原电池与电解池.docx
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原电池与电解池
原电池与电解池
1.原电池原理
知识要点
实例
概念
将化学能转变为电能的一种装置叫做原电池
自发的氧化还原反应:
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
实质
将化学能转变为电能
构成前提
必须能发生自发的氧化还原反应
构成条件
1.两个电极:
可以是两种金属活动性顺序不同的金属,也可以是一种金属与一种能导电的非金属。
2.电解质溶液,使电池内部导通
3.电极直接接触或用导线相连,使电池外部导通,形成闭合回路。
电极构成
负极
电子流出的一极.通常为活泼性较强,易失电子的金属
负极:
锌
正极
电子流入的一极.通常是活泼性较弱的金属或非金属导体
正极:
铜
电极反应
负极
电极失去电子,化合价升高被氧化,发生氧化反应
正极
电极上得到电子,化合价降低被还原,发生还原反应
总反应方程式
正极、负极分别发生的氧化反应和还原反应综合起来得到总式
2.化学电源
把化学能直接转化为电能的装置称为化学电池即化学电源,也就是电池。
电池从电极反应方程式写法上可分为两大类:
燃料电池与非燃料电池。
(1)燃料电池(
)
三个认识
三个步骤
总反应:
可燃物+氧气
若燃烧产物可以跟电解质溶液反应,则写进总反应方程式
正极:
氧气
看电解质溶液:
①酸性O2+4e-+4H+=2H2O
②中性、碱性O2+4e-+2H2O=4OH-
③熔融:
O2+4e-=2O2-
负极:
可燃物
负极=总反应方程式—正极反应方程式
两个注意点:
①负极不能出现氧气②酸性电解质不能出现氢氧根、碱性不能出现氢离子
如:
铝-空气燃料电池,电解质溶液①氯化钠溶液②氢氧化钠溶液
①以氯化钠为电解质溶液时
②以氢氧化钠为电解质溶液时
总:
总:
正:
O2+4e-+2H2O=4OH- 或
3O2+12e-+6H2O=12OH-
正:
O2+4e-+2H2O=4OH- 或
3O2+12e-+6H2O=12OH-
负:
-12e-+12OH-=
+6H2O
负:
(1)非燃料电池(
)
一些原电池的电极方程式:
负极
正极
电解液
总反应方程式
负极反应方程式
正极反应方程式
丹尼尔电池
Zn
Cu
H2SO4
Zn+2H+=Zn2++H2
Zn-2e-=Zn2+
2H++2e-=H2
.干电池
Zn
石墨棒
NH4Cl
Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2
Zn-2e-=Zn2+
2NH4++2e-=2NH3+H2
银锌电池
Zn
Ag2O
KOH
Zn+Ag2O=2Ag+ZnO
Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O
Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
铅蓄电池
Pb
PbO2
H2SO4
PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb-2e-+SO42-=
PbSO4
PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O
碱性蓄电池
Fe
NiO2
KOH
Fe+NiO2+2H2O=Fe(OH)2+Ni(OH)2
Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2
NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-
镍镉电池
Cd
NiO(OH)
KOH
Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2
Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
镍氢电池
H2
NiO(OH)
KOH
H2+2NiO(OH)=2Ni(OH)2
H2-2e-+2OH-=2H2O
2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
锂电池
Li
SOCl2
LiAlCl4与SOCl2
8Li+3SOCl2=6CiCl+Li2SO3+2S
8Li-8e-=8Li+
3SOCl2+8e-=SO32-+2S+6Cl-
锂钒电池
Li
V2O5
略
V2O5+xLi=LiXV2O5
xLi-xe-=xLi+
V2O5+xe-+xLi=LiXV2O5
注:
在明白总的反应原理的情况下,先写比较简短的负极反应方程式,负极材料失电子,生成物如果能拆开写,则直接写成离子,若为难溶物等不能拆成离子的物质,则写成化学式的形式,缺的物质找电解液。
3.金属的腐蚀性与防护
(1)化学腐蚀:
金属跟接触到的物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。
如:
用小刀切开金属钠,其颜色由银白色变暗的过程就是金属钠直接跟接触的氧气发生反应,生成氧化钠被腐蚀的过程。
(2)电化腐蚀:
金属或合金因发生原电池反应所引起的腐蚀。
金属的腐蚀主要是发生电化腐蚀。
如:
钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀
类型
吸O2腐蚀
析H2腐蚀
条件
水膜呈弱碱性或中性
水膜呈酸性
负极反应(Fe)
Fe-2e-=Fe2+
Fe-2e-=Fe2+
正极反应(C)
2H2O+4e-+O2=4OH-
2H++2e-=H2
其他反应
Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈
(3)金属的防护
①改变金属的内部结构。
例如把Ni、Cr等加入普通钢里制成不锈钢。
②覆盖保护层法:
a.涂油脂、油漆、搪瓷、塑料等。
b.电镀耐腐蚀的金属(Zn、Sn、Cr、Ni等)。
③电化学保护法:
多采用牺牲阳极保护法。
如在船只的螺旋桨附近的船体上,镶嵌活泼金属锌块,牺牲负极锌,保护正极船体。
另外,可采用与电源负极相连接的保护方式。
如大型水坝的船闸的保护就是让铁闸门和电源负极相连,牺牲掉阳极,保护阴极。
4.电解
(1)定义:
使电流通过电解质溶液(或熔化的电解质)面在阴、阳两极引起氧化还原反应过程。
(2)装置特点:
电能转化为化学能。
(3)形成条件:
①电源;
②两个电极(金属电极、惰性电极);
③电解质溶液。
5.电解时电极产物的判断
(1)阳极产物的判断
首先看电极,如果是活泼电极(金属活动顺序表Ag以前),则电极材料失电子,电极溶解,放电顺序为:
如果是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要再看溶液中的离子的失电子能力。
阴离子放电顺序如下:
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序:
6.用惰性电极电解下列电解质溶液变化情况简析
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
电解
水型
阴极:
阳极:
NaOH
水
变大
变大
水
H2SO4
水
变大
变小
水
Na2SO4
水
变大
不变
水
电解
电解质
电解质电离出阴阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
变小
变大
氯化氢
CuCl2
电解质
变小
氯化铜
放H2生碱型
阴极:
放出H2生成碱
阳极:
电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成氢氧化钠溶液
变大
氯化氢
放O2生酸型
阴极:
电解质阳离子放电
阳极:
OH-放电生成酸
CuSO4
电解质和水
生成硫酸溶液
变小
氧化铜
7.电解原理的应用
(1)氯碱工业:
工业上生产氯气跟氢氧化钠
化学反应方程式:
离子反应方程式:
阳极反应方程式:
,注意氯气的酸性与漂白性。
阴极反应方程式:
,注意氢氧根的碱性。
电解食盐水前粗盐的提纯步骤为:
a.加过量NaOH溶液;b.加过量BaCl2溶液;c.加过量Na2CO3溶液并过滤;d.加适量盐酸蒸发、结晶。
(2)电镀(如铁件镀锌)
电镀液:
含Zn2+的盐溶液(如ZnCl2溶液)
阳极:
镀层(Zn);阴极:
镀件(Fe)。
电镀过程中电解质溶液浓度不发生变化。
(3)电解精炼
如粗铜(Zn、Fe、Ag等)的提纯
电解质溶液:
含Cu2+的盐溶液(如CuSO4溶液)
阳极(粗铜):
、
、
、
成为阳极泥,被除去。
阴极(纯铜):
。
、
在溶液中不变,阴极只得到铜单质。
电解过程中,活泼性比Cu弱的Ag不放电,形成阳极泥(可从阳极泥中提纯Ag),电解质溶液中c(Cu2+)会不断减小,应定期更换。
原电池与电解池练习题
题型1、原电池原理
1.控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-
2Fe2++I2设计成如右图所示的原电池。
下列判断不正确的是()
A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨为负极
2.在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片,下列叙述正确的是()
A.正极附近的SO42-离子浓度逐渐增大B.电子通过导线由铜片流向锌片
C.正极有O2逸出D.铜片上有H2逸出
3.
(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应:
__________________________________________________;
银片上发生的电极反应:
__________________________________________________。
(2)若该电池中两电极的总质量为60g,工作一段时间后,取出锌片和银片洗净干燥后称重,总质量为47g,试计算:
产生氢气的体积(标准状况);
通过导线的电量。
(已知NA=6.02×1023/mol,电子电荷为1.60×10-19C)
题型2、化学电源——非燃料电池
1.LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,可用于电动汽车。
电池反应为:
FePO4+Li
LiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导电固体为电解质。
下列有关LiFePO4电池说法正确的是()
A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
B.放电时电池内部Li+向负极移动.
C.充电过程中,电池正极材料的质量减少
D.放电时电池正极反应为:
FePO4+Li++e-=LiFePO4
2.镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:
Cd+2NiOOH+2H2O
Cd(OH)2+2Ni(OH)2,有关该电池的说法正确的()
A.充电时阳极反应:
Ni(OH)2-e-+OH-=NiOOH+H2O
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动
3.铅蓄电池的工作原理为:
如右图,下列判断不正确的是()
A.K闭合时,d电极反应式:
B.当电路中转移0.2mol电子时,I中消耗的
为0.2mol
C.K闭合时,II中
向c电极迁移
D.K闭合一段时间后,II可单独作为原电池,d电极为正极
4.
Li-Al/
FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为:
有关该电池的下列中,正确的是()
A.Li-Al在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价
B.该电池的电池反应式为:
2Li+FeS=Li2S+Fe
C.负极的电极反应式为
D.充电时,阴极发生的电极反应式为:
5.右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。
下列说法正确的是()
A.该系统中只存在3种形式的能量转化
B.装置Y中负极的电极反应式为:
C.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放,并能实现化学能与电能间的完全转化
6.Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是 。
电池工作时,电子流向 (填“正极”或“负极”)。
(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是 _ 。
欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的 (填代号)。
a.NaOHb.Zn c.Fed.NH3·H2O
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。
阴极的电极反应式是
。
若电解电路中通过2mol电子,MnO2的理论产量为 。
题型3、化学电源——燃料电池
1.一种燃料电池中发生的化学反应为:
在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。
该电池负极发生的反应是()
A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O
(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-
B.O2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O
(1)
C.CH3OH(g)+H2O
(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e-
D.O2(g)+2H2O
(1)+4e-=4OH-
2.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机物转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。
电池负极反应为()
A.H2+2OH-=2H2O+2e-B.O2+4H++4e-=2H2O
C.H2=2H++2e-D.O2+2H2O+4e-=4OH-
3.据报道,我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在奥运会期间为运动员提供服务。
某氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。
下列有关电池的叙述不正确的是()
A.正极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
B.工作一段时间后,电解液中的KOH的物质的量不变
C.该燃料电池的总反应方程式为:
2H2+O2=2H2O
D.用该电池电解CuCl2溶液,产生2.24LCl2(标准状况)时,有0.1mol电子转移
4.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为:
2H2+O2=2H2O,下列有关说法正确的是()
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2
D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
5.可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。
下列说法正确的是()
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:
O2+2H2O+4e-=4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:
Al+3OH--3e-=Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
题型4、金属的腐蚀与防护
1.下列叙述不正确的是()
A.铁表面镀锌,铁作阳极
B.船底镶嵌锌块,锌作负极,以防船体被腐蚀
C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应:
O2+2H2O+4e-=4OH-
D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应:
2Cl--2e-=Cl2↑
2.右图装置中,U型管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。
下列有关描述错误的是()
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是:
Fe-2e-=Fe2+
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
3.下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()
A.纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B.当镀锡铁制品的镀层破损时,镶层仍能对铁制品起保护作用
C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
4.钢铁在潮湿的空气中会腐蚀,发生的原电池反应:
2Fe+2H2O+O2=2Fe2++4OH-以下说法正确的是()
A.负极发生的反应为:
Fe-2e-=Fe2+
B.正极发生的反应为:
2H2O+O2+2e-=4OH-
C.原电池是将电能转变为化学能的装置
D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
5.下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()
A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护
B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀
C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀
D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe-3e-=Fe3+
6.对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法:
①洗的目的是出去铝材表面的自然氧化膜,碱洗时候常有气泡冒出,原因是______________(用离子方程式表示)。
为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列试剂中的。
a.
b.CO2c.NaOHd.HNO3
②以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为______________。
取少量废电解液,加入NaHCO3,溶液后产生气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是_______________.
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨做阳极的原因是________。
(3
)利用右装置,可以模拟铁的电化学防护。
若
为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应该置于处。
若
为锌,开光K置于M处,该电化学防护法称为。
题型5、电解原理及其应用
1.
Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应:
2Cu+H2O=Cu2O+H2
。
下列说法正确的是()
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成。
2.取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸,两根铅笔芯作电极,接通直流电源,一段时间后,发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆,内圈为白色,外圈呈浅红色。
则下列说法错误的是()
A.b电极是阴极B.a电极与电源的正极相连
C.电解过程中水是氧化剂D.b电极附近溶液的pH变小
3.电解100mL含c(H+)=0.30mol/L的下列溶液,当电路中通过0.04mol电子时,理论上析出金属质量最大的是()
A.0.10mol/LAg+B.0.02mol/LZn2+
C.0.20mol/LCu2+D.0.20mol/LPb2+
4.以惰性电极电解CuSO4溶液。
若阳极上产生气体的物质的量为0.0100mol,则阴极上析出Cu的质量为()
A.0.64gB.1.28gC.2.56gD.5.12g
5.某同学按图所示的装置进行电解实验。
下列说法正确的是()
A.电解过程中,铜电极上有H2产生
B.电解初期,主反应方程式为:
Cu+H2SO4
CuSO4+H2↑
C.电解一定时间后,石墨电极上有铜析出
D.整个电解过程中,H+的浓度不断增大
6.如图所示,下列叙述正确的是()
A.Y为阴极,发生还原反应B.X为正极,发生氧化反应
C.Y与滤纸接触处有氧气生成D.X与滤纸接触处变红
7.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是()
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生还原反应
C.粗铜连接电源负极,其电极反应是Cu=Cu2++2e—
D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
原电池与电解池练习题配题
题型1、原电池原理
1.(2008广东)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3的U型管)构成一个原电池。
以下有关该原电池的叙述正确的是()
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极
②正极反应为:
Ag++e-=Ag
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①②B.②③C.②④D.③④
2.(2009上海)茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。
航标灯的电源必须长效、稳定。
我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。
在这种电池中:
①铝合金是阳极②铝合金是负极③海水是电解液
④铝合金电极发生还原反应
说法正确的是()
A.②③B.②④C.①②D.①④
题型2、化学电源——非燃料电池
1.(2009广东理基)下列有关电池的说法不正确的是()
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
2.(2008广东)电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。
下列有关电池的叙述正确的是()
A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化
D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
3.(2008海南)关于铅蓄电池的说法正确的是()
A.在放电时,正极发生的反应是Pb(s)+SO42-(aq)=PbSO4(s)+2e-
B.在放电时,该电池的负极材料是铅板
C.在充电时,电池中硫酸的浓度不断变小
D.在充电时,阳极发生的反应是PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)
4.(2009浙江)市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。
它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料。
这种锂离子电池的电池反应为
:
Li+2Li0.35NiO2
2Li0.85NiO2,
下列说法不正确的是()
A.放电时,负极的电极反应式:
Li-e-=Li+
B.充电时,Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li+向负极移动
5.(2010大纲全国1)右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。
电池的一个电极由有机光敏燃料(S)涂覆在
纳米晶体表面制成,另一电极由导电玻璃镀铂构成,电池中发生的反应为:
(激发态)
下列关于该电池叙述错误的是:
()
A.电池工作时,是将太阳能转化为电能
B.电池工作时,
离子在镀铂导电玻璃电极上放电
C.电池中镀铂导电玻璃为正极
D.电池的电解质溶液中
和
的浓度不会减少
6
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- 原电池 电解池