原电池和电解池知识点总结.docx
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原电池和电解池知识点总结
原电池和电解池知识点总结
原电池和电解池
1.原电池和电解池的比较:
装置
原电池
电解池
实例
原理
使氧化还原反应中电子作定向移动,从而形成电流。
这种把化学能转变为电能的装置叫做原电池。
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。
这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。
形成条件
①电极:
两种不同的导体相连;
②电解质溶液:
能与电极反应。
③能自发的发生氧化还原反应
④形成闭合回路
①电源;②电极(或非惰性);③电解质(水溶液或熔态)。
惰性
化
反应类型
自发的氧化还原反应
非自发的氧化还原反应
电极名称
由电极本身性质决定:
正极:
材料性质较不活泼
由外电源决定:
阳极:
连电源的正极;
的电极;负极:
材料性质较活泼的电极。
阴极:
连电源的负极;
电极反应
负极:
Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)正极:
2H++2e-=H2↑(还原反应)
阴极:
Cu2++2e-=Cu原反应)阳极:
2Cl--2e-=Cl2↑化反应)
(还
(氧
电子流向
负极→正极
电源负极→阴极;阳极→
电源正极
电流方向
正极→负极
电源正极→阳极;阴极→
电源负极
能量转化
化学能→电能
电能→化学能
应用
①抗金属的电化腐蚀;
②实用电池。
①电解食盐水(氯业);②电镀(镀铜)电冶(冶炼Na、Mg、④精炼(精铜)。
碱工;③Al);
2原电池正负极的判断:
⑴根据电极材料判断:
活泼性较强的金属为负极,活泼性较弱的或者非金属为正极。
⑵根据电子或者电流的流动方向:
电子流向:
负极→正极。
电流方向:
正极→负极。
⑶根据电极变化判断:
氧化反应→负极;还原反应→正极。
⑷根据现象判断:
电极溶解→负极;电极重量增加或者有气泡生成→正极。
⑸根据电解液内离子移动的方向判断:
阴离子→移向负极;氧离子→移向正极。
3电极反应式的书写:
负极:
⑴负极材料本身被氧化:
2+
①如果负极金属生成的阳离子与电解液成分不反应,则为最简单的:
M-ne-=Mn+如:
Zn-2e-=Zn
②如果阳离子与电解液成分反应,则参与反应的部分要写入电极反应式中:
如铅蓄电池,Pb+SO42--2e-=PbSO4⑵负极材料本身不反应:
要将失电子的部分和电解液都写入电极反应式,
如燃料电池CH4-O2(C作电极)电解液为KOH:
负极:
CH4+10OH-8e-=C032-+7H2O正极:
⑴当负极材料能自发的与电解液反应时,正极则是电解质溶液中的微粒的反应,H2SO4电解质,如2H++2e=H2CuSO4电解质:
Cu2++2e=Cu
⑵当负极材料不与电解质溶液自发反应
时,正极则是电解质中的O2反正还原反应
①当电解液为中性或者碱性时,H2O比参加反应,且产物必为OH-,如氢氧燃料电池(KOH电解质)O2+2H2O+4e=4OH-
②当电解液为酸性时,H+比参加反应,产物为H2OO2+4O2+4e=2H2O
4.化学腐蚀和电化腐蚀的区别
化学腐蚀
电化腐蚀
一
般条件
金属直接和强氧化剂接触
不纯金属,表面潮湿
反应过程
氧化还原反应,不形成原电池。
因原电池反应而腐蚀
有无电流
无电流产生
有电流产生
反应速率
电化腐蚀>化学腐蚀
结
果
使金属腐蚀
使较活泼的金属腐蚀
5.吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别
电化腐
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
蚀类型
条件
水膜酸性很弱或呈中性
水膜酸性较强
极反应
O2+4e-+2H2O==4OH-
2H++2e-==H2↑
负
极反应
Fe-2e-==Fe2+
Fe-2e-==Fe2+
腐
蚀作用
是主要的腐蚀类型,具有广泛性
发生在某些局部区域内
考点解说
6.金属的防护
⑴改变金属的内部组织结构。
合金钢中含有合金元素,使组织
结构发生变化,耐腐蚀。
如:
不锈钢。
⑵在金属表面覆盖保护
层。
常见方式有:
涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。
⑶电化学保护法
①外加电源的阴极保护法:
接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。
②牺牲阳极的阴极保护法:
外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极7。
常见实用电池的种类和特点
⑴干电池(属于一次电池)
2O,Zn2+
①结构:
锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。
酸性电解质:
②电极反应负极:
Zn-2e-=Zn2+
正极:
2NH4++2e-=2NH3+H2NH3和H2被Zn2+、MnO2吸收:
MnO2+H2=MnO+H+4NH3=Zn(NH3)42+碱性电解质:
(KOH电解质)电极反应负极:
Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
)2
正极:
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+Zn(OHZn+MnO2+2H2O-=2MnOOH+Zn(OH)2⑵铅蓄电池(属于二次电池、可充电电池)①结构:
铅板、填满PbO2的铅板、稀H2SO4。
②A.放电反应负极:
Pb-2e-+SO42-=PbSO4原电池正极:
PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2HB.充电反应阴极:
PbSO4+2e-=Pb+SO42-电解池
阳极:
PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++总式:
Pb+PbO2+2H2SO4=放充=电电=2PbSO4+2H2O注意:
放电和充电是完全相反的过程,放电作原电池,充电作电解池。
电极名称看电子得失,电极反应式的书写要求与离子方程式一样,且加起来应与总反应式相同。
⑶锂电池
①结构:
锂、石墨、固态碘作电解质。
②A电极反应负极:
2Li-2e-=2Li+正极:
I2+2e-=2I-总式:
2Li+I2=2LiI
BMnO2做正极时:
负极:
2Li-2e-=2Li+
正极:
MnO2+e-=MnO2-总Li+MnO2=LiMnO2锂电池优点:
体积小,无电解液渗漏,电压随放电时间缓慢下降,应用:
心脏起搏器,手机电池,电脑电池。
⑷A.氢氧燃料电池
①结构:
石墨、石墨、KOH溶液。
②电极反应负极:
H2-2e-+2OH-=2H2O
正极:
O2+4e-+2H2O=4OH-总式:
2H2+O2=2H2O(反应过程中没有火焰,不是放出光和热,而是产生电流)注意:
还原剂在负极上反应,氧化剂在正极上反应。
书写电极反应式时必须考虑介质参加反应(先常规后深入)。
若相互反应的物质是溶液,则需要盐桥(内装KCl的琼脂,形成闭合回路)B.铝、空气燃料电池以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功。
这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液,靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断产生电流。
只要把灯放入海水中,数分钟后就会发出耀眼的闪光,其能量比干电池高20~50倍。
电极反应:
铝是负极4Al-12e-==4Al3+;
石墨是正极3O2+6H2O+12e-==12OH-
8.电解池的阴阳极判断:
⑴由外电源决定:
阳极:
连电源的正极;阴极:
连电源的负极;
⑵根据电极反应:
氧化反应→阳极;还原反应→阴极⑶根据阴阳离子移动方向:
阴离子移向→阳极;阳离子移向→阴极,
⑷根据电子几点流方向:
电子流向:
电源负极→阴极;阳极→电源正极
电流方向:
电源正极→阳极;阴极→电
源负极
9.电解时电极产物判断:
⑴阳极:
如果电极为活泼电极,Ag以前的,则电极失电子,被氧化被溶解,Zn-2e-=Zn2+
如果电极为惰性电极,C、Pt、Au、Ti等,则溶液中阴离子失电子,4OH--4e-=2H2O+O2
阴离子放电顺序S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-⑵阴极:
(.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护)根据电解质中阳离子活动顺序判断,阳离子得电子顺序—金属活动顺序表的反表金属活泼性越强,则对应阳离子的放电能力越弱,既得电子能力越弱。
K+ 10.电解、电离和电镀的区别 电解 电离 电镀 条件 受直流电作用 受热或水分子作用 受直流电作用 实质 阴阳离子定向移动,在两极发生氧化还原反应 阴阳离子自由移动,无明显的化学变化 用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金 实例 CuCl2 ==电解==Cu+ Cl2 CuCl2==Cu2 ++2Clˉ 阳极Cu-2e-= Cu2+ 阴极Cu2++2e-=Cu 关系 先电离后电解,电镀是电解的应用 11.电镀铜、精炼铜比较 电镀铜 精炼铜 形成条件 镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子 粗铜金属作阳极,精铜作阴极,CuSO4溶液作电解液 电极反应 阳极Cu-2e-=Cu2+ 阴极Cu2++2e-=Cu 阳极: Zn-2e-=Zn2+Cu-2e-=Cu2+等阴极: Cu2++2e-=Cu 溶液变化 电镀液的浓度不变 溶液中溶质浓度减小 12.电解方程式的实例(用惰性电极电解): 电解质溶液 阳极反应式 阴极反应式 总反应方程式 (条件: 电解) 溶液酸碱性变化 CuCl2 2Cl--2e-=Cl2↑ Cu2++2e-=Cu CuCl2=Cu +Cl2↑ HCl 2Cl--2e-=Cl2↑ 2H++2e- =H2↑ 2HCl=H2↑+l2↑ C酸性减弱 Na2SO4 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 2H++2e- =H2↑ 2H2O=2H2↑ O2↑ +不变 H2SO4 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 2H++2e- =H2↑ 2H2O=2H2↑ O2↑ +消耗水,酸性增强 NaOH 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 2H++2e- =H2↑ 2H2O=2H2↑ O2↑ +消耗水,碱性增强 NaCl 2Cl--2e-=Cl2↑ 2H++2e- =H2↑ 2NaCl+2H2O =H2↑+C2l↑+ NaOH H+放电,碱 2性增强 CuSO4 4OH--4e-=2H2O+O2↑ Cu2++2e-=Cu 2CuSO4+2H2 O=2Cu+ O2↑+2H2SO4 OHˉ放电,酸性增强 13,以惰性电极电解电解质溶液的规律: ⑴电解水型: 电解含氧酸,强碱,活泼金属的含氧酸盐,如稀 H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液: 阳极: 4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极: 2H++2e-=H2↑总反应: 2H2O==电=解=2H2↑+O2↑, 溶质不变,PH分别减小、增大、不变。 酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性,从而加快电解速率(不是起催化作用)。 ⑵电解电解质: 无氧酸(HF除外)、不活泼金属的无氧酸盐, 如CuCl2 总反应: 如NaCl 总反 阳极: 2Cl--2e-=Cl2↑阴极: Cu2++2e-=Cu CuCl2=Cu+Cl2↑ ⑶放氢生成碱型: 活泼金属的无氧酸盐(F化物除外)阳极: 2Cl--2e-=Cl2↑阴极: 2H++2e-=H2↑ 应: 2NaCl+2H2O=H2↑+C2l↑+2NaOH 公式: 电解质+H2O→碱+H2↑+非金属 ⑷放氧省酸型: 不活泼金属的含氧酸盐,如CuSO4阳极: 4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极: Cu2++2e-=Cu 总反应: 2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4公式: 电解质+H2O→酸+O2↑+金属 图 解NaCl溶液: 2NaCl+2H2O==电解==H2↑+C2l↑+2NaOH,溶质、溶剂均发生电解反应,PH增大8.电解原理的应用 A、电解饱和食盐水(氯碱工业) ⑴反应原理 阳极: 2Cl--2e-==Cl2↑ 阴极: 2H++2e-==H2↑总反 应: 2NaCl+2H2O==电解== H2↑+C2l↑+2NaOH ⑵设备(阳离子交换膜电解槽) ①组成: 阳极—Ti、阴极—Fe ②阳离子交换膜的作用: 它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。 2+ →过滤 H2O从 ⑶制烧碱生产过程(离子交换膜法)①食盐水的精制: 粗盐(含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等)→加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→加入盐酸→加入离子交换剂(NaR)②电解生产主要过程(见图20-1): NaCl从阳极区加入,阴极区加入。 阴极H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,OH-和Na+形成NaOH溶液。 B、电解冶炼铝 ⑴原料: (A)、冰晶石: Na3AlF6=3Na++AlF63- Al2O3 ⑵原理 阳极阴极 2O2--4e-=O2↑ Al3++3e-=Al 总反应: 4Al3++6O2ˉ==电=解=4Al+3O2↑ ⑶设备: 电解槽(阳极C、阴极Fe)因为阳极材料不断地 与生成的氧气反应: C+O2→CO+CO2,故需定时补充 C、电镀: 用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过 程。 ⑴镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液必须含有镀层金属的离子。 电镀锌原理: 阳极Zn-2eˉ=Z2n+阴极Zn2++2eˉ=Zn ⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。 ⑶在电镀控制的条件下,水电离出来的H+和OHˉ一般不起反应。 ⑷电镀液中加氨水或NaCN的原因: 使Zn2+离子浓度很小,镀速慢,镀层才能致密、光亮。 D、电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。 E、电解精炼铜: 粗铜作阳极,精铜作阴极,电解液含有Cu2+铜前金属先反应但不析出,铜后金属不反应,形成“阳极泥”。
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