原電池與電解池

1、原電池與電解池原電池形成三條件 “三看”。先看電極兩極為導(dǎo)體且活潑性不同再看溶液兩極插入電解質(zhì)溶液中三看回路形成閉合回路或兩極接觸。原理三要點1 相對活潑金屬作負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng).2 相對不活潑金屬或碳作正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)3 導(dǎo)線中接觸有電流通過使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茉姵嘏c電解池的比較1定義 2形成條件原電池 化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置 合適的電極、合適的電解質(zhì)溶液、形成回路電解池 電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置 電極、電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)、外接電源、形成回路3電極名稱 4反應(yīng)類型 5外電路電子流向負極 氧化 負極流出、正極流入正極 還原陽極 氧化陰極 還原 陽極流出、陰極流入一、原電池的有

2、關(guān)問題1是否為原電池的判斷(1)先分析有無外接電源有外接電源的為電解池?zé)o外接電源的可能為原電池然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷主要是“四看”看電極兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極)看溶液兩極插入溶液中看回路形成閉合回路或兩極直接接觸看本質(zhì)有無氧化還原反應(yīng)發(fā)生。(2)多池相連但無外接電源時兩極活潑性差異最大的一池為原電池其他各池可看做電解池。2原電池正、負極的確定(1)由兩極的相對活潑性確定相對活潑性較強的金屬為負極相對活潑性較差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘贋檎龢O。一般負極材料與電解質(zhì)溶液要能發(fā)生反應(yīng)如MgAlHCl 溶液構(gòu)成的原電池中負極為 Mg但 MgAlNaOH 溶液構(gòu)成的

3、原電池中負極為 Al。(2)根據(jù)在兩電極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的化合價的升降情況來判斷。如甲醇燃燒電池顧名思義甲醇燃燒一般生成二氧化碳則碳的價態(tài)升高失電子。所以通入甲醇的電極為負極。(3)由電極變化情況確定某一電極若不斷溶解或質(zhì)量不斷減少該電極發(fā)生氧化反應(yīng)則此電極為負極若某一電極上有氣體產(chǎn)生電極的質(zhì)量不斷增加或不變該電極發(fā)生還原反應(yīng)則此電極為正極燃料電池除外。如ZnCCuSO4溶液構(gòu)成的原電池中C 電極上會析出紫紅色固體物質(zhì)則 C 為此原電池的正極。(4)根據(jù)某些顯色現(xiàn)象確定一般可以根據(jù)電極附近顯色指示劑(石蕊、酚酞、濕潤的淀粉、高錳酸鉀溶液等)的變化情況來分析推斷該電極發(fā)生的反應(yīng)、化合價升降情況、是

4、氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)、是 H+還是 OH-或 I-等放電從而確定正、負極。(5)根據(jù)外電路中自由電子的運動方向規(guī)定在外電路中電子流出的電極叫負極電子流入的電極叫正極。(6)根據(jù)內(nèi)電路中自由離子的運動方向規(guī)定在內(nèi)電路中陽離子移向的電極叫負極陰離子移向的電極叫正極。3電極反應(yīng)式的書寫(1)如果題目給定的是圖示裝置先分析正、負極再根據(jù)正、負極反應(yīng)規(guī)律去寫電極反應(yīng)式。(2)如果題目給定的是總反應(yīng)式可分析此反應(yīng)中的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)(即分析有關(guān)元素的化合價變化情況)薦選擇一個簡單變化情況去寫電極反應(yīng)式。另一極的電極反應(yīng)式可直接寫或?qū)⒏鞣磻?yīng)式看做數(shù)學(xué)中的代數(shù)式用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式即可(加、減法

5、)。加減法書寫電池反應(yīng)式歸納電池總反應(yīng)還原劑+氧化劑+介質(zhì)氧化產(chǎn)物+還原產(chǎn)物+其他負極還原劑ne-+介質(zhì)氧化產(chǎn)物(還原劑失去電子發(fā)生氧化反應(yīng))正極氧化劑ne-介質(zhì)還原產(chǎn)物(氧化劑得到電子發(fā)生還原反應(yīng))介質(zhì)通常是定向移動到該電極附近的導(dǎo)電離子如 H+、OH-、H2O 等等若氧化(或還原)產(chǎn)物能與之發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)則其一般書寫在電極方程式中。兩個電極反應(yīng)式相加即得電池總反應(yīng)離子方程式用電池總反應(yīng)離子方程式減去較簡單電極的反應(yīng)式即為較復(fù)雜電極的反應(yīng)式。原電池反應(yīng)式一般都可以用加、減法書寫。書寫時無論是總反應(yīng)式還是電極反應(yīng)式都既要滿足電子轉(zhuǎn)移守恒、電荷守恒又要滿足質(zhì)量守恒。4原電池的設(shè)計方法以氧化還原反

6、應(yīng)為基礎(chǔ)首先要確定原電池的正、負極電解質(zhì)溶液及電極反應(yīng)再利用基礎(chǔ)知識書寫電極反應(yīng)式參照 ZnCuH2SO4 原電池模型處理問題。如根據(jù)反應(yīng)Cu2FeCl32CuCl22FeCl2 設(shè)計一個原電池為Cu 作負極C(或 Pt)作正極。FeCl3 作電解質(zhì)溶液負極反應(yīng)為Cu2e-Cu2+正極反應(yīng)為2Fe3+2e-2Fe2+。二、電解池的有關(guān)問題1電極的判斷及反應(yīng)的類型(1)看電源正、負極。若與電源負極相連則為陰極。(2)看電極周圍元素價態(tài)的升降。若價態(tài)升高則為陽極。注意元素價態(tài)的升降的判斷很多時候是從各種實驗現(xiàn)象(如通過對氣體成分的描述來判斷)來推測反應(yīng)產(chǎn)物而得出的。(3)看電子的流向。若是電子流出

7、的電極剛為陰極。注意一定不能根據(jù)兩極活潑性的相對大小判斷。(4)陽極若為活性電極則電極本身失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。陰極電極本身不反應(yīng)(不論是惰性電極還是活性電極)。溶液中陽離子在陰極獲得電子發(fā)生還原反應(yīng)。2電解時電極產(chǎn)物的判斷(1)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極如果是活性電極(金屬活動順序表 Ag 以前)作陽極則電極材料失電子電極溶解。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨)則只看溶液中的離子的失電子能力陰離子放電順序為S2->I->Br->Cl->OH-(水)。(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子放電順序(如下)進行判斷Ag+>Hg2+>Fe3+(Fe2+)>Cu2+

8、>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)(水)記住幾句話原電池失高氧負失電子化合價升高被氧化是負極得低還正得電子化合價降低被還原是正極電子從負極通過外電路到正極電解池氧陽還陰失電子被氧化做陽極得電子被還原做陰極由于外加電場的作用電解池中陽離子做定向移動由陽極移動到陰極產(chǎn)生電流陽極出氧鹵陰極氫金屬。鹽的離子都放電離子濃度急速減鹽的離子不放電水耗離子濃度添。酸根離子單放電產(chǎn)物必得鹵氫堿金屬離子單放電產(chǎn)物必得金氧酸。是記憶用惰性電極電解鹽溶液時產(chǎn)物的口訣。一關(guān)于原電池和電解池兩極的名稱1.1原電池原電池的兩極習(xí)慣上稱為正負極這實際上是物理名稱本質(zhì)上

9、是根據(jù)電子或電流的流向定義的。學(xué)生如果容易混淆可聯(lián)系日常生活中的電池記憶是一個比較好的方法。但須注意的是在金屬防護中有一個“犧牲陽極的陰極保護法”不要記錯。理解原電池的正負極如下幾點可以是兩種活潑性不同的金屬電極可以是金屬與非金屬如石墨如化學(xué)電源中也可以都是惰性電極如燃料電池還可以是金屬和金屬氧化物如鉛蓄電池而電解質(zhì)則既可以是某電解質(zhì)的水溶液也可能是熔融鹽。2對于正、負極的判斷 負極電子流出的一極本質(zhì)電流流入的一極金屬性相對較活潑的一極注意 Al 電極發(fā)生氧化反應(yīng)的一極陰離子移向的一極被腐蝕的一極質(zhì)量減小的一極燃料氣體在其上面失電子的一極根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象等。正極電子流入的一極本質(zhì)電流流出的一極

10、金屬性相對較不活潑的一極發(fā)生還原反應(yīng)的一極陽離子移向的一極被保護的一極產(chǎn)生氣體獲析出金屬的一極助燃氣體在其上面得電子的一極根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象等。2.判斷電解池的電極名稱與電極反應(yīng)的關(guān)系電解池的兩極習(xí)慣上稱作陰、陽極這實際上是化學(xué)名稱本質(zhì)上根據(jù)外接電源或電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的移動方向確定的名稱即所謂的“陰陽結(jié)合”-陰離子向陽極移動陽離子向陰極移動。可以用四個字概括陽-氧陰-還實際上只須記“陽氧”兩個字就可以了其它的可以推理。二關(guān)于電極反應(yīng)式的書寫在電化學(xué)的學(xué)習(xí)中要緊緊抓住原電池和電解池的不同本質(zhì)自發(fā)和非自發(fā)。1.對于原電池電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式的書寫方法一般是第一步判斷正負極第二步根據(jù)負極及溶液中

11、離子參加反應(yīng)情況確定電極反應(yīng)第三步將電極反應(yīng)相加得總反應(yīng)式。原電池的“加和法”必須掌握有了這一法寶對于任何一個原電池反應(yīng)只要先寫出易寫的一極反應(yīng)式用總反應(yīng)式減去其中一極的反應(yīng)式就可得另一極的反應(yīng)式注意電荷守恒。2.對于電解池電極反應(yīng)和總反應(yīng)式的書寫方法一般是 第一步確定電極的材料及陰陽極第二步根據(jù)電極材料和溶液介質(zhì)情況分析判斷電極反應(yīng)第三步將電極反應(yīng)相加得總反應(yīng)式注意有水被電解時的情況。三電解規(guī)律1.1惰性電極電解酸、堿、鹽溶液就可以分為電解水型(例 NaOH)、分解電解質(zhì)型(例 CuCl2)、放 H2 生堿型(例 NaCl)、放 O2 生酸型(例 CuSO4)等。如果上述方法不容易記憶容易混

12、淆不妨干脆就重點記住常見陰陽離子的放電按順序借助氧化還原知識更容易記用到時現(xiàn)推導(dǎo)即可。2陰陽離子的放電按順序陽極:金屬陽極(Au、Pt 除外)S2I BrClOH含氧酸根離子和 F。陰極AgHgFe3Cu2Pb2HSn2Fe2Zn2HMg2NaCa2K。上述放電順序分成四組即“陰前離子和陰后離子氫前離子和氫后離子”然后兩兩組合成可溶于水的電解質(zhì)分析電解時的陰陽極放電情況就不難總結(jié)出電解規(guī)律。3規(guī)律位于前邊的還原性強的微粒優(yōu)先失去電子。只要有水含氧酸根離子和F-就不能失去電子。若陽極是活潑或較活潑金屬時一般是電極的金屬失去電子而不是電解液中陰離子放電。陽離子放電其順序大體可參照金屬活動順序來推斷

13、。位于金屬活動順序表后面的金屬其對應(yīng)的陽離子越易得到電子 即位于前邊的氧化性強的微粒優(yōu)先得到電子。只要有水一般 H+后面的離子不能得到電子。一般電解規(guī)律惰性電極可以概括為陽極無鹵I2、Br2、Cl2有氧陰極前氫后金氫前析氫氫后析金需要特別注意的是電解一定要看好陽極材料若是活潑金屬則是該金屬放電。2電解后電解質(zhì)溶液的復(fù)原到底加入何物質(zhì)能夠復(fù)原例如電解 CuSO4 溶液為什么要加 CuO 而不是Cu(OH)2?要從一個個的個例中總結(jié)出規(guī)律加入適量陰陽兩極產(chǎn)物的化合物?？偟膩碇v就是既要考慮“質(zhì)”又要考慮“量”。這樣就不難理解電解 CuSO4 溶液為什么要加 CuO 而不是 Cu(OH)2 了。那就是

14、“消耗什么加什么消耗多少加多少”加顯然多加了氫。3電解的計算是一個重點應(yīng)用問題其常用的解題方法可以歸結(jié)為兩種一是根據(jù)電解方程式或電極反應(yīng)式列比例求解二是利用各電極、線路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目守恒列等式求解此法較為簡便。關(guān)鍵是電子守恒特別要注意電極和電極名稱要區(qū)分清楚電極產(chǎn)物要判斷準(zhǔn)確找準(zhǔn)各產(chǎn)物間量的關(guān)系。四金屬的腐蝕與防護金屬的腐蝕與防護也多與電化學(xué)有關(guān)要注意結(jié)合電化學(xué)的相關(guān)原理及圖像加以分析應(yīng)用盡量多發(fā)掘生活中常見的例子加以鞏固理解。例如圖各容器中盛有海水鐵在其中腐蝕時由快到慢的順序是A>>> B>>>C>>> D>>>答案為

15、 C?？偨Y(jié)金屬腐蝕的快慢判斷方法電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防腐蝕措施的腐蝕同一種金屬腐蝕強電解質(zhì)>弱電解質(zhì)>非電解質(zhì)溶液。相反地金屬腐蝕的防護措施優(yōu)劣順序外加電源的陰極保護法>犧牲陽極的陰極保護法>化學(xué)防護>無防腐蝕措施。原電池原電池是利用兩個電極之間金屬性的不同,產(chǎn)生電勢差,從而使電子的流動,產(chǎn)生電流.又稱非蓄電池是電化電池的一種其電化反應(yīng)不同逆轉(zhuǎn)即是只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能簡單說就即是不能重新儲存電力與蓄電池相對。將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。所以根據(jù)定義普通的干電池、燃料電池都可以稱為原電池。組成原電池的基本條件是將兩

16、種活潑性不同的金屬(或石墨)(Pt 和石墨為惰性電極即本身不會得失電子用導(dǎo)線連接后插入電解質(zhì)溶液中。電流的產(chǎn)生是由于氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個電極上進行的結(jié)果。一般情況下原電池中較活潑的金屬做負極較不活潑的金屬做正極。負極本身易失電子發(fā)生氧化反應(yīng)電子沿導(dǎo)線流向正極正極上一般為電解質(zhì)溶液中的陽離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)。在原電池中外電路為電子導(dǎo)電電解質(zhì)溶液中為離子導(dǎo)電。原電池 primary battery 一種將活性物質(zhì)中化學(xué)能通過氧化還原反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置。又稱化學(xué)電池。由于各種型號的原電池氧化還原反應(yīng)的可逆性很差放完電后不能重復(fù)使用故又稱一次電池。它通常由正電極、負電極、電解質(zhì)、隔

17、離物和殼體構(gòu)成可制成各種形狀和不同尺寸使用方便。廣泛用于工農(nóng)業(yè)、國防工業(yè)和通信、照明、醫(yī)療等部門并成為日常生活中收音機、錄音機、照相機、計算器、電子表、玩具、助聽器等常用電器的電源。原電池一般按負極活性物質(zhì)如鋅、鎘、鎂、鋰等和正極活性物質(zhì)如錳、汞、二氧化硫、氟化碳等分為鋅錳電池、鋅空氣電池、鋅銀電池、鋅汞電池、鎂錳電池、鋰氟化碳電池、鋰二氧化硫電池等。鋅錳電池產(chǎn)量最大常按電解質(zhì)分為氯化銨型和氯化鋅型并按其隔離層分為糊式電池和低極電池。以氫氧化鉀為電解質(zhì)的鋅錳電池由于其負極(鋅)的構(gòu)造與其他鋅錳電池不同而習(xí)慣上另作一類稱為堿性鋅錳電池簡稱堿錳電池1俗稱堿性電池。原電池是一類使化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能

18、的換能裝置。原電池連續(xù)放電或間歇放電后不能以反向電流充電的方法使兩電極的活性物質(zhì)回復(fù)到初始狀態(tài)即電極活性物質(zhì)只能利用一次。故亦稱一次性電池。常見的原電池常用原電池有鋅錳干電池、鋅汞電池、鋅銀扣式電池及鋰電池等。1 鋅錳干電池鋅錳電池具有原材料來源豐富、工藝簡單價格便宜、使用方便等優(yōu)點成為人們使用最多、最廣泛的電池品種。鋅錳電池以鋅為負極以二氧化錳為正極。按照基本結(jié)構(gòu)鋅錳電池可制成圓筒形、扣式和扁形扁形電池不能單個使用可組合疊層電池組。按照所用電解液的差別將鋅錳電池分為三個類型(1)銨型鋅錳電池電解質(zhì)以氯化銨為主含少量氯化鋅。電池符號ZnNH4Cl·ZnCl2MnO2+總電池反應(yīng) Zn

19、+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)(2) 鋅型鋅錳電池又稱高功率鋅錳電池電解質(zhì)為氯化鋅具有防漏性能好能大功率放電及能量密度較高等優(yōu)點是鋅錳電池的第二代產(chǎn)品20 世紀(jì) 70 年代初首先由德國推出。與銨型電池相比鋅型電池長時間放電不產(chǎn)生水因此電池不易漏液。電池符號ZnZnCl2MnO2+總電池反應(yīng)長時間放電Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·4H2O+2Mn3O4(3) 堿性鋅錳電池這是鋅錳電池的第三代產(chǎn)品具有大功率放電性能好、能量密度高和低溫性能好等優(yōu)點。電池符號ZnKOHMnO2+總電池反應(yīng) Zn+2H2O+2

20、MnO2=2MnO(OH)+Zn(OH)2鋅錳電池額定開路電壓為 1.5V實際開路電壓 1.51.8V 其工作電壓與放電負荷有關(guān)負荷越重或放電電阻越小閉路電壓越低。用于手電筒照明時典型終止電壓為 0.9V某些收音機允許電壓降至 0.75V。2鋰原電池又稱鋰電池是以金屬鋰為負極的電池總稱。鋰的電極電勢最負相對分子質(zhì)量最小導(dǎo)電性良好可制成一系列貯存壽命長工作溫度范圍寬的高能電池。根據(jù)電解液和正極物質(zhì)的物理狀態(tài)鋰電池有三種不同的類型即固體正極有機電解質(zhì)電池、液體正極液體電解質(zhì)電池、固體正極固體電解質(zhì)電池。Li(CF)n 的開路電壓為 3.3V比能量為 480W·h·L-1工作溫度

21、在 -5570間在 20下可貯存 10 年之久它們都是近年來研制的新產(chǎn)品目前主要用于軍事、空間技術(shù)等特殊領(lǐng)域在心臟起搏器等微、小功率場合也有應(yīng)用。吸氧腐蝕金屬在酸性很弱或中性溶液里空氣里的氧氣溶解于金屬表面水膜中而發(fā)生的電化腐蝕叫吸氧腐蝕例如鋼鐵在接近中性的潮濕的空氣中腐蝕屬于吸氧腐蝕其電極反應(yīng)如下負極FeFe - 2e = Fe2+正極C2H2O + O2 + 4e = 4OH-鋼鐵等金屬的電化腐蝕主要是吸氧腐蝕析氫腐蝕在酸性較強的溶液中發(fā)生電化腐蝕時放出氫氣這種腐蝕叫做析氫腐蝕。在鋼鐵制品中一般都含有碳。在潮濕空氣中鋼鐵表面會吸附水汽而形成一層薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就變成一種電解

22、質(zhì)溶液使水里的 H+增多。是就構(gòu)成無數(shù)個以鐵為負極、碳為正極、酸性水膜為電解質(zhì)溶液的微小原電池。這些原電池里發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是負極鐵鐵被氧化 Fe-2e=Fe2+正極碳溶液中的 H+被還原 2H+2e=H2這樣就形成無數(shù)的微小原電池。最后氫氣在碳的表面放出鐵被腐蝕所以叫析氫腐蝕。析氫腐蝕定義金屬在酸性較強的溶液中發(fā)生電化腐蝕時放出氫氣這種腐蝕叫做析氫腐蝕。原電池的形成條件原電池的工作原理原電池反應(yīng)屬于放熱的氧化還原反應(yīng)但區(qū)別于一般的氧化還原反應(yīng)的是電子轉(zhuǎn)移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的而是還原劑在負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)電子通過外電路輸送到正極上氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)從

23、而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉(zhuǎn)移。兩極之間溶液中離子的定向移動和外部導(dǎo)線中電子的定向移動構(gòu)成了閉合回路使兩個電極反應(yīng)不斷進行發(fā)生有序的電子轉(zhuǎn)移過程產(chǎn)生電流實現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。從能量轉(zhuǎn)化角度看原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置從化學(xué)反應(yīng)角度看原電池的原理是氧化還原反應(yīng)中的還原劑失去的電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞給氧化劑使氧化還原反應(yīng)分別在兩個電極上進行。原電池的構(gòu)成條件有三個1電極材料由兩種金屬活動性不同的金屬或由金屬與其他導(dǎo)電的材料非金屬或某些氧化物等組成。2兩電極必須浸泡在電解質(zhì)溶液中。3兩電極之間有導(dǎo)線連接形成閉合回路。只要具備以上三個條件就可構(gòu)成原電池。而化學(xué)電源因為要求可以提供持續(xù)而穩(wěn)定的電流所

24、以除了必須具備原電池的三個構(gòu)成條件之外還要求有自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。也就是說化學(xué)電源必須是原電池但原電池不一定都能做化學(xué)電池。形成前提總反應(yīng)為自發(fā)的氧化還原反應(yīng)電極的構(gòu)成a.活潑性不同的金屬鋅銅原電池鋅作負極銅作正極b.金屬和非金屬非金屬必須能導(dǎo)電鋅錳干電池鋅作負極石墨作正極c.金屬與化合物鉛蓄電池鉛板作負極二氧化鉛作正極d.惰性電極氫氧燃料電池電極均為鉑。電解液的選擇電解液一般要能與負極材料發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。原電池正負極判斷負極發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子正極發(fā)生還原反應(yīng)得到電子。電子由負極流向正極電流由正極流向負極。 溶液中陽離子移向正極陰離子移向負極電極反應(yīng)方程式的書寫負極活潑金屬失電子

25、看陽離子能否在電解液中大量存在。如果金屬陽離子不能與電解液中的離子共存則進行進一步的反應(yīng)。例甲烷燃料電池中電解液為 KOH負極甲烷失 8 個電子生成 CO2 和 H2O但 CO2 不能與 OH-共存要進一步反應(yīng)生成碳酸根。正極當(dāng)負極材料能與電解液直接反應(yīng)時溶液中的陽離子得電子。例鋅銅原電池中電解液為 HCl正極 H+得電子生成 H2。當(dāng)負極材料不能與電解液反應(yīng)時溶解在電解液中的 O2 得電子。如果電解液呈酸性O(shè)2+4e-+4H+=2H2O如果電解液呈中性或堿性O(shè)2+4e-+2H2O=4OH-。特殊情況:Mg-Al-NaOHAl 作負極。負極Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O正極2H2

26、O+2e-=H2+2OHCu-Al-HNO3Cu 作負極。注意Fe 作負極時氧化產(chǎn)物是 Fe2+而不可能是 Fe3+肼N2H4和 NH3 的電池反應(yīng)產(chǎn)物是 H2O 和 N2無論是總反應(yīng)還是電極反應(yīng)都必須滿足電子守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒。pH 變化規(guī)律電極周圍消耗 OH-(H+)則電極周圍溶液的 pH 減小增大反應(yīng)生成 OH-(H+)則電極周圍溶液的 pH 增大減小。溶液若總反應(yīng)的結(jié)果是消耗 OH-(H+)則溶液的 pH 減小增大若總反應(yīng)的結(jié)果是生成 OH-(H+)則溶液的 pH 增大減小若總反應(yīng)消耗和生成 OH-(H+)的物質(zhì)的量相等則溶液的 pH 由溶液的酸堿性決定溶液呈堿性則 pH 增大溶

27、液呈酸性則 pH 減小溶液呈中性則 pH 不變。常用原電池方程式1CuH2SO4Zn 原電池正極 2H+ + 2e- = H2負極 Zn - 2e- = Zn2+總反應(yīng)式 Zn + 2H+ = Zn2+ + H22CuFeCl3C 原電池正極 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+負極 Cu - 2e- = Cu2+總反應(yīng)式 2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+3鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕正極O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-負極2Fe - 4e- = 2Fe2+總反應(yīng)式2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)24氫氧燃料電池中性介質(zhì)正極O2 + 2H2O

28、 + 4e- = 4OH-負極2H2 - 4e-= 4H+總反應(yīng)式2H2 + O2 = 2H2O5氫氧燃料電池酸性介質(zhì)正極O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O負極2H2 - 4e-= 4H+總反應(yīng)式2H2 + O2 = 2H2O6氫氧燃料電池堿性介質(zhì)正極O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-負極2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O總反應(yīng)式2H2 + O2 = 2H2O7鉛蓄電池放電正極 (PbO2) PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O負極 (Pb) Pb- 2e-+ SO42-= PbSO4總反應(yīng)式Pb+PbO2+4H+ 2SO

29、42- = 2PbSO4 + 2H2O8AlNaOHMg 原電池正極6H2O + 6e- = 3H2 + 6OH-負極2Al - 6e- + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O總反應(yīng)式2Al+2OH-+2H2O=2AlO2- + 3H29CH4 燃料電池(堿性介質(zhì))正極2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH-負極CH4 -8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O總反應(yīng)式CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O10熔融碳酸鹽燃料電池Li2CO3 和 Na2CO3 熔融鹽作電解液CO 作燃料正極O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32- (持續(xù)補

30、充 CO2 氣體)負極2CO + 2CO32- - 4e- = 4CO2總反應(yīng)式2CO + O2 = 2CO211銀鋅紐扣電池(堿性介質(zhì))正極 (Ag2O) Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH-負極 (Zn) Zn + 2OH- -2e- = ZnO + H2O總反應(yīng)式Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag電解池1、電解原理1什么是電解電解是使電流通過電解質(zhì)溶液或熔化的電解質(zhì)而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。上圖是電解 CuCl2 溶液的裝置。通電后發(fā)生反應(yīng)CuCl2=Cu + Cl2或用離子方程式表示Cu2+ 2Cl-=Cu + Cl22電解過程中的能量轉(zhuǎn)化電能

31、轉(zhuǎn)化為化學(xué)能3發(fā)生電解反應(yīng)的條件與電源相連的兩個電極電解質(zhì)溶液或熔化的電解質(zhì)兩個電極浸泡在電解質(zhì)溶液中形成閉合回路。4電極反應(yīng)與電源的正極相連的電極稱為陽極。物質(zhì)在陽極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。如上圖裝置中Cl-在陽極上失去電極轉(zhuǎn)化為 Cl陽極反應(yīng)式2Cl-2eCl2與電源的負極相連的電極成為陰極。物質(zhì)在陰極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。如上圖裝置中Cu2+在陰極是得到電子轉(zhuǎn)化為 Cu陰極反應(yīng)式Cu2+2eCu5電解池電極反應(yīng)方程式的書寫陽極活潑金屬電極失電子Au,Pt除外惰性電極溶液中陰離子失電子失電子能力活潑金屬MgAg>S2->I->Br->Cl->OH->含

32、氧酸根>F-陰極溶液中陽離子得電子得 電 子 能 力 Ag+>Fe3+>Cu+>H+ 酸 >Pb+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+水>Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+規(guī)律鋁前含鋁離子不放電氫水后離子先放電氫水前鋁后的離子看條件6三類電解型的電解規(guī)律電解水型強堿含氧酸活潑金屬的含氧酸鹽pH 由溶液的酸堿性決定溶液呈堿性則 pH 增大溶液呈酸性則 pH 減小溶液呈中性則 pH 不變。電解質(zhì)溶液復(fù)原加適量水電解電解質(zhì)型無氧酸不活潑金屬的無氧酸鹽pH 變大。電解質(zhì)溶液復(fù)原加適量電解質(zhì)。放氫生堿型活潑金屬的無

33、氧酸鹽pH 變大。電解質(zhì)溶液復(fù)原加陰離子相同的酸放氧生酸型不活潑金屬的無氧酸鹽pH 變小。電解質(zhì)溶液復(fù)原加陽離子相同的堿或氧化物7意義使在通常情況下不發(fā)生變化的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到所需的化工產(chǎn)品、進行電鍍以及冶煉活潑的金屬。2、電解原理的應(yīng)用1電解飽和食鹽水飽和食鹽水溶液中存在和l以及水電離產(chǎn)生的和。其中氧化性還原性l。所以和l先放電即發(fā)生還原或氧化反應(yīng)。陰極 還原反應(yīng)陽極ll 氧化反應(yīng)總反應(yīng)的化學(xué)方程式l=等號上為通電l用離子方程式表示l=等號上為通電l。2電鍍和電解精煉銅電鍍時把待鍍的金屬制品即鍍件作陰極鍍層金屬作陽極用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。陽極陰極這樣在直流電的作用下鍍層金

34、屬就均勻地覆蓋到鍍件的表面。同樣的道理用純銅作陰極用粗銅作陽極用溶液作電解液。通入直流電作為陽極的粗銅逐漸溶解在陰極上析出純銅從而達到提純銅的目的。3電解法冶煉金屬鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬很難用還原劑從它們的化合物中還原得到單質(zhì)因此必須通過電解熔融的化合物的方法得到。如電解熔融的氯化鈉可以得到金屬鈉陰極陽極3、電解時物質(zhì)在電極上的放電順序1陽極與電源的正極相連。當(dāng)陽極的電極材料為金屬Pt 或 Au 除外時通電后作電極的金屬失去電子變成金屬離子溶解到電解質(zhì)溶液中。當(dāng)陽極的電極材料是惰性物質(zhì)如 Au、Pt 或石墨時通電后溶液中的陰離子在陽極上失去電子當(dāng)溶液中同時存在多種陰離子時還原性強的離子先失去

35、電子發(fā)生氧化反應(yīng)。常見陰離子的還原性由強到弱的順序是含氧酸根離子如、等。和在電解時的電極反應(yīng)式分別是因為水電離能夠產(chǎn)生所以電解含氧酸鹽溶液時在陽極上是放電生成氧氣而含氧酸根離子不發(fā)生變化。2陰極與電源的負極相連。在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)的是溶液中的陽離子。當(dāng)溶液中存在多種陽離子時按金屬活動性順序越不活潑的金屬其陽離子的氧化性越強越容易被還原。在水溶液中鋁之前的金屬的陽離子不可能被還原。酸、堿、鹽溶液電解規(guī)律1無氧酸是其本身的電解2含氧酸是水的電解3可溶性堿是水的電解4活潑性金屬的含氧酸鹽也是水的電解5活潑金屬的無氧鹽陰極析出氫氣并伴隨溶液現(xiàn)堿性陽極析出非金屬單質(zhì)6不活潑金屬的無氧鹽是該鹽的電解7中

36、等活動性金屬的含氧酸鹽陰極析出金屬陽極得到氧氣同時酸性提高電化學(xué)知識包括原電池、電解池是無機化學(xué)中很重要的知識它既涉及到理論知識又與元素化合物知識密切相關(guān)是考查學(xué)生主干知識和各種能力方面很好的結(jié)合點倍受高考關(guān)注謂之有“千斤”之重實不為過。專題復(fù)習(xí)時借助“八兩”分析實現(xiàn)“撥千斤”之舉是完全可以達成的。功能例 1 在理論上可用于設(shè)計成原電池的化學(xué)反應(yīng)是( )。A、2Al(s)+2NaOH(aq)+2H2O(1)=2NaAlO2(aq)+3H2(g)H<0B、Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(aq)+2NH3·H2O(1)+8H2O(1)H&g

37、t;0C、CaC2(s)+2H2O(1)Ca(OH)2(s)+C2H2(g)H<0D、C(s)+H2O(g)=CO(g)+ H2(g)H>0簡析可用于設(shè)計成原電池的化學(xué)反應(yīng)必須是自發(fā) (通常表現(xiàn)為放熱反應(yīng))的氧化還原反應(yīng)B、D 為吸熱反應(yīng)B、C 為非氧化還原反應(yīng)故答案選 A。例 2 在原電池和電解池的電極上所發(fā)生的反應(yīng)同屬氧化反應(yīng)或同屬還原反應(yīng)的是( )。A原電池的正極和電解池的陽極所發(fā)生的反應(yīng)B原電池的正極和電解池的陰極所發(fā)生的反應(yīng)C原電池的負極和電解池的陽極所發(fā)生的反應(yīng)D原電池的負極和電解池的陰極所發(fā)生的反應(yīng)簡析根據(jù)表格內(nèi)容可知答案為 B(同屬還原反應(yīng))、C(同屬氧化反應(yīng))。例

38、 3 某可充電的鋰離子電池以 LiMn2O4 為正極嵌入鋰的碳材料為負極含 Li+導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時的電池反應(yīng)為Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。下列說法正確的是 。A放電時LiMn2O4 發(fā)生氧化反應(yīng)B放電時正極反應(yīng)為Li+LiMn2O4+e-=Li2Mn2O4C充電時LiMn2O4 發(fā)生氧化反應(yīng)D充電時陽極反應(yīng)為Li+e-=Li簡析放電時原電池的負極(嵌入鋰的碳材料)發(fā)生氧化反應(yīng)A 錯正極 LiMn2O4 發(fā)生還原反應(yīng)電極反應(yīng)式為 Li+LiMn2O4+e-=Li2Mn2O4B 對充電時應(yīng)當(dāng)是 Li2Mn2O4既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)C 錯充電時Li+e-=Li 反應(yīng)為陰極

39、的反應(yīng)D 錯。例 4 氫能源是 21 世紀(jì)極具開發(fā)前景的新能源之一它既是綠色能源又可循環(huán)使用。請在下圖的兩個空框中填上循環(huán)過程中反應(yīng)物和生成物的分子式以完成理想的氫能源循環(huán)體系圖(循環(huán)中接受太陽能的物質(zhì)在自然界中廣泛存在)。從能量轉(zhuǎn)換的角度看過程主要是能轉(zhuǎn)化為 能。簡析題目限定討論氫能源的問題作為燃料電池原理勢必是 2H2O2=2H2O故左右兩個空框應(yīng)分別填寫 H2O、H2O2而從能量轉(zhuǎn)換的角度看過程主要是 化學(xué) 能轉(zhuǎn)化為 電 能。近十年來高考題原電池、電解池1996全國21.實驗室用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水制取氯氣,已知鉛蓄電池放電時發(fā)生如下反應(yīng):今若制得Cl20.050摩,這時電池內(nèi)消

40、耗的H2SO4的物質(zhì)的量至少是( ).(A)0.025摩 (B)0.050摩 (C)0.10摩 (D)0.20摩1997全國5.鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時,正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是(A)2H+2e-=H2(B)Fe2+2e-=Fe(C)2H2O+O2+4e-=4OH-(D)Fe3+e-=Fe2+1998 全國 10、下列關(guān)于銅電極的敘述 正確的是A、銅鋅原電池中銅是正極 B、用電解法精煉粗銅時銅作陽極C、在鍍件上電鍍銅時可用金屬銅作陽極D、電解稀硫酸制 H2、O2 時銅作陽極1998 全國 22、將質(zhì)量分數(shù)為 0.052(5.2%)的 NaOH 溶液 1 升密度為 1.06 克/毫升用鉑電極電解當(dāng)溶液中

41、的 NaOH 的質(zhì)量分數(shù)改變了 0.010(1.0%)時停止電解則此時溶液中應(yīng)符合的關(guān)系是NaOH 的質(zhì)量分數(shù) 陽極析出物的質(zhì)量克 陰極析出物的質(zhì)量克A 0.062(6.2%) 19 152B 0.062(6.2%) 152 19C 0.042(4.2%) 1.2 9.4D 0.042(4.2%) 9.4 1.22000 上海 8隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高廢電池必須進行集中處理的問題被提到議事日程其首要原因是 。A. 利用電池外殼的金屬材料B. 防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染C. 不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品D. 回收其中石墨電極2000 上海 12在外界提供相同電量

42、的條件下Cu2或 Ag分別按Cu e Cu22 或Ag e Ag 在電極上放電若析出銅的質(zhì)量為 1.92g則析出銀的質(zhì)量為 。A. 1.62g B. 6.48g C. 3.24g D. 12.96g2000 全國 18下列關(guān)于實驗現(xiàn)象的描述不正確的是A把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中銅片表面出現(xiàn)氣泡B用鋅片做陽極鐵片做做陰極電解氯化鋅溶液鐵片表面出現(xiàn)一層鋅C把銅片插入三氯化鐵溶液中在銅片表面出現(xiàn)一層鐵D把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中加入幾滴氯化銅溶液氣泡放出速率加快2000 廣東 21.用鉑電極情性電解下列溶液時陰極和陽極上的主要產(chǎn)物分別是 H2 和 O2 的是A. 稀 NaOH 溶液B HCL

43、 溶液C 酸性 MgSO4 溶液D 酸性 AgNO32001 上海 7銅片和鋅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中鋅片是A 陰極 B 正極 C 陽極 D 負極2001 試測題 2以石墨作電極電解氯化銅溶液若電解時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)是 3.01×1023則此時在陰極析出銅的質(zhì)量是A8g B16g C32g D64g2001 試測題 4可以將反應(yīng) Zn+Br2=ZnBr2 設(shè)計成蓄電池下列 4 個電極反應(yīng)Br2+2e=2Br-2Br-2e=Br2Zn-2e=Zn2+Zn2+2e=Zn其中表示充電式的陽極反應(yīng)和放電時的負極反應(yīng)的分別是A和 B和 C和 D和2001 試測題 11下列說法正確的是A電解 Na

44、OH 溶液時溶液濃度將減小pH 增大B電解 H2SO4 溶液時溶液濃度將增大pH 減小C電解 Na2SO4 溶液時溶液濃度將增大pH 不變D電解 NaCl 溶液時溶液濃度將減小pH 不變上海理綜 35、化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。1目前常用的鎳Ni鎘Cd電池其電池總反應(yīng)可以表示為Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2已知 Ni(OH)2 和 Cd(OH)2 均難溶于水但能溶于酸以下說法中正確的是 以上反應(yīng)是可逆反應(yīng) 以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng) 充電時化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?放電時化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹵 B C D 2廢棄的鎳鎘電池已成為重要的環(huán)境污染物有資料表明一節(jié)廢

45、鎳錫電池可以使一平方米面積的耕地失去使用價值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴(yán)重。這是因為(3)另一種常用的電池是鋰電池很是一種堿金屬元素其相對原子質(zhì)量為 7由于它的比容量單位質(zhì)量電板材料所能轉(zhuǎn)換的電量特別大而廣泛應(yīng)用于心臟起搏器一般使用時間可長達十年。它的負極用金屬鋰制成電池總反應(yīng)可表示為LiMnO2LiMnO2試回答鋰電池比容量特別大的原因是鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶劑配制為什么這種電池不能使用電解質(zhì)的水溶液請用化學(xué)方程式表示其原因1B 2Ni(OH)2 和 Cd(OH)2 能溶于酸性溶液。3鋰的摩爾質(zhì)量小 2LiZH2OLiOHH22001 廣東 2鎳鎘NiCd可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛

46、應(yīng)用它的充放電反應(yīng)按下式進行Cd(OH)22Ni(OH)2 Cd2NiO(OH)2H2O 由此可知該電池放電時的負極材料是CfKa bAc dBeA.Cd(OH)2 B.Ni(OH)2 C.Cd D.NiO(OH)2002 上海 16某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液通電時為使 Cl2 被完全吸收制得有較強殺菌能力的消毒液設(shè)計了如圖的裝置則對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是A a 為正極b 為負極NaClO 和 NaClB a 為負極b 為正極NaClO 和 NaClC a 為陽極b 為陰極HClO 和 NaClD a 為陰極b 為陽極HClO 和

47、NaCl2002 春季 12通以相等的電量分別電解等濃度的硝酸銀和硝酸亞汞亞汞的化合價為1溶液若被還原的硝酸銀和硝酸亞汞的物質(zhì)的量之比 n硝酸銀n硝酸亞汞21則下列表述正確的是A.在兩個陰極上得到的銀和汞的物質(zhì)的量之比 n銀n汞21B.在兩個陽極上得到的產(chǎn)物的物質(zhì)的量不相等C.硝酸亞汞的分子式為 HgNO3D.硝酸亞汞的分子式為 Hg2(NO3)2(2002 試測題 16右圖 A 為直流電源B 為滲透飽和氯化鈉溶液和酚酞試液的濾紙C 為電鍍槽接通電路后發(fā)現(xiàn) B 上的 C 點顯紅色請?zhí)羁?電源 A 的 a 為 極。2濾紙 B 上發(fā)生的總反應(yīng)方程式為。3欲在電鍍槽中實現(xiàn)鐵上鍍鋅接通 K 點使 c、

48、d 兩點短路則電極 e 上發(fā)生的反應(yīng)為 電極 f 上發(fā)生的反應(yīng)為 槽中盛放的鍍液可以是 或只要求填兩種電解質(zhì)溶液。1正 22NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH3Zn2e = Zn2+ Zn2+2e = ZnZnSO4 溶液或 ZnCl2 溶液2002 廣東 10在原電池和電解池的電極上所發(fā)生的反應(yīng)同屬氧化反應(yīng)或同屬還原反應(yīng)的是A.原電池的正極和電解池的陽極所發(fā)生的反應(yīng)B.原電池的正極和電解池的陰極所發(fā)生的反應(yīng)C.原電池的負極和電解池的陽極所發(fā)生的反應(yīng)D.原電池的負極和電解池的陰極所發(fā)生的反應(yīng)2003 春季 30.下圖是可用于測量阿伏加德羅常數(shù)的裝置示意圖其中 A、B 是兩塊純銅片插在

49、 CuSO4 稀溶液中銅片與引出導(dǎo)線相連引出端分別為 x 、 y。1當(dāng)以 I0.21A 的電流電解 60 分鐘后測得銅片 A 的質(zhì)量增加了 0.25g 則圖中裝置的 x 端應(yīng)與直流電的 極相連它是電解池的 極。2電解后銅片 B 的質(zhì)量 。答增加、減少或不變3列式計算實驗測得的阿伏加德羅常數(shù) NA。已知電子電量 e1.60×1019C1負 陰 2減少 3g Cmol C sN A 191 1 10.25 2 1 1.6 1064 0.21 60 min 60 min 23 16.0 10 mol2003 試測題 3燒過菜的鐵鍋未及時洗滌(殘液中含 NaCl 等)第二天便出現(xiàn)紅棕色銹斑Fe(OH)3 失水的產(chǎn)物。下列反應(yīng)表示整個過程可能發(fā)生的變化其中不符合事實的是A.2H2OO24e=4OHB.Fe=Fe33eC.Fe22OH=Fe(OH)2 D.4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)32003 試測題 13一種新型的燃料電池它以多孔鎳板為電極插入 KOH 溶液中然后分別向兩極通入乙烷和氧氣其總反應(yīng)為2C2H6 7O28KOH=4K2CO310H2O有關(guān)此電池的推斷正確的是A.負極反應(yīng)為 14H2O7O228e=28OHB.放電一段時間