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文檔簡介

1、原電池和電解池1原電池和電解池的比較:裝置原電池電解池實(shí)例原理使氧化還原反應(yīng)中電子作定向移動(dòng),從而形成電流。這種把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫做原電池。使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。這種把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池。形成條件電極:兩種不同的導(dǎo)體相連;電解質(zhì)溶液:能與電極反應(yīng)。電源; 電極(惰性或非惰性);電解質(zhì)(水溶液或熔化態(tài))。反應(yīng)類型自發(fā)的氧化還原反應(yīng)非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)電極名稱由電極本身性質(zhì)決定:正極:材料性質(zhì)較不活潑的電極;負(fù)極:材料性質(zhì)較活潑的電極。由外電源決定:陽極:連電源的正極;陰極:連電源的負(fù)極;電極反應(yīng)負(fù)極:Zn-2e-=Zn2+ (氧化

2、反應(yīng))正極:2H+2e-=H2(還原反應(yīng))陰極:Cu2+ +2e- = Cu (還原反應(yīng))陽極:2Cl-2e-=Cl2 (氧化反應(yīng))電子流向負(fù)極正極電源負(fù)極陰極;陽極電源正極電流方向正極負(fù)極電源正極陽極;陰極電源負(fù)極能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能電能電能化學(xué)能應(yīng)用抗金屬的電化腐蝕;實(shí)用電池。電解食鹽水(氯堿工業(yè));電鍍(鍍銅);電冶(冶煉Na、Mg、Al);精煉(精銅)。2化學(xué)腐蝕和電化腐蝕的區(qū)別化學(xué)腐蝕電化腐蝕一般條件金屬直接和強(qiáng)氧化劑接觸不純金屬,表面潮濕反應(yīng)過程氧化還原反應(yīng),不形成原電池。因原電池反應(yīng)而腐蝕有無電流無電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生反應(yīng)速率電化腐蝕化學(xué)腐蝕結(jié)果使金屬腐蝕使較活潑的金屬腐蝕3吸氧腐蝕和析

3、氫腐蝕的區(qū)別電化腐蝕類型吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性較強(qiáng)正極反應(yīng)O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H+ + 2e-=H2負(fù)極反應(yīng)Fe 2e-=Fe2+Fe 2e-=Fe2+腐蝕作用是主要的腐蝕類型,具有廣泛性發(fā)生在某些局部區(qū)域內(nèi)4電解、電離和電鍍的區(qū)別電解電離電鍍條件受直流電作用受熱或水分子作用受直流電作用實(shí)質(zhì)陰陽離子定向移動(dòng),在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)陰陽離子自由移動(dòng),無明顯的化學(xué)變化用電解的方法在金屬表面鍍上一層金屬或合金實(shí)例CuCl2 CuCl2CuCl2=Cu2+2Cl陽極 Cu 2e- = Cu2+陰極 Cu2+2e- = Cu關(guān)系先電離后電解,電鍍是電解

4、的應(yīng)用5電鍍銅、精煉銅比較電鍍銅精煉銅形成條件鍍層金屬作陽極,鍍件作陰極,電鍍液必須含有鍍層金屬的離子粗銅金屬作陽極,精銅作陰極,CuSO4溶液作電解液電極反應(yīng)陽極 Cu 2e- = Cu2+陰極 Cu2+2e- = Cu陽極:Zn - 2e- = Zn2+ Cu - 2e- = Cu2+ 等陰極:Cu2+ + 2e- = Cu溶液變化電鍍液的濃度不變?nèi)芤褐腥苜|(zhì)濃度減小6電解方程式的實(shí)例(用惰性電極電解):電解質(zhì)溶液陽極反應(yīng)式陰極反應(yīng)式總反應(yīng)方程式(條件:電解)溶液酸堿性變化CuCl22Cl-2e-=Cl2Cu2+ +2e-= CuCuCl2= Cu +Cl2HCl2Cl-2e-=Cl22H+

5、2e-=H22HCl=H2+Cl2酸性減弱Na2SO44OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2不變H2SO44OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2消耗水,酸性增強(qiáng)NaOH4OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2消耗水,堿性增強(qiáng)NaCl2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H22NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOHH+放電,堿性增強(qiáng)CuSO44OH-4e-=2H2O+O2Cu2+ +2e-= Cu2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2+2H2SO4OH 放電,酸性增強(qiáng)考點(diǎn)解說1電化腐蝕:發(fā)生原電池反

6、應(yīng),有電流產(chǎn)生(1)吸氧腐蝕負(fù)極:Fe2e-=Fe2+正極:O2+4e-+2H2O=4OH-總式:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O(2)析氫腐蝕: CO2+H2OH2CO3H+HCO3-負(fù)極:Fe 2e-=Fe2+正極:2H+ + 2e-=H2總式:Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H2Fe(HCO3)2經(jīng)雙水解、空氣氧化、風(fēng)吹日曬得Fe2O3。2金屬的防護(hù)改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。合金鋼中含有合金元素,使組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,耐腐蝕。如:不銹鋼。在金屬表面覆蓋保護(hù)層。常見方

7、式有:涂油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面鍍一層有自我保護(hù)作用的另一種金屬。電化學(xué)保護(hù)法外加電源的陰極保護(hù)法:接上外加直流電源構(gòu)成電解池,被保護(hù)的金屬作陰極。犧牲陽極的陰極保護(hù)法:外加負(fù)極材料,構(gòu)成原電池,被保護(hù)的金屬作正極3。常見實(shí)用電池的種類和特點(diǎn)干電池(屬于一次電池)結(jié)構(gòu):鋅筒、填滿MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊狀物。電極反應(yīng) 負(fù)極:Zn-2e-=Zn2+正極:2NH4+2e-=2NH3+H2 NH3和H2被Zn2、MnO2吸收: MnO2+H2=MnO+H2O,Zn24NH3=Zn(NH3)42鉛蓄電池(屬于二次電池、可充電電池) 結(jié)構(gòu):鉛板、填滿PbO2的

8、鉛板、稀H2SO4。A.放電反應(yīng) 負(fù)極: Pb-2e-+ SO42- = PbSO4 正極: PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2OB.充電反應(yīng) 陰極:PbSO4 +2e-= Pb+ SO42- 陽極:PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42- 總式:Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 注意:放電和充電是完全相反的過程,放電作原電池,充電作電解池。電極名稱看電子得失,電極反應(yīng)式的書寫要求與離子方程式一樣,且加起來應(yīng)與總反應(yīng)式相同。鋰電池 結(jié)構(gòu):鋰、石墨、固態(tài)碘作電解質(zhì)。 電極反應(yīng) 負(fù)極: 2Li-2

9、e- = 2Li+正極: I2 +2e- = 2I- 總式:2Li + I2 = 2LiIA.氫氧燃料電池 結(jié)構(gòu):石墨、石墨、KOH溶液。電極反應(yīng) 負(fù)極: H2- 2e-+ 2OH- = 2H2O 正極: O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-總式:2H2+O2=2H2O(反應(yīng)過程中沒有火焰,不是放出光和熱,而是產(chǎn)生電流)注意:還原劑在負(fù)極上反應(yīng),氧化劑在正極上反應(yīng)。書寫電極反應(yīng)式時(shí)必須考慮介質(zhì)參加反應(yīng)(先常規(guī)后深入)。若相互反應(yīng)的物質(zhì)是溶液,則需要鹽橋(內(nèi)裝KCl的瓊脂,形成閉合回路)。BB.鋁、空氣燃料電池 以鋁空氣海水電池為能源的新型海水標(biāo)志燈已研制成功。這種燈以取之不盡的海水為電

10、解質(zhì)溶液,靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而源源不斷產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中,數(shù)分鐘后就會(huì)發(fā)出耀眼的閃光,其能量比干電池高2050倍。電極反應(yīng):鋁是負(fù)極 4Al-12e-= 4Al3+;石墨是正極 3O2+6H2O+12e-=12OH-4電解反應(yīng)中反應(yīng)物的判斷放電順序 陰極A.陰極材料(金屬或石墨)總是受到保護(hù)。B.陽離子得電子順序 金屬活動(dòng)順序表的反表:K+ <Ca2+ < Na+ < Mg2+ < Al3+< (H+) < Zn2+ < Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < Cu2+ < Hg2+ < Ag+ 陽極A

11、.陽極材料是惰性電極(C、Pt、Au、Ti等)時(shí):陰離子失電子:S2- I- Br- Cl- OH- NO3- 等含氧酸根離子 F-B.陽極是活潑電極時(shí):電極本身被氧化,溶液中的離子不放電。 5電解反應(yīng)方程式的書寫步驟:分析電解質(zhì)溶液中存在的離子;分析離子的放電順序;確定電極、寫出電極反應(yīng)式;寫出電解方程式。如:解NaCl溶液:2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH,溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反應(yīng),PH增大電解CuSO4溶液:2CuSO4 + 2H2O2Cu + O2+ 2H2SO4溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反應(yīng), PH減小。 電解CuCl2溶液:CuCl2 CuCl2 電解鹽酸: 2HCl H2

12、Cl2溶劑不變,實(shí)際上是電解溶質(zhì),PH增大。電解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液:2H2O 2H2 + O2,溶質(zhì)不變,實(shí)際上是電解水,PH分別減小、增大、不變。酸、堿、鹽的加入增加了溶液導(dǎo)電性,從而加快電解速率(不是起催化作用)。電解熔融NaOH: 4NaOH 4Na + O2 + H2O 用銅電極電解Na2SO4溶液: Cu +2H2O Cu(OH)2 + H2 (注意:不是電解水。)6電解液的PH變化:根據(jù)電解產(chǎn)物判斷??谠E:“有氫生成堿,有氧生成酸;都有濃度大,都無濃度小”。(“濃度大”、“濃度小”是指溶質(zhì)的濃度)7使電解后的溶液恢復(fù)原狀的方法:先讓析出的產(chǎn)物(氣體或沉淀)

13、恰好完全反應(yīng),再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如:NaCl溶液:通HCl氣體(不能加鹽酸);AgNO3溶液:加Ag2O固體(不能加AgOH);CuCl2溶液:加CuCl2固體;KNO3溶液: 加H2O;CuSO4溶液:CuO(不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3)等。8電解原理的應(yīng)用圖20-1A、電解飽和食鹽水(氯堿工業(yè)) 反應(yīng)原理陽極: 2Cl- - 2e-= Cl2 陰極: 2H+ + 2e-= H2總反應(yīng):2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH 設(shè)備 (陽離子交換膜電解槽)組成:陽極Ti、陰極Fe陽離子交換膜的作用:它只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過。制

14、燒堿生產(chǎn)過程 (離子交換膜法) 食鹽水的精制:粗鹽(含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42- 等)加入NaOH溶液加入BaCl2溶液加入Na2CO3溶液過濾加入鹽酸加入離子交換劑(NaR) 電解生產(chǎn)主要過程(見圖20-1):NaCl從陽極區(qū)加入,H2O從陰極區(qū)加入。陰極H+ 放電,破壞了水的電離平衡,使OH-濃度增大,OH-和Na+形成NaOH溶液。B、電解冶煉鋁原料:(A)、冰晶石:Na3AlF6=3Na+AlF63-(B)、氧化鋁: 鋁土礦 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 原理 陽極 2O2 4e- =O2陰極 Al3+3e- =Al總反應(yīng):4Al3+6O24Al+3O2

15、 設(shè)備:電解槽(陽極C、陰極Fe) 因?yàn)殛枠O材料不斷地與生成的氧氣反應(yīng):C+O2 CO+CO2,故需定時(shí)補(bǔ)充。C、電鍍:用電解的方法在金屬表面鍍上一層金屬或合金的過程。鍍層金屬作陽極,鍍件作陰極,電鍍液必須含有鍍層金屬的離子。電鍍鋅原理:陽極 Zn2e = Zn2+陰極 Zn2+2e=Zn電鍍液的濃度在電鍍過程中不發(fā)生變化。在電鍍控制的條件下,水電離出來的H+和OH一般不起反應(yīng)。電鍍液中加氨水或 NaCN的原因:使Zn2+離子濃度很小,鍍速慢,鍍層才能致密、光亮。D、電解冶煉活潑金屬Na、Mg、Al等。E、電解精煉銅:粗銅作陽極,精銅作陰極,電解液含有Cu2+。銅前金屬先反應(yīng)但不析出,銅后金屬

16、不反應(yīng),形成 “陽極泥”。 習(xí)題一、選擇題1鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí),正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是A2H+2e = H2BFe2+2e = FeC2H2O+O2+4e = 4OH- DFe3+e = Fe2+2以下現(xiàn)象與電化腐蝕無關(guān)的是A黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 B生鐵比軟鐵芯(幾乎是純鐵)容易生銹 C銹質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件,在接觸處易生鐵銹 D銀質(zhì)獎(jiǎng)牌久置后表面變暗 3A、B、C是三種金屬,根據(jù)下列、兩個(gè)實(shí)驗(yàn),確定它們的還原性強(qiáng)弱順序?yàn)閷與B浸在稀硫酸中用導(dǎo)線相連,A上有氣泡逸出,B逐漸溶解電解物質(zhì)的量濃度相同的A、C鹽溶液時(shí),陰極上先析出C(使用惰性電極)AA>B>C BB&

17、gt;C>A CC>A>B DB>A>C4下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)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5在外界提供相同電量的條件,Cu2+或Ag+分別按Cu2+2eCu或Ag+eAg在電極上放電,電極上析出銅的質(zhì)量為1.92g,則析出銀的質(zhì)量為A1.62g B.6.48g C.3.24g D.12.96g6100mL濃度為2 mol/L的鹽酸跟過量鋅片反應(yīng),為加快

18、反應(yīng)速率,又不影響生成的氫氣的總量,可采用的方法是A加入適量的6 mol/L的鹽酸 B加入數(shù)滴氯化銅溶液C加入適量蒸餾水 D加入適量的氯化鈉溶液7用兩支惰性電極插入500 mL AgNO3溶液中,通電電解。當(dāng)電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(shí)(設(shè)電解時(shí)陰極沒有氫氣析出,且電解液在電解前后體積變化可以忽略),電極上析出銀的質(zhì)量大約是A27 mg B54 mg C108 mg D216 mg8氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池,氫鎳電池的總反應(yīng)式是根據(jù)此反應(yīng)式判斷,下列敘述中正確的是A電池放電時(shí),電池負(fù)極周圍溶液的PH不斷增大 B電池放電時(shí),鎳元素被氧化C電池充電時(shí),氫元素被還原 D電池放電時(shí),是負(fù)

19、極9用惰性電極電解M(NO3)x的水溶液,當(dāng)陰極上增重ag時(shí),在陽極上同時(shí)產(chǎn)生bL氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況):從而可知M的相對(duì)原子質(zhì)量為ABCD10實(shí)驗(yàn)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(shí)發(fā)生如下反應(yīng):今若制得Cl20.050mol,這時(shí)電池內(nèi)消耗的H2SO4的物質(zhì)的量至少是A0.025mol B0.050mol C0.10mol D0.20mol11將分別盛有熔融的氯化鉀、氯化鎂、氧化鋁的三個(gè)電解槽串聯(lián),在一定條件下通電一段時(shí)間后,析出鉀、鎂、鋁的物質(zhì)的量之比為A1:2:3 B3:2:1 C6:3:1 D6:3:212下圖中x、y分別是直流電源的兩極,通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加,

20、b極板處有無色無臭氣體放出,符合這一情況的是13將Al片和Cu片用導(dǎo)線相連,一組插入濃HNO3溶液中,一組插入稀NaOH溶液中,分別形成了原電池,則在這兩個(gè)原電池中,正極分別為AAl片、Cu片 BCu片、Al片 CAl片、Al片 DCu片、Cu片14鹽溶液電解時(shí),在相同時(shí)間作用下,析出金屬的物質(zhì)的量取決于A電極的性質(zhì) B電流強(qiáng)度 C所加電壓 D金屬離子的價(jià)數(shù)15A、B、C三個(gè)電解槽,A槽是CuCl2水溶液,純銅片做陰極,B、C都是AgNO3水溶液,純銀絲做陰極,先將A、B槽并聯(lián),再與C槽串聯(lián)進(jìn)行電解,當(dāng)B槽中銀絲質(zhì)量增加0.108g,C槽銀絲質(zhì)量增加0.216g時(shí),A槽中銅片質(zhì)量增加為A0.216g B0.108g C0.064g D0.032g二、綜合題16工業(yè)上為了除去含Cr2O72-離子的酸性廢水,采用以下處理方法:往工業(yè)廢水中加入適量的食鹽水12g/L;以鐵作為電極進(jìn)行電解:鼓入空氣,經(jīng)過一段時(shí)間后,使廢水中的含鉻(有毒)量降到可

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