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1、1选修四选修四 电化学基础知识点总结电化学基础知识点总结2011-11-202011-11-201 原电池及其应用原电池及其应用1.1 原电池原理原电池原理1.1.1 原电池装置构成 两个活泼性不同的电极； 电解质溶液或熔融的电解质 说明 原电池的两极分别称为正极和负极。两极中相对活泼（易失电子）的作为负极，相对不活泼的为正极。 负极应要能与电解质溶液发生自发的氧化反应。当两电极材料均插入电解质溶液中并将两极相连构成闭合电路， 原电池装置才能发生电化反应产生电流。1.1.2 原电池发电原理及电极反应 将铜片和锌片平行地插入稀硫酸溶液中，则构成了原电池。若将两极用导线相连，则有电流产生。“发电”
2、的 原理说明如下 ：由于锌比铜活泼，易失电子，Zn为负极，Cu则为正极。两极相连后，Zn自发失去电子，不断“溶 解”，形成Zn2+进入溶液。锌片失去的电子沿外电路到达铜片，此时溶液中阳离子 H+ 在铜片表面获得电子，形成 H2 逸出。与此同时溶液中的阴离子（SO42-，OH-）移向负极，阳离子（H+）移向正极（电池内部离子的迁移是由化 学势所推动的，即非电场力做功完成）。由于电池工作时，电子能自发地从负极经外电路流向正极，在电池内部， 溶液中离子能自发地迁移，这样电池就向外提供电能，发电了。 电极反应式表示如下 负极（Zn） Zn 2e- = Zn2+ (负极发生失电子的氧化反应，流出电子)
3、正极（Cu） 2H+ + 2e- = H2 (正极发生得电子的还原反应，流进电子) 总反应式 Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 从上分析可知 此例正极材料本身并无参与电极反应，仅起作导体作用而已。因此，正极材料若换为活泼性比锌 差的导体为电极（如石墨），效果一样。 1.2 原电池的应用原电池的应用 主要有两方面：其一，利用原电池自发进行的氧化还原反应，开发化学电源；其二，抑制原电池反应发生，应 用于金属腐蚀的防护。1.2.1 常见的化学电源 锌-锰干电池 正极-石墨棒，负极-锌筒, 电解质-淀粉湖-NH4Cl与碳粉、MnO2的混合物。 负极反应：Zn-2e- =Zn2+ ，正极反应：
4、2NH4+ + 2e- =2NH3 + H2 ，2MnO2 + H2 = Mn2O3 + H2O； 电池反应：Zn + NH4Cl + MnO2 = ZnCl2 + 2NH3 + Mn2O3 + H2O 铅蓄电池 电解质溶液为(电解液：1.25g/cm31.28g/cm3的H2SO4 溶液 放电时，负极-Pb： Pb-2e- + SO42- = PbSO4 ；正极-Pb（PbO2）：PbO2+2e-+4H+SO42-= PbSO4+2H2O 充电时，阴极： PbSO4 + 2e- = Pb + SO42- 阳极：PbSO4-2e- + 2H2O = PbO2 + 4H+SO42- ； 燃烧电池
5、 利用可燃物与O2的反应开发的电源，燃料电池与普通电池的区别:不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池 内，而是工作时不断从外界输入，同时电极反应产物不断排出电池。燃料电池的原料，除氢气和氧气外，也可 以是CH4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。常见有：氢氧燃烧电池、烃类（如 CH4、C2H6）燃烧电池、醇类 （如CH3OH 、C2H5OH） 燃烧电池、肼(H2N-NH2)-空气燃料电池等。1.2.2 金属的腐蚀及防护 （1）金属的腐蚀 金属或合金跟周围接触到的物质(气体或液体)进行化学反应而损耗的过程即为金属的腐蚀。若金属与接触到的 物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀称为化学腐蚀，此类腐蚀无
6、电流产生；若合金或不纯金属，接触到电2解质溶液而构成了原电池，其中活泼的金属作负极，失去电子而被氧化的腐蚀称电化腐蚀,此类腐蚀拌随有电流 的产生。电化腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，两者的比较见下表（2）金属的防护 根据金属腐蚀的类型及其原理，可从以下几方面采取防护措施： 阻断形成原电池的条件，避免电化腐蚀。如保持铁件表面干燥或表面涂一层油漆等。 形成原电池，但把被保护的金属作正极，避免腐蚀。如在钢铁船体埋锌块，在海水中可形成Zn-Fe原电 池，因钢铁船体为正极得以保护。 外接直流电源，将被保护金属接到电源的负极，并形成闭合回路。 2 2 电解池及其应用电解池及其应用 2.1 电解的原理电解的原
7、理2.1.1 电解池装置构成 阴阳两个电极; 电解质溶液（或熔化的电解质）。 说明:电解池两极名称分别叫阴极和阳极,由所连接在的外电源的那一极决定。与外接电源负极相连作为电 解池的阴极，与外接电源正极相连的作为电解池的阳极。当然若要发生电解，还要有外接直流电源设备，并 构成闭合回路。2.1.2 电解原理分析 以惰性电极电解硫酸铜溶液为例说明 通电前 CuSO4 = Cu2+ + SO42- , H2O = H+ + OH- 溶液中存在由电离产生的两种阳离子(Cu2+ 和 H+),两种阴离子(SO42- 和 OH-) 通电后 离子定向移动 阳离子(Cu2+ 和 H+)移向阴极, 阴离子(SO42
8、- 和 OH-)移向阳极 电极反应 阴极: 由于Cu2+ 比 H+ 易得电子，故 2Cu2+ + 4e- = 2Cu (发生还原反应)阳极: 由于OH- 比 SO42-易失电子，故 4OH - 4e- = 2H2O + O2 (发生氧化反应)（或 2H2O 4e- = O2 + 4H+ ） 溶液pH变化在阳极区，由于水电离出的 OH- 得到电子形成 O2逸出，而 H+ 仍留在溶液中，造成溶液中n(H+) n(OH-),使溶液显酸性。总化学反应方程式 2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2 + 2H2SO4 2.1.3 放电顺序 粒子在电极上得电子或失电子的过程又叫放电。 阴离子失电子
9、从易到难顺序： S2- I- Br - Cl- OH- F-(或最高价含氧酸根离子) 阳离子得电子从易到难顺序（与金属活动顺序相反）： Ag+Hg2+Fe3+(变Fe2+)Cu2+酸中的H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H2O中H+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 说明: 上述顺序为各离子浓度相近时的放电顺序 电解池中电极材料分两类，一类称惰性电极，如石墨、铂、金，它不参与电极反应，仅起导电体作用； 另一类称活泼电极，即除铂、金外的常见金属材料的电极。当阳极为活泼电极时，在电解时它将优先失电子而被 氧化为金属离子“溶”入溶液，而溶液中阴离子不会发生失电子的变化。 利用离子放电顺序可以判断电
10、解时电极的产物。 2.1.4 电解规律析氢腐蚀 吸氧腐蚀条 件水膜酸性较强 水膜酸性很弱或非酸性 正极反应2H+ + 2e- = H2 O2 + 2H2O + 4e-=4OH-负极反应Fe 2e- = Fe2+ 其它-Fe2+2OH-=Fe(OH)2 ；4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)33(1) 常见酸碱盐溶液的电解规律(惰性阳极)电解反应类型电解质类型规 律 例PH变化溶液复原法含氧酸实质电解水- H2 + O2 电解稀H2SO4 降低加 H2O强碱溶液实质电解水- H2 + O2电解NaOH溶液 升高加 H2O电解水活泼金属含氧酸盐实质电解水- H2 + O2 电解Na2S
11、O4溶液 不变加 H2O无氧酸酸- H2 + 非金属2HCl=H2 + Cl2升高加 HCl电解质分解不活泼金属无氧酸盐盐- 金属 + 非金属CuCl2 = Cu + Cl2-加 CuCl2放氧生酸不活泼金属含氧酸盐盐+ 水- 金属+O2+酸2CuSO4 +2H2O = 2Cu+O2+2H2SO4降低加 CuO（CuCO3）放氢生碱活泼金属无氧酸盐盐+水- H2 +非金属+碱2KCl + 2H2O = H2+Cl2+2KOH升高加 HCl (2) 溶液电解pH变化规律 若水中OH-在阳极放电生成O2,则阳极区溶液增生H+，pH 降低;若水中H+在阴极放电生成H2,则阴极区溶液增生 OH-，pH
12、 升高;总反应的结果，若溶液生成酸,则溶液pH 降低；若生成碱，则pH 升高。 2.2 电解的应用电解的应用2.2.1 电镀 电镀装置:以镀层金属作阳极,镀件挂在阴极,含镀层金属离子的盐为电镀液。 电镀特点：电镀过程中镀层金属离子浓度不变。 2.2.2 氯碱工业 (1)立式隔膜电解槽的结构 阳极：由金属钛网（涂有钌氧化物制成）； 阴极：由碳钢网涂有Ni涂层）制成； 离子交换膜；电解槽框及导电铜。阳离子交换膜 (2)阳离子交换膜的作用：阻止Cl-、OH-等阴离子及气体分子通过。这样可防止阴极产生的H2与阳极产生的Cl2 混合而爆 炸，也避免了Cl2与阴极产生的的NaOH作用生成NaClO而影响N
13、aOH产品质量。 (3) 反应原理： 阳极： 2Cl- - 2e- = Cl2 ： 阴极：2H+ + 2e- = H2 电解反应化学方程式 2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH 离子方程式 2Cl- + 2H2O = H2 + Cl2 + 2OH- (4) 产品： NaOH、H2、Cl22.2.3 电解精炼(电解精炼铜为例) （1）装置 ：阳极-粗铜；阴极纯铜；电解质溶液-铜盐溶液(如CuSO4) （2）电极反应 阳极： 粗铜失电子放电“溶解”，Cu-2e-=Cu2+ 。粗铜中比铜活泼的金属溶解变成阳离子进入溶液，比 铜活泼性差的金属如Au、Ag 等贵重金属则落入阳极
14、泥中。阴极： 溶液中 Cu2+得电子放电， Cu2+ + 2e- = Cu 生成的 Cu 沉积在阴极上而得到精铜。 3 3 原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较项 目 原 电 池 电 解 池氧化还原反应反应性质自发进行的反应 多为非自发，但也可以是自发反应装置性质化学能转为电能电能转为化学能4电极名称负极和正极阴极和阳极负极：失电子氧化反应阴极：得电子还原反应电极反应式正极：得电子还原反应阳极：失电子氧化反应离子迁移方向阳离子移向正极， 阴离子移向负极阳离子移向阴极， 阴离子移向阳极4 4 电化学试题解法指导电化学试题解法指导4.1 解题步骤方法 判断两池(原电池还是电解池)标注电极名称写
15、出电极反应式(根据电极产物、溶液成分变化) 描述或解释现象或进行有关计算。 练4-01 把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中（如图所示平面图），经过一段时间 后，首先观察到溶液变红的区域是（ ） A、和附近 B、和附近 C、和附近 D、和附近 4-02 如图 甲乙两池分别以碳棒、铂条、铝条、镁条为电极， 并用导线相连接，以NaCl、NaOH溶液为电解溶液，有关该装置的描述正确的是 ( D ) A. 乙池中,Mg极的电极反应是 Mg-2e-=Mg2+ B. 甲池中,Pt极的电极反应是 2Cl2e-=Cl2 C. 随着反应的进行.乙池中 n(NaOH)保持不变 D. 反应过程中,甲池中两极附近溶液 PH( C )PH(Pt) 练4-03如图A、B为两个串联的电解池，已知B池中c为铁，d为石墨，电解 质溶液为NaCl溶液。试回答： （1）若A池为用电解原理精练铜装置，则a电极名称为 极，电极材料是 ，电极反应式为 ，电解质 溶液可以是 。 （2）B池中c极(Fe)电极反应
