电化学及应用

1、原电池和电解池的比较原电池电解池概念能量转化一、原电池把化学能转化为电能的装置构成原电池的基本条件是什么？（ 1）必须自发进行氧化还原反应（ 2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；（ 3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电解质中；（ 4）两个电极必须相连并形成闭合回路。1原电池正负极的比较比较项目正极负极电子流动方向电子流入电子流出金属活泼性相对不活泼相对活泼电极反应Nm+ + me- = N (还原反应 )M - ne- = Mn+(氧化反应 )电极质量变化增大或不变一般：减小离子移动方向阳离子移向该极阴离子移向该极原电池的工作原理1、负极失电子发生氧化反应；溶液中氧化性较强的微粒在

2、正极上得电子发生还原反应；2、电子由负极流向正极，电流方向是由正极流到负极（外电路）。用 Al、Cu 作电极，如何使 Cu 作负极， Al 作正极用 Mg、Al 作电极，如何使 Al 作负极， Mg 作正极？2原电池原理的应用(1)制做化学电源；(2)比较金属的活泼性；构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性 正极(3)加快某些化学反应的反应速率；(4)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。金属的电化学腐蚀（一）金属腐蚀1.概念：2.金属腐蚀的本质3.金属腐蚀的分类：化学腐蚀与电化学腐蚀的比较比较项目化学腐蚀电化学腐蚀发生条件共同点是否构成原电池3有无电流实质金属的防护方 法：1.改变金属的内部组织结

3、构（如制不锈钢）2.在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷；（5）使金属表面形成致密的氧化膜。3.电化学保护法：（1）牺牲阳极的阴极保护法（2）外加电流的阴极保护法判断金属腐蚀快慢的规律不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：1）与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快；2）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非4电解质溶液中的腐蚀，在强电解

4、质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般说来可用下列原则判断：（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二、常见的化学电池干电池电极 :Zn 为负极 ,碳棒为正极电解液： NH4Cl、ZnCl2 和淀粉糊另有黑色的 MnO2 粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。电极方程式：银锌电池Zn 为负极 ,Ag2O 为正极电解液 :KOH溶液电极反应式 :铅蓄电池 :电极： Pb 为负极 ,PbO2 为正极 .5电解液 : 30%的 H2SO4 溶液电极反应式 :放电时：为原电池充电时：为电解池铝空气海水电池1991 年，我国首创以铝 -空气-海水为材料组成的新型

5、电池，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质6燃料电池(1)电极 :Pt 制作的惰性电极(2)电解质溶液 :KOH溶液(3)反应原理 :以甲烷作燃料的燃料电池电极为金属铂，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。电极反应：负极：正极：电解池组成电解池的条件：(1)外接直流电源(2)电极 (金属或惰性电极 )(3)电解质溶液或熔融的电解质(4)形成闭合回路7电解池阴阳极的比较比较项目阴极阳极与电源连接接电源负极接电源正极电子流动方向电子流入电子流出m+n电极反应N+ me = NRne = R(还原反应 )(氧化反应 )M ne = Mn+电极质量变化增大或不变减小或不变离子移动方向阳离子移向

6、该极阴离子移向该极电解池的工作原理在惰性电极上离子放电顺序：阴极 (与电极材料无关 )：8Ag+Hg+Fe3+ Cu2+ H+ （酸） Pb2+ Fe2+ Zn2+ H+（水） Al3+Mg2+ Na+ Ca2+ K+得到电子由易到难阳极 (与电极材料有关 )：活性材料 S2-I- Br- Cl- OH- NO3- SO42- F-失去电子由易到难电解时电极产物的判断用惰性电极电解电解质溶液的规律（1）电解水型（NaOH、H2SO4、K2SO4 等）的电解（2）分解电解质型（HCl、CuCl2 等）溶液的电解9（3）放氢生碱型（NaCl、MgBr2）溶液的电解（4）放氧生酸型（CuSO4、Ag

7、NO3 等）溶液的电解电解原理的应用铜的电解精炼10电镀铜【例题】某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来测定阿佛加德罗常数值，其实验方案的要点为：用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如右图：在电流强度为 I 安培，通电时间为 t 秒钟后，精确测得某电极上析出的铜的质量为m 克。试回答：11(1)连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注仪器接线柱的英文字母表示。下同）E接，C接，接 F。实验线路中的电流方向为 C。(2) 写出B 电极上发生反应的离子方程式；G 试管中淀粉KI 溶液变化的现象为；相应的离子方程式是。(3) 为 精确 测定电 极上析 出铜的 质量 ，所必 需的 实验步骤的先 后顺序

8、应是。（选填下列操作步骤的编号）称量电解前电极质量刮下电解后电极上的铜并清洗用蒸馏水清洗电解后电极低温烘干电极后称量低温烘干刮下的铜后称量再次低温烘干后称量至恒重(4)已知电子的电量为-191.6 10库仑。试列出阿佛加德罗常数的计算表达式：有关电解的计算原则 : 电化学的反应是氧化一还原反应 ,各电极上转移电子的物质的量相等 ,无论是单一电池还是串联电解池 ,均可抓住电子守恒计算 . 关键 :12 电极名称要区分清楚 . 电极产物要判断准确 . 各产物间量的关系遵循电子得失守恒.例 用下图装置进行电解实验(a、b、c、d 均为铂电极 ),供选择的有 4 组电解液 ,要满足下列要求 :工作一段

9、时间后A 槽 pH 值上升 ,B 槽的 pH 下降 .b、c 两极上反应的离子的物质的量相等(1)应选择的电解质是上述四组中的第_组(2)该组电解过程中各电极上的电极反应为a 极_b 极_c 极_d 极_(3)当 b 极上析出 7.1g 电解产物时 ,a 极上析出产物的质量为_g;若 B 槽电解质溶液 500mL，且忽略电解前后电解液的体积变化，则此时B 槽中的 H 比电解前增加了 _mol/L.例：用两支惰性电极插入1000mL CuSO 溶液，通电电解，当电解液的PH由 6.04变为 3.0 时，下列叙述正确的是A、阴极上析出 11.2mL 氢气（标况）B、阴极上析出 32mg 铜C、阳极

10、和阴极质量都没有变化D、阳极上析出 5.6mL 氧气（标况）例：按右图装置进行电解（均是惰性电极），已知 A 烧杯中装有 500 mL20的 NaOH溶液， B 烧杯中装有 500 mL pH 为 6 的 CuSO 溶液。通电一段时间后，在b 电极413上收集到 28mL 气体（标准状况），则 B 烧杯中溶液 pH 变为（溶液体积变化忽略不计）（）A4B3C2D1电解一段时间，如何恢原到电解前的溶液既要考虑“质”又要考虑“量”.例如 :电解 CuSO4溶液：抓住溶液的变化若加入 CuO、Cu(OH)，均能与 H反应生成 CuSOCuSO22SO44. CuOH2SO44 H2O Cu(OH)2

11、H2SO4CuSO42H2O比较、消耗的 H、生成的 CuSO、H能与2SO442O 即可知道 :加入 1mol Cu(OH)21mol H2SO4反应能生成 1mol CuSO 和 2molH2O.不符合电解时的相关物质的比例 .4若改加 CuO，则很合适 .思考 2： 如何确定所加物质的量 ?(惰性电极 )分析：由于两极上通过的电子数相等,故阴、阳两极产物的物质的量间一定满足确定的关系 .因而加入物与其也有一定关系.例如 : 电解含 0.4mol CuSO溶液一段时间后， 阳极上生成 2.24L 气体 (S.T.P),则应加4入 CuO多少克？ (用惰性电极 )14例用阳极 X 和阴极 Y

12、电解 Z 的水溶液 , 电解一段时间后 , 再加入 W, 能使溶液恢复到电解前的状态 , 符合题意的组是()XYZWACFeNaClH2OBPtCuCuSO4CuSO4 溶液CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3 晶体练习、化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。1.目前常用的镍（ Ni）镉（ Cd）电池，其电池总反应可以表示为：Cd2NiO(OH)2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2已知 Ni(OH)2和 Cd(OH)2均 难溶于 水但能溶 于酸， 以下说 法中正确 的是() 以上反应是可逆反应 以上反应不是可逆反应 充电时化学能转变为电能 放电时化学能转变为电能A

13、B C D练习、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 的混和气为阴极助燃气，制得在 650下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式：15电池反应式：阳极反应式：,阴极反应式：，总电池反应：。练习、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) 2Fe(OH)4KOH，下列叙述不正确的是23A. 放电时负极反应为： Zn2e 2OH Zn(OH)2B 充

14、电时阳极反应为： Fe OH 33e 5OH 4H2O C. 放电时每转移 3 mol 电子，正极有 1 molK2FeO4 被氧化D. 放电时正极附近溶液的碱性增强练习、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇 Y2O3 的氧化锆 ZrO2 晶体，在熔融状态下能传导O2 。下列对该燃料电池说法正确的是（）A 在熔融电解质中， O2 由负极移向正极B 电池的总反应是： 2C4H1013O2 8CO210H2OC 通入空气的一极是正极，电极反应为： O24e 2O2D 通入丁烷的一极是正极，电极反应为： 2C4H10 26e 13O2 4CO2 5H2O例：将 1L 一定浓度的 CuSO4溶液，用 a、b 两个石墨电极电解，当 a 极上产生 22.4L(标)气体时， b 极上只有固体析出。然后将 a、b 两电板反接，继续通直流电，16b 板上又产生 22.4L(标 )气体，溶液质量共减少227g。(1)a 极上产生 22