaCl)
现象:①、阳极有刺激性气体产生,能使湿润的淀粉KI变蓝(Cl2);
②、阴极上有气泡(H2),阴极区附近溶液变红(加入了酚酞生成NaOH)
原理:阴极:2H++2e-=H2↑(还原反应)
阳极:2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应)
总反应:2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑
装置:a为阳极,b为阴极
使用阳离子交换膜的原因:
防止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸
防止阴极产生的NaOH与Cl2反应
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