原电池和电解池知识点归纳Word格式.doc
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2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反应)
电子流向
负极→正极
电源负极→阴极;
阳极→电源正极
电流方向
正极→负极
电源正极→阳极;
阴极→电源负极
能量转化
化学能→电能
电能→化学能
应用
①抗金属的电化腐蚀—牺牲阳极的阴极保护法;
②实用电池。
①电解食盐水(氯碱工业);
②电镀(镀铜);
③电冶(冶炼Na、Mg、Al);
④精炼(精铜)。
二.原电池正负极的判断:
⑴根据电极材料判断:
活泼性较强的金属为负极,活泼性较弱的或者非金属为正极。
⑵根据电子或者电流的流动方向:
电子流向:
负极→正极。
电流方向:
正极→负极。
⑶根据电极变化判断:
氧化反应→负极;
还原反应→正极。
⑷根据现象判断:
电极溶解→负极;
电极重量增加或者有气泡生成→正极。
⑸根据电解液内离子移动的方向判断:
阴离子→移向负极;
氧离子→移向正极。
三.电极反应式的书写:
*注意点:
1.弱电解质、气体、难溶物不拆分,其余以离子符号表示;
2.注意电解质溶液对正负极的影响;
3.遵守电荷守恒、原子守恒,通过添加H+、OH-、H2O来配平
1.负极:
⑴负极材料本身被氧化:
①如果负极金属生成的阳离子与电解液成分不反应,则为最简单的:
M-ne-=Mn+如:
Zn-2e-=Zn2+
②如果阳离子与电解液成分反应,则参与反应的部分要写入电极反应式中:
如铅蓄电池,Pb+SO42--2e-=PbSO4
⑵负极材料本身不反应:
要将失电子的部分和电解液都写入电极反应式,
如燃料电池CH4-O2(C作电极)电解液为KOH:
CH4+10OH-8e-=C032-+7H2O
2.正极:
⑴当负极材料能自发的与电解液反应时,正极则是电解质溶液中的微粒的反应,
H2SO4电解质,如2H++2e=H2CuSO4电解质:
Cu2++2e=Cu
⑵当负极材料不与电解质溶液自发反应时,正极则是电解质中的O2反正还原反应
①①当电解液为中性或者碱性时,H2O参加反应,且产物必为OH-,
如氢氧燃料电池(KOH电解质)O2+2H2O+4e=4OH-
②当电解液为酸性时,H+参加反应,产物为H2O
如氢氧燃料电池(KOH电解质)O2+4O2+4e=2H2O
四.常见的原电池
1.银锌电池:
(负极—Zn、正极--Ag2O、电解液NaOH)
负极:
Zn+2OH––2e-==Zn(OH)2(氧化反应)
正极:
Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-(还原反应)
化学方程式Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag
2.铝–空气–海水(负极--铝、正极--石墨、铂网等能导电的惰性材料、电解液--海水)
4Al-12e-==4Al3+(氧化反应)
3O2+6H2O+12e-==12OH-(还原反应)
总反应式为:
4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3(铂网增大与氧气的接触面)
——海洋灯标电池
3.镁---铝电池(负极--Al、正极--Mg电解液KOH)
负极(Al):
2Al+8OH–-6e-=2AlO2–+4H2O(氧化反应)
正极(Mg):
6H2O+6e-=3H2↑+6OH–(还原反应)
化学方程式:
2Al+2OH–+2H2O=2AlO2–+3H2
4.碱性锌锰干电池:
(负极—Zn、正极—C、电解液KOH、MnO2的糊状物)
Zn+2OH–2e-==Zn(OH)2(氧化反应)
2MnO2+2H2O+2e-==2MnOOH+2OH-(还原反应)
化学方程式Zn+2MnO2+2H2O==Zn(OH)2+MnOOH
5.铅蓄电池:
(负极—Pb正极—PbO2电解液—浓硫酸)
放电时负极:
Pb-2e-+SO42-=PbSO4 (氧化反应)
PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O(还原反应)
充电时阴极:
PbSO4+2H++2e-==Pb+H2SO4 (还原反应)
PbSO4+2H2O-2e-==PbO2+H2SO4+2H+(氧化反应)
总化学方程式Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
6.镍--镉电池(负极--Cd、正极—NiOOH、电解质溶液为KOH溶液)
放电时负极:
Cd-2e—+2OH–==Cd(OH)2(氧化反应)
Ni(OH)2+Cd(OH)2
2NiOOH+2e—+2H2O==2Ni(OH)2+2OH–(还原反应)
充电时阴极:
Cd(OH)2+2e—==Cd+2OH–(还原反应)
2Ni(OH)2-2e—+2OH–==2NiOOH+2H2O(氧化反应)
总化学方程式Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
7.氢氧燃料电池
①电解质是KOH溶液(碱性或中性电解质)
H2–2e-+2OH—===2H2O(氧化反应)
O2+H2O+4e-===4OH—(还原反应)
总反应方程式
2H2+O2===2H2O
②电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)
负极:
H2–2e-===2H+(氧化反应)
O2+4H++4e-===2H2O(还原反应)
总反应方程式
2H2+O2===2H2O
注意1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+
2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH-
8.甲醇燃料电池
(铂为两极、电解液KOH溶液)
正极:
3O2+12e-+6H20===12OH-(还原反应)
负极:
2CH3OH–12e-+16OH—
===2CO32-+12H2O(氧化反应)
总反应方程式2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O
9.CO燃料电池(铂为两极、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质,CO为负极燃气,
空气与CO2的混合气为正极助燃气)
O2+4e-+2CO2=2CO32--(还原反应)
2CO+2CO32-–4e-==4CO2(氧化反应)
总反应方程式均为:
2CO+O2=2CO2
10.肼燃料电池(铂为两极、电解液KOH溶液)
O2+2H2O+4e-==4OH—
(还原反应)
N2H4+4OH—--4e-==N2+4H2O(氧化反应)
总反应方程式N2H4+O2===N2+2H2O
11.甲烷燃料电池(铂为两极、电解液KOH溶液)
2O2+2H2O+8e-==8OH—
CH4+10OH—--8e-==CO32-+7H2O(氧化反应)
总反应方程式CH4+2KOH+2O2===K2CO3+3H2O
12.丙烷燃料电池(铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入丙烷、电解液有三种)
①电解质是熔融碳酸盐(K2CO3或Na2CO3)
5O2+20e-+10CO2==10CO32-(还原反应)
C3H8--20e-+10CO32-==3CO2+4H2O(氧化反应)
总反应方程式C3H8+5O2===3CO2+4H2O
②碱性电解质(铂为两极、电解液KOH溶液)
5O2+20e-+10H2O==20OH—
C3H8--20e-+26OH—
==3CO32-+17H2O(氧化反应)
总反应方程式C3H8+5O2+6KOH===3K2CO3+7H2O
五.化学腐蚀和电化腐蚀的区别
化学腐蚀
电化腐蚀
一般条件
金属直接和强氧化剂接触
不纯金属,表面潮湿
反应过程
氧化还原反应,不形成原电池。
因原电池反应而腐蚀
有无电流
无电流产生
有电流产生
反应速率
电化腐蚀>化学腐蚀
结果
使金属腐蚀
使较活泼的金属腐蚀
六.吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别
电化腐蚀类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜酸性很弱或呈中性
水膜酸性较强
正极反应
O2+4e-+2H2O==4OH-
2H++2e-==H2↑
负极反应
Fe-2e-==Fe2+
腐蚀作用
是主要的腐蚀类型,具有广泛性
发生在某些局部区域内
*金属腐蚀的快慢的判断
在同一电解质溶液中,电解原理引起的腐蚀>原电池原理>化学腐蚀>有效防腐措施的腐蚀;
七.金属的防护
⑴改变金属的内部组织结构。
合金钢中含有合金元素,使组织结构发生变化,耐腐蚀。
如:
不锈钢。
⑵在金属表面覆盖保护层。
常见方式有:
涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;
使表面生成致密氧化膜;
在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。
⑶电化学保护法
①外加电源的阴极保护法:
接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。
②
②牺牲阳极的阴极保护法:
外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极
*防腐措施:
外接电源的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>一般防护>无防护
八.电解池的阴阳极判断:
⑴由外电源决定:
阴极:
⑵根据电极反应:
氧化反应→阳极;
还原反应→阴极
⑶根据阴阳离子移动方向:
阴离子移向→阳极;
阳离子移向→阴极,
⑷根据电子几点流方向:
电子流向:
电源负极→阴极;
电流方向:
电源正极→阳极;
九.电解时电极产物判断:
⑴阳极:
如果电极为活泼电极,Ag以前的,则电极失电子,被氧化被溶解,Zn-2e-=Zn2+
如果电极为惰性电极,C、Pt、Au、Ti等,则溶液中阴离子失电子,4OH--4e-=2H2O+O2
阴离子放电顺序S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根>
F-
⑵阴极:
(.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护)根据电解质中阳离子活动顺序判断,阳离子得电子顺序—金属活动顺序表的反表金属活泼性越强,则对应阳离子的放电能力越弱,既得电子能力越弱:
H+(水)<
Zn2+<
Fe2+<
H+(酸)<
Cu2+<
Fe3+<
Ag+
——电解方程式的实例(用惰性电极电解):
电解质溶液
阳极反应式
阴极反应式
总反应方程式
(条件:
电解)
溶液酸碱性变化
CuCl2
2Cl--2e-=Cl2↑
Cu2++2e-=Cu
CuCl2=Cu+Cl2↑
——
HCl
2H++2e-=H2↑
2HCl=H2↑+Cl2↑
酸性减弱
Na2SO4
4OH--4e-=2H2O+O2↑
2H2O=2H2↑+O2↑
不变
H2SO4
消耗水,酸性增强
NaOH
消耗水,碱性增强
NaCl
2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH
H+放电,碱性增强
CuSO4
2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4
OHˉ放电,酸性增强
十.以惰性电极电解电解质溶液的规律:
⑴电解水型:
电解含氧酸,强碱,活泼金属的含氧酸盐(稀H2SO4、NaOH、Na2SO4)
4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极:
2H++2e-=H2↑
总反应:
2H2O2H2↑+O2↑,
——溶质不变,PH分别减小、增大、不变。
酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性,从而加快电解速率(不是起催化作用)。
⑵电解电解质:
无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐,如CuCl2、HCl
2Cl--2e-=Cl2↑阴极:
Cu2++2e-=Cu
CuCl2Cu+Cl2↑
⑶放氢生成碱型:
活泼金属的无氧酸盐如NaCl
2Cl--2e-=Cl2↑
2H++2e-=H2↑
总反应:
2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH
公式:
电解质+H2O→碱+H2↑+非金属
⑷放氧生酸型:
不活泼金属的含氧酸盐,如CuSO4
4OH--4e-=2H2O+O2↑
阴极:
Cu2++2e-=Cu
总反应:
电解质+H2O→酸+O2↑+金属
图20-1
十一.电解原理的应用
①电解饱和食盐水(氯碱工业)
⑴反应原理
2Cl--2e-==Cl2↑
2H++2e-==H2↑
2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
——阳离子交换膜的作用:
它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。
(2)制烧碱生产过程(离子交换膜法)
①食盐水的精制:
粗盐(含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等)→加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→过滤→加入盐酸→加入离子交换剂(NaR)
②电解生产主要过程(见图20-1):
NaCl从阳极区加入,H2O从阴极区加入。
阴极H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,OH-和Na+形成NaOH溶液。
②电解冶炼铝,以及活泼金属Na、Mg
⑴原料:
(A)、冰晶石:
Na3AlF6=3Na++AlF63-
(B)、氧化铝:
铝土矿NaAlO2Al(OH)3Al2O3
⑵原理
阳极2O2--4e-=O2↑
阴极Al3++3e-=Al
4Al3++6O2ˉ4Al+3O2↑
③电镀:
用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。
⑴镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子。
电镀锌原理:
阳极Zn-2eˉ=Zn2+
阴极Zn2++2eˉ=Zn
⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。
④电解精炼铜
*粗铜作阳极,精铜作阴极,电解液含有Cu2+。
Zn-2e-=Zn2+Cu-2e-=Cu2+等
Cu2++2e-=Cu
——溶液中溶质浓度减小,铜前金属先反应但不析出,铜后金属不反应,形成“阳极泥”。
十二.电解、电离和电镀的区别
电解
电离
电镀
受直流电作用
受热或水分子作用
实质
阴阳离子定向移动,在两极发生氧化还原反应
阴阳离子自由移动,无明显的化学变化
用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金
CuCl2Cu+Cl2
CuCl2==Cu2++2Clˉ
阳极Cu-2e-=Cu2+
阴极Cu2++2e-=Cu
关系
先电离后电解,电镀是电解的应用
十三。
电镀铜、精炼铜比较
电镀铜
精炼铜
镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子
粗铜金属作阳极,精铜作阴极,CuSO4溶液作电解液
溶液变化
电镀液的浓度不变
溶液中溶质浓度减小
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