第39节 原电池、电解池的原理无机化学基础讲义

第39节原电池、电解池的原理一、原电池原理1.定义原电池是把_________能转化为_________能的装置。2.构成条件①电极：两极为导体，且存在活动性差异。②溶液：两极插入_________溶液中。③回路：形成闭合回路或两极直接接触。④反应：_________进行的_____________反应。3.工作原理电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型________反应________反应电极质量变化电子流向由________沿导线流向________盐桥中离子移向盐桥中装有饱和KCl溶液，K+移向_______极，移向______极盐桥作用①连接内电路形成闭合回路②维持两电极电势差（中和电荷），使电池能持续提供电流原电池装置比较原电池I：温度升高，化学能转化为电能和热能，两极反应在同一溶液中，部分Zn与Cu2+直接反应，使电池效率降低原电池II：温度不变，化学能只转化为_________，两极反应在不同溶液中，Zn与Cu2+隔离，电池效率提高，电流稳定（1）三个移动方向①电子：从________极流出沿导线流入_______极。②电流：从_______极沿导线流向_______极。③离子：电解质溶液中，阴离子向_______极迁移，阳离子向_______极迁移。☆在原电池反应过程中：离子不上岸，电子不下水。（2）判断原电池正、负极的五种方法注意：原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不能认为活泼金属电极一定为负极。二、原电池应用1.比较金属活泼性原电池中，________极一般是活泼性较强的金属，_______极一般是活泼性较弱的金属或非金属。2.加快反应速率氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。3.金属防护将需要保护的金属制品作为原电池的_______而受到保护。如要保护一个铁质的输水管道不被腐蚀，可用导线将其与一块锌块相连，_______为原电池的负极。4.化学电源化学电源包括一次电池、二次电池和燃料电池等。除了特殊情况，质量_______、体积_______、输出功率_______和储存时间_______的电池，更易满足使用者要求。（1）一次电池一次电池就是放电后不可再充电的电池。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫作干电池。市售的一次电池有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池等。碱性锌锰电池负极材料：_____________负极反应：______________________正极材料：______________正极反应：______________________总反应：________________________锌银电池负极材料：_____________负极反应：______________________正极材料：______________正极反应：______________________总反应：________________________（2）二次电池二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，总反应为：（3）燃料电池燃料电池是一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。类型酸性碱性负极反应正极反应电池总反应特点燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应三、电解池原理1.定义①电解：使_________通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引起_________反应的过程。②电解池：使_________能转化为_________能的装置。2.构成条件①有与_________相连的两个电极。②两个电极插入__________________（或__________________）中。③形成__________________。3.工作原理以电解CuCl2溶液为例。总反应方程式：____________________________________________________注意：电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。4.放电顺序用惰性电极电解电解质溶液的规律：类型实例电极反应特点电解质浓度溶液pH电解质溶液复原电解水型NaOH溶液阴极：阳极：增大增大加水H2SO4溶液增大减小加水Na2SO4溶液增大不变加水电解电解质型HCl溶液电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电减小增大通HClCuCl2溶液减小—加CuCl2放H2生碱型NaCl溶液阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电生成新电解质增大通HCl放O2生酸型CuSO4溶液阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸生成新电解质减小加CuO四、电解池应用1.电解饱和食盐水（1）电极反应①阳极：__________________（_______________反应）。②阴极：__________________（_______________反应）。③总反应：检验阳极产物的方法：用湿润的淀粉-KI试纸靠近阳极附近，若变__________，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中滴加酚酞，_________极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为_________。（2）阳离子交换膜法电解饱和食盐水①阳离子交换膜的作用：阻止_________进入阳极室与Cl2发生副反应，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。②a、b、c、d加入或取出的物质分别是________________________、（含少量NaOH）、_________、_________溶液：X、Y分别是_________、_________。2.电镀与电解精炼钢类型电镀电解精炼铜定义利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜主要目的使金属增强抗腐蚀能力、增强表面硬度和美观将粗铜提炼为纯铜示意图构成条件阳极___________金属阴极___________金属电解液含__________金属阳离子CuSO4溶液电极反应阳极主要是比铜活泼的金属杂质先于铜失电子，最终以________的形式残留在溶液中，比铜不活泼的金属杂质形成________阴极电解质溶液的浓度变化CuSO4溶液的浓度________CuSO4溶液的浓度________3.电冶金电解冶炼类型冶炼钠（电解熔融NaCl）冶炼铝（电解熔融Al2O3）电极反应阳极：__________________阴极：__________________阳极：__________________阴极：__________________总反应

第40节金属的腐蚀及防护一、金属的腐蚀金属腐蚀是__________或__________与周围的__________体或__________体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。1.化学腐蚀金属与其表面接触的O2、Cl2、SO2等直接反应而引起的腐蚀叫作化学腐蚀。例如，铁与Cl2直接反应而腐蚀，输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀等。2.电化学腐蚀当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀，这种腐蚀叫作电化学腐蚀。在潮湿的空气中，钢铁制品表面会形成一薄层水膜，空气中的CO2、SO2、H2S等物质溶解在其中形成电解质溶液，并与钢铁制品中的铁和少量单质碳构成原电池。（1）析氢腐蚀在酸性环境中，在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫作析氢腐蚀。负极：_______________________正极：_______________________总反应：（2）吸氧腐蚀如果钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的O2，此时就会发生吸氧腐蚀。钢铁等金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀。负极：_______________________正极：_______________________总反应：在空气中，Fe(OH)2进一步被氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3失去部分水生成Fe2O3·xH2O，它是铁锈的主要成分。铁锈疏松地覆盖在钢铁制品表面，不能阻止钢铁继续发生腐蚀。3.两种腐蚀的比较腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀接触对象O2、Cl2、SO2等气体电解质溶液反应速率较慢较快区别_________电流产生_________微弱电流产生实质实质都是________失去电子被氧化而损耗联系①金属腐蚀过程中电化学腐蚀和化学腐蚀往往同时发生，但绝大多数属于_________腐蚀②电化学腐蚀比化学腐蚀的速率也大得多二、金属的防护1.改变金属材料的组成在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。①把_________、_________等加入普通钢中制成不锈钢产品；②钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还具有良好的生物相容性。2.在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。①在钢铁制品的表面喷涂_________、矿物性_________，或覆盖搪瓷、塑料等。②用_________等方法在钢铁表面镀上一层Zn、Sn、Cr、Ni等金属。③用化学方法在钢铁部件表面进行_________处理（生成一层致密的Fe3O4薄膜）。④利用_________极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。⑤采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。3.电化学保护（1）牺牲阳极法牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上（如锅炉的内壁、船舶的外壳等）安装若干镁合金或锌块。镁、锌成为原电池的负极，不断遭受腐蚀，而作为正极的钢铁设备就被保护起来。【实验】牺牲阳极法实验①以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过酸化的3%NaCl溶液作电解质溶液，连接装置。观察电流表指针的变化，以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间，用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，观察试管中溶液颜色的变化。实验装置电流表阳极阴极现象有关反应②将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL饱和食盐水和150mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5~6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2cm长的铁钉，用砂纸擦光。将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中[图（a）]，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培