《電化學基礎》總復習

1、電化學基礎電化學基礎總復習總復習一、電化學知識的內部聯(lián)系：一、電化學知識的內部聯(lián)系：強迫發(fā)生強迫發(fā)生電解電解自發(fā)發(fā)生自發(fā)發(fā)生原電池原電池還原劑還原劑氧化劑氧化劑ne-氧化還氧化還原反應原反應還原劑通過外電路還原劑通過外電路將電子給予氧化劑將電子給予氧化劑在外電場強迫下還原在外電場強迫下還原劑失、氧化劑得電子劑失、氧化劑得電子失電子失電子氧化反應氧化反應負極：電子流出負極：電子流出陽極：連電源正極陽極：連電源正極得電子得電子還原反應還原反應正極：電子流入正極：電子流入陰極：連電源負極陰極：連電源負極化學能化學能消耗電能消耗電能產生產生產生電能產生電能消耗消耗化學電源、電化化學電源、電化學腐蝕、防

2、腐學腐蝕、防腐氯堿工業(yè)、精煉銅、氯堿工業(yè)、精煉銅、電鍍、冶煉活潑金屬電鍍、冶煉活潑金屬1.如下圖，一根銅棒插入硝酸銀溶液中，回答：如下圖，一根銅棒插入硝酸銀溶液中，回答： （1 1）一段時間后，觀察到的實驗現(xiàn)象）一段時間后，觀察到的實驗現(xiàn)象 是：是： ， （2 2）寫出相關的離子方程式并用單）寫出相關的離子方程式并用單線橋法表示電子轉移的方向和數(shù)線橋法表示電子轉移的方向和數(shù)目：目： 。 Cu Cu 問題探究一：問題探究一：2.探究探究1 1中的氧化還原反應能否設計成原中的氧化還原反應能否設計成原電池？若能，請畫出實驗裝置圖并寫出電池？若能，請畫出實驗裝置圖并寫出電極反應式和原電池反應方程式電極

3、反應式和原電池反應方程式. . Ag/C/PAg/C/Pt t Cu Cu 電極反應式：電極反應式：負極：負極： ， 正極：正極： 。原電池反應原電池反應 。3.探究探究1 1中的氧化還原反應的逆反應中的氧化還原反應的逆反應 CuCu2+2+ +2Ag=Cu +2Ag +2Ag=Cu +2Ag+ + 能自發(fā)發(fā)生嗎？你能否能自發(fā)發(fā)生嗎？你能否設計一個實驗使該反應發(fā)生？若能，畫出實驗設計一個實驗使該反應發(fā)生？若能，畫出實驗裝置圖并寫出電極反應式和總反應方程式。裝置圖并寫出電極反應式和總反應方程式。電極反應式：電極反應式：陽極：陽極： ，陰極：陰極： 。電解反應式電解反應式: : .Ag Ag Cu

4、/C/pt Cu/C/pt 總結：總結： （1 1）一般的氧化還原反應是還）一般的氧化還原反應是還原劑面對面的將電子給予氧化劑。原劑面對面的將電子給予氧化劑。 （2 2）從理論上說，任何一個自）從理論上說，任何一個自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應，只要還原劑失發(fā)發(fā)生的氧化還原反應，只要還原劑失去電子和氧化劑得到電子分兩處進行，去電子和氧化劑得到電子分兩處進行，就可設計成原電池。就可設計成原電池。 （3 3）一個不能自發(fā)發(fā)生的氧化）一個不能自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應可用電解的方法強迫它發(fā)生。還原反應可用電解的方法強迫它發(fā)生。 電離電離電解電解條件條件 過程過程特點特點聯(lián)系聯(lián)系 電離與電解比較電離與電解比較電解

5、質溶于水或電解質溶于水或受熱融化狀態(tài)受熱融化狀態(tài)電解質電離后，再通電解質電離后，再通直流電直流電電解質電離成為自電解質電離成為自由移動的離子，例：由移動的離子，例：CuCl2 =Cu2+ +2Cl-陰陽離子定向移動，在陰陽離子定向移動，在兩極上失得電子成為原兩極上失得電子成為原子或分子。如：子或分子。如： 只產生自由移動的只產生自由移動的離子離子發(fā)生氧化還原反應生成發(fā)生氧化還原反應生成了新物質了新物質電解必須建立在電離的基礎上電解必須建立在電離的基礎上化學腐蝕與電化腐蝕化學腐蝕與電化腐蝕化學腐蝕化學腐蝕電化腐蝕電化腐蝕條件條件現(xiàn)象現(xiàn)象本質本質聯(lián)系聯(lián)系金屬跟非金屬單質金屬跟非金屬單質直接接觸直接

6、接觸不純金屬或合金不純金屬或合金跟電解質溶液接觸跟電解質溶液接觸無電流產生無電流產生有有微弱電流微弱電流產生產生金屬被氧化金屬被氧化較活潑金屬被氧化較活潑金屬被氧化兩者往往同時發(fā)生，電化腐蝕更普遍兩者往往同時發(fā)生，電化腐蝕更普遍原電池和電解池知識比較表原電池和電解池知識比較表內容內容原電池原電池電解池電解池電極規(guī)定電極規(guī)定電極反應電極反應電子移動方向電子移動方向離子在池中移離子在池中移動方向動方向能量轉變能量轉變較活潑金屬或失電較活潑金屬或失電子、流出電子的一子、流出電子的一極為負極極為負極陰極：連接電源陰極：連接電源負極的一極負極的一極負極發(fā)生氧化反應負極發(fā)生氧化反應正極發(fā)生還原反應正極發(fā)生

7、還原反應陽極發(fā)生氧化反應陽極發(fā)生氧化反應陰極發(fā)生還原反應陰極發(fā)生還原反應負極負極用電器用電器正極正極陽極陽極電源電源陰極陰極化學能變?yōu)殡娔芑瘜W能變?yōu)殡娔茈娔茏優(yōu)榛瘜W能電能變?yōu)榛瘜W能陽離子陽離子正極正極陽離子陽離子陰極陰極電鍍與電解比較表電鍍與電解比較表電鍍電鍍電解電解電極變化電極變化情況情況電解液變電解液變化情況化情況電解液電解液PH變化變化聯(lián)系聯(lián)系陽極陽極:M-ne- = Mn+陰極陰極:Mn+ne- = M離子濃度保持離子濃度保持不變不變離子濃度發(fā)生離子濃度發(fā)生變化變化陽極：失電子，被氧化陽極：失電子，被氧化陰極：得電子，被還原陰極：得電子，被還原不變不變可能升高或降低或不變可能升高或降低

8、或不變電鍍是一種特殊的電解電鍍是一種特殊的電解稀硫酸稀硫酸 稀硫酸稀硫酸 稀硫酸稀硫酸 硫酸硫酸 A B C D A B C D 1 下列裝置中屬于原電池的是下列裝置中屬于原電池的是 （ ） 屬于電解池的是屬于電解池的是 （ ） BCD 練習練習Zn Zn Cu Cu Cu Cu Cu Cu 練習練習判斷原電池、電解池、電鍍池的依據：判斷原電池、電解池、電鍍池的依據： （1）若有外接電源，則為電解池或電鍍池；若有外接電源，則為電解池或電鍍池； 又陽極參與反應且電解過程中電解液濃度又陽極參與反應且電解過程中電解液濃度 不變，則是電鍍池；否則是一般的電解池。不變，則是電鍍池；否則是一般的電解池。

9、（2 2）若無外接電源，電極和電解質之間）若無外接電源，電極和電解質之間有自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應的為原電池，其他為有自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應的為原電池，其他為電解池或電鍍池。電解池或電鍍池。練習與探究：練習與探究：從理論上分析判斷，下圖中從理論上分析判斷，下圖中A、B、C分分別是什么池（電解池別是什么池（電解池/電鍍池電鍍池/原電池）？并寫出各池原電池）？并寫出各池的電極名稱、電極反應式和總反應式。的電極名稱、電極反應式和總反應式。Zn Zn Cu Cu C C1 1C C2 2 AgAgCu Cu 一般以天然燃一般以天然燃料或其它可燃物質如氫氣、甲醇、天然氣、煤氣料或其它可燃物質如氫氣、甲醇、

10、天然氣、煤氣等作為負極的反應物質，以氧氣作為正極反應物等作為負極的反應物質，以氧氣作為正極反應物質組成燃料電池。質組成燃料電池。三、化學電源三、化學電源 二次電池在放電后經充電可使二次電池在放電后經充電可使電池中的活性物質恢復工作能力。鉛蓄電池和可充電池中的活性物質恢復工作能力。鉛蓄電池和可充電電池都是二次電池。電電池都是二次電池。 電池中的反應物質進行一次氧電池中的反應物質進行一次氧化還原反應并放電之后，就不能再次利用，如干電化還原反應并放電之后，就不能再次利用，如干電池池。（1）一次化學電源一次化學電源（2 2）二次化學電源）二次化學電源 （3 3）燃料電池）燃料電池 又稱為連續(xù)電池，又稱

11、為連續(xù)電池，1.化學電源的分類化學電源的分類化學電源化學電源一次電池一次電池二次電池二次電池燃料電池燃料電池堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池鉛蓄電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池鋰離子電池鋰離子電池鎳鎘電池鎳鎘電池普通普通鋅錳鋅錳干電池干電池銀銀鋅鈕扣電池鋅鈕扣電池化學電源的分類化學電源的分類甲烷燃料電池甲烷燃料電池2.各類化學電源的工作原理：各類化學電源的工作原理：普通鋅錳電池普通鋅錳電池鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通鋅普通鋅- -錳干電池的結構錳干電池的結構NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等（1）普通干電池）普通干電池負極負極正極正極電池反應：電池反應：（Zn）：）：Zn 2e-

12、= Zn2+（C）：）：優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。 缺點：放電時間短，電壓下降快。缺點：放電時間短，電壓下降快。2MnO2+2NH4+2e- =Mn2O3 +2NH3+H2OZn2MnO2+2NH4Cl =Mn2O3 +Zn(NH3)2Cl2+H2O（2）堿性鋅）堿性鋅-錳電池錳電池電解質：電解質：KOH溶液溶液負極：負極：(Zn)(Zn)Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2正極：正極：(C)(C)2MnO2+ H2O+ 2e- = Mn2O3 +2OH- 電池反應：電池反應：Zn+ 2MnO2+ H2O = Mn2O3 + Zn(OH)2堿性電池堿性電

13、池 （3）銀）銀鋅鋅鈕扣電池鈕扣電池正極：正極：Ag2O + H2O+ 2e- = 2Ag+2OH負極：負極：Zn +2OH-2e- = ZnO+H2O總反應：總反應： Zn+ Ag2O = ZnO+ 2Ag（4）鉛蓄電池）鉛蓄電池放電過程總反應：放電過程總反應：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正極：正極：PbO2 + 4H+SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O 氧化反應氧化反應 還原反應還原反應負極：負極：放電過程放電過程鉛蓄電池充電的反應則是上述反應的逆過程。鉛蓄電池充電的反應則是上述反應的逆過程。充電過程充電過

14、程PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 還原反應還原反應陰極：陰極：陽極：陽極：PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ SO42- 氧化反應氧化反應接電源負極接電源負極接電源正極接電源正極充電過程總反應：充電過程總反應：鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放電放電充電充電2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4直流電直流電 Cd + 2NiO(OH) + 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 Fe + 2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2放電放電充電充電放電

15、放電充電充電（5）堿性蓄電池）堿性蓄電池 這類電池一般壽命比鉛酸蓄電池長很多，且攜這類電池一般壽命比鉛酸蓄電池長很多，且攜帶很方便。帶很方便。 Ni-Cd電池電池：Ni-Fe電池電池： 類型類型 堿性燃料堿性燃料電池電池 質子交換質子交換膜燃料電膜燃料電池池熔融碳酸熔融碳酸鹽燃料電鹽燃料電池池 固態(tài)氧燃固態(tài)氧燃料電池料電池 電解質電解質氫氧化鉀氫氧化鉀溶液溶液 質子可滲質子可滲透膜透膜 鋰和鉀的鋰和鉀的碳酸鹽碳酸鹽 固體陶瓷固體陶瓷體體 燃料燃料純氫、甲純氫、甲烷、烷、 氫，甲醇氫，甲醇天然氣天然氣 天然氣天然氣 煤氣煤氣 沼氣沼氣 天然氣、天然氣、煤氣、沼煤氣、沼氣氣 氧化劑氧化劑純氧純氧大

16、氣中的大氣中的氧氣氧氣 大氣中的大氣中的氧氣氧氣 大氣中的大氣中的氧氣氧氣 （6）燃料電池的類型）燃料電池的類型A.質子交換膜燃料電池質子交換膜燃料電池 質子交換膜燃料電池的關鍵材料與部件為：1)電催化劑；2)電極；3）質子交換膜；4）雙極板。 工作時，氫在負極被轉變成氫離子的同時釋放出電子，電子通過外電路回到電池正極，與此同時，氫離子則通過電池內部高分子膜電解質到達正極。在正極，氧氣轉變?yōu)檠踉?，氧原子得到從負極傳過來的電子變成氧離子，和氫離子結合生成水。右圖是質子交換膜燃料電池工作原理示意圖負極負極 正極正極B.固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池 固體氧化物燃料電池采用固體氧化物作為電解

17、質，除了高效，環(huán)境友好的特點外，它無材料腐蝕和電解液腐蝕等問題；在高的工作溫度下電池排出的高質量余熱可以充分利用，使其綜合效率可由50%提高到70%以上； 它的燃料適用范圍廣，不僅能用H2 ，還可直接用CO、天然氣（甲烷）、煤汽化氣，碳氫化合物、NH3 、H2S等作燃料。這類電池最適合于分散和集中發(fā)電。 C.熔融碳酸鹽燃料電熔融碳酸鹽燃料電池池 熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池。其電解質是熔融態(tài)碳酸鹽。反應原理示意圖如下：正極： O2 + 2CO2 + 4e- = 2CO32-負極： 2H2 + 2CO32- 4e-= 2CO2 +

18、2H2O 總反應： O2 2H2 = 2H2O熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫電池（600700），具有效率高（高于40%）、噪音低、無污染、燃料多樣化（氫氣、煤氣、天然氣等）、練習練習1：寫出分別以稀硫酸、寫出分別以稀硫酸、KOH溶液、熔融碳酸鹽、溶液、熔融碳酸鹽、固體氧化物為電解質時的氫氧燃料電池的電極反應式固體氧化物為電解質時的氫氧燃料電池的電極反應式和總反應式。和總反應式。 酸性電解質：酸性電解質：堿性電解質堿性電解質負極負極: 2H2- 4e-+ 4OH- = 4H2O正極正極: O2+ 2H2O+ 4e- = 4OH-總反應總反應: 2H2+ O2 = 2H2O負極：負極： 2H2 -

19、 4e- = 4H+正極：正極： O2+ 4H+ + 4e- = 2H2O總反應：總反應：2H2+ O2 = 2H2O熔融碳酸鹽熔融碳酸鹽負極：負極：2 H2 +2CO32- 4e- = 2H2O +2CO2 正極：正極：O2 +2 CO2 + 4e- = 2CO32-總反應式：總反應式：2H2 + O2 = 2H2 O固體氧化物固體氧化物負極：負極：2H2 + 2O2- 4e- =2H2O正極：正極：O2 +4e- =2O2- 總反應式：總反應式：2H2 + O2 = 2H2 O3.原電池電極反應式的書寫：原電池電極反應式的書寫： 3 3負極失電子所得氧化產物和正極得電子所得還原產負極失電子

20、所得氧化產物和正極得電子所得還原產物，與溶液的酸堿性有關（如物，與溶液的酸堿性有關（如4價的價的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，在形式存在，在堿性溶液中堿性溶液中以以CO32形式存在）；形式存在）；2 2分析兩極反應物分別寫出兩極電極反應式，將兩分析兩極反應物分別寫出兩極電極反應式，將兩極的電極反應式的電子得失數(shù)配平后，相加得到總極的電極反應式的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應反應加法加法 4 4溶液中不存在溶液中不存在O2：在酸性溶液中它與：在酸性溶液中它與H結合成結合成H2O、在堿性或中性溶液中它與水結合成、在堿性或中性溶液中它與水結合成OH；1.根據條件寫出自發(fā)發(fā)生的氧化還

21、原反應方程式，分析根據條件寫出自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應方程式，分析得、失電子的情況，寫出正極或負極的電極反應式，得、失電子的情況，寫出正極或負極的電極反應式，總總反應減去一極反應即得到另一極反應反應減去一極反應即得到另一極反應減法減法練習練習2：僅僅改變改變練習練習1中的中的燃料燃料：氫氣變?yōu)榧祝簹錃庾優(yōu)榧淄榛蚣状迹渌蛔?，寫出其電極反應式和烷或甲醇，其他不變，寫出其電極反應式和總反應式總反應式思考：思考：通過比較三種燃料在四類燃料電池中的電通過比較三種燃料在四類燃料電池中的電極反應式，找出其共同點。極反應式，找出其共同點?？偨Y總結：各種燃料以氧氣為氧化劑時在各類燃料電池：各種燃料以氧氣為氧化

22、劑時在各類燃料電池中的電極反應式有何共同點？中的電極反應式有何共同點？正極正極：O2 + 4H+ +4e- =2H2O質子交換膜燃料電池：質子交換膜燃料電池：堿堿 性性 燃燃 料料 電電 池：池：熔融碳酸鹽燃料電池：熔融碳酸鹽燃料電池：固體氧化物燃料電池：固體氧化物燃料電池：正極：正極：O2 +2H2O+4e-=4OH-正極正極：O2+2CO2+4e-=2CO32-正極：正極：O2 +4e- =2O2-練習練習3：將質子交換膜氫氧燃料電池的將質子交換膜氫氧燃料電池的氧化劑改氧化劑改成成氯氣氯氣可否做成氫可否做成氫氯氯燃料電池？若可行，寫出其燃料電池？若可行，寫出其電極反應式和總反應式，說明這種

23、電極反應式和總反應式，說明這種氫氯燃料電池氫氯燃料電池是否有實際使用價值；若不行，說明理由。是否有實際使用價值；若不行，說明理由。賞析賞析(99理綜理綜)熔融鹽燃料電池具有高熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率的發(fā)電效率,因而受到重視因而受到重視.可用可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融鹽混合物用的熔融鹽混合物用電解質電解質,CO為燃氣為燃氣,空氣與空氣與CO2的混合的混合氣為助燃氣氣為助燃氣,制得在制得在6500下工作的下工作的燃料電池燃料電池,完成有關的電池反應式完成有關的電池反應式: 負極反應式負極反應式: , 正極反應式正極反應式:O2+2CO2+4e- =2CO32- 總電池反式總電池反

24、式: .2CO+2CO32-4e- =4CO22CO+O2=2CO2（1）陰）陰極：極：含氧酸根）含氧酸根） 四、電解四、電解 1.電極產物的判斷電極產物的判斷（2）陽）陽極：極：金屬電極金屬電極（除（除Au、Pt）：優(yōu)先失電子，）：優(yōu)先失電子，氧化氧化反應反應（總是陽離子總是陽離子得電子得電子）（活性電極優(yōu)先活性電極優(yōu)先失電子、失電子、惰性電極時陰離子惰性電極時陰離子失電子失電子）電解電解類型類型舉舉 例例電極反應電極反應溶液變化溶液變化溶液溶液復原復原物質類別物質類別實例實例PHC濃度濃度含氧酸含氧酸H2SO4強堿強堿NaOH 活潑金屬活潑金屬的含氧酸的含氧酸鹽鹽Na2SO4 無氧酸無氧酸

25、HCl 不活潑金屬不活潑金屬的無氧酸的無氧酸鹽鹽CuCl2 活潑金屬活潑金屬的無氧酸的無氧酸鹽鹽NaCl 不活潑金屬不活潑金屬 的的 含氧酸鹽含氧酸鹽CuSO4陽極：陽極：4OH-4e- =O2+2H2O陰極：陰極：4H+ +4e- =2H2減小減小增大增大不變不變增增大大H2O陽極：陽極：2Cl- -2e- =Cl2陰極：陰極：2H+ +2e- =H2陽極：陽極：2Cl- -2e- =Cl2陰極：陰極：Cu2+ +2e- =Cu增大增大 減小減小 HCl增大增大 減小減小 CuCl2陽極：陽極：2Cl- -2e- =Cl2陰極：陰極：2H+ +2e- =H2 增大增大 生成生成 新物質新物質

26、 HCl減小減小 生成生成 新物質新物質CuO陽極：陽極：4OH- -4e- =O2+2H2O陰極：陰極：2Cu2+ +4e- =2Cu電電解解水水分分解解電電解解質質放氫放氫生堿生堿放氧放氧生酸生酸探究探究1：寫出下列電解池中各電極的電極反應式和電寫出下列電解池中各電極的電極反應式和電解的總反應式，分析電解液的濃度和解的總反應式，分析電解液的濃度和PH變化情況變化情況CCuCuSO4溶液溶液CCMgCl2溶液溶液CCuMgCl2溶液溶液CCCuSO4 溶液溶液探究探究2：寫出下列電解池中各電極的電極反應式和電寫出下列電解池中各電極的電極反應式和電解的總反應式，分析電解液的濃度和解的總反應式，

27、分析電解液的濃度和PH變化情況變化情況FeCuH2SO4溶液溶液CCKOH溶液溶液FeCuKOH溶液溶液CCH2SO4 溶液溶液3.電解的相關計算：電解的相關計算：(1)常見類型：常見類型： A.電解后某產物的質量、氣體產物的體積。電解后某產物的質量、氣體產物的體積。 B.電解后溶液的電解后溶液的PH。 C.電解后溶液中某物質的物質的量濃度電解后溶液中某物質的物質的量濃度（2）常見方法：）常見方法： A.根據電解方程式或電極反應式列比例式求根據電解方程式或電極反應式列比例式求 解解 B.根據電路中、各電極上轉移的電子的物質的根據電路中、各電極上轉移的電子的物質的 量相等求解量相等求解例題例題：如下圖裝置進行電解，如下圖裝置進行電解，B B極是銅鋅合金，極是銅鋅合金，A A極為純銅，電解質溶液中含有足量的銅離子，極為純銅，電解質溶液中含有足量的銅離子，通電一段時間后，若通電一段時間后，若B B極恰好全部溶解，此時極恰好全部溶解，此時A A極質量增加極質量增加ABCuSO4溶液溶液. .，溶液質量，溶液質量增加增加. .，則合，則合金中銅、鋅原子個數(shù)比金中銅、鋅原子個數(shù)比是是。：五、電化學知識的應用五、電化學知識的應用 1.1.原電池知識的應用：原電池知識的應用：（1 1）設計、制造化學電源（理論上，任何）設計、制造化學電源（理論上，任何一個自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應都可設計成原一個自