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1、 原電池及電解池原電池的構(gòu)成條件1、活潑性不同的兩電極2、電解質(zhì)溶液3、形成閉合回路(導(dǎo)線連接或直接接觸且電極插入電解質(zhì)溶液4、自發(fā)的氧化還原反應(yīng)(本質(zhì)條件)原電池的工作原理:正極反應(yīng):得到電子 (還原反應(yīng))負(fù)極反應(yīng):失去電子 (氧化反應(yīng))總反應(yīng):正極反應(yīng)+負(fù)極反應(yīng)如何書(shū)寫復(fù)雜反應(yīng)的電極反應(yīng)式? 較繁電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-簡(jiǎn)單電極反應(yīng)式燃料電池正極反應(yīng)式的書(shū)寫因?yàn)槿剂想姵卣龢O反應(yīng)物一律是氧氣,正極都是氧化劑氧氣得到電子的還原反應(yīng),所以可先寫出正極反應(yīng)式,正極反應(yīng)的本質(zhì)都是O2得電子生成O2-離子,故正極反應(yīng)式的基礎(chǔ)都是O24e-=2O2-。正極產(chǎn)生O2-離子的存在形式與燃料電池的電解質(zhì)的狀態(tài)和
2、電解質(zhì)溶液的酸堿性有著密切的關(guān)系。這是非常重要的一步?,F(xiàn)將與電解質(zhì)有關(guān)的五種情況歸納如下。電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液(如稀硫酸)在酸性環(huán)境中,O2-離子不能單獨(dú)存在,可供O2-離子結(jié)合的微粒有H+離子和H2O,O2-離子優(yōu)先結(jié)合H+離子生成H2O。這樣,在酸性電解質(zhì)溶液中,正極反應(yīng)式為O24H+4e-=2H2O。電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液(如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液)在中性或堿性環(huán)境中,O2-離子也不能單獨(dú)存在,O2-離子只能結(jié)合H2O生成OH-離子,故在中性或堿性電解質(zhì)溶液中,正極反應(yīng)式為O22H2O +4e-=4OH-。電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽(如LiCO3和Na2CO3熔融鹽混和物)在熔融的碳
3、酸鹽環(huán)境中,O2-離子也不能單獨(dú)存在, O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子,則其正極反應(yīng)式為O22CO2 +4e-=2CO32-。電解質(zhì)為固體電解質(zhì)(如固體氧化鋯氧化釔)該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2-離子在其間通過(guò),故其正極反應(yīng)式應(yīng)為O24e-=2O2-。綜上所述,燃料電池正極反應(yīng)式本質(zhì)都是O24e-=2O2-,在不同電解質(zhì)環(huán)境中,其正極反應(yīng)式的書(shū)寫形式有所不同。因此在書(shū)寫正極反應(yīng)式時(shí),要特別注意所給電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性。例1科學(xué)家預(yù)言,燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑,美國(guó)已計(jì)劃將甲醇燃料用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑,在稀硫酸電解液中直
4、接加入純化后的甲醇,同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。試回答下列問(wèn)題:這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 。此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)是 ;負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是 。電解液中的H+離子向 極移動(dòng);向外電路釋放電子的電極是 。比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力,使用燃料電池有許多優(yōu)點(diǎn),其中主要有兩點(diǎn):首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高,其次是 。2甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液,下列關(guān)于甲烷燃料電池的說(shuō)法不正確的是 ( )A、負(fù)極反應(yīng)式為CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OB、正極反應(yīng)式為O22H2O +4e-=4OH-C、隨著不斷放電,電解質(zhì)溶液堿性不變D、甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率
5、大3某燃料電池以熔融的K2CO3(其中不含O2-和HCO3-)為電解質(zhì),以丁烷為燃料,以空氣為氧化劑,以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問(wèn)題:寫出該燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式 。寫出該燃料電池的電極反應(yīng)式 。為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行,電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此,必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì),加入的物質(zhì)是什么,它從哪里來(lái)?4一種新型燃料電池,一極通入空氣,另一極通入丁烷氣體;電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體,在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2-。下列對(duì)該燃料電池說(shuō)法正確的是 ( )A. 在熔融電解質(zhì)中,O2-由負(fù)極移向正極B. 電池的總反應(yīng)是:2C4H
6、1013O2 ® 8CO210H2OC. 通入空氣的一極是正極,電極反應(yīng)為:O24e-2O2-D. 通入丁烷的一極是正極,電極反應(yīng)為:C4H1026e-13O2-4CO25H2O練習(xí):1、據(jù)報(bào)道,我國(guó)擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車將在北京奧運(yùn)會(huì)期間為運(yùn)動(dòng)員提供服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液。下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是 A.正極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e- = 4OHB.工作一段時(shí)間后,電解液中KOH的物質(zhì)的量變大C.該燃料電池的總反應(yīng)方程式為:2H2+O2 = 2H2OD.該電池消耗了2.24LH2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí),有0.2mol電子轉(zhuǎn)移2、一種燃料電池中發(fā)生的化
7、學(xué)反應(yīng)為:在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是 ( )ACH3OH(g)+O2(g) = H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2eBO2(g)+4H+(aq)+4e = 2H2O(1)CCH3OH(g)+H2O(1) = CO2(g)+6H+(aq)+6eDO2(g)+2H2O(1)+4e = 4OH3、甲烷燃料電池的電極反應(yīng)酸性:負(fù)極: 正極: 堿性:負(fù)極: 正極: 4、堿性電池具有容量大,放電電流大的特點(diǎn),因而得到廣泛應(yīng)用鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液,電池總反應(yīng)式為:Zn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 (
8、)A電池工作時(shí),鋅失去電子B電池正極的電極反應(yīng)式為:2MnO22H2O2e=2MnOOH2OHC電池工作時(shí),電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極D外電路中每通過(guò)0.2 mol電子,鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g5、熔融鹽燃料電池具有高的放電效率,因而受到重視,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負(fù)極燃?xì)?,空氣與CO2的混合氣為正極助燃?xì)?,已制得?500C下工作的燃料電池,試完成有關(guān)的電極反應(yīng)式:負(fù)極反應(yīng)式為: 正極反應(yīng)式為: 電池總反應(yīng)式:6.一種甲醇、氧氣和強(qiáng)堿溶液作電解質(zhì)的新型手機(jī)電池,可連續(xù)使用一個(gè)月,其電池反應(yīng)為:2CH3OH3O24OH=2CO326H2O,則有關(guān)說(shuō)法
9、正確的是()A放電時(shí)CH3OH參與反應(yīng)的電極為正極B放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)為CH3OH8OH6e= CO326H2OC標(biāo)準(zhǔn)狀況下,通入5.6 L O2并完全反應(yīng)后,有0.5 mol電子轉(zhuǎn)移D放電一段時(shí)間后,通入氧氣的電極附近溶液的pH降低7.常見(jiàn)鎳氫電池的某極是儲(chǔ)氫合金LaNi5H6(LaNi5H6中各元素化合價(jià)均為0),電池反應(yīng)通常表示為L(zhǎng)aNi5H66NiO(OH)LaNi56Ni(OH)2。下列說(shuō)法不正確的是()A放電時(shí)儲(chǔ)氫合金作負(fù)極 B充電時(shí)儲(chǔ)氫合金作陰極C充電時(shí)陰極周圍c(OH)減小D放電時(shí)負(fù)極反應(yīng):LaNi5H66OH6e=LaNi56H2O8鋰離子電池的應(yīng)用很廣,其正極材料可再生利
10、用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時(shí),該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi+xe-=LixC6。現(xiàn)利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源(部分條件未給出)。廢舊鋰離子電池放電處理拆解正極堿浸NaOH溶液過(guò)濾濾液濾渣調(diào)pH過(guò)濾濾液Al(OH)3固體酸浸H2SO4、H2O2調(diào)pH過(guò)濾濾渣濾液萃取水相(Li2SO4溶液)有機(jī)相反萃取有機(jī)相再生回用水相(CoSO4溶液)沉鈷NH4HCO3溶液過(guò)濾濾液CoCO3固體回答下列問(wèn)題:(1)LiCoO2中,Co元素的化合價(jià)為_(kāi)。(2)寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_。(3)“酸浸”一般在80下進(jìn)行,寫
11、出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式_;可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺點(diǎn)是_。(4)寫出“沉鈷”過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_。(5)充放電過(guò)程中,發(fā)生LiCoO2與Li1-xCoO2之間的轉(zhuǎn)化,寫出放電時(shí)電池反應(yīng)方程式_。(6)上述工藝中,“放電處理”有利于鋰在正極的回收,其原因是_。在整個(gè)回收工藝中,可回收到的金屬化合物有_(填化學(xué)式)。 電解池1電解飽和食鹽水制取燒堿、氯氣和氫氣(1)電極反應(yīng)式陽(yáng)極:2Cl2e=Cl2陰極:2H2e=H2(2)總反應(yīng)式化學(xué)方程式:2NaCl2H2O電解2NaOHCl2H2離子方程式:2Cl2H2O電解2OHCl2H2(2)現(xiàn)象:陰極
12、:有無(wú)色氣泡產(chǎn)生,電解前若向溶液中滴入酚酞,陰極區(qū)溶液變紅;陽(yáng)極有黃綠色氣體生成,該氣體可使?jié)駶?rùn)的淀粉KI試紙變藍(lán)。2電鍍(1)定義:應(yīng)用電解原理,在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。(2)電鍍池的組成:待鍍的金屬制品作陰極,鍍層金屬作陽(yáng)極,含有鍍層金屬離子的溶液作電解質(zhì)溶液(即電鍍液)。(3)原理(以金屬制品上鍍銀為例)陰極:Age=Ag陽(yáng)極:Age=Ag3電解精煉銅1有一電解裝置如圖所示。圖中B裝置中盛有1 L 2 mol·L1 Na2SO4溶液,A裝置中盛有1 L 2 mol·L1 AgNO3溶液。通電后,濕潤(rùn)的KI淀粉試紙的C端變藍(lán),電解一段時(shí)間后,試完成
13、下列問(wèn)題:(1)A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。(2)在B中觀察到的現(xiàn)象是_。(3)室溫下,從電解開(kāi)始到時(shí)間為t時(shí),A、B裝置中共收集到氣體0.168 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),若電解過(guò)程中無(wú)其他副反應(yīng)發(fā)生,且溶液體積變化忽略不計(jì),則在t時(shí),A中溶液的pH為_(kāi)。pHlg c(H)2在固態(tài)金屬氧化物電解池中,高溫共電解H2OCO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式,基本原理如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是( )AX是電源的負(fù)極B陰極的反應(yīng)式是:H2O2eH2O2CO22eCOO2C總反應(yīng)可表示為:H2OCO2H2COO2D陰、陽(yáng)兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是113用右圖所示裝置除去含CN、Cl廢水中的
14、CN時(shí),控制溶液PH為910,陽(yáng)極產(chǎn)生的ClO將CN氧化為兩種無(wú)污染的氣體,下列說(shuō)法不正確的是( )A用石墨作陽(yáng)極,鐵作陰極B陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為:Cl + 2OH2e= ClO + H2OC陰極的電極反應(yīng)式為:2H2O + 2e = H2 + 2OHD除去CN的反應(yīng):2CN+ 5ClO + 2H+ = N2 + 2CO2 + 5Cl+ H2O4某模擬"人工樹(shù)葉”電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置如右圖所示,該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為O2和燃料(C3H8O)。下列說(shuō)法正確的是( )A該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能和電能B該裝置工作時(shí),H從b極區(qū)向a極區(qū)遷移C每生成1 mol O2,有44 g CO2被還原D
15、a電極的反應(yīng)為:3CO2 + 24H-24e= C3H8O+4H2O氯堿工業(yè)以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產(chǎn)品。下圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖,圖中的離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)。完成下列填空:(1)寫出電解飽和食鹽水的離子方程式。(2)離子交換膜的作用為:、。(3)精制飽和食鹽水從圖中位置補(bǔ)充,氫氧化鈉溶液從圖中位置流出。(選填“a”、“b”、“c”或“d”)(4)KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反應(yīng)生成高效的消毒殺菌劑ClO2,還生成CO2和KHSO4等物質(zhì)。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。(5)室溫下,0.1 mol/L NaClO溶液的pH
16、0.1 mol/L Na2SO3溶液的pH。(選填“大于”、“小于”或“等于”)。濃度均為0.1 mol/L 的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中,SO32、CO32、HSO3、HCO3 濃度從大到小的順序?yàn)?。已知:H2SO3Ki1=1.54×10-2Ki2=1.02×10-7 HClOKi1=2.95×10-8 H2CO3Ki1=4.3×10-7Ki2=5.6×10-11課后作業(yè):1. Mg-H2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液,示意圖如圖所示。該電池工作時(shí),下列說(shuō)法正確的是()A.Mg 電極是該電池的正極B.
17、H2O2 在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)C.石墨電極附近溶液的pH 增大D.溶液中Cl-向正極移動(dòng)2. 人工光合作用能夠借助太陽(yáng)能,用CO2和H2O制備化學(xué)原料。如圖是通過(guò)人工光合作用制備HCOOH的原理示意圖,下列說(shuō)法不正確的是()A.該過(guò)程是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程B.催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng),有O2產(chǎn)生C.催化劑a附近酸性減弱,催化劑b附近酸性增強(qiáng)D.催化劑b表面的反應(yīng)是CO2+2H+2e-HCOOH3.一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是( )A反應(yīng)CH4H2O3H2CO,每消耗1molCH4轉(zhuǎn)移12mol 電子B電極A上H2參與的電極反應(yīng)為:H22OH2e=2
18、H2OC電池工作時(shí),CO32向電極B移動(dòng) D電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為:O22CO24e=2CO324.用如圖裝置,完成很多電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。下列有關(guān)此裝置的敘述中,不正確的是()A.若X為鋅棒,Y為NaCl溶液,開(kāi)關(guān)K置于M處,可減緩鐵的腐蝕,這種方法稱為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法B.若X為碳棒,Y為NaCl溶液,開(kāi)關(guān)K置于N處,可減緩鐵的腐蝕,溶液中的陽(yáng)離子向鐵電極移動(dòng)C.若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開(kāi)關(guān)K置于M處,銅棒質(zhì)量將增加,此時(shí)外電路中的電子向銅電極移動(dòng)D.若X為銅棒,Y為硫酸銅溶液,開(kāi)關(guān)K置于N處,鐵棒質(zhì)量將增加,溶液中銅離子濃度將減小5. 鋅錳電池(俗稱干電池)在生活中的用量很大。兩種鋅錳電池的構(gòu)造如圖(a)所示?;卮鹣铝袉?wèn)題:(1)普通鋅錳電池放電
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