电化学基础训练教师版Word文档格式.doc
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原电池的工作原理实质上是氧化还原反应。
a.电极的名称及判断
负极:
较活泼的金属电极或电子流出的电极或发生氧化反应的电极。
正极:
较不活泼的金属或非金属电极或电子流入的电极或发生还原反应的电极。
b.电子移动方向:
电子由负极经外电路流向正极。
c.电流方向:
电流的方向与电子移动方向相反,即由正极经外电路流向负极。
d.电极的反应:
得失电子守恒(电量守恒)
2、金属的腐蚀与防护
(1)金属腐蚀的定义:
金属单质失去电子生成金属阳离子而被损耗的过程,即金属由游离态变成化合态的过程。
(2)分类
化学腐蚀:
金属或合金与外界化学物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。
电化腐蚀:
金属(含杂质)接触电解质溶液(有时为水膜),发生原电池反应而使金属被氧化的腐蚀。
(3)钢铁电化腐蚀的分类
生铁和钢均是铁和碳的合金,在潮湿的空气中,往往会发生电化腐蚀,根据钢铁表面的水膜的酸碱性,可发生两种电化腐蚀——析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
析氢腐蚀:
负极(Fe):
Fe-2e-→Fe2+
正极(C):
在酸性较强的条件下,2H++2e→H2↑
吸氧腐蚀:
正极(C):
在弱酸性、中性或碱性条件下,O2+2H2O+4e→4OH-
在日常工作中,钢铁的吸氧腐蚀更普遍(因为我们所生活的空气呈中性),铁锈的形成过程中,主要涉及到以下几个反应原理:
Fe-2e-→Fe2+
O2+2H2O+4e→4OH-
Fe2++2OH-→Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2十2H2O→4Fe(OH)3
Fe(OH)3Fe2O3·
nH2O
(4)金属的防护
a.涂保护层。
如涂油漆、涂油脂、电镀、搪瓷、表面处理等。
b.保持干燥。
c.改变金属的内部组织结构。
如:
不锈钢。
d.牺牲阳极的阴极保护法。
即用一种更为活泼的金属与要保护的金属构成原电池,如:
白铁(镀锌的铁)。
e.外接电源的阴极保护法。
将被保护的金属与电源的负极相连接。
拦水大坝的铁闸门与电源负极相连,以防闸门生锈。
【注意】一般说来,电解原理引起的腐蚀>
原电池原理引起的腐蚀>
化学腐蚀>
有防护措施的腐蚀。
3、电解池
(1)电解池:
将电能转变为化学能的装置。
(2)电解:
电解是使电流通过电解质溶液(或熔化的电解质)而在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。
(3)构成电解池的条件:
a.两极——阴极和阳极
b.电解质溶液(或熔化的电解质)
c.由电源、导线等构成闭合回路
(4)电解池反应原理
由框图可知,电解池的阴阳极是由它们所连的电源的正、负极所决定的,与电源负极相连的电极是阴极,与电源正极相连的电极是阳极。
电子流向:
电子由阳极经导线流向阴极。
电流方向:
由阴极经导线流向阳极。
(5)电解时电极产物的判断
a.阳极产物的判断
首先看电极本身,若是活性电极(指金属活动性顺序表Ag以前的金属),则是电极材料本身失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。
若是惰性电极(指Pt、Au、石墨),则要看溶液中阴离子的失电子能力。
常见的阴离子放电顺序(阴离子还原性):
SO42-(含氧酸根离子)<
OH-<
Cl-<
Br-<
I-<
S2-。
b.阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断。
常见的阳离子放电顺序(阳离子氧化性):
K+<
Ca2+<
Na+<
Mg2+<
Al3+<
Zn2+<
Fe2+<
Sn2+<
Pb2+<
H+<
Cu2+<
Fe3+<
Hg2+<
Ag+。
【注意】
在惰性电极的条件下,电解电解质溶液有三种类型。
①电解水。
电解质所提供的阴、阳离子的放电能力均比H+或OH-弱(如H2SO4、KNO3等),实质上是电解水。
②电解溶质。
电解质所提供的阴、阳离子的放电能力均比H+或OH-强(如CuCl2溶液等),实质上是电解溶质。
③混合电解。
像NaCl、CuSO4、AgNO3等水溶液中,组成电解质的阴、阳离子一个比H+强或弱,另一个比OH-弱或强,则电解时,水和溶质均部分参加电解,因此被称为混合电解。
4、电解原理的应用
(1)电镀
利用电解原理在金属(或非金属)制品表面沉积一薄层其他金属的过程叫电镀。
电镀的条件:
a.镀件作阴极。
b.镀层金属作阳极。
c.含镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
如:
在Fe片上镀Cu。
Fe→阴极,Cu→阳极,含Cu2+的电解液→电镀液。
(2)电解饱和食盐水(氯碱工业)、电解制铝、电解精炼铜等。
a.电解饱和食盐水制取氯气和烧碱
阳极(石墨):
2Cl--2e-→Cl2↑
阴极(铁):
2H++2e-→H2↑
总反应:
2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
b.电解制铝
2A12O3(熔融)4A1+3O2↑
c.电解精炼铜
阳极——粗铜
阴极——纯铜
电解质溶液——含Cu2+的溶液(如CuSO4、CuCl2等)。
二、典型例题与疑难解析
【例题1】铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中,锌片是(1
(A)阴极(B)正极(C)阳极(D)负极
【解析】原电池的两极被称作正极、负极,它们是由各自的金属活泼性来决定的,活泼性较强的金属易失电子,发生氧化反应,作负极,活泼性较差的金属或非金属作正极。
而电解池的两极被称作阴极、阳极,它们是由各自所连接的电源电极所决定的,与电源负极相连的为阴极,与电源正极相连的为阳极。
本题中所描述的装置为原电池,且Zn比Cu活泼,故锌片作负极。
答案:
D
【例题2】银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它是一种可充电电池,它的充放电过程可以表示为:
2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O。
在此电池放电时,负极上发生反应的物质是()
(A)Ag(B)Zn(OH)2(C)Ag2O(D)Zn
【解析】对于可充电电池来说,当充电时,该电池是作为电解池,当放电时,该电池是作为原电池。
题设中要求放电时的情况,即该电池作为原电池时,则在电极上参加反应的是Ag2O和Zn,又因负极上反应是为失电子、化合价升高的氧化反应,所以,在负极上发生反应的物质应是Zn,故(D)选项正确。
【例题3】某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。
滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。
据此,下列叙述正确的是()
(A)铅笔端作阳极,发生还原反应
(B)铂片端作阴极,发生氧化反应
(C)铅笔端有少量的氯气产生
(D)a点是负极,b点是正极
【解析】本题中的装置是电解池,而且是由铂和石墨作电极,两者均为惰性电极。
由题意可知,铅笔能写红色的字,主要是因为产生NaOH使酚酞变红的原因,故铅笔这一极为阴极(2H++2e-→H2↑),发生还原反应,a为电源的负极,而铂片则作为电解池的阳极(2Cl--2e-→Cl2↑),发生氧化反应,b为电源的正极。
【例题4】关于如图所示装置的叙述,正确的是()
(A)铜是阳极,铜片上有气泡产生
(B)铜片质量逐渐减少
(C)电流从锌片经导线流向铜片
(D)氢离子在铜片表面被还原
【解析】由图可知,该装置是铜锌原电池装置。
金属锌比铜活泼,故金属锌作为原电池的负极,金属铜是正极,锌片失去电子变成锌离子,电子由锌片经导线流向铜片,电流的方向则与之相反,在铜片的表面发生如下反应:
2H++2e-→H2↑,而铜本身质量不发生变化。
三、课堂练习
1.下列烧杯中盛放的都是稀硫酸,在铜电极上能产生气泡的是()。
2.右图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细。
由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可成立的是()。
MNP
(A)ZnCu稀H2SO4
(B)CuFe稀盐酸
(C)AgZnAgNO3溶液
(D)ZnFeFe(NO3)3溶液
3.如图所示各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时,由快到慢的顺序是()。
(A)(4)>
(2)>
(1)>
(3)(B)
(2)>
(3)>
(4)
(C)(4)>
(1)(D)(3)>
(4)>
(11
4.为防止轮船船体的腐蚀,应在船壳水线以下位置嵌上一定数量的()。
(A)铜块(B)铅块(C)锌块(D)钠块
5.下列叙述中不正确的是()。
(A)金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍(B)钢铁在干燥的空气里不易腐蚀
(C)用铝质铆钉铆接铁板,铁板易被腐蚀(D)原电池中电子由正极流入负极
6.下列变化中,属于原电池反应的是()。
(A)在空气中铝表面迅速氧化形成保护层
(B)白铁表面有破损时,也能阻止铁被氧化
(C)红热的铁丝与水接触,表面形成蓝黑色的保护层
(D)铁与稀H2SO4反应时,加入少量CuSO4溶液可使反应加速
7.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的办法必须要实行,其首要原因是()。
(A)利用电池外壳的金属材料
(B)防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对水源、土壤的污染
(c)电池中渗泄的电解液会腐蚀其他物品
(D)回收其中的石墨电极
8.电解CuCl2和NaCl的混合溶液,阴极和阳极上分别析出的物质是()。
(A)H2和Cl2(B)Cu和C12(C)H2和O2(D)Cu和O2
9.用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液,当阴极上增重ng时,在阳极上同时产生6L氧气(标准状况),从而可知M的相对原子质量为()。
(A)ax(B)ax(c)ax(D)ax
10.将两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中,通电电解,当电解液的pH从6.0变为3.0时(设阴极没有H2放出,且电解液体积不变),电极上析出银的质量是()。
(A)27mg(B)54mg(C)108mg(D)216mg
11.下列关于铜电极的叙述正确的是()
(A)铜—锌
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