电解池与电解池

《电解池与电解池》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电解池与电解池（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、原电池和电解池一、原电池；原电池的形成条件原电池的工作原理原电池反应属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂 在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电 子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的 定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行， 发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。从能量转化角度看，原电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看， 原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传

2、递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。原电池的构成条件有三个：(1) 电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料(非金 属或某些氧化物等)组成。(2) 两电极必须浸泡在电解质溶液中。(3) 两电极之间有导线连接，形成闭合回路。只要具备以上三个条件就可构成原电池。 而化学电源因为要求可以提供持续而稳 定的电流，所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要求有自发进行的氧化 还原反应。也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电池。形成前提：总反应为自发的氧化还原反应电极的构成：a.活泼性不同的金属一锌铜原电池，锌作负极，铜作正极；b.金属和非金属(非 金

3、属必须能导电)一锌锰干电池，锌作负极，石墨作正极；c.金属与化合物一铅蓄电 池，铅板作负极，二氧化铅作正极；d.惰性电极一氢氧燃料电池，电极均为铂。电解液的选择：电解液一般要能与负极材料发生自发的氧化还原反应。原电池正负极判断：负极发生氧化反应，失去电子；正极发生还原反应，得到电子。电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极例.将锌片和铜片以下图所示两种方式分别插入同浓度稀硫酸中，以下叙述中，正确 的是(BD)A. 装置甲、乙中铜片表面均无气泡产生B. 装置甲、乙中稀硫酸的浓度均减小C .装置乙中锌片是正极，铜片是负极D 装置乙中产生气泡的速率比装置甲快解析

4、：根据装置图可判断，乙装置是原电池，发1 /15si.生电化学腐蚀。其中锌是负极，铜是正极。甲装置发生化学腐蚀，锌直接与稀硫酸反 应，而铜不能反应，据此可以解答。乙是原电池，其中铜是正极，溶液中的氢离子在 正极放电放出氢气，故A错误；两个烧杯中都产生氢气，氢离子浓度都降低，所以溶 液的pH均增大，故B正确；乙是原电池，其中铜是正极，锌是负极，C不正确；通过原电池发生的反应速率要快于化学反应，选项D正确，因此答案选BD。电极反应方程式的书写负极：活泼金属失电子，看阳离子能否在电解液中大量存在。如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存，则进行进一步的反应。例：甲烷燃料电池中，电解液为KOH，负极甲烷

5、失8个电子生成CO2和H2O,但CO2不能与OH-共存，要进一步反应 生成碳酸根。正极：当负极材料能与电解液直接反应时，溶液中的阳离子得电子。例：锌铜原电池中，电解液为HCl，正极H+得电子生成H2。当负极材料不能与电解液反应 时，溶解在电解液中的O2得电子。如果电解液呈酸性，O2+4e+4H+=2H2O；如果电 解液呈中性或碱性，O2+4e+2H 2O=4OH-。特殊情况:Mg-Al-NaOH，Al 作负极。负极：Al-3e+4OH -=AlO2-+2H2O；正极： 2H2O+2e=H2f+2OH -Cu-Al-HNO3，Cu 作负极。注意：Fe作负极时，氧化产物是Fe2+而不可能是Fe3+

6、 ；（N2H4）和NH3的电 池反应产物是H2O和n2无论是总反应，还是电极反应，都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒。pH变化规律电极周围：消耗OH-（H+），则电极周围溶液的pH减小（增大）；反应生成OH-（H +），则电极周围溶液的pH增大（减小）。溶液：若总反应的结果是消耗 OH-（H+），则溶液的pH减小（增大）；若总反应 的结果是生成OH-（H+），则溶液的pH增大（减小）；若总反应消耗和生成 OH-（H+） 的物质的量相等，则溶液的pH由溶液的酸碱性决定，溶液呈碱性则 pH增大，溶液 呈酸性则pH减小，溶液呈中性则pH不变。原电池表示方法原电池的组成用图示表达，未免过于麻烦。为

7、书写简便，原电池的装置常用方便 而科学的符号来表示。其写法习惯上遵循如下几点规定：1. 一般把负极（如Zn棒与Zn2+离子溶液）写在电池符号表示式的左边，正极（如Cu棒与Cu2+离子溶液）写在电池符号表示式的右边。2. 以化学式表示电池中各物质的组成，溶液要标上活度或浓度（ mol/L），若为气 体物质应注明其分压（Pa），还应标明当时的温度。如不写出，则温度为 298.15K,气体 分压为101.325kPa,溶液浓度为1mol/L。3. 以符号“I”表示不同物相之间的接界，用“II”表示盐桥。同一相中的不同物质之 间用“,”隔开。4, 非金属或气体不导电，因此非金属元素在不同氧化值时构成的

8、氧化还原电对 作半电池时，需外加惰性导体（如铂或石墨等）做电极导体。其中，惰性导体不参与 电极反应，只起导电（输送或接送电子）的作用，故称为 “惰性”电极。二、两类原电池吸氧腐蚀吸氧腐蚀金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中 而发生的电化腐蚀，叫吸氧腐蚀.例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，其电极反应如下：负极（Fe） : 2Fe - 4e = 2Fe2+正极（C）： 2H2O + O2 + 4e = 4OH-钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀.吸氧腐蚀的必要条件以氧的还原反应为阴极过程的腐蚀，称为氧还原腐蚀或吸氧腐蚀。发生吸氧腐蚀 的必要条件是金属的电位比

9、氧还原反应的电位低：氧的阴极还原过程及其过电位吸氧腐蚀的阴极去极化剂是溶液中溶解的氧。随着腐蚀的进行，氧不断消耗，只 有来自空气中的氧进行补充。因此，氧从空气中进入溶液并迁移到阴极表面发生还原 反应，这一过程包括一系列步骤。（1）氧穿过空气/溶液界面进入溶液；（2）在溶液对流作用下，氧迁移到阴极表面附近；（3）在扩散层范围内，氧在浓度梯度作用下扩散到阴极表面；（4）在阴极表面氧分子发生还原反应，也叫氧的离子化反应。析氢腐蚀在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。在钢铁 制品中一般都含有碳。在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。 水膜中溶有二氧化碳后就变成

10、一种电解质溶液，使水里的H+增多。是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。这些原电池里发生的 氧化还原反应是：负极（铁）：铁被氧化 Fe2e=Fe2+ ；正极（碳）：溶液中的H+被 还原 2H+2e=H2f这样就形成无数的微小原电池。最后氢气在碳的表面放出，铁被腐蚀，所以叫析 氢腐蚀。析氢腐蚀定义金属在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。常见原电池方程式1. CuH zSQZn 原电池正极：2H+ + 2e H2f负极：Zn - 2e Zn2+总反应式：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2f2. CuFeCl3C 原电池正极：2Fe3

11、+ + 2e 2Fe2+负极：Cu - 2e 一 Cu2+总反应式：2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+3 .钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀正极：O2 + 2H2O + 4e 4OH -负极：2Fe - 4e 2Fe2+总反应式：2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe (OH)24 .氢氧燃料电池(中性介质)正极：O2 + 2H2O + 4e 4OH -负极：2H2 - 4e 4H+总反应式：2H2 + O2 = 2H2O5 .氢氧燃料电池(酸性介质)正极：O2 + 4H+ + 4e 2H2O负极：2H2 - 4e 4H+总反应式：2H2 + O2 = 2H2O6 .氢氧燃料

12、电池(碱性介质)正极：O2 + 2H2O + 4e 4OH -负极：2H2 - 4e + 4OH- 4H2O总反应式：2H2 + O2 = 2H2O7. 铅蓄电池(放电)正极(PbO2):PbO2 + 2e + SO42- + 4H+ PbSO4 + 2H2O负极(Pb) : Pb- 2e+ (SO4)2- PbSO4总反应式：Pb+PbO2+4H+ 2(SO4)2- = 2PbSO4 + 2H2O8. AlNaOHMg 原电池正极：6H2O + 6e 3H2f + 6OH -负极：2Al - 6e + 8OH- 2AIO2 - + 4H2O总反应式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-

13、+ 3H2f9. CH4燃料电池(碱性介质)正极：2O2 + 4H2O + 8e 8OH -负极：CH4 -8e + 10OH- (CO3)2 - + 7H2O总反应式：CH4 + 2O2 + 2OH- = (CO3)2- + 3H2O10 .熔融碳酸盐燃料电池(Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液，CO作燃料)：正极：O2 + 2CO2 + 4e 一 2(CO3)2 -(持续补充 CO2 气体)负极：2CO + 2(CO3)2- - 4e 4CO2总反应式：2CO + O2 = 2CO211 .银锌纽扣电池(碱性介质)正极(Ag2O) : Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2O

14、H -负极(Zn) : Zn + 2OH- -2e ZnO + H2O总反应式：Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag例.镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行: Cd(OH)2+2Ni(OH)2 葬车 Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池放电时的负极材料是(C)A. Cd(OH)2B. Ni(OH)2C. CdD. NiO(OH)解析：此电池放电时为原电池反应，所列反应由右向左进行，Cd元素由0价变为+2价， 失去电子，被氧化，故Cd是电池的负极反应材料。本题答案为C项。例.铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是(D)A.阴极B.正极

15、C.阳极D.负极解析：铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成了原电池，由于金属活动性ZnCu， 故Zn为负极。答案为D项。常见的原电池常用原电池有锌一锰干电池、锌一汞电池、锌一银扣式电池及锂电池等。1锌一锰干电池：锌一锰电池具有原材料来源丰富、工艺简单，价格便宜、使用 方便等优点，成为人们使用最多、最广泛的电池品种。锌一锰电池以锌为负极，以二 氧化锰为正极。按照基本结构，锌一锰电池可制成圆筒形、扣式和扁形，扁形电池不 能单个使用，可组合叠层电池(组)。按照所用电解液的差别将锌一锰电池分为三个 类型：(1) 铵型锌一锰电池：电解质以氯化铵为主，含少量氯化锌。电池符号:(-)Zn|NH4ClZnCl2|MnO2 (+)总电池反应：Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)(2) 锌型锌一锰电池：又称高功率锌一锰电池，电解质为氯化锌，具有防漏性能好，能大功率放电及能量密度较高等优点，是锌一锰电池的第二代产品，20世纪70年代初首先由德国推出。与铵型