第四章 电化学基础.docx

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第四章电化学基础

第四章电化学基础

第一节原电池

原电池：

1、概念：

化学能转化为电能的装置叫做原电池.

2、组成条件：

①两个活泼性不同的电极②电解质溶液③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路前提条件：

自发进行的氧化还原反应。

3、电子流向：

外电路：

负极——导线——正极

内电路：

盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。

4、电极反应：

以锌铜原电池为例：

负极：

氧化反应：

Zn－2e＝Zn2＋（较活泼金属）

正极：

还原反应：

2H＋＋2e＝H2↑（较不活泼金属）

总反应式：

Zn+2H+=Zn2++H2↑

5、正、负极的判断：

（1）从电极材料：

一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。

（2）从电子的流动方向负极流入正极

（3）从电流方向正极流入负极

（4）根据电解质溶液内离子的移动方向阳离子流向正极，阴离子流向负极

（5）根据实验现象①_溶解的一极为负极_②增重或有气泡一极为正极

第二节化学电池

1、电池的分类：

化学电池、太阳能电池、原子能电池

2、化学电池：

借助于化学能直接转变为电能的装置

3、化学电池的分类：

一次电池、二次电池、燃料电池。

一、一次电池

常见一次电池：

碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等

二、二次电池

1、二次电池：

放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。

2、电极反应：

铅蓄电池

放电：

负极（铅）：

Pb＋

－2e＝PbSO4↓

正极（氧化铅）：

PbO2＋4H+＋

＋2e＝PbSO4↓＋2H2O

充电：

阴极：

PbSO4＋2H2O－2e＝PbO2＋4H+＋

阳极：

PbSO4＋2e＝Pb＋

两式可以写成一个可逆反应：

PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O

3、目前已开发出新型蓄电池：

银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池

三、燃料电池

1、燃料电池：

是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池

2、电极反应：

一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。

，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。

以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。

当电解质溶液呈酸性时：

负极：

2H2－4e=4H+正极：

Ｏ2＋4e4H+=2H2O

当电解质溶液呈碱性时：

负极：

2H2＋4OH－4e＝4H2O正极：

Ｏ2＋2H2O＋4e＝4OH

另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷（燃料）和氧气（氧化剂）。

电极反应式为：

负极：

CH4＋10OH-－8e-＝7H2O；

正极：

4H2O＋2O2＋8e-＝8OH-。

电池总反应式为：

CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O

3、燃料电池的优点：

能量转换率高、废弃物少、运行噪音低

四、废弃电池的处理：

回收利用

第三节电解池

一、电解原理

1、电解池：

把电能转化为化学能的装置也叫电解槽

2、电解：

电流（外加直流电）通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应（被动的不是自发的）的过程

3、放电：

当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程

4、电子流向：

（电源）负极—（电解池）阴极—（离子定向运动）电解质溶液—（电解池）阳极—（电源）正极

5、电极名称及反应：

阳极：

与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应

阴极：

与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应

6、电解CuCl2溶液的电极反应：

阳极：

2Cl--2e-=Cl2（氧化）阴极：

Cu2++2e-=Cu（还原）总反应式：

CuCl2===Cu+Cl2↑

7、电解本质：

电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程

☆规律总结：

电解反应离子方程式书写：

放电顺序：

阳离子放电顺序

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸电离的）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

阴离子的放电顺序

是惰性电极时：

S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-（等含氧酸根离子）>F-（SO32-/MnO4->OH-）

是活性电极时：

电极本身溶解放电

注意先要看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极（Fe、Cu）等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性材料，则根据阴阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。

电解质水溶液电解产物的规律

类型

电极反应特点

实例

电解对象

电解质浓度

pH

电解质溶液复原

分解电解质型

电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电

HCl

电解质

减小

增大

HCl

CuCl2

---

CuCl2

放H2生成碱型

阴极：

水放H2生碱

阳极：

电解质阴离子放电

NaCl

电解质和水

生成新电解质

增大

HCl

放氧生酸型

阴极：

电解质阳离子放电

阳极：

水放O2生酸

CuSO4

电解质和水

生成新电解质

减小

氧化铜

电解水型

阴极：

4H++4e-==2H2↑

阳极：

4OH--4e-=O2↑+2H2O

NaOH

水

增大

增大

水

H2SO4

减小

Na2SO4

不变

上述四种类型电解质分类：

（1）电解水型：

含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐

（2）电解电解质型：

无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）

（3）放氢生碱型：

活泼金属的无氧酸盐

（4）放氧生酸型：

不活泼金属的含氧酸盐

二、电解原理的应用

1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气

（1）、电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法

（2）、电极、电解质溶液的选择：

阳极：

镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液M—ne—==Mn+

阴极：

待镀金属（镀件）：

溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，附着在金属表面

Mn++ne—==M

电解质溶液：

含有镀层金属离子的溶液做电镀液

镀铜反应原理

阳极（纯铜）：

Cu-2e-=Cu2+，阴极（镀件）：

Cu2++2e-=Cu，

电解液：

可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液

（3）、电镀应用之一：

铜的精炼

阳极：

粗铜；阴极：

纯铜电解质溶液：

硫酸铜

3、电冶金

（1）、电冶金：

使矿石中的金属阳离子获得电子，从它们的化合物中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝

（2）、电解氯化钠：

通电前，氯化钠高温下熔融：

NaCl==Na++Cl—

通直流电后：

阳极：

2Na++2e—==2Na

阴极：

2Cl——2e—==Cl2↑

☆规律总结：

原电池、电解池、电镀池的判断规律

（1）若无外接电源，又具备组成原电池的三个条件。

①有活泼性不同的两个电极；②两极用导线互相连接成直接插入连通的电解质溶液里；③较活泼金属与电解质溶液能发生氧化还原反应（有时是与水电离产生的H+作用），只要同时具备这三个条件即为原电池。

（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属离子属同种元素时，则为电镀池。

（3）若多个单池相互串联，又有外接电源时，则与电源相连接的装置为电解池成电镀池。

若无外接电源时，先选较活泼金属电极为原电池的负极（电子输出极），有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。

☆原电池，电解池，电镀池的比较

性质类别

原电池

电解池

电镀池

定义

（装置特点）

将化学能转变成电能的装置

将电能转变成化学能的装置

应用电解原理在某些金属表面镀上一侧层其他金属

反应特征

自发反应

非自发反应

非自发反应

装置特征

无电源，两级材料不同

有电源，两级材料可同可不同

有电源

形成条件

活动性不同的两极

电解质溶液

形成闭合回路

两电极连接直流电源

两电极插入电解质溶液

形成闭合回路

1镀层金属接电源正极，待镀金属接负极；2电镀液必须含有镀层金属的离子

电极名称

负极：

较活泼金属

正极：

较不活泼金属（能导电非金属）

阳极：

与电源正极相连

阴极：

与电源负极相连

名称同电解，但有限制条件

阳极：

必须是镀层金属

阴极：

镀件

电极反应

负极：

氧化反应，金属失去电子

正极：

还原反应，溶液中的阳离子的电子或者氧气得电子（吸氧腐蚀）

阳极：

氧化反应，溶液中的阴离子失去电子，或电极金属失电子

阴极：

还原反应，溶液中的阳离子得到电子

阳极：

金属电极失去电子

阴极：

电镀液中阳离子得到电子

电子流向

负极→正极

电源负极→阴极

电源正极→阳极

同电解池

溶液中带电粒子的移动

阳离子向正极移动

阴离子向负极移动

阳离子向阴极移动

阴离子向阳极移动

同电解池

联系

在两极上都发生氧化反应和还原反应

☆☆原电池与电解池的极的得失电子联系图：

阳极（失）e-正极（得）e-负极（失）e-阴极（得）

第四节金属的电化学腐蚀和防护

一、金属的电化学腐蚀

（1）金属腐蚀内容：

金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。

（2）金属腐蚀的本质：

都是金属原子失去电子而被氧化的过程

（3）金属腐蚀的分类：

化学腐蚀—金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀

电化学腐蚀—不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。

比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

化学腐蚀与电化腐蚀的比较

电化腐蚀

化学腐蚀

条件

不纯金属或合金与电解质溶液接触

金属与非电解质直接接触

现象

有微弱的电流产生

无电流产生

本质

较活泼的金属被氧化的过程

金属被氧化的过程

关系

化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀更加普遍，危害更严重

（4）、电化学腐蚀的分类：

析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出

①条件：

潮湿空气中形成的水膜,酸性较强（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体）

②电极反应：

负极:

Fe–2e-=Fe2+正极:

2H++2e-=H2↑总式：

Fe+2H+=Fe2++H2↑

吸氧腐蚀——反应过程吸收氧气

①条件：

中性或弱酸性溶液

②电极反应：

负极:

2Fe–4e-=2Fe2+正极:

O2+4e-+2H2O=4OH-

总反应式：

2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2离子方程式：

Fe2++2OH-=Fe（OH）2

生成的Fe（OH）2被空气中的O2氧化，生成Fe（OH）3，Fe（OH）2+O2+2H2O==4Fe（OH）3

Fe（OH）3脱去一部分水就生成Fe2O3·xH2O（铁锈主要成分）

规律总结：

金属腐蚀快慢的规律：

在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：

电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀

防腐措施由好到坏的顺序如下：

外接电源的阴极保护法＞牺牲负极的正极保护法＞有一般防腐条件的腐蚀＞无防腐条件的腐蚀

二、金属的电化学防护

1、利用原电池原理进行金属的电化学防护

（1）、牺牲阳极的阴极保护法原理：

原电池反应中，负极被腐蚀，正极不变化

应用：

在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备

负极：

锌块被腐蚀；正极：

钢铁设备被保护

（2）、外加电流的阴极保护法

原理：

通电，使钢铁设备上积累大量电子，使金属原电池反应产生的电流不能输送，从而防止金属被腐蚀

应用：

把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。

通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应。

2、改变金属结构：

把金属制成防腐的合金

3、把金属与腐蚀性试剂隔开：

电镀、油漆、涂油脂、表面钝化等

第一节《原电池》学案

1、原电池是_________________的装置。

原电池反应的本质是_______________反应。

2、如右图所示，组成的原电池：

（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：

Zn电极是____（填“正”或“负”）极，

其电极反应为_______________，该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是______极，其电极反应为_______________,该反应是_________反应。

（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时：

Zn电极是____极，其电极反应为_____________，该反应是________反应；Cu电极是____极，

其电极反应为_______________,该反应_________反应.

3、电路分为外电路和内电路。

在外电路中，电子流向:

_______________________

电流流向：

______________________;电极分为正极和负极，负极是电子_______的一极，正极是电子_______的一极.

4、原电池中常用到盐桥，它的作用是

（1）_____________________________________

（2）______________。

盐桥的制作方法是:

___________________________________

____________________________________________________________________.

5、如图所示原电池，按要求填空。

负极（锌片）：

____________________（_____反应）

正极（铜片）：

____________________（_____反应）

电池反应（总化学方程式）：

___________________

电池符号：

____︱_____‖______︱_____

负极盐桥正极

6、组成原电池的条件

（1）_________________________________________________________

（2）_________________________________________________________

（3）_________________________________________________________

（4）内部条件：

______________________________________

7、请根据氧化还原反应:

Cu+2Fe3+==Cu2++2Fe2+设计成原电池。

负极：

______________________________________

正极：

______________________________________

电解质：

_____________________________________

若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？

画出原电池的装置简图。

8.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是（）

A.MgB.FeC.AlD.Cu

9、由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH（）

A.不变B先变大后变小C逐渐变大D.逐渐变小

10、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。

若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为（）

A．a>b>c>dB．a>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>a

11、下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（）

A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；

B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；

C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；

12、下列制氢气的反应速率最快的是（）

A纯锌和1mol/L硫酸；B纯锌和18mol/L硫酸；

C粗锌和1mol/L盐酸；D粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。

13、在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为_____mol,溶液的pH值变_______？

（溶液体积变化忽略不计）

14、市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。

“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。

使用完后，会发现有大量铁锈存在。

1）“热敷袋”是利用放出热量。

2）炭粉的主要作用是。

3）加入氯化钠的主要作用是。

4）木屑的作用是。

15、

（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象。

两极反应式为：

正极；

负极。

该装置将能转化为能。

（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为，

总反应方程为。

第二节《化学电源》学案

1、写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。

负极

正极

总反应

通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？

_____________________________我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？

2、碱性锌-锰干电池

电池反应：

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2

负极：

_______________________________________

正极：

_______________________________________

电解质：

_____________

3、锂电池锂电池：

（-）Li（S）LiI（晶片）I2（+）

电池反应：

8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S

负极：

_______________________________________

正极：

_______________________________________

用途：

____________________________________________________________

二、二次电池

1.铅蓄电池

1）正负极材料

负极：

__________正极：

______________电解质：

_____________

2）工作机制:

铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为_______和______两个过程

①放电过程

负极：

_______________________________________

正极：

_______________________________________

放电过程总反应：

______________________________________

铅蓄电池充电的反应则是上述反应的____________

充电过程

阴极：

_______________________________________

阳极：

_______________________________________

放电过程总反应：

______________________________________

3）优点：

______________________________________

缺点：

______________________________________

2、银锌蓄电池

正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。

反应式为：

2Ag+Zn（OH）2

Zn+Ag2O+H2O写出电极反应式.

阴极：

_______________________________________

阳极：

_______________________________________

练习：

银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：

2Ag+Zn（OH）2

Ag2O+Zn+H2O

此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）

A.AgB.Zn（OH）2C.Ag2OD.Zn

（三）燃料电池

燃料电池是利用______、______、______等燃料与______或______进行电化学反应时释放出来的______直接转化成______的一类原电池。

目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。

这是因为火力发电中放出的废热太多。

燃料电池的______及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都____________；燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段。

氢氧燃料电池，以KOH为电解质，

优点：

_________，_________，_______________.

用途：

___________________________

负极:

_________________________

正极:

_________________________

总反应方程式：

_________________________

若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应

将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为____，这一极的电极反应为___________________；通入氧气的一极为_______，电极反应为

__________________________________，总反应为__________________________。

第三节《电解池》学案

知识回顾

1、电解质是指在_________________________________________能够导电的化合物。

2、电离是指电解质在_____________或__________状态下离解成____________的过程。

3、原电池是__________________________________的装置。

4、写出下列物质的电离方程式

CuCl2_______________________H2O__________________________

NaHSO4_______________________CH3COONH4____________________

一、电解原理

1、电解质通电前在水溶液中自由移动的阴、阳离子作__________运动；在外电源的作用下（直流电），改作_________移动而导电。

在导电的同时，在阳、阴两极发生氧化—还原反应，即被电解，电离是__________的前题。

2、在外加直流电源的作用下，__________________________________的过程，叫电解。

3、电解池是将________转化为______的装置。