电化学知识点串讲

第17讲原电池化学电源

题组一原电池的工作原理1.构成原电池的条件教材研读(1)电子、离子移动方向(以锌、铜、稀硫酸组成的原电池为例说明)锌③

失

电子逐渐溶解变成Zn2+进入溶液,电子从④

锌

极经导线流2.反应原理原电池的工作原理可用一简图表示如下:入⑤

铜

极,溶液中H+在⑥

铜

极上得到电子形成氢气在铜片上冒

出。两极之间离子的定向移动:阴离子向⑦

负

极移动(如S

),阳离子向⑧

正

极移动(如H+和Zn2+)。(2)两极上的电极反应式负极(锌极):⑨

Zn-2e-

Zn2+

(氧化反应)正极(铜极):

2H++2e-

H2↑

(还原反应)总反应(亦称为电池反应)为:Zn+H2SO4

ZnSO4+H2↑(3)能量转化:

化学

能转化为

电

能。图1和图2装置的相同点:正、负极,电极反应式,总反应式,反应现象。不同点:图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2+,会有一部分Zn与Cu2+直接反

应,该装置中既有化学能和电能的转化,又有一部分化学能转化成了

热3.单池原电池和盐桥原电池的对比能

,装置的温度会升高。图2中Zn和CuSO4溶液不直接接触,不存在Zn与Cu2+直接反应的过程,所以仅

是化学能转化成了电能,电流稳定,且持续时间长。关键点:盐桥原电池中,还原剂在负极区,而氧化剂在正极区。4.原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱原电池中,一般活动性相对较强的金属作

负极

,而活动性相对较弱的金属(或导电的非金属)作

正极

。(2)加快化学反应速率由于形成了原电池,导致反应速率

加快

。(3)用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池

正极

而受到保护。(4)设计制作原电池设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件:a.必须是能自发进行的氧化还原反应。b.根据氧化还原反应找出正、负极材料(负极就是失电子的物质,正极用比

负极活动性差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液。c.按要求画出原电池装置示意图。名称电极材料电解质电极反应式电池总反应酸性锌锰干电池正极:石墨负极:锌NH4Cl和ZnCl2负极:①

Zn-2e-

Zn2+

正极:2N

+2e-

2NH3+H22N

+Zn

Zn2++2NH3+H2碱性锌锰干电池正极:MnO2负极:锌KOH负极:Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2正极:2MnO2+2H2O+2e-

2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O

Zn(OH)2+2MnOOH

题组二常见的化学电源铅蓄电池正极:PbO2负极:Pb30%的H2SO4溶液负极:②

Pb(s)+S

(aq)-2e-

PbSO4(s)

正极:③

PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)+2e-

PbSO4(s)+2H2O(l)

Pb(s)+PbO2(s)+

2H2SO4(aq)

2PbSO4(s)+2H2O(l)氢氧燃料电池正极:Pt负极:PtKOH负极:④

2H2+4OH--4e-

4H2O

正极:⑤

O2+2H2O+4e-

4OH-

2H2+O2

2H2OH2SO4溶液负极:⑥

2H2-4e-

4H+

正极:⑦

O2+4H++4e-

2H2O

锌银电池正极:Ag2O负极:ZnKOH溶液负极:Zn+2OH--2e-

Zn(OH)2正极:Ag2O+H2O+2e-

2Ag+2OH-Zn+Ag2O+H2O

Zn(OH)2+2Ag

1.原电池正、负极的判断

注意原电池的正、负极不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性质有关,如Mg、Al在稀硫酸中构成原电池时,Mg作负极,Al作正极,但若以

NaOH溶液为电解质溶液,则Al为负极,Mg为正极。2.原电池电极反应式的书写Ⅰ.一般电极反应式的书写(1)确定原电池的正、负极上的反应物质。(2)电极反应式的书写①负极:失去电子生成阳离子;若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不

共存,则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池负极反应式为Pb+S

-2e-

PbSO4。②正极:得到电子发生还原反应。(3)正、负极电极反应式相加得到电池的总反应式。Ⅱ.复杂电极反应式的书写复杂电极反应式=总反应式-较简单一极的电极反应式Ⅲ.燃料电池电极反应式的书写(1)正极反应式的书写正极通入的气体一般是氧气,根据电解质的不同,分以下几种情况:①在酸性溶液中生成水:O2+4H++4e-

2H2O②在碱性溶液中生成氢氧根离子:O2+2H2O+4e-

4OH-③在固体电解质(高温下能传导O2-)中生成O2-:O2+4e-

2O2-④在熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)中生成碳酸根离子:O2+2CO2+4e-

2C

。(2)负极反应式的书写负极通入的是燃料,发生氧化反应,负极生成的离子一般与正极产物结合,

有以下几种情况:①若负极通入的气体是氢气,则a.酸性溶液中:H2-2e-

2H+;b.碱性溶液中:H2-2e-+2OH-

2H2O;c.熔融氧化物中:H2-2e-+O2-

H2O。②若负极通入的气体为含碳的化合物,如CO、CH4、CH3OH等,碳元素均转

化为正四价碳的化合物,在酸性溶液中生成CO2;在碱性溶液中生成C

;熔融碳酸盐中生成CO2;熔融氧化物中生成C

;含有的氢元素最终生成水。如CH3OH燃料电池负极反应式在酸性溶液中为CH3OH-6e-+H2O

CO2↑+6H+,在碱性溶液中为CH3OH-6e-+8OH-

C

+6H2O。3.书写电极反应式时应注意的问题(1)两电极得失电子数目相等。(2)电极反应式常用“

”而不用“

”表示。(3)电极反应式中若有气体生成,需要加“↑”;弱电解质或难溶物均以分第18讲电解池金属的电化学腐蚀与防护

题组一电解的原理1.电解使①

电流

通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在②

阴、阳

两极引教材研读起③

氧化还原反应

的过程。2.能量转化形式④

电能

转化为⑤

化学能

。3.电解池(1)构成条件a.直流电源。(3)电子、离子移动方向电子:从电源

负极

流向电解池的

阴极

;从电解池的

阳极

流向电源的

正极

。离子:阳离子移向电解池的

阴极

;阴离子移向电解池的

阳极。b.与⑥

电源

相连的两个电极。c.⑦

电解质溶液

(或⑧

熔融盐

)。d.形成⑨

闭合回路

。(2)电极名称及电极反应式(如图)4.电解原理的应用(1)电解饱和食盐水阳极:

2Cl--2e-

Cl2↑

阴极:2H++2e-

H2↑总反应:

2Cl-+2H2O

2OH-+H2↑+Cl2↑

应用:氯碱工业制NaOH、H2、Cl2(2)电镀(Fe上镀Cu)阳极:镀层金属(Cu),反应:Cu-2e-

Cu2+阴极:待镀金属(Fe),反应Cu2++2e-

Cu电镀液:含Cu2+的溶液(3)电冶金(以冶炼Na为例)阴极:2Na++2e-

2Na阳极:

2Cl--2e-

Cl2↑

总反应:2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与接触到的物质直接反应不纯的金属接触到电解质溶液发生①

原电池

反应现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生实质与联系(1)实质都是金属原子失去电子被氧化而损耗;(2)化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生,但电化学腐

蚀更普遍、危害更大、腐蚀速率更快题组二金属的腐蚀和防护1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较2.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质水膜呈②

酸性

水膜呈弱酸性或中性负极反应Fe-2e-

Fe2+2Fe-4e-

2Fe2+正极反应③

2H++2e-

H2↑

④2H2O+O2+4e-

4OH-

其他反应及产物4Fe(OH)2+O2+2H2O

4Fe(OH)32Fe(OH)3

Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O联系普遍性:吸氧腐蚀更普遍3.金属的防护(1)原电池原理

习惯称为⑤

牺牲阳极

的阴极保护法(2)电解池原理

习惯称为⑥

外加电流

的阴极保护法(3)改变金属内部结构

如不锈钢(4)加保护层

如电镀等

1.阴、阳极的判断方法(1)根据电源的正负极、离子移动的方向、氧化还原反应的类型判断

(2)依据电极质量变化判断如果电极质量减轻,它一定是阳极;如果质量增加,它一定是阴极。(3)依据电极产物判断如果电极上产生Cl2或O2,它一定是阳极;如果电极上产生H2,它一定是阴

极。(4)依据溶液变化判断如果电解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)时某极附近溶液能使酚酞呈红

色,则它是阴极(H+放电,OH-浓度增大)。2.电解时电极产物的判断(2)再分析溶液中的离子种类,根据离子放电顺序,分析电极反应并判断电

极产物,写出电极反应式。(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放

电反应。3.电极反应式的书写(1)首先判断阴、阳极,分析电极材料,阳极为金属活性电极时,电极材料

放电。(4)若电解质、水同时被电解,则都要写进化学方程式。如电解饱和食盐

水:2NaCl+2H2O

H2↑+Cl2↑+2NaOH。4.电解化学方程式的书写(1)必须在连接号上标明通电或电解。(2)若只是电解质被电解,电解化学方程式中只写电解质及电解产物。如

电解CuCl2溶液:CuCl2

Cu+Cl2↑。(3)若只有水被电解,只写水及电解产物即可。如电解稀硫酸、NaOH溶

液、Na2SO4溶液时,化学方程式应写为2H2O

2H2↑+O2↑。类型电极反应特点实例电解物质电解质溶液浓度pH电解质溶液复原需加入的物质

1.用惰性电极电解电解质溶液电解水型阴极:4H++4e-

2H2↑阳极:4OH--4e-

2H2O+O2↑NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小——氯化铜放H2生碱型阴极:放出H2阳极:电解质阴离子

放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极:电解质阳离子

放电阳极:OH-放电CuSO4电解质和水生成新电解质减小氧化铜2.有关电化学的计算原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算,溶液pH的计算,相对原

子质量和阿伏加德罗常数测定的计算,根据电荷量求产物的量与根据产

物的量求电荷量的计算等。无论哪类计算,均可概括为下列三种方法:①根据得失电子守恒法计算:用于串联电路阴、阳两极产物,正、负两极

产物等类型的计算,其依据是阴、阳极(或正、负极)得失电子数相等。②根据总反应计算:先写出电极反应式,再写出总反应式,最后列比例式计

算。③根据