電化學(xué)及應(yīng)用

1、原電池和電解池的比較原電池電解池概念能量轉(zhuǎn)化一、原電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置構(gòu)成原電池的基本條件是什么？（1）必須自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)（2）必須有兩種活潑性不同的導(dǎo)電材料作電極；（3）兩個(gè)電極必須插入電解質(zhì)溶液中或熔融的電解質(zhì)中；（4）兩個(gè)電極必須相連并形成閉合回路。原電池正負(fù)極的比較比較項(xiàng)目正極負(fù)極電子流動(dòng)方向電子流入電子流出金屬活潑性相對(duì)不活潑相對(duì)活潑電極反應(yīng) Nm+ + me- = N(還原反應(yīng))M - ne- = Mn+(氧化反應(yīng))電極質(zhì)量變化增大或不變一般：減小離子移動(dòng)方向陽(yáng)離子移向該極陰離子移向該極原電池的工作原理1、負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；溶液中氧化性較強(qiáng)的微粒在正極上得電子發(fā)

2、生還原反應(yīng)；2、電子由負(fù)極流向正極，電流方向是由正極流到負(fù)極（外電路）。用Al、Cu作電極，如何使Cu作負(fù)極，Al作正極用Mg、Al作電極，如何使Al作負(fù)極，Mg作正極？原電池原理的應(yīng)用(1)制做化學(xué)電源；(2)比較金屬的活潑性；構(gòu)建原電池，測(cè)出正負(fù)極，負(fù)極金屬活潑性 > 正極(3)加快某些化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率；(4)金屬腐蝕的原理及金屬腐蝕的防護(hù)。金屬的電化學(xué)腐蝕（一）金屬腐蝕1.概念：2.金屬腐蝕的本質(zhì)3.金屬腐蝕的分類：化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較比較項(xiàng)目化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕發(fā)生條件共同點(diǎn)是否構(gòu)成原電池有無(wú)電流實(shí)質(zhì)金屬的防護(hù)方 法：1.改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)（如制不銹鋼）2.在金屬表面覆

3、蓋保護(hù)層：（1）在表面刷一層油漆；（2）在表面涂上機(jī)油；（3）在表面鍍一層其他耐腐蝕金屬；（4）在表面燒制搪瓷 ；（5）使金屬表面形成致密的氧化膜 。3.電化學(xué)保護(hù)法 ：（1）犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法 （2）外加電流的陰極保護(hù)法 判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律不純的金屬或合金，在潮濕空氣中形成微電池發(fā)生電化腐蝕，活潑金屬因被腐蝕而損耗，金屬腐蝕的快慢與下列二種因素有關(guān)：1）與構(gòu)成微電池的材料有關(guān)，兩極材料的活動(dòng)性差別越大，電動(dòng)勢(shì)越大，氧化還原反應(yīng)的速度越快，活潑金屬被腐蝕的速度就越快；2）與金屬所接觸的電解質(zhì)強(qiáng)弱有關(guān)，活潑金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在弱電

4、解質(zhì)溶液中的腐蝕。一般說(shuō)來(lái)可用下列原則判斷：（電解原理引起的腐蝕）原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕有防腐措施的腐蝕二、常見(jiàn)的化學(xué)電池干電池電極:Zn為負(fù)極,碳棒為正極電解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊另有黑色的MnO2粉末，吸收正極產(chǎn)生的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。電極方程式：銀鋅電池 Zn為負(fù)極,Ag2O為正極 電解液: KOH溶液電極反應(yīng)式:鉛蓄電池: 電極：Pb為負(fù)極, PbO2為正極. 電解液: 30%的H2SO4溶液 電極反應(yīng)式:放電時(shí)：為原電池充電時(shí)：為電解池鋁空氣海水電池1991年，我國(guó)首創(chuàng)以鋁-空氣-海水為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈以取之不盡的海水為電解質(zhì)燃料電池 (1)電

5、極:Pt制作的惰性電極 (2)電解質(zhì)溶液:KOH溶液 (3)反應(yīng)原理:以甲烷作燃料的燃料電池電極為金屬鉑，電解質(zhì)為KOH，在兩極分別通入甲烷和氧氣。電極反應(yīng)：負(fù)極： 正極：電解池組成電解池的條件： (1)外接直流電源(2)電極(金屬或惰性電極)(3)電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)(4)形成閉合回路電解池陰陽(yáng)極的比較比較項(xiàng)目陰極陽(yáng)極與電源連接接電源負(fù)極接電源正極電子流動(dòng)方向電子流入電子流出電極反應(yīng) Nm+ + me = N(還原反應(yīng))Rn ne= RM ne= Mn+(氧化反應(yīng))電極質(zhì)量變化增大或不變減小或不變離子移動(dòng)方向陽(yáng)離子移向該極陰離子移向該極電解池的工作原理 在惰性電極上離子放電順序

6、：陰極(與電極材料無(wú)關(guān))：Ag+>Hg+>Fe3+ >Cu2+ >H+ （酸）>Pb2+ >Fe2+>Zn2+ >H+（水）>Al3+>Mg2+ >Na+ >Ca2+ > K+得到電子 由易到難 陽(yáng)極(與電極材料有關(guān))： 活性材料> S2-I- Br- Cl- OH- NO3- SO42- F-失去電子由易到難電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律（1）電解水型 （NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解（2）分解電解質(zhì)型 （HCl、CuCl2等）溶液的電解（3）放氫生堿型 （NaCl、MgBr2

7、）溶液的電解（4）放氧生酸型 （CuSO4、AgNO3等）溶液的電解電解原理的應(yīng)用銅的電解精煉電鍍銅【例題】某學(xué)生試圖用電解法根據(jù)電極上析出物質(zhì)的質(zhì)量來(lái)測(cè)定阿佛加德羅常數(shù)值，其實(shí)驗(yàn)方案的要點(diǎn)為：用直流電電解氯化銅溶液，所用儀器如右圖：在電流強(qiáng)度為I安培，通電時(shí)間為t秒鐘后，精確測(cè)得某電極上析出的銅的質(zhì)量為m克。試回答：(1)連接這些儀器的正確順序?yàn)椋ㄓ脠D中標(biāo)注儀器接線柱的英文字母表示。下同）E接，C接，接F。實(shí)驗(yàn)線路中的電流方向?yàn)?C 。 (2)寫出B電極上發(fā)生反應(yīng)的離子方程式； G試管中淀粉KI溶液變化的現(xiàn)象為；相應(yīng)的離子方程式是 。 (3)為精確測(cè)定電極上析出銅的質(zhì)量，所必需的實(shí)驗(yàn)步驟的先

8、后順序應(yīng)是。（選填下列操作步驟的編號(hào)）稱量電解前電極質(zhì)量 刮下電解后電極上的銅并清洗用蒸餾水清洗電解后電極 低溫烘干電極后稱量 低溫烘干刮下的銅后稱量 再次低溫烘干后稱量至恒重 (4)已知電子的電量為1.6×10-19庫(kù)侖。試列出阿佛加德羅常數(shù)的計(jì)算表達(dá)式：有關(guān)電解的計(jì)算原則: 電化學(xué)的反應(yīng)是氧化一還原反應(yīng),各電極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量相等,無(wú)論是單一電池還是串聯(lián)電解池,均可抓住電子守恒計(jì)算.關(guān)鍵: 電極名稱要區(qū)分清楚. 電極產(chǎn)物要判斷準(zhǔn)確. 各產(chǎn)物間量的關(guān)系遵循電子得失守恒. 例 用下圖裝置進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)(a、b、c、d均為鉑電極),供選擇的有4組電解液,要滿足下列要求: 工作一段時(shí)間

9、后A槽pH值上升,B槽的pH下降.b、c兩極上反應(yīng)的離子的物質(zhì)的量相等(1)應(yīng)選擇的電解質(zhì)是上述四組中的第_組(2)該組電解過(guò)程中各電極上的電極反應(yīng)為a極_ b極_ c極_ d極_(3)當(dāng)b極上析出7.1g電解產(chǎn)物時(shí),a極上析出產(chǎn)物的質(zhì)量為_g;若B槽電解質(zhì)溶液500mL，且忽略電解前后電解液的體積變化，則此時(shí)B槽中的H比電解前增加了_mol/L.例：用兩支惰性電極插入1000mL CuSO4溶液，通電電解，當(dāng)電解液的PH由6.0變?yōu)?.0時(shí)，下列敘述正確的是 A、陰極上析出11.2mL氫氣（標(biāo)況） B、陰極上析出32mg銅 C、陽(yáng)極和陰極質(zhì)量都沒(méi)有變化  D、陽(yáng)極上析出5.6mL氧

10、氣（標(biāo)況） 例：按右圖裝置進(jìn)行電解（均是惰性電極），已知A燒杯中裝有500 mL20的NaOH溶液，B燒杯中裝有500 mL pH為6的CuSO4溶液。通電一段時(shí)間后，在b電極上收集到28mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則B燒杯中溶液pH變?yōu)椋ㄈ芤后w積變化忽略不計(jì)） （ ） A4 B3 C2 D1電解一段時(shí)間，如何恢原到電解前的溶液既要考慮“質(zhì)”又要考慮“量”.例如:電解CuSO4溶液： 抓住溶液的變化若加入CuO、Cu(OH)2，均能與H2SO4反應(yīng)生成CuSO4.     CuOH2SO4CuSO4H2O Cu(OH)2H2SO4CuSO42H2O比較、消耗的H2SO4

11、、生成的CuSO4、H2O即可知道:加入1mol Cu(OH)2能與1mol H2SO4反應(yīng)能生成1mol CuSO4和2molH2O.不符合電解時(shí)的相關(guān)物質(zhì)的比例.若改加CuO，則很合適.思考2：如何確定所加物質(zhì)的量?(惰性電極)分析： 由于兩極上通過(guò)的電子數(shù)相等,故陰、陽(yáng)兩極產(chǎn)物的物質(zhì)的量間一定滿足確定的關(guān)系.因而加入物與其也有一定關(guān)系.例如:電解含0.4mol CuSO4溶液一段時(shí)間后，陽(yáng)極上生成2.24L氣體(S.T.P),則應(yīng)加入CuO多少克？(用惰性電極)例用陽(yáng)極X和陰極Y電解Z的水溶液, 電解一段時(shí)間后, 再加入W, 能使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài), 符合題意的組是( ) X Y Z

12、 W A C FeNaCl H2O B Pt CuCuSO4CuSO4溶液 C C CH2SO4 H2O D Ag FeAgNO3AgNO3晶體練習(xí)、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(shuō)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(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?放電時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹵 B C D 練習(xí)、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽

13、混合物作電解質(zhì)，CO為陽(yáng)極燃?xì)?，空氣與CO2的混和氣為陰極助燃?xì)?，制得?50下工作的燃料電池。完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：電池反應(yīng)式： 陽(yáng)極反應(yīng)式：,陰極反應(yīng)式：，總電池反應(yīng)：。練習(xí)、高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn2K2FeO48H2O 3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列敘述不正確的是A. 放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：Zn2e-2OH-Zn(OH)2B.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為：Fe(OH)33e-5OH-4H2OC. 放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 molK2FeO4被氧化 D. 放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)練習(xí)、一種

14、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：2C4H1013O2® 8CO210H2O C.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：2C4H10 26e-13O2-4CO25H2O 例：將1L一定濃度的CuSO4溶液，用a、b兩個(gè)石墨電極電解，當(dāng)a極上產(chǎn)生22.4L(標(biāo))氣體時(shí)，b極上只有固體析出。然后將a、b兩電板反接，繼續(xù)通直流電，b板上又產(chǎn)生22.4L(標(biāo))氣體，溶液質(zhì)量共減少227g。(1)a極