高中化学原电池和电解池Word文档格式.docx

1、阴极电源负极能量转化化学能电能电能化学能应用抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食盐水（氯碱工业）；电镀（镀铜）；电冶（冶炼Na、Mg、Al）；精炼（精铜）。 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

2、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。吸氧腐蚀的控制过程及特点 金属发生氧去极化腐蚀时，多数情况下阳极过程发生金属活性溶解，腐蚀过程处于阴极控制之下。氧去极化腐蚀速度主要取决于溶解氧向电极表面的传递速度和氧在电极表

3、面上的放电速度。因此，可粗略地将氧去极化腐蚀分为三种情况。（1）如果腐蚀金属在溶液中的电位较高，腐蚀过程中氧的传递速度又很大，则金属腐蚀速度主要由氧在电极上的放电速度决定。（2）如果腐蚀金属在溶液中的电位非常低，不论氧的传输速度大小，阴极过程将由氧去极化和氢离子去极化两个反应共同组成。（3）如果腐蚀金属在溶液中的电位较低，处于活性溶解状态，而氧的传输速度又有限，则金属腐蚀速度由氧的极限扩散电流密度决定。扩散控制的腐蚀过程中，由于腐蚀速度只决定于氧的扩散速度，因而在一定范围内，腐蚀电流将不受阳极极化曲线的斜率和起始电位的影响。扩散控制的腐蚀过程中，金属中不同的阴极性杂质或微阴极数量的增加，对腐蚀

4、速度的增加只起很小的作用。解题过程 影响吸氧腐蚀的因素 1. 溶解氧浓度的影响 2温度的影响 3盐浓度的影响4溶液搅拌和流速的影响 阴极控制原因 主要是活化极化：=2.3RT lgiC/i/nF 主要是浓差极化：=2.3RT/nFlg（1-iC/iL） 阴极反应产物 以氢气泡逸出，电极表面溶液得到 附加搅拌 产物OH只能靠扩散或迁移离开，无气泡逸出，得不到附加搅拌 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一种电解质溶液，使水里的H+增多。是就构成无数个以铁为

5、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Fe-2e=Fe2+；正极（碳）：溶液中的H+被还原2H+2e=H2 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。析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较 比 较 项 目析氢腐蚀吸氧腐蚀去极化剂性质 带电氢离子，迁移速度和扩散能力都很大中性氧分子，只能靠扩散和对流传输去极化剂浓度浓度大，酸性溶液中H+放电中性或碱性溶液中H2O作去极化剂 浓度不大，其溶解度通常随温度升高和盐浓度增大而减小常用原电

6、池方程式1CuH2SO4Zn原电池 正极： 2H+ + 2e- H2 负极： Zn - 2e- Zn2+ 总反应式： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 2CuFeCl3C原电池 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+ Cu - 2e- Cu2+ 2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+ 3钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀 O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 2Fe - 4e- 2Fe2+ 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe（OH）2 4氢氧燃料电池（中性介质） 2H2 - 4e- 4H+ 2H2 + O2 = 2H2O 5氢氧燃料电池（酸性介质） O2 + 4H+ +

7、 4e- 2H2O 2H2 - 4e- 4H+ 6氢氧燃料电池（碱性介质） 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 7铅蓄电池（放电） 正极 （PbO2） ：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ PbSO4 + 2H2O 负极 （Pb） ：Pb- 2e-+ （SO4）2- PbSO4 Pb+PbO2+4H+ 2（SO4）2- = 2PbSO4 + 2H2O 8AlNaOHMg原电池 6H2O + 6e- 3H2 + 6OH- 2Al - 6e- + 8OH- 2AlO2- + 4H2O 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2- + 3H2 9CH4燃料电池（碱性介质） 2O2

8、+ 4H2O + 8e- 8OH- CH4 -8e- + 10OH- （CO3）2- + 7H2O CH4 + 2O2 + 2OH- = （CO3）2- + 3H2O 10熔融碳酸盐燃料电池 （Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液，CO作燃料）：O2 + 2CO2 + 4e- 2（CO3）2- （持续补充CO2气体） 2CO + 2（CO3）2- - 4e- 4CO2 2CO + O2 = 2CO2 11银锌纽扣电池（碱性介质） 正极 （Ag2O） ：Ag2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH- 负极 （Zn） ：Zn + 2OH- -2e- ZnO + H2O Zn + Ag2

9、O = ZnO + 2Ag常见的原电池常用原电池有锌锰干电池、锌汞电池、锌银扣式电池及锂电池等。1 锌锰干电池：锌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。锌锰电池以锌为负极，以二氧化锰为正极。按照基本结构，锌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锰电池分为三个类型：（1）铵型锌锰电池：电解质以氯化铵为主，含少量氯化锌。电池符号:（-） ZnNH4ClZnCl2MnO2 （+） 总电池反应： Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn（NH3）2Cl2+2MnO（OH） （2） 锌型

10、锌锰电池：又称高功率锌锰电池，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。与铵型电池相比锌型电池长时间放电不产生水，因此电池不易漏液。电池符号：（-） ZnZnCl2MnO2 （+） 总电池反应（长时间放电）：Zn+2Zn（OH）Cl+6MnO（OH）=ZnCl22ZnO4H2O+2Mn3O4 （3） 碱性锌锰电池：这是锌锰电池的第三代产品，具有大功率放电性能好、能量密度高和低温性能好等优点。（-） ZnKOHMnO2 （+） Zn+2H2O+2MnO2=2MnO（OH）+Zn（OH）2 锌锰电池额定开路电压为1.

11、5V，实际开路电压1.51.8V ，其工作电压与放电负荷有关，负荷越重或放电电阻越小，闭路电压越低。用于手电筒照明时，典型终止电压为0.9V，某些收音机允许电压降至0.75V。2锂原电池：又称锂电池，是以金属锂为负极的电池总称。锂的电极电势最负相对分子质量最小，导电性良好，可制成一系列贮存寿命长，工作温度范围宽的高能电池。根据电解液和正极物质的物理状态，锂电池有三种不同的类型，即：固体正极有机电解质电池、液体正极液体电解质电池、固体正极固体电解质电池。Li（CF）n的开路电压为3.3V，比能量为480WhL-1，工作温度在-5570间，在20下可贮存10年之久！它们都是近年来研制的新产品，目前

12、主要用于军事、空间技术等特殊领域，在心脏起搏器等微、小功率场合也有应用。二 电解池 电解原理1、电解和电解池：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。CuCl2 CuCl22、电解池的组成：有两个电极插入电解质溶液（或熔融状态的电解质）中。两极连外接直流电源。3、离子的放电顺序：阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。（1）阳极：（还原性强的先放电）惰性电极（Pt、Au、石墨、钛等）时：S2IBrClOH（水）NO3

13、SO42F活性电极时：电极本身溶解放电。（2）阴极：（氧化性强的先放电）无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上的放电顺序是：Ag+Hg2+Cu2+H+（水）Pb2+Fe2+ Na+Ca 2+ K+ 4、电解规律：（惰性电极）（1）电解电解质：阳离子和阴离子放电能力均强于水电离出H+和OH 。如无氧酸和不活泼金属的无氧酸盐。HCl（aq）阳极（ClOH）2Cl2eCl2阴极（H） 2H2eH2总方程式2HClH2Cl2CuCl2（aq）阴极（Cu2H）Cu22eCu总方程式CuCl2（2）电解水：阳离子和阴离子放电能力均弱于水电离出H+和OH 。如

14、含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐。H2SO4（aq）阳极（SO42OH 4OH4e2H2OO2阴极（H）2H2eH2总方程式2H2O2H2O2NaOH（aq）阳极（OH）4OH4e2H2OO2（NaH2H2eH2Na2SO4（aq）阳极（SO42OH4OH4e2H2OO2（NaH2H2eH2（3）电解水和电解质：阳离子放电能力强于水电离出H+，阴离子放电能力弱于水电离出OH，如活泼金属的无氧酸盐；阳离子放电能力弱于水电离出H+，阴离子放电能力强于水电离出OH ，如不活泼金属的含氧酸盐。NaCl（aq）总方程式2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2CuSO4（aq）总方程式 2CuSO42H2O

15、2Cu2H2SO4O2【归纳总结】（1）电解的四种类型（惰性电极）：（2）电解质溶液浓度复原：加入物质与电解产物的反应必须符合电解方程式生成物的化学计量数。（3）电解时pH的变化：电极区域：阴极H+放电产生H2，破坏水的电离平衡云集OH，阴极区域pH变大；阳极OH放电产生O2，破坏水的电离平衡云集H+，阳极区域pH变小。电解质溶液：电解过程中，既产生H2，又产生O2，则原溶液呈酸性的pH变小，原溶液呈碱性的pH变大，原溶液呈中性的pH不变（浓度变大）；电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。如电解CuCl2溶液（CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性），一旦CuCl2全部电解完，pH值会变大

16、，成中性溶液。电解过程中，只产生H2，pH变大。电解过程中，只产生O2，pH变小。（4）电极方程式的书写：先看电极；再将溶液中的离子放电顺序排队，依次放电；注意要遵循电荷守恒，电子得失的数目要相等。（二）电解原理的应用1、铜的电解精炼2、阳极（粗铜棒）：Cu2eCu2 阴极（精铜棒）：Cu22eCu 含铜离子的可溶性电解质分析：因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成阳离子进入溶液中，Zn2e = Zn2+ 、Fe2e = Fe2+ 、Ni2e =Ni2+，Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均

17、会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。2、电镀阳极（镀层金属）：Cu2eCu2 阴极（镀件）：Cu22eCu 电镀液：含镀层金属的电解质因为由得失电子数目守恒可知，阳极放电形成的Cu2离子和阴极Cu2离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均不会改变。（1）电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。（2）电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH一般不放电。电解饱和食盐水氯碱工业

18、氯碱工业所得的NaOH、Cl 2 、H2 都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。石墨或金属钛2Cl2eCl2铁网2H2eH2饱和食盐水总方程式：2NaCl2H2O在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH和Cl向阳极移动，由于Cl比OH容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。（1）饱和食盐水的精制：原因：除去NaCl中的MCl2、Na2SO4

19、等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。 试剂加入的顺序：先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3，过滤，加盐酸调节pH为7。（2）隔膜的作用：防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。4、电解法冶炼活泼金属：（1）电解熔融的氯化钠制金属钠：2NaCl（熔融）2NaCl2（2）电解熔融的氯化镁制金属镁：MgCl2（熔融）MgCl2（3）电解熔融的氧化铝制金属铝：2Al2O3（熔融）4Al3O2在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般

20、的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。注意：电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因。 三原电池、电解池和电镀池的比较典型例题分析例1、下图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（ ）a极板b极板x电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4BNaOHC银铁正极AgNO3D铜CuCl2例2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn（OH

21、）2+2Fe（OH）3+4KOH下列叙述不正确的是A、放电时负极反应为：Zn2e +2OH= Zn（OH）2B、充电时阳极反应为：Fe（OH）33e + 5 OH = FeO+ 4H2OC、放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4被氧化D、放电时正极附近溶液的碱性增强例3、通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1价）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）n（硝酸亚汞）=21，则下列表述正确的是（ ）A、在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（Ag）n（Hg）=21B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等C、硝酸亚汞的分子式为H

22、gNO3 D、硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3）2例4、下图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，只在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。回答：（1）直流电源中，M为 极。（2）Pt电极上生成的物质是 ，其质量为 g。（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为：2 。（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同） ，AgNO3溶液的pH ，H2SO4溶液的浓度 ，H2SO4溶液的pH 。（5）若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为多少 g。1确定金属

23、活动性顺序例1（1993年上海高考化学题）有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 （ ）ADCAB BDABC CDBAC DBADC2比较反应速率例2（2000年北京春季高考化学题）100mL浓度为2 molL-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 （ ）A加入适量的6molL-1的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液 C加入适量蒸馏水D加入适量的氯化钠溶液

24、3书写电极反应式、总反应式例3（2000年全国高考理综题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐 混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：2CO+2CO32-4e-= 4CO2阴极反应式：_，电池总反应式：_。4分析电极反应例4（1999年全国高考化学题）氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：（1/2）H2+NiO（OH） Ni（OH）2根据此反应式判断下列叙述中正确的是（ ）A电池放电时，电池负极周围溶液

25、的pH不断增大 B电池放电时，镍元素被氧化C电池充电时，氢元素被还原 D电池放电时，H2是负极例5（2000年全国高考理综题）钢铁发生电化学腐蚀时,负极发生的反应（ ）A2H+2e-=H2 B2H2O+O2+4e-= 4OH- CFe-2e-=Fe2+ D4OH-+4e-=2H2O+O25判断原电池的电极例6（2001年广东高考化学题）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：由此可知，该电池放电时的负极材料是（ ）ACd（OH）2 BNi（OH）2 CCd DNiO（OH） 例7（2001年上海高考化学题）铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（ ）A阴极 B正极 C阳极 D负极6原电池原理的综合应用例8（2004年天津高考理综题）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 （ ）Aa电极是负极Bb电极的电极反应为：4OH-4e-= 2H2O+O2C氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置例9（2004年江苏高考化学题）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢