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1、第四章 电化学基础,一、原电池、电解池工作原理,1.原电池原理：通过自发氧化还原反应把化学能转化为电能。,2.电解原理：连接电源，使电流通过电解质溶液在阴阳两极上被迫发生非自发氧化还原反应，从而把电能转化为化学能。,阳极 （内电路）,阴极 （内电路）,+,e,e,电源,e,e,H+,SO4 2 ,H+,SO4 2 ,氧化反应: Zn-2e- = Zn2+,还原反应: 2H+2e - = H2,还原反应: 2H + +2e - = H2,氧化反应: 4OH + 4e - =O2+2H2O,原电池,电解池,OH,OH,化学能转变成电能的装置。,将电能转变成化学能的装置。,活动性不同两电极 （燃料电
2、池电极除外） 电解质溶液（有选择性） 两电极必须插入电解质溶液中 （或两电极相靠）形成闭合回路,两电极接直流电源（两电极活 动性可相同，也可不同） 电解质溶液（任意） 两电极必须插入电解质溶液中 形成闭合回路,负极：较活泼金属 正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等),阳极：电源正极相连 阴极：电源负极相连,负极（内电路为阳极）：发生 氧化反应（失电子） 正极（内电路为阴极）：发生还原反应（溶液中的阳离子移向正极得电子）,阳极：发生氧化反应（电极或溶 液中的阴离子移向阳极失电子） 阴极：发生还原反应（溶液中的 阳离子移向阴极失电子）,阳极:M-ne-= Mn+ 阴极:Mn+ne- = M,阳极
3、、阴极 和电解质溶液,阳极: 镀层金属(M) 阴极： 镀件 电镀液：含镀层金属 离子(Mn+),阳极: 粗铜(含Zn、Fe、 Ni、Ag、Pt、Au等 ) 阴极: 精铜 电解液: CuSO4溶液,阳极: (活性电极 先放电)易放电 阴离子首先放电 阴极: 的阳离子 首先放电,阳极:Cu2e-= Cu2+ （Zn-2e- = Zn2+ Fe-2e- = Fe2+等） 阴极:Cu2+2e- = Cu （Ag、Pt、Au成为 “阳极泥” ）,改变,不变,变小,电解原理的应用：,原电池原理的应用,各种化学电源,1.普通锌锰电池,2.碱性锌锰电池,3.铅蓄电池,4.燃料电池,2H2 - 4e- = 4H
4、+,O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e- = 4H2O,2H2 +4OH- - 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,4、电极反应的书写,书写规律:原电池或电解池的两电极反应式之和即为总反应式； 书写方法:总反应式减去一电极反应式即为另一个电极反应式。 对于较复杂的、陌生的反应可用该方法解题并检验； 书写注意事项:一看电极材料;二看环境介质;三看附加条件与信息。,5、电解计算,难点：燃料电池电极反应式的书写 可充电电池电极反应式的书写,O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH,.电子守恒法,.pH
5、值的计算,阴极上析出1molH2,表示有2molH离子放电，则溶液中增加2molOH-离子；若阳极上析出1molO2,表示溶液中4molOH-离子放电，则溶液中4molH离子。,电解原理的应用,1、氯碱工业反应原理 阳极：2Cl-2e-=Cl2， 阴极：2H+2e-=H2 2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2 2.电镀池 阳极：镀层金属 阴极：待镀金属制品(镀件） 电镀液：含有镀层金属离子的电解质 3、电解精炼反应原理(电解精炼铜) 粗铜中含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等 阳极(粗铜)：Cu-2e-= Cu2+， （Zn-2e-= Zn2+， Fe-2e-= Fe2+等） 阴极
6、(精铜)： Cu2+2e-=Cu 电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4。 Zn2、Ni2等 阳离子得电子能力小于Cu2+而留在电解质溶液中。金属活动顺序排在Cu后的Ag、Pt、Au等失电子能力小于Cu，以金属单质沉积于阳极，成为“阳极泥”。 4.铝的冶炼,实验装置,二 电解池中离子的反应顺序,阴极:得电子，发生还原反应，常见阳离子放电顺序：,阳极:失电子,发生氧化反应 当阳极为金属电极时，金属电极优先放电。 当阳极为惰性电极时,常见阴离子放电顺序：,Ag+Fe3+Cu2+H+(由酸提供) Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+(由水提供) Al3+Mg2+Na+Ca+K+,(只在熔融状态下放电)
7、,S 2-SO32-I -Br -Cl -OH - 含氧酸根离子(NO3 -、SO42-等）F-,电解质溶液用惰性电极电解的示例：,含氧酸,H2SO4,强碱,NaOH,活泼金属的含氧酸盐,Na2SO4,无氧酸,HCl,阳极：4OH- - 4e- = O2 +2H2O 阴极：4H+ + 4e- = 2H2,减小,增大,不变,H2O,阳极：2Cl- - 2e-=Cl2 阴极：2H+2e- = H2,增大,HCl,不活泼金属的无氧酸盐,CuCl2,阳极：2Cl- - 2e- =Cl2 阴极：Cu2+2e- = Cu,减少,CuCl2,活泼金属的无氧酸盐,NaCl,阳极：2Cl- - 2e- =Cl2
8、 阴极：2H+2e- =H2,增大,HCl,不活泼金属的含氧酸盐,CuSO4,阳极：4OH- - 4e- =O2+2H2O 阴极：2Cu2+4e- = 2Cu,减小,CuO,放氢生碱型,放氧生酸型,2H2O 2H2 +O2 ,电解 水型,电解 溶质,电 解 溶 质 和 水,阴阳极产物的化合物,三、电解池及原电池的应用-金属的防护,1）金属腐蚀快慢的判断,电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐蚀措施的腐蚀 同一种金属的腐蚀： 强电解质弱电解质非电解质,2）金属的防护方法,改变金属内部结构,覆盖保护层,电化学保护法,外加电源的阴极保护法,牺牲负极的正极保护法,原电池、电解池的区分
9、关键看是否有外接电源；有外加电源的装置一定是电解池，无外加电源的装置一定是原电池。 电解池、电镀池和精炼池的区分关键看阳极材料和电解质溶液。,【说明】：多池组合时, 一般是含有活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下工作的电解池；若最活泼的电极相同时，则两极间活泼性差别较大的是原电池，其余为电解池。,2.多池组合判断：,无外电源：一池为原电池，其余为电解池； 有外电源：全部为电解池或电镀池、精炼池,一.怎样区分原电池、电解池、电镀池和精炼池？,常见题型：,1.单池判断：,练习1.请观察下列实验装置图，指出各装置的名称。,电解池,电镀池,NaCl溶液 硫酸溶液,原电池,Cu,Zn,C,Cu,
10、Fe,Fe,粗Cu,CuSO4溶液,精Cu,精炼池,A,B,C,D,CuSO4溶液,2.写出下列装置的极反应，并判断A、B、C溶液PH值的变化。,电解池,原电池,电解池,电解池,负极,正极,阴极,阳极,e-,3.下列图一、图二是铁钉在水中被腐蚀的实验,数天后,数天后,图一,图二,（1）上述两装置中铁钉发生变化的共性是： （2）图一说明原溶液呈 性，铁钉发生 腐蚀，电极反应为： （3）图二说明原溶液呈 性，铁钉发生 腐蚀， 电极反应为：,发生了原电池反应,中性或弱碱,吸氧,负极：Fe -2e = Fe2+; 正极:2H2O +O2 +2e-=4OH-,负极：Fe-2e-= Fe2+；正极：2H+
11、 +2e-= H2,较强酸性,析氢,4. 如下图两个电解槽中，A、B、C、D均为石墨电极。如果电解过程中共有0.02mol电子通过，下列叙述中正确的是( ) A.甲烧杯中A极上最多可析出铜0.64g B.甲烧杯中B极上电极反应式为： 4OH- 4e- =2H2O+O2 C.乙烧杯中滴入酚酞试液，D极附近变红 D.乙烧杯中C极上发生还原反应,C,1. 原电池正、负极的确定 (1) 活泼金属一般作负极； (2) 电子流出的一极或电流流入的一极为负极； (3) 在内电路中阴离子移向的电极为负极，阳离子移向的电极为正极。 (4)发生氧化反应(还原剂中元素化合价升高)的一极为负极。 此外还可以借助氧化反应过程发生的一些特殊现象（如电极溶解、减重，电极周边溶液或指示剂的变化等）来判断。,二、原电池与电解池电极的确定,2.电解池 阴、阳极的判断 可根据电极与电源两极相连的顺序判断 阴极：与直流电源的负极相连接的电解池中的电极。 阳极：与直流电源的正极直接连接的电极。 若是惰性电极（Pt、Au、C、Ti)，在该极上，溶液中还原性强的阴离子首先失去电子被氧化； 若是活性电极，电极材料参与反应，自身失去电子被氧化而溶入溶液中。,
