原电池和电解池知识点归纳Word格式.doc

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原电池和电解池知识点归纳Word格式.doc

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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