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原电池和电解池学问点总结

  原电池和电解池知识点总结_高三理化生_理化生_高中教育_教育专区。原电池和电解池 1.原电池和电解池的比较: 装置 实例 原电池 电解池 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。 ① 电极:两种不同的导体相

  原电池和电解池 1.原电池和电解池的比较: 装置 实例 原电池 电解池 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。 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 自发的氧化还原反应 由电极本身性质决定: 正极:材料性质较不活泼的电极; 负极:材料性质较活泼的电极。 负极:Zn-2e-=Zn2+ (氧化反应) 正极:2H++2e-=H2↑(还原反应) 负极→正极 正极→负极 化学能→电能 ①①抗金属的电化腐蚀; ② 实用电池。 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。 ① 电源; ② 电极(惰性或非惰性) ; ③ 电解质(水溶液或熔化态) 。 非自发的氧化还原反应 由外电源决定: 阳极:连电源的正极; 阴极:连电源的负极; 阴极:Cu2+ +2e- = Cu (还原反应) 阳极:2Cl--2e-=Cl2↑ (氧化反应) 电源负极→阴极;阳极→电源正极 电源正极→阳极;阴极→电源负极 电能→化学能 ① 电解食盐水(氯碱工业) 电镀(镀铜) 电冶 ;② ;③ (冶炼 Na、Mg、Al) 精炼(精铜) ;④ 。 形成条件 反应类型 电极名称 电极反应 电子流向 电流方向 能量转化 应用 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: n+ 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-n e-=M 如:Zn-2 e-=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-=PbSO4 ⑵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-8 e-=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=H2 CuSO4 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 H2O 4.化学腐蚀和电化腐蚀的区别 化学腐蚀 一般条件 反应过程 有无电流 反应速率 结果 电化腐蚀类型 条件 正极反应 负极反应 腐蚀作用 使金属腐蚀 吸氧腐蚀 水膜酸性很弱或呈中性 O2 + 4e + 2H2O == 4OH Fe -2e-==Fe2+ 是主要的腐蚀类型,具有广泛性 - - O2+4O2+4e=2H2O 电化腐蚀 不纯金属,表面潮湿 因原电池反应而腐蚀 有电流产生 电化腐蚀>化学腐蚀 使较活泼的金属腐蚀 析氢腐蚀 水膜酸性较强 2H+ + 2e-==H2↑ Fe -2e-==Fe2+ 发生在某些局部区域内 金属直接和强氧化剂接触 氧化还原反应,不形成原电池。 无电流产生 5.吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别 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) 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+H2 + + + NH3 和 H2 被 Zn2 、MnO2 吸收: MnO2+H2=MnO+H2O,Zn2 +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 正极:2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+ Zn(OH)2 Zn+ MnO2+2H2O-=2MnOOH+ Zn(OH)2 ⑵ 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 + 2H2O B.充电反应 阴极:PbSO4 +2e-= Pb+ SO42电解池 2阳极:PbSO4 -2e + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO4 总式:Pb + PbO2 + 2H2SO4 === 放电 充电 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。 ② 电极反应 负极: 2Li-2e- = 2Li+ A 正极: I2 +2e- = 2I总式:2Li + I2 = 2LiI B MnO2 做正极时: 负极: 2Li-2e- = 2Li+ 正极:MnO2+e- = MnO2 总 Li +MnO2= Li MnO2 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。 ⑷ A.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F⑵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+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ (H+) Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ Cu2+ Hg2+ Ag+ 10.电解、电离和电镀的区别 电解 条件 实质 实例 关系 11.电镀铜、精炼铜比较 电镀铜 形成条件 受直流电作用 阴阳离子定向移动,在 两极发生氧化还原反应 CuCl2 ==== Cu+Cl2 电解 电离 受热或水分子作用 阴阳离子自由移动,无明 显的化学变化 CuCl2==Cu2++2Clˉ 电镀 受直流电作用 用电解的方法在金属表面镀上一层金 属或合金 阳极 Cu -2e- = Cu2+ 阴极 Cu2++2e- = Cu 先电离后电解,电镀是电解的应用 精炼铜 粗铜金属作阳极,精铜作阴极,CuSO4 溶液作 电解液 阳极:Zn - 2e- = Zn2+ 阴极:Cu2+ + 2e- = Cu 溶液中溶质浓度减小 总反应方程式 (条件:电解) CuCl2= Cu +Cl2↑ 2HCl=H2↑+Cl2↑ 2H2O=2H2↑+O2↑ 2H2O=2H2↑+O2↑ 2H2O=2H2↑+O2↑ Cu - 2e- = Cu2+ 等 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 阳极 Cu -2e- = Cu2+ 阴极 Cu2++2e- = Cu 电镀液的浓度不变 电极反应 溶液变化 12.电解方程式的实例(用惰性电极电解) : 电解质溶液 CuCl2 HCl Na2SO4 H2SO4 NaOH NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl--2e-=Cl2↑ 2Cl -2e =Cl2↑ 4OH -4e =2H2O+O2↑ 4OH -4e =2H2O+O2↑ 4OH -4e =2H2O+O2↑ 2Cl--2e-=Cl2↑ 4OH--4e-=2H2O+O2↑ - 阴极反应式 Cu2+ +2e-= Cu 2H +2e =H2↑ 2H +2e =H2↑ 2H +2e =H2↑ 2H +2e =H2↑ 2H++2e-=H2↑ Cu2+ +2e-= Cu + + + + - 溶液酸碱性变化 —— 酸性减弱 不变 消耗水,酸性增强 消耗水,碱性增强 2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+ H+放电,碱性增强 2NaOH 2CuSO4+2H2O=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==== 2H2↑ + O2↑, 电解 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 阳极:2Cl -2e =Cl2↑ 阴极:Cu2+ +2e-= Cu 总反应:CuCl2= Cu +Cl2↑ ⑶放氢生成碱型:活泼金属的无氧酸盐(F 化物除外)如 NaCl 阳极:2Cl--2e-=Cl2↑ 阴极:2H++2e-=H2↑ 总反应:2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+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 解 NaCl 溶液:2NaCl+2H2O ====H2↑+Cl2↑+2NaOH,溶质、溶剂均发生电解反应,PH 增大 8.电解原理的应用 电解 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==== H2↑+Cl2↑+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 图 20-1 离子和气体通过。 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→过滤→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,H2O 从阴极区加入。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(B) 、氧化铝: 铝土矿 ——→ NaAlO2 ——→ 过滤 - 电解 NaOH CO2 过滤 Al(OH)3 —→ △ Al2O3 ⑵ 原理 阳极 阴极 2O2 - 4e- =O2↑ + Al3 +3e- =Al 电解 总反应:4Al3++6O2ˉ====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 = Zn2+ 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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