电化学Word格式.docx
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总反应方程式:
Zn+2H+=Zn2++H2↑
7、有盐桥的分析:
即两个半反应分别发生在两个烧杯中,则左右两个烧杯中的电解质溶液应有与电解质材料相同的阳离子。
8、原电池应用
1.金属腐蚀:
(1)化学腐蚀——由一般的化学反应引起的腐蚀。
(2)电化腐蚀:
以钢铁的腐蚀为例
a.析氢腐蚀:
负极:
Fe-2e-=Fe2+
(强或较强酸性条件下)正极:
2H++2e-=H2↑(析氢腐蚀)(吸氧腐蚀)
总反应式:
Fe+2H+==Fe2++H2↑
b.吸氧腐蚀:
(中性、碱性或极弱酸性条件下)正极:
O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应式:
2Fe+2H2O+O2==2Fe(OH)2
2.防护方法:
(1)改变金属内部组织结构
(2)在金属表面覆盖保护[牺牲了Zn(负极)而保护了Fe(正极)]
(3)电化学保护法[牺牲阳(负)极的阴(正)极保护法]注:
原电池的负极又叫阳极,正极又叫阴极。
3.制造新化学电源(注意新型原电池、电解池在考题中的出现,常以判定电极反应是否正确、电子转移是否正确以及溶液的酸碱性的变化的形式出现。
在填空题中可能会让我们由已知信息书写电极反应,希望同学们加强这方面知识的归纳和总结,并逐步形成一定的技巧和能力。
)
练习:
1.
下列装置中,能组成原电池的是:
(D、E)
酒精稀硫酸稀硫酸
(A)(B)(C)(D)(E)(F)
2、列装置是不是原电池?
若是,指出正负极,并写出电极反应。
ZnCu
ZnSO4CuSO4
5、利用下述反应:
2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2设计一个原电池装置。
①画出装置图;
②标明电极材料和电解质溶液;
③写出电极反应式。
负极(Cu):
Cu—2e-==Cu2+
正极(C):
2Fe3++2e-==2Fe2+
2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+
6、有A、B、C、D四种金属,将A与B用导线联结起来浸入稀H2SO4中,B极产生气泡,将A、D分别浸入等浓度盐酸中,D比A反应剧烈,将Cu浸入B的盐溶液中,无明显变化,如果把铜浸入C的盐溶液中,有金属C析出,据此判断它们的活泼性由强到弱的顺序是(B)
(A)D、C、A、B (B)D、A、B、C
(C)D、B、A、C (D)B、A、D、C
7、银锌电池(钮扣式电池)的两个电极分别是由氧化银与少量石墨组成的活性材料和锌汞合金
构成,电解质为氢氧化钾溶液,总反应为:
Ag2O+Zn=2Ag+ZnO,下列判断正确的是(BC)
A、锌为正极,Ag2O为负极
B、锌为负极:
Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O;
Ag2O为正极:
Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
C、原电池工作时,负极区PH减小,正极区PH增大
D、原电池工作时,负极区PH增大
8、(燃料电池)宇宙飞船上的氢氧燃料电池,两个电极均由多孔碳制成,其电池反应为:
2H2+O2=2H2O,试写出电解质溶液为盐酸时的电极反应式,并指出各电极和电解质溶液的PH值的变化,若电解质溶液为KOH时又如何?
若电解质溶液为NaCl时又如何?
(要求学生类推完成)
1、电解质为盐酸或硫酸时:
负极:
2H2-4e-=4H+PH值变小
正极:
O2+4H++4e-=2H2OPH值变大
总反应式:
2H2+O2=2H2O溶液被稀释,PH值变大。
2、电解质为KOH时:
2H2+4OH--4e-=4H2OPH值变小
O2+2H2O+4e-=4OH-PH值变大
2H2+O2=2H2O溶液被稀释,PH值变小。
拓展:
如把H2改CH4,用KOH作电解质溶液,则电极反应为:
负极:
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OPH值变小
正极:
2O2+4H2O+8e-=8OH-PH值变大
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O消耗了OH-,溶液PH值变小。
9、家用炒菜铁锅用水清洗放置后,出现红棕色的锈斑,在此变化过程中不发生的化学反应是(D)
A.4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3B.2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2
C.2H2O+O2+4e-=4OH-D.Fe-3e-=Fe3+
10、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。
锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为:
Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)则下列说法错误的是(C)
A.电池工作时,锌失去电子,电极反应式为:
Zn+2OH-—2e-=Zn(OH)2(s)
B.电池正极的电极反应式为:
2MnO2(s)+H2O(l)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2mol电子,锌的质量理论上减小6.5g
11、锂电池是新一代高能电池,目前已经研制成多种锂电池(已广泛应用于手机行业中)。
某种锂电池总的反
应式为:
Li+MnO2=LiMnO2,关于该电池,下列说法正确的是(A)
A放电时,负极反应:
Li—e-=Li+B放电时,负极反应:
MnO2+e-=MnO2-
C电池反应时,锂为正极,二氧化锰为负极D.电池反应时,混合物由黑色变成紫色
12、高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应为下列叙述不正确的是(C)
A.放电时负极反应为:
Zn—2e—+2OH—=Zn(OH)2
B.充电时阳极反应为:
Fe(OH)3—3e—+5OH—=FeO
+4H2O
C.放电时每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被氧化
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
13、锌—锰干电池,以NH4Cl为电解质溶液的电极反应式:
Zn—2e-=Zn2+
2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3↑+H2O
总反应:
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3↑+H2O
14、铅蓄电池(Pb—PbO2—H2SO4)放电时[原电池]的电极反应式:
(请学生写出充电时[电解池]的电极反应式)
Pb+SO42-—2e-=PbSO4
PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O
Pb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O
15、熔融盐燃料电池具有高的发电效率,现可用LI2CO3和Na2CO3的熔融盐的混合物做电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气体为就阴极助燃气,制得在6500C下的燃料电池,请书写电极反应式:
负极反应式:
2CO+2CO32--4e-=4CO2
点燃
正极反应式:
O2+CO2+4e-=2CO32-
2CO+O2====4CO2
电解池
一、概述
电解——电流通过电解质溶液(或熔化的电解质)而在阴阳两极引起氧化—还原反应的过程。
阳极:
2Cl——2e—=Cl2(阳失氧)
阴极:
Cu2++2e—=Cu(阴得还)
电解
CuCl2====Cu+Cl2↑
负极阴极;
阳极正极
正极阳极电解质溶液阴极负极
外电路
离子动向:
阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。
装置特点:
电能转化为化学能的装置。
电解池的形成条件:
(1)与(直流)电源相连的两个电极;
(2)电解质溶液(或熔化的电解质);
(3)形成闭合回路。
电解质的导电过程实质上就是电解过程;
电解是在外电源的作用下被迫发生的氧化还原的过程,把电能转化为化学能,而在原电池中正好相反,是自发的氧化还原反应的过程,把化学能转化为电能。
离子放电顺序——
阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。
阳极——①若为惰性电极(C,Pt,Au等),则阴离子放电(失电子,发生氧化反应),放电顺序为:
阳极金属(除Pt、Au)>
S2—>
I—>
Br—>
Cl—>
OH—>
含氧酸根离子>
F—
②若为活泼电极,则电极本身失去电子而放电。
因为活泼电极的还原性几乎大于一切的阴离子。
阴极——无论是惰性电极,还是活性电极,阴极都不会参与电极反应,始终为阳离子放电(得电子,发生还原反应),放电顺序为:
Ag+>
Hg2+>
Fe3+>
Cu2+>
H+(酸)>
Pb2+>
Sn2+>
Fe2+>
Zn2+>
H+(H2O)>
Al3+>
Mg2+>
Na+>
Ca+>
K+
二、电解的应用——
1、氯碱工业:
电解饱和食盐水制取烧碱、氯气、氢气
通电
总的方程式:
2NaCl+2H2O====2NaOH+H2↑+Cl2↑
2、电镀:
(1)概念:
应用电解原理在某些金属表面镀上其它金
属或合金的过程。
(2)电镀池的形成条件:
A镀件作阴极
B镀层金属作阳极
C电镀液中含有镀层金属离子
例:
在一根铁棒上镀上Cu
Cu—2e—=Cu2+
Cu2++2e—=Cu电镀
3、铜的电解精炼
Cu—2e—=Cu2+
杂质比铜活泼的Zn、Fe、Ni等也会放电:
Zn—2e—=Zn2+;
Fe—2e—=Fe2+;
Ni—2e—=Ni2+
还原性比铜差的,如活泼性在铜之后的银、金等不能失去电子,它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中,成为阳极泥。
阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。
Cu2++2e—=Cu
电解质溶液硫酸铜的浓度基本不变,但要定时除去里面的杂质。
4、电解制Na、Mg、Al(以下反应均在熔融状态下进行)
Na3AlF6
电解冶炼Na、Mg、Al:
2NaCl2Na+Cl2↑MgCl2Mg+Cl2↑
2Al2O34Al+3O2↑
5、金属腐蚀的快慢规律——
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
几组常见的电解池
(1)电极反应——
4OH——4e—=2H2O+O2↑
4H++4e—=2H2↑
通电
2H2O=====2H2↑+O2↑
结论:
用惰性电极电解含氧酸实质是电解水。
电解后,酸的浓度增大,即[H+]增大,故溶液的PH减小。
(2)电极反应——
用惰性电极电解强碱实质是电解水。
电解后,碱的浓度增大,即[OH-]增大,故溶液的PH增大。
(3)电极反应——
用惰性电极电解活泼金属的含氧酸盐实质是电解水。
电解后溶液的PH不变,等于7。
(4)电极反应——
2Cl——2e—=Cl2↑
2H++2e—=2H2↑
2HCl=====H2↑+Cl2↑
用惰性电极电解无氧酸(除HF),溶质消耗。
电解的结果消耗了HCl,即[H+]减小,溶液的PH增大。
(5)电极反应——
Cu2++2e—=Cu
CuCl2=====2Cu+Cl2↑
用惰性电极电解不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物),溶质消耗。
电解的结果使[Cu2+]减小,溶液的[H+]
减小,溶液的PH略有增大。
Cu2++2H2O
Cu(OH)2+2H+
(6)电极反应——
用惰性电极电解活泼金属的无氧酸盐,溶质、水同时消耗。
电解的结果生成碱,电解后溶液的PH增大。
(7)电极反应——
2CuSO4+2H2O====2H2SO4+2Cu+O2↑
用惰性电极电解不活泼金属的含氧酸盐,溶质、水同时消耗。
电解的结果生成酸,溶液的PH减小。
二、电解规律(作惰性电极,带*号的例外)及溶液pH的变化
类型
电解质(水溶液)
被电解
的物质
电极产物
溶液pH变化的原因、结果
电解质复原
阳极
阴极
电解水型
含氧酸(如H2SO4)
强碱(如NaOH)
活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)
电解电解质型
无氧酸(如HCl),除HF外,
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2),除氟化物外
放H2生碱型
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
放O2生酸型
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
原电池、电解池、电镀池的比较——
原电池
电镀池
定义
将化学能转化成电能的装置
将电能转化成化学能的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置
装置
形成条件
①活泼性不同的两电极
②电解质溶液
③形成闭合回路
①两电极接直流电源
②两电极插入电解质溶液中
①镀层金属接电源正极,作为阳极;
待镀金属接电源负极,作为阴极
②电镀液必须含有镀层金属的离子
电极名称
较活泼金属
较不活泼金属(或能导电的非金属)
与电源正极相连
与电源负极相连
名称同电解,但有限制条件。
必须是镀层金属
镀件(待镀的物件)
电极反应
氧化反应(负失氧)
还原反应(正得还)原电池的电极反应较为复杂,不易总结出明显的规律特征.
氧化反应,溶液中的阴离
子或金属电极失电子(阳失氧)
还原反应,一定是溶液中的阳离子得电子(阴得还)
氧化反应,金属电极失电子,并不断溶解(阳失氧)
还原反应,电镀液中的镀层金属阳离子得电子(阴得还)
电子流向
负极正极
负极阴极
阳极正极
同电解池
电流方向
正极负极
对比
电解质导电的过程实质上就是电解过程;
例1:
右图中x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的是
a极板
b极板
x电极
Z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
CuCl2
解析:
通电后a极板增重,表明溶液中金属阳离子在a极板上放电,发生还原反应析出了金属单质,因此可确定a极板是电解池的阴极,与它相连接的直流电源的x极是负极。
选项C中x极为正极,故C不正确。
A中电解液为CuSO4溶液,阴极a板上析出Cu而增重,阳极b板上由于OH-离子放电而放出无色无臭的O2,故A正确。
B中电解液为NaOH溶液,通电后阴极a上应放出H2,a极板不会增重,故B不正确。
D中电解液为CuCl2溶液,阴极a板上因析出Cu而增重,但阳板b板上因Cl-离子放电,放出黄绿色有刺激性气味的Cl2,故D不正确。
答案:
A。
例2:
蓄电池在放电时起原电池的作用,在充电时起电解池的作用。
下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应:
下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是:
A.放电时,Fe是负极,NiO2是正极
B.蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中
C.充电时,阴极上的电极反应为:
D.放电时,电解质溶液中的阴离子向正极方向移动
蓄电池放电时起原电池作用,原电池的负极是较活泼的金属,A正确。
放电时,Fe是原电池的负极,Fe失电子被氧化成Fe2+离子。
由于负极——Fe的附近聚集较多的Fe2+离子,电解质溶液中的阴离子向负极移动,D不正确。
充电时蓄电池起电解池作用,充电时电源的负极应与蓄电池的负极(Fe,此时作为电解池的阴极)相连接,发生还原反应:
。
C正确。
该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是:
放电:
负极
正极
充电:
阴极
阳极
可见反应是在碱性溶液中进行的,B不正确。
B、D。
例3:
右图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极,电极c、d都是石墨电极。
通电一段时间后,只在c、d两极上共收集到336mL(标准状态)气体。
回答:
(1)直流电源中,M为极。
(2)Pt电极上生成的物质是,其质量为g。
(3)电源输出的电子,其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为:
2∶∶∶。
(4)AgNO3溶液的浓度(填增大、减小或不变。
下同),AgNO3溶液的pH,H2SO4溶液的浓度,H2SO4溶液的pH。
(5)若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%,则原有5.00%的H2SO4溶液为多少g。
电解5.00%的稀H2SO4,实际上是电解其中的水。
因此在该电解池的阴极产生H2,阳极产生O2,且
据此可确定d极为阴极,则电源的N极为负极,M极为正极。
在336mL气体中,
,为0.01mol,
,为0.005mol。
说明电路上有0.02mol电子,因此在b极(Pt、阴极)产生
,即0.02mol的Ag。
则n(e)∶n(Ag)∶n(O2)∶n(H2)=0.02∶0.02∶0.005∶0.01=2∶2∶
∶1.
由Ag(阳)电极、Pt(阴)电极和AgNO3溶液组成的电镀池,在通电一定时间后,在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+离子的物质的量,等于Ag电极被还原给溶液补充的Ag+离子的物质的量,因此[AgNO3]不变,溶液的pH也不变。
电解5.00%的H2SO4溶液,由于其中的水发生电解,因此[H2SO4]增大,由于[H+]增大,故溶液的pH减小。
设原5.00%的H2SO4溶液为xg,电解时消耗水0.01×
18=0.18g,则:
,解得:
答案:
(1)正
(2)Ag、2.16(3)2∶
∶1;
(4)不变、不变、增大、减小;
(5)45.18。
例4:
有一硝酸盐晶体,其化学式表示为M(NO3)x·
nH2O经测定其摩尔质量为242g·
mol-1。
取1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液。
将此溶液倒入右图所示装置中,用石墨作电极进行电解。
当有0.01mol电子通过电极时,溶液中的金属阳离子全部析出,在A极得到金属0.32g。
(1)金属M的原子量为,x=,n=。
(2)C极为极。
(3)电解后溶液的pH为(设电解前后溶液的体积不变)
。
解析:
(1)
,含金属M也为
M的原子量
解得:
188+18n=242,n=3。
(2)因为金属在A极析出,所以A极是电解池的阴极,则C极是电源的负极。
(3)有0.01mol电子通过电极,就有0.01molOH-放电,在溶液中就生成0.01molH+。
(1)64、2、3;
(2)负;
(3)1。
【综合练习】:
1、(94年全国)X、Y、Z、M代表四种金属的元素。
金属X和Z用导线连接起来放入稀硫酸中时,Z极上有
H2放出;
若电解Y2+和Z2+共存的溶液时,Y先析出;
又知M2+离子的氧化性强于Y2+离子。
则这四种金属
的活动性由强到弱的顺序是(A)
A、X>Z>Y>MB、X>Y>Z>M
C、M>Z>X>YD、X>Z>M>Y
2、工业上以石墨和铁为电极电解KI溶液制取KIO3,电解时石墨作阳极,Fe作阴极。
该电极反应式:
I-+6
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