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電化學基礎知識整理 1.原電池原電池是將化學能轉化為電能的裝置1.1 原電池原理、原電池：將化學能轉變成電能的裝置、形成條件：活動性不同的兩電極（連接）；電解質溶液（插入其中并與電極自發(fā)反應）；電極形成閉合電路能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應、電極名稱：負極：較活潑的金屬（電子流出的一極）正極：較不活潑的金屬或能導電的非金屬（電子流入的一極）、電極反應：負極：氧化反應，金屬失電子正極：還原反應，溶液中的陰離子得電子或氧氣得電子（吸氧腐蝕）、電子流向：由負極沿導線流向正極鋅-銅電池，負極-Zn，正極-Cu。負極：Zn-2e=Zn2+，電解質溶液稀硫酸。正極：2H+2e=H2總反應：2H+Zn=H2+Zn2+注意：如果在銅鋅的導線中加一個電流計，電流計指針會發(fā)生偏轉。隨時間的延續(xù)，電流計指針的偏轉角度逐漸減小。鹽橋的作用：鹽橋起到了使整個裝置構成通路的作用例如:銅鋅原電池中用到了鹽橋現象:、檢流計指針偏轉，說明有電流通過。從檢流計指針偏轉的方向可以知道電流的方向是Cu極Zn極。根據電流是從正極流向負極，因此，Zn極為負極，Cu極為正極。而電子流動的方向卻相反，從Zn極Cu極。電子流出的一極為負極，發(fā)生氧化反應；電子流入的一極為正極，發(fā)生還原反應。一般說來，由兩種金屬所構成的原電池中，較活潑的金屬是負極，較不活潑的金屬是正極。其原理正是置換反應，負極金屬逐漸溶解為離子進入溶液。反應一段時間后，稱重表明，Zn棒減輕，Cu棒增重。、取出鹽橋，檢流計指針歸零，重新放入鹽橋，指針又發(fā)生偏轉，說明鹽橋起到了使整個裝置構成通路的作用。鹽橋是裝有飽和KCl瓊脂溶膠的U形管，溶液不致流出來，但離子則可以在其中自由移動。鹽橋是怎樣構成原電池中的電池通路呢？Zn棒失去電子成為Zn2+進入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+過多，帶正電荷。Cu2+獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2+過少，SO42-過多，溶液帶負電荷。當溶液不能保持電中性，將阻止放電作用的繼續(xù)進行。鹽橋的存在，其中Cl-向ZnSO4 溶液遷移，K+向CuSO4 溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶在兩個燒杯中分別放入鋅片和鋅鹽溶液、銅片和銅鹽溶液，將兩個燒杯中的溶液用一個裝滿電解質溶液的鹽橋(如充滿KCl飽和溶液和瓊脂制成的膠凍)連接起來，再用導線將鋅片和銅片聯接，并在導線中串聯一個電流表，就可以觀察到下面的現象：(1)電流表指針發(fā)生偏轉，根據指針偏轉方向，可以判斷出鋅片為負極、銅片為正極.(2)銅片上有銅析出，鋅片則被溶解.(3)取出鹽橋，指針回到零點，說明鹽橋起了溝通電路的作用.2. 化學電源化學電源又稱電池，是一種能將化學能直接轉變成電能的裝置，它通過化學反應，消耗某種化學物質，輸出電能。它包括一次電池、二次電池和燃料電池等幾大類。判斷一種電池的優(yōu)劣或是否符合某種需要，主要看這種電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少（比能量，單位是（Wh）/kg, （Wh）/L）,或者輸出功率的大?。ū裙β?，W/kg,W/L）以及電池的可儲存時間的長短。除特殊情況外，質量輕、體積小而輸出點能多、功率大、可儲存時間長的電池，更適合使用者的需要。（一）一次電池 一次電池的活性物質（發(fā)生氧化還原反應的物質）消耗到一定程度，就不能使用了。一次電池中電解質溶液制成膠狀，不流動，也叫干電池。常用的有普通的鋅錳干電池、堿性鋅錳電池、鋅汞電池、鎂錳干電池等。例如；堿性鋅錳干電池負極： Zn 2OH2eZn（OH）2正極：2MnO2 2H2O 2e2MnOOH 2OH總反應：Zn 2MnO2 2H2O2MnOOH Zn（OH）2補充：銀一鋅電池 電子手表、液晶顯示的計算器或一個小型的助聽器等所需電流是微安或毫安級的，它們所用的電池體積很小，有“紐扣”電池之稱。它們的電極材料是Ag2O和Zn，所以叫銀一鋅電池。電極反應和電池反應是： 負極： Zn2OH2eZn(OH)2正極：Ag2OH2O2e2Ag2OH 總反應： ZnAg2OH2OZn(OH)22Ag 利用上述化學反應也可以制作大電流的電池，它具有質量輕、體積小等優(yōu)點。這類電池已用于宇航、火箭、潛艇等方面。 鋰二氧化錳非水電解質電池 以鋰為負極的非水電解質電池有幾十種，其中性能最好、最有發(fā)展前途的是鋰一二氧化錳非水電解質電池，這種電池以片狀金屬及為負極，電解活性MnO2作正極，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有機溶劑作為電解質溶液，以聚丙烯為隔膜，電極反應為： 負極反應：LiLie 正極反應：MnO2LieLiMnO2 總反應：LiMnO2LiMnO2 該種電池的電動勢為2.69V，重量輕、體積小、電壓高、比能量大，充電1000次后仍能維持其能力的90，貯存性能好，已廣泛用于電子計算機、手機、無線電設備等。 （二）二次電池二次電池又稱充電電池或蓄電池，放電后可以再充電使活性物質獲得再生。這類電池可以多次重復使用。鉛蓄電池是最常見的二次電池，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負極板上覆蓋有Pb，電介質是H2SO4 .鉛蓄電池放電的電極反應如下：負極：Pb（s）SO42（aq）2ePbSO4（s）（氧化反應）正極：PbO2（s）SO42（aq）十4H（aq）2ePbSO4（s）2H2O (l)（還原反應）總反應：Pb（s）PbO2（s）2H2SO4（aq）2PbSO4（s）十2H2O (l)鉛蓄電池充電的反應是上述反應的逆過程：陰極：PbSO4（s）2ePb（s）SO42（aq）（還原反應）陽極：PbSO4（s）2H2O (l) 2ePbO2（s）SO42（aq）十4H（aq）（氧化反應）總反應：2PbSO4（s）十2H2O (l) Pb（s）PbO2（s）2H2SO4（aq）可以把上述反應寫成一個可逆反應方程式：Pb（s）PbO2（s）2H2SO4（aq） 2PbSO4（s）十2H2O (l)（三）燃料電池燃料電池是一種連續(xù)的將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能的化學電池。燃料電池的電極本身不包含活性物質，只是一個催化轉化元件。它工作時，燃料和氧化劑連續(xù)的由外部供給，在電極上不斷的進行反應，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷的提供電能。氫氧燃料電池以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑做電極，使用酸性電解質。它的的工作原理：負極：2H2 4e 4H正極：O2十4H（aq）4e2H2O總反應：2H2十O22H2O以堿性氫氧燃料電池為例，它的燃料極常用多孔性金屬鎳，用它來吸附氫氣?？諝鈽O常用多孔性金屬銀，用它吸附空氣。電解質則由浸有KOH溶液的多孔性塑料制成，其電極反應為： 負極反應：2H24OH4H2O4e 正極反應：O22H2O4e 4OH 總反應：2H2O22H2O 除氫氣以外，烴、肼、甲醇、氨等液體或氣體，均可作燃料電池的燃料；除純氧外，空氣中的氧氣也可以做氧化劑。(3)甲烷燃料電池（KOH做電解質）用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)。電極反應式為：負極：CH410OH8e- 7H2O；正極：4H2O2O28e- 8OH-。電池總反應式為：CH42O22KOHK2CO33H2O知識拓展：海洋電池 1991年，我國首創(chuàng)以鋁空氣海水為能源的新型電池，稱之為海洋電池。它是一種無污染、長效、穩(wěn)定可靠的電源。海洋電池徹底改變了以往海上航標燈兩種供電方式：一是一次性電池，如鋅錳電池、鋅銀電池、鋅空（氣）電池等。這些電池體積大，電能低，價格高。二是先充電后給電的二次性電源，如鉛蓄電池，鎳鎘電池等。這種電池要定期充電，工作量大，費用高。 海洋電池，是以鋁合金為電池負極，金屬（Pt、Fe）網為正極，用取之不盡的海水為電解質溶液，它靠海水中的溶解氧與鋁反應產生電能的。我們知道，海水中只含有0.5%的溶解氧，為獲得這部分氧，科學家把正極制成仿魚鰓的網狀結構，以增大表面積，吸收海水中的微量溶解氧。這些氧在海水電解液作用下與鋁反應，源源不斷地產生電能。兩極反應為： 負極：（Al）：4Al12e4Al3 正極：（Pt或Fe等）：3O26H2O十12e12OH 總反應式：4Al3O2十6H2O4Al(OH)3 海洋電池本身不含電解質溶液和正極活性物質，不放入海洋時，鋁電極就不會在空氣中被氧化，可以長期儲存。用時，把電池放入海水中，便可供電，其能量比干電池高2050倍。 電池設計使用周期可長達一年以上，避免經常交換電池的麻煩。即使更換，也只是換一塊鋁板，鋁板的大小，可根據實際需要而定。 海洋電池沒有怕壓部件，在海洋下任何深度都可以正常了作。海洋電池，以海水為電解質溶液，不存在污染，是海洋用電設施的能源新秀。 3. 電解池（一）電解原理電解質溶液的導電我們知道，金屬導電時，是金屬內部的自由電子發(fā)生的定向移動，而電解質溶液的導電與金屬導電不同。通電前電解質溶液中陰、陽離子在溶液中自由地移動；通電后在電場的作用下，這些自由移動的離子改作定向移動，帶負電荷的陰離子由于靜電作用向陽極移動，帶正電荷的陽離子則向陰極移動。電極名稱：電解池中與直流電源負極相連的電極叫陰極，與直流電源正極相連的電極叫陽極。物質能否導電是由其內部能否形成定向移動的自由電荷所決定的，對金屬就是自由電子，而對電解質溶液就是自由移動的陰陽離子。電解 概念：使電流流過電解質溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫電解。電子流動的方向：電子從外接直流電源的負極流出，經導線到達電解池的陰極，電解池溶液中的陽離子移向陰極，并在陰極獲得電子而被還原，發(fā)生還原反應；與此同時，電解池溶液中的陰離子移向陽極，并在陽極上失去電子（也可能是陽極很活潑而本身失去電子）而被氧化，發(fā)生氧化反應。這樣，電子又從電解池的陽極流出，沿導線而流回外接直流電源的正極。電極反應的類型：陽極反應為氧化反應，陰極反應為還原反應，故而陰極處于被保護的狀態(tài)，而陽極則有可能被腐蝕。電解池與原電池的聯系與區(qū)別 原電池電解池電極正極、負極陰極、陽極電極確定由電極材料本身的相對活潑性決定，較活潑的是負極，較不活潑的是正極由外接直流電源的正、負極決定，與負極相連的是陰極，與正極相連的是陽極電極反應負極發(fā)生氧化反應正極發(fā)生還原反應陰極發(fā)生還原反應陽極發(fā)生氧化反應電子流向電子由負極經導線流入正極電子從電源負極流入陰極再由陽極流回電源正極能量轉變化學能轉變?yōu)殡娊怆娔苻D變?yōu)榛瘜W能反應自發(fā)性能自發(fā)進行的氧化還原反應反應一般不能夠自發(fā)進行，需電解條件舉例Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4CuCl2 Cu+Cl2裝置特點無外接直流電源有外接直流電源相似之處均能發(fā)生氧化還原反應，且同一裝置中兩個電極在反應過程中轉移電子總數相等。重點出擊：原電池與電解池的判斷判斷下圖是原電池、電解池還是電鍍池，為什么？（2）延伸有人設計以Pt和Zn為電極材料，埋入人體內作為某種心臟病人的心臟起搏的能源。它依靠人體內含有一定濃度的溶解氧進行工作，下列各種敘述中錯誤的是（ ）A: Pt是正極B: 負極反應：C: 正極反應：D 正極反應：小結與反思：原電池、電解池、電鍍池判定規(guī)律：若無外接電源，可能是原電池，然后依據原電池的形成條件分析判定；若有外接電源，兩極插入電解質溶液中，則可能是電解池或電鍍池。當陽極金屬與電解質溶液中的金屬陽離子相同則為電鍍池，其余情況為電解池。4實驗分析：電解CuCl2溶液（1）電極材料陰極可用惰性電極，甚至較活潑的金屬，但陽極需使用惰性電極，否則會發(fā)生氧化反應而溶解。（2）惰性電極一般指金、鉑、石墨電極，銀、銅等均是活性電極。（3）實驗現象：通電后，電流表指針發(fā)生偏轉，陰極石墨棒上析出一層紅色固體，陽極表面有氣泡放出，可聞到刺激性氣味。（4）淀粉碘化鉀試紙的作用：檢驗陽極產物是否為Cl2。使用時應先潤濕并纏于玻棒端或用鑷子夾持，作用時間不宜太久，否則變藍后會被Cl2漂白。（二）、電解的應用I電解飽和食鹽水反應原理1實驗分析：電解飽和食鹽水在U型管里裝入飽和食鹽水，滴入幾滴酚酞試液，用碳棒作陽極、鐵棒作陰極，將濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在陽極附近，接通電源，觀察管內發(fā)生的現象及試紙顏色的變化。注意：鐵棒不可作陽極，否則發(fā)生Fe2e=Fe2+； 碘化鉀淀粉試紙需事先用水潤濕。現象：陰、陽兩極均有氣體放出，陽極氣體有刺激性氣味，能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{；陰極區(qū)域溶液變紅。說明陰極區(qū)域生成物為堿性物質與H2，陽極產物是Cl2。2電解飽和食鹽水反應原理飽和食鹽水成分：溶液存在Na+、Cl、H+、OH四種離子。電極反應式：陰極：2H+2e=H2（還原反應）； 陽極：2Cl2e=Cl2（氧化反應）。實驗現象解釋：（1）陰極區(qū)域變紅原因：由于H+被消耗，使得陰極區(qū)域OH離子濃度增大（實際上是破壞了附近水的電離平衡，由于KW為定值，c(H+)因電極反應而降低，導致c(OH)增大，使酚酞試液變紅）。（2）濕潤的碘化鉀淀粉試紙變藍原因：氯氣可以置換出碘化鉀中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2使淀粉變藍。注意：如果試紙被熏蒸的太久，藍色會因為濕氯氣的漂白作用而褪去。電解飽和食鹽水的總反應式： 該電解反應屬于放氫生堿型，電解質與水均參與電解反應，類似的還有K2S、MgBr2等。II、銅的電解精煉1原理：電解時，用粗銅板作陽極，與直流電源的正極相連；用純銅板作陰極，與電源的負極相連，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作電解液。CuSO4溶液中主要有Cu2+、 、H+、OH，通電后H+和Cu2+移向陰極，并在陰極發(fā)生Cu2+2e=Cu，OH和移向陽極，但陽極因為是活性電極故而陰離子并不放電，主要為陽極（活潑及較活潑金屬）發(fā)生氧化反應而溶解，陽極反應：Cu2e=Cu2+。電解過程中，比銅活潑的Zn、Fe、Ni等金屬雜質，在銅溶解的同時也會失電子形成金屬陽離子而溶解，此時陰極仍發(fā)生Cu2+2e=Cu，這會導致電解液濃度不發(fā)生變化；Ag、Au不如Cu易失電子，Cu溶解時它們以陽極泥沉積下來可供提煉Au、Ag等貴金屬。該過程實現了提純銅的目的。離子在電極上得失電子的能力與離子的性質、溶液的濃度、電流的大小、電極的材料等都有關系。中學階段我們一般只討論電極材料的性質、離子的氧化性強弱和還原性強弱對它們得失電子能力的影響2電極反應中得失電子的規(guī)律（1）陽極上失電子的規(guī)律應首先看電極材料是惰性電極，還是活性電極，如是惰性電極，則由溶液中的陰離子失去電子，陰離子的還原性越強越易失電子，陰離子的放電順序為：S2-IBrClOH含氧酸根離子；如是活性電極，則這些金屬首先失去電子進入溶液，此時溶液中其他離子不再失電子。（2）陰極上得電子的規(guī)律陰極上只能由溶液中陽離子獲得電子，陽離子氧化性越強越易得電子，陽離子放電順序一般為：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+H+(鹽溶液)（3）變價的金屬 Fe在作陽極發(fā)生氧化反應時電極反應為：Fe2e=Fe2+III、電解冶煉鋁工業(yè)上，用純凈的氧化鋁為原料，采用電解的方法制取鋁。純凈的氧化鋁熔點很高（2045），很難熔化，現在都用熔化的冰晶石（Na3AlF6）作熔劑，使氧化鋁在1000左右溶解在液態(tài)的冰晶石里，成為冰晶石和氧化鋁的熔融體，然后進行電解。電極反應式：陰極： 4Al3+12e-4Al陽極： 6O212e-3O2總反應式：2Al2O3 4Al3O2 (只能電解Al2O3，不能是AlCl3)在冶煉鋁時，陽極產生氧氣，石墨陽極在如此高溫條件下，將不斷被氧氣氧化而消耗，因而需不斷補充石墨陽極。（三）、電鍍銅1原理：電鍍時，一般都是用含鍍層金屬離子的電解質溶液為電鍍液；把待鍍金屬制成品浸入電鍍液中與直流電源的負極相連，作為陰極，而用鍍層金屬為陽極，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，并在陰極上被還原成金屬析出。電鍍銅規(guī)律可概括為“陽極溶解，陰極沉積，電解液不變”。工業(yè)上電鍍常使用有毒電鍍液，因此電鍍廢水應回收有用物質、降低有害物質含量后，達標排放，以防污染環(huán)境。2實驗分析：電鍍銅實驗（1）待鍍件需酸洗去除表面的銹。 （2）電鍍液CuSO4中加氨水制成銅氨溶液以降低Cu2+濃度使鍍層光亮。（四）、電解質溶液電解時（均為惰性電極），pH變化情況，電解液復原所需加入物質及電解類型。1、（1）分解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解。陰極：4H+4e=2H2陽極：4OH4e=O2+2H2O總反應：2H2O 2H2+O2陰極產物：H2；陽極產物：O2。電解質溶液復原加入物質：H2O。pH變化情況：原來酸性的溶液pH變小，原來堿性的溶液pH變大，強酸（含氧酸）強堿的正鹽溶液pH不變。（2）分解電解型：無氧酸（除HF外）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）的電解，如HCl、CuCl2等。陰極：Cu2+2e=Cu陽極：2Cl2e=Cl2總反應：CuCl2 Cu+Cl2陰極產物：酸為H2，鹽為金屬；陽極產物：鹵素等非金屬單質。電解液復原加入物質為原溶質，如電解CuCl2溶液，需加CuCl2。pH變化情況：如電解無氧酸溶液pH變大但不會超過7；如為鹽溶液的電解則視無氧酸根的情況而定。（3）放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解，如NaCl、MgBr2等。陰極：2H+2e=H2陽極：2Cl2e=Cl2總反應：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2陰極產物：堿和H2；陽極產物：鹵素等非金屬單質。電解飽和食鹽水的產物分別為NaOH和H2以及Cl2。電解液復原加入物質為鹵化氫。電解飽和食鹽水，要使電解質溶液復原需加入HCl。pH變化情況：電解液pH顯著變大（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，如CuSO4、AgNO3等。陰極：2Cu2+4e=Cu陽極：4OH4e=O2+2H2O總反應：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4陰極產物：析出不活潑金屬單質；陽極產物是該鹽對應的含氧酸和氧氣，本例中分別是Cu以及H2SO4、O2.電解液復原加入物質為不活潑金屬的氧化物（金屬價態(tài)與原鹽中相同）。如電解CuSO4溶液，復原需加入CuO。pH變化情況：溶液pH顯著變小。電解反應類型電解質類型規(guī) 律 例PH變化溶液復原法電解水含氧酸實質電解水- H2 + O2 電解稀H2SO4 降低加 H2O強堿溶液實質電解水- H2 + O2電解NaOH溶液 升高加 H2O活潑金屬含氧酸鹽實質電解水- H2 + O2 電解Na2SO4溶液 不變加 H2O電解質分解無氧酸酸- H2 + 非金屬2HCl=H2 + Cl2升高加 HCl不活潑金屬無氧酸鹽鹽- 金屬 + 非金屬CuCl2 = Cu + Cl2-加 CuCl2放氧生酸不活潑金屬含氧酸鹽鹽+ 水- 金屬+O2+酸2CuSO4 +2H2O = 2Cu+O2+2H2SO4 降低加 CuO（CuCO3）放氫生堿活潑金屬無氧酸鹽鹽+水- H2 +非金屬+堿2KCl + 2H2O = H2+Cl2+2KOH升高加 HCl 判斷電極反應：練習：電解液中含有K+、Cl 、SO42、OH （少量）、Cu2+、H+（少量），用兩個石墨棒作電極，電解時，陽極上析出_,電極反應式是_；陰極析出_,電極反應式是_。改用兩個銅棒作電極，則陽極變化是_，電極反應式是_；陰極上析出_,電極反應式是_。小結與反思：關鍵是放電順序：陽極：（活性電極）S2- I- Br- Cl-OH - 含氧酸根F-陰極：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+ Fe2+ Zn2+ H+ Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+4、金屬的電化學腐蝕與防護（一)、金屬腐蝕的類型：1、化學腐蝕：金屬與接觸到的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。例如鐵絲在氧氣中燃燒、銅在氯氣中燃燒等。2、電化學腐蝕：不純金屬與電解質溶液接觸時比較活潑的金屬失電子而被氧化的腐蝕。（二）、金屬的電化學腐蝕：金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。不純的金屬跟電解質溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。鋼鐵在潮濕的空氣中所發(fā)生的腐蝕是電化學腐蝕最突出的例子。金屬腐蝕的本質：（2）金屬腐蝕的本質：Mne=Mn+（三）、鋼鐵的電化學腐蝕(1)析氫腐蝕(鋼鐵表面吸附水膜酸性較強時)陽極(Fe)：Fe-2e-=Fe2+Fe2+2H2O=Fe(OH)22H+陰極(雜質)：2H+2e-=H2 電池反應：Fe2H2O=Fe(OH)2H2由于有氫氣放出，所以稱之為析氫腐蝕。(2)吸氧腐蝕(鋼鐵表面吸附水膜酸性較弱時)陽極(Fe)：Fe2e-=Fe2+陰極：O22H2O4e-=4OH-總反應：2FeO22H2O=2Fe(OH)2由于吸收氧氣，所以也叫吸氧腐蝕。析氫腐蝕與吸氧腐蝕生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脫水生成Fe2O3 鐵銹。鋼鐵制品在大氣中的腐蝕主要是吸氧腐蝕。Fe2H2O=Fe(OH)2H2 O22H2O4e-4OH- 2FeO22H2O=2Fe(OH)2 2H+2e-H2析氫腐蝕主要發(fā)生在強酸性環(huán)境中，而吸氧腐蝕發(fā)生在弱酸性或中性環(huán)境中?；瘜W腐蝕和電化學腐蝕的區(qū)別和聯系：化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與氧化劑直接接觸不純金屬或合金與電解質溶液接觸現象無電流產生有微弱電流產生本質金屬被氧化的過程較活潑金屬被氧化的過程相互聯系化學腐蝕和電化學腐蝕往往同時發(fā)生（四）、金屬的防護1、犧牲陽極的陰極保護法正極：要保護的金屬 負極：比要保護金屬活潑的金屬2、外加電流的陰極保護法（比組成原電池防護更好）陰極：被保護的金屬 陽極：惰性電極 兩者均存在于電解質溶液中接上外接直流電源。3、覆蓋保護膜及其他保護方法覆蓋保護膜（涂油漆，電鍍，鈍化等）改變金屬的內部結構（鋼不銹鋼，在鋼中加入鎳和鉻）習題指導1 解題步驟方法 判斷兩池(原電池還是電解池)標注電極名稱寫出電極反應式(根據電極產物、溶液成分變化)描述或解釋現象或進行有關計算。練1-01 把鋅片和鐵片放在盛有稀食鹽水和酚酞試液混合溶液的玻璃皿中（如圖所示平面圖），經過一段時間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是（ B ）A、和附近 B、和附近C、和附近 D、和附近解析 判兩池：通常有外接電源的裝置是電解池,故左圖為電解池,根據右圖為兩個活性不同金屬浸在電解質溶液中可判斷為原電池；標電極名：左圖由外接電源極性可知 I為陰極，II為陽極；右圖因Zn比Fe活潑，故III為負極，IV為正極。寫電極反應：左圖中,陽極II：金屬Fe優(yōu)先氧化 Fe-2e-=Fe2+；陰極I：水中氫放電：2H+2e-=H2 ；現象及解釋：因I區(qū)OH-增生，堿性，使酚酞變紅。又右圖，正極（IV）上電極反應：O2+4e-+2H2O = 4OH- （吸氧腐蝕），該區(qū)域呈堿性使酚酞變紅，B入選。 1-02 如圖 甲乙兩池分別以碳棒、鉑條、鋁條、鎂條為電極，并用導線相連接，以NaCl、NaOH溶液為電解溶液，有關該裝置的描述正確的是 ( D )A. 乙池中,Mg極的電極反應是 Mg-2e-=Mg2+ B. 甲池中,Pt極的電極反應是 2Cl2e-=Cl2 C. 隨著反應的進行.乙池中 n(NaOH)保持不變D. 反應過程中,甲池中兩極附近溶液 PH( C )PH(Pt)解析 先判兩池,乙為原電池，甲為電解池。乙池中，因為在NaOH溶液中Al比Mg易失電子，故Al為原電池的負極，其電極反應式為： Al-3e-+4OH- = =AlO2-+2H2O ；Mg為正極，其電極反應式為：3H2O+3e-=1.5H2+3OH- 。甲池中,Pt電極為陰極: 2H+ +2e- =H2, 碳棒(C)電極為陽極 2Cl- -2e- =Cl2,電解后溶液為 NaOH 溶液。練1-03如圖A、B為兩個串聯的電解池，已知B池中c為鐵，d為石墨，電解質溶液為NaCl溶液。試回答：（1）若A池為用電解原理精練銅裝置，則a電極名稱為 陰 極，電極材料是 精銅 ，電極反應式為 Cu2+2e-=Cu ，電解質溶液可以是 CuSO4溶液 。（2）B池中c極(Fe)電極反應式為 2H+2e-=H2 （2H2O+2e-=H2 +2OH-） ，若在B池中加入少量酚酞試液，開始電解一段時間，鐵極附近呈 紅 色。（3）若A池a極增重12.8g,則B池d極(石墨)上放出氣體在標況下的體積為 4.48L 。電解后,若B池余下的溶液為 400ml,則溶液的PH值是 14 。練4-04 金屬鎳有廣泛的的用途。粗鎳中含有少量的 Fe、Zn、Cu、Pt等金屬雜質，可電解法制備高純度原鎳（已知： 氧化性：Fe2+Ni2+Fe2+Zn2+ ,所以只有 Ni2+2e-=Ni ,可見，陽極質量減少的是“溶解”下的Zn、Fe、Ni，而陰極質量增加的只是析出的鎳，兩者質量是不相等的，故 B 錯。;電解后,溶液中除留下 Fe2+、Zn2+ 外，還有 Ni2+ ，C 也錯。 練1-05 鉛蓄電池是典型的可充型電池，它的正負極格板是惰性 材料，電池總反應式為：Pb+PbO2+4H+2SO2-42PbSO4+2H2O請回答下列問題（不考慮氫、氧的氧化還原）:(1) 放電時：正極的電極反應式是_;電解液中H2SO4的濃度將變_;當外電路通過1 mol電子時，理論上負極板的質量增加_g。(2) 在完全放電耗盡PbO2和Pb時，若按題27圖連接，電解一段時間后，則在A電極上生成_、B電極上生成_,此時鉛蓄電池的正負極的極性將_。解析：鉛蓄電池的負極是鉛（Pb），正極是二氧化鉛（PbO2）。放電時電極反應：正極 A-（PbO2） PbO2 + 2e- + 2H+ SO42- = PbSO4+ H2O （與常見電池不同，鉛蓄電池放電時正極材料（PbO2）本身參與了電極反應負極 B-（Pb） Pb - 2e- + 2H+ SO42- = PbSO4+ H2O 可見，當通過2mole-時，負極1molPb變?yōu)?mol PbSO4沉積在負極板上，既凈增加1molSO4，所以當外電路通過1 mol電子時，理論上負極板的質量增加 49g。因放電時要消耗H2SO4，故;電解液中H2SO4的濃度將變小。完全放電后兩極材料都有變?yōu)榱蛩徙U（PbSO4），外接電源時，發(fā)生電解過程，電極反應如下：陰極A-（PbSO4） PbSO4 + 2e-+ = Pb + SO42- ，A 電極上生成 Pb陽極B-（PbSO4） PbSO4 - 2e-+ 2H2O = PbO2 + + 4H+ SO42-，B 電極上生成 PbO2此時鉛蓄電池的正負極的極性將 對換。2、電極名稱判斷法根據兩極金屬相對活性判定原電池的電極名稱，根據X極所連接在的外接電源極性(“+”或“-”)判定電解池的電極名稱；根據電子（或電流）流向或測電極電勢高低等電學原理判斷電極名稱；此外根據X極發(fā)生氧化還是還原,移向X極的離子是陽離子還是陰離子,X極增重還是減重,X極區(qū)PH值是升高還是降低等判定X電極的名稱。但要注意X極指的是在原電池還是電解池。說明：化學上規(guī)定，凡發(fā)生氧化變化的電極均為陽極，而發(fā)生還原的電極均為陰極。據此，從發(fā)生的化學變化角度看，原電池中的負極（-）又叫陽極，正極（+）又叫陰極。x y a b 乙溶液練1-06 x，y 分別為直流電源的兩極，通電后，發(fā)現a極質量加，b極處有無色無味氣體放出，符合此情況的是：( A )備選項 a 電極 B 電極 x 電極溶液A 鋅（Zn）石墨（C）負CuSO4B 石墨（C）石墨（C）負NaOHC 銀（Ag）鐵（Fe）正AgNO3D 銅（Cu）石墨（C）負CuCl23、電極反應式寫法電解池電極反應式寫法要領 陽極，首先看為何材料，若為金屬（除Au、Pt外），則陽極金屬本身優(yōu)先被氧化，此時不必考慮溶液中陰離子放電；若陽極為惰性材料，則分析溶液中陰離子及放電順序，還原性強者優(yōu)先在陽極失電子發(fā)生氧化反應。陰極，不必考慮電極為何材料，只要看溶液中有何離子及其放電順序，氧化性強者優(yōu)先得電子發(fā)生被還原反應。 原電池電極反應式寫法要領 負極發(fā)生失電子的氧化反應，正極發(fā)生得電子的還原反應，兩電極轉移的電子數要相等；負極和正極兩電極反應式相加則得到原電池的總反應式；若溶液中OH-有參與電極反應必發(fā)生在負極。若結果H+有增加，酸性增強，PH降低，必在負極區(qū)；若溶液中H+有參與電極反應必發(fā)生在正極;若結果OH-有增加，堿性增強，PH升高，必在正極區(qū)。練1-07 以鉑為電極，在兩極上分別通入 H2 和 O2 ，可組成氫氧燃燒電池。分別寫出以硫酸為電解質和KOH為電解質溶液中的有關電極反應式。 解析 由于 H2具有強還原性，O2具有強氧化性，故H2為負極 ，O2 為正極。若電解質為 H2SO4 電極反應式： 負極 (Pt-H2) 2H2 4e- = 4H+ 正極 (Pt-O2) O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O 因溶液有高濃度 H+，正極O2的還原產物只能是H2O，不可能為OH-。 若電解質為 KOH 電極反應式： 負極 (Pt-H2) 2H2 4e- + 4OH- = 4H2O 正極 (Pt-O2) O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 因溶液有高濃度OH- ，故 H2 氧化產物 H+將在負極上與OH-結合為H2O，而正極上O2的還原產物 O2- 不能在溶液中存在，而是與H2O反應轉化為 OH-。氫氧燃燒電池總反應方程式 ： 2H2 + O2 = 2H2O 練4-08 將兩塊鉑片連接后插入 KOH 溶液中作電極，并在兩極片上分別通入甲烷和氧氣從而組成了堿性燃燒電池，試寫出有關電極反應式，并說明溶液PH變動情況。解析 負極(Pt-CH4): CH4 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O 正極(Pt- O2): 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH- 電池總反應: CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O (將兩電極反應式相加即得總反應式)聯想到甲烷的燃燒的氧化產物是CO2 ,而在KOH溶液中不可能存在CO2 ,CO2會與KOH作用生成 K2CO3 和 H2O ,因此有如上負極反應式?？梢?，電極上放電反應后的產物還?？赡芘c電解質溶液發(fā)生離子反應。 該電池工作時，負極區(qū)由于OH-參與電極反應而減少，故該區(qū)PH呈降低態(tài)勢；正極有OH-生成,故該區(qū)PH呈升高態(tài)勢。但負極消耗的OH-比正極生成的多，所以總的結果是溶液OH-減少，PH值要降低。練1-09 熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混和物作電解質，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混和氣為正極助燃氣，制得在650下工作的燃料電池。完成有關的電池反應式：負極反應式：2CO+2CO32-4e 4CO2正極反應式：O2+2CO2+4e=2CO32- 總電池反應式： 2CO+O2=2CO 解析從通常原電池的電解質溶液，一下過渡到熔融鹽，不少人無法適應。其實，我們只要從最基本的一點燃料電池分析，其總電池反應式應為：2CO+O2=2CO2，然后逆向思考，正極反應式 = 總反應式減去負極反應式，就可得出結果： O2+2CO2+4e=2CO32-。通過電池總反應式寫電極反應式不失為一種簡便方法。練1-10 高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應為放電充電 3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH下列敘述不正確的是 （C） A放電時負極反應為：3Zn6e +6OH= 3Zn(OH)2B充電時陽極反應為：2Fe(OH)36e+ 10 OH=2 FeO42+ 8H2OC放電時每轉移3 mol電子，正極有1mol K2FeO4被氧化D放電時正極附近溶液的堿性增強解析 放電是原電池原理，正極反應為2FeO42+6e+8 H2O=2Fe(OH)3+10OH，放電時每轉移3 mol電子，正極有1mol K2FeO4被還原，同時正極附近溶液的堿性增強；負極反應3Zn6e +6OH= 3Zn(OH)2；充電是電解原理，陽極反應為2Fe(OH)36e+ 10 OH=2 FeO42+ 8H2O 陰極反應為3Zn(OH)2+6e=3Zn+6OH4 金屬腐蝕速率快慢比較法練1-11下列各裝置中都盛有0.1mol/L的NaCl溶液，放置一定時間后，裝置中的四塊相同鋅片，腐蝕速度由快到慢的正確順序是（D）A. B. C. D. 解析為電解過程，Zn為陽極，優(yōu)先失電子氧化，故腐蝕速度最快；也是電解過程，但Zn為陰極，外接電源負極流出的電子有效地抑制住了Zn失電子的可能，故腐蝕最慢；是原電池，Zn為負極，發(fā)生電化腐蝕，電化腐蝕比直接的化學腐蝕速度快；中阻斷了氧化性物質空氣中氧與Zn的接觸，也不易腐蝕。 5 判斷金屬活動性順序練1-12 將a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩連接組成原電池。若a、b連接時a為負極；c、d連接時，電流由d到c；a、c連接時，c極上產生大量氣泡；b、d連接時，b上有大量氣泡產生。則四種金屬的活動性由強到弱的順序是 ( B )Aabcd Bacdb C. cabd D. bdca 解析由原電池原理知，作負極的金屬活動性比正極金屬強；電子是由正極流向負極，而電流恰好相反；在酸性介質中正極產生氫氣。據此可得四種金屬的活動性：ab、 cd、ac、db 綜合得acdb 6 電化學計算法(1)有關電化學計算思路有二根據總的化學方程式的化學計量數關系列比例求解；根據串聯電路中各電極上轉移的電子數相等布列代數方程式求解。（轉移的電子數=任一電極上析出物質的物質的量（mol）每析出1mol該物質轉移的電子數）(2)水中H+ 或 OH- 放電有關量的關系式： 消耗 1H+ -得 1e- -放出 1/2 H2 -增生 1OH- 消耗1OH- -失 1e- -放出 1/4 O2 -增生 1 H+利用上式關系可方便進行有關放電電量、電極產物及溶液 H+ 量或PH的計算。(1) 一個電子的電量=1.610-19庫侖1mole- 電量=1.610-19 6.021023庫侖電荷Q(庫侖)=電流I(安) 時間t(秒)練1-13 用惰性電極和串聯電路電解下列物質的水溶液:(1)HCl (2)NaNO3 (3)CuCl2(4)AgNO3 在相同時間里理論上生成氣體總體積(標)之比依次是 V(1):V(2):V(3):V(4)= 4:3:2:1解析 設各電極上轉移的電量為 4e- ,則(1):陰極-2H2 ,陽極-2Cl2,共 4;(2):陰極-2H2 ,陽極-1O2,共 3;(3):陽極- 2Cl2 ;(4):陽極-1O2 故V(1):V(2):V(3):V(4)=4:3:2:1練1-14 用兩支惰性電極插入 500 ml的硝酸銀溶液中,通電電解. 當電解質溶液的PH值從 6.0 到 3.0 時, (設電解時陰極沒有氫氣放出,且電解質溶液在電解前后體積變化可以忽略不計),電極上應析出銀的質量為 ( B )A. 27 mg B. 54 mg C. 108 mg D. 216 mg解析 電解后溶液 c(H+) 增加: 10-3-10-610-3(mol/L),增生n(H+)=10-3mol/L0.5L=0.510-3mol,根據 產生1molH+有1mole-轉移,陽離子Ag+在陰極上失去的電子也是0.510-3mol,由陰極上 Ag+e-=Ag , 可得析出 m(Ag)=108g/mol0.510-3mol=5410-3g .即 B練1-15 燒杯中盛放濃度均為 0.10 mol/L 氯化鈉和硝酸銅的混合溶液,現將該溶液以惰性電極電解,當銅離子全部在陰極下轉為金屬銅時,溶液的p值為 ( B )A. 7.00 B. 1.00 C. 0.7 D. 1.30解析 設溶液為1L。因流入陰極的電子為0.1mol/L1L2=0.2mol，則陽極流出的電子也等于0.2mol。在陽極上可能放電的有Cl- 和水中電離出的 OH- ,Cl-比OH-易失電子,0.1molCl_優(yōu)先放電失去0.1mole-之后，另外的0.1mole- 為OH_放電: 0.1OH- 0.1e-=0.25O2 + 0.5H2O ,此時消耗了0.1mol OH,溶液增生了0.1molH+ ,即 c(H+)=0.1mol/L,PH=1，選B。練1-16 25時，將兩個鉑電極插入一定質量的硫酸鈉飽和溶液中進行電解。通電一段時間后，陰極上逸出a mol氣