最新高中化學(xué)原電池和電解池全面總結(jié)超全版

第頁原電池和電解池1．原電池和電解池的比擬：裝置原電池電解池實(shí)例原理使氧化復(fù)原反響中電子作定向移動(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、陽兩極引起氧化復(fù)原反響的過程叫做電解。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①電極：兩種不同的導(dǎo)體相連；②電解質(zhì)溶液：能與電極反響。①電源；②電極〔惰性或非惰性〕；③電解質(zhì)〔水溶液或熔化態(tài)〕。反響類型自發(fā)的氧化復(fù)原反響非自發(fā)的氧化復(fù)原反響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；電極反響負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+〔氧化反響〕正極：2H++2e-=H2↑〔復(fù)原反響〕陰極：Cu2++2e-=Cu〔復(fù)原反響〕陽極：2Cl--2e-=Cl2↑〔氧化反響〕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①抗金屬的電化腐蝕；②實(shí)用電池。①電解食鹽水〔氯堿工業(yè)〕；②電鍍〔鍍銅〕；③電冶〔冶煉Na、Mg、Al〕；④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，外表潮濕反響過程氧化復(fù)原反響，不形成原電池。因原電池反響而腐蝕有無電流無電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生反響速率電化腐蝕＞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)正極反響O2+4e-+2H2O==4OH-2H++2e-==H2↑負(fù)極反響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)生氧化復(fù)原反響陰陽離子自由移動(dòng)，無明顯的化學(xué)變化用電解的方法在金屬外表鍍上一層金屬或合金實(shí)例CuCl2eq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))Cu＋Cl2CuCl2==Cu2++2Clˉ陽極Cu－2e-=Cu2+陰極Cu2++2e-=Cu關(guān)系先電離后電解，電鍍是電解的應(yīng)用5．電鍍銅、精煉銅比擬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響陽極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)溶液陽極反響式陰極反響式總反響方程式〔條件：電解〕溶液酸堿性變化CuCl22Cl--2e-=Cl2↑Cu2++2e-=CuCuCl2=Cu+Cl2↑——HCl2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑2HCl=H2↑+Cl2↑酸性減弱Na2SO44OH--4e-=2H2O+O2↑2H++2e-=H2↑2H2O=2H2↑+O2↑不變H2SO44OH--4e-=2H2O+O2↑2H++2e-=H2↑2H2O=2H2↑+O2↑消耗水，酸性增強(qiáng)NaOH4OH--4e-=2H2O+O2↑2H++2e-=H2↑2H2O=2H2↑+O2↑消耗水，堿性增強(qiáng)NaCl2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOHH+放電，堿性增強(qiáng)CuSO44OH--4e-=2H2O+O2↑Cu2++2e-=Cu2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4OHˉ放電,酸性增強(qiáng)考點(diǎn)解說1．電化腐蝕：發(fā)生原電池反響，有電流產(chǎn)生〔1〕吸氧腐蝕負(fù)極：Fe－2e-==Fe2+正極：O2+4e-+2H2O==4OH-總式：2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)32Fe(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+H2↑Fe(HCO3)2水解、空氣氧化、風(fēng)吹日曬得Fe2O3。2．金屬的防護(hù)⑴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。⑵在金屬外表覆蓋保護(hù)層。常見方式有：涂油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等；使外表生成致密氧化膜；在外表鍍一層有自我保護(hù)作用的另一種金屬。⑶電化學(xué)保護(hù)法①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。②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)⑴干電池〔屬于一次電池〕①結(jié)構(gòu)：鋅筒、填滿MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊狀物。②電極反響負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+正極：2NH4++2e-=2NH3+H2NH3和H2被Zn2＋、MnO2吸收：MnO2+H2=MnO+H2O,Zn2＋＋4NH3=Zn(NH3)42＋⑵鉛蓄電池〔屬于二次電池、可充電電池〕結(jié)構(gòu)：鉛板、填滿PbO2的鉛板、稀H2SO4。②A.放電反響負(fù)極：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正極：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2OB.充電反響陰極：PbSO4+2e-=Pb+SO42-陽極：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-總式：Pb+PbO2+2H2SO4eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(放電),\s\do4(===))),\s\do7(充電))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，電極反響式的書寫要求與離子方程式一樣，且加起來應(yīng)與總反響式相同。⑶鋰電池結(jié)構(gòu)：鋰、石墨、固態(tài)碘作電解質(zhì)。②電極反響負(fù)極：2Li-2e-=2Li+正極：I2+2e-=2I-總式：2Li+I2=2LiI⑷A.氫氧燃料電池結(jié)構(gòu)：石墨、石墨、KOH溶液。②電極反響負(fù)極：H2-2e-+2OH-=2H2O正極：O2+4e-+2H2O=4OH-總式：2H2+O2=2H2O〔反響過程中沒有火焰，不是放出光和熱，而是產(chǎn)生電流〕注意：復(fù)原劑在負(fù)極上反響，氧化劑在正極上反響。書寫電極反響式時(shí)必須考慮介質(zhì)參加反響〔先常規(guī)后深入〕。假設(shè)相互反響的物質(zhì)是溶液，那么需要鹽橋〔內(nèi)裝KCl的瓊脂，形成閉合回路〕。B．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20～50倍。電極反響：鋁是負(fù)極4Al-12e-==4Al3+；石墨是正極3O2+6H2O+12e-==12OH-4．電解反響中反響物的判斷——放電順序⑴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+⑵陽極A.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．電解反響方程式的書寫步驟：①分析電解質(zhì)溶液中存在的離子；②分析離子的放電順序；③確定電極、寫出電極反響式；④寫出電解方程式。如：解NaCl溶液：2NaCl+2H2Oeq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))H2↑+Cl2↑+2NaOH，溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反響，PH增大⑵電解CuSO4溶液：2CuSO4+2H2Oeq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))2Cu+O2↑+2H2SO4溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反響，PH減小。⑶電解CuCl2溶液：CuCl2eq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))Cu＋Cl2↑電解鹽酸：2HCleq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))H2↑＋Cl2↑溶劑不變，實(shí)際上是電解溶質(zhì)，PH增大。⑷電解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液：2H2Oeq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))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、鹽的參加增加了溶液導(dǎo)電性,從而加快電解速率〔不是起催化作用〕。⑸電解熔融NaOH:4NaOHeq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))4Na+O2↑+H2O↑⑹用銅電極電解Na2SO4溶液:Cu+2H2Oeq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))Cu(OH)2+H2↑〔注意：不是電解水?！?．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〞?！病皾舛却蟥暋ⅰ皾舛刃〃暿侵溉苜|(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〕恰好完全反響，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl氣體〔不能加鹽酸〕；②AgNO3溶液：加Ag2O固體〔不能加AgOH〕；③CuCl2溶液：加CuCl2固體；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4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)〕圖20-1⑴反響原理陽極：2Cl--2e-==Cl2↑陰極：2H++2e-==H2↑總反響：2NaCl+2H2Oeq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))H2↑+Cl2↑+2NaOH⑵設(shè)備〔陽離子交換膜電解槽〕①組成：陽極—Ti、陰極—Fe②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。⑶制燒堿生產(chǎn)過程〔離子交換膜法〕①食鹽水的精制：粗鹽〔含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等〕→參加NaOH溶液→參加BaCl2溶液→參加Na2CO3溶液→過濾→參加鹽酸→參加離子交換劑(NaR)②電解生產(chǎn)主要過程〔見圖20-1〕：NaCl從陽極區(qū)參加，H2O從陰極區(qū)參加。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⑴原料：〔A〕、冰晶石：Na3AlF6=3Na++AlF63-〔B〕、氧化鋁：鋁土礦eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up4(NaOH),\s\do4(——→))),\s\do7(過濾))NaAlO2eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up4(CO2),\s\do4(——→))),\s\do7(過濾))Al(OH)3eq\o(\s\up7(△),\s\do0(—→))Al2O3⑵原理陽極2O2－－4e-=O2↑陰極Al3＋+3e-=Al總反響：4Al3++6O2ˉeq\o(\s\up7(電解),\s\do0(====))4Al+3O2↑⑶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響：C+O2→CO+CO2，故需定時(shí)補(bǔ)充。C、電鍍：用