第5講原電池電解池原理與電極反應(yīng)方程式(共9頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第5講 原電池、電解池原理與電極反應(yīng)方程式一、原電池的工作原理概念：原電池是把 化學(xué)能 轉(zhuǎn)化為 電能的裝置。一般構(gòu)成條件：自發(fā)進(jìn)行的 氧化還原 反應(yīng)。兩個(gè)電極（一極反應(yīng)或兩極都不反應(yīng)）。電解質(zhì)溶液（構(gòu)成回路或參與反應(yīng)）。形成 閉合回路（導(dǎo)線連接或兩極接觸）。例1在下圖的8個(gè)裝置中，屬于原電池的是哪幾個(gè)?【答案】電極名稱及電極反應(yīng)。負(fù)極：金屬較 活潑 ， 失去 電子，電子流 出 ，發(fā)生 氧化 反應(yīng)。正極：金屬較 不活潑 ， 得到 電子，電子流 入 ，發(fā)生還原 反應(yīng)。舉例：銅鋅原電池材料電極反應(yīng)電極現(xiàn)象正極Cu2H+2e=H2有氣體產(chǎn)生負(fù)極ZnZn2e=Zn2+鋅棒變細(xì)總

2、離子反應(yīng)式Zn+2H+=Zn2+ +H2總化學(xué)反應(yīng)式Zn+H2SO4=ZnSO4 +H2閉合回路中電子從 Zn 到 Cu ，電流從 Cu 到 Zn ；電解質(zhì)溶液中：陰離子（SO42）移向 Zn 極，陽離子（H+）移向 Cu 極。例2在如圖所示的銅鋅原電池中：Zn為 負(fù) 極，Cu為 正 極；負(fù)極上發(fā)生 氧化 反應(yīng)，電極反應(yīng)式為 Zn2e=Zn2+ ，正極上發(fā)生 還原 反應(yīng)，電極反應(yīng)式為 Cu2+2e=Cu ；電子流出的極是 Zn 極，電子流入的極是 Cu 極；電流方向 由Cu到Zn 。鹽橋中的鹽溶液是KCl溶液，其作用為提供定向移動的陰、陽離子。鹽橋中的 Cl 會移向ZnSO4溶液， K+ 移向

3、CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持電中性。該原電池工作一段時(shí)間后，兩電極的質(zhì)量將會 Zn極減小，Cu極增加 。設(shè)計(jì)原電池：例3鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。（1）寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式。 （2）若將（1）中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，請畫出裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：【答案】（1）2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+（2）負(fù)極反應(yīng)：Cu2e=Cu2+正極反應(yīng)：2Fe3+2e=2Fe2+原電池正負(fù)極的判斷及電極方程式的書寫用雙線橋分析氧化還原反應(yīng)，失電子的是負(fù)極，得電子的是正極

4、。例4將表面去掉氧化膜的鎂片與鋁片用帶電流表的導(dǎo)線連接，插入盛有燒堿溶液的燒杯中，此時(shí)發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，判斷此原電池的正負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。正極，電極反應(yīng)式，負(fù)極，電極反應(yīng)式，總反應(yīng)?！窘馕觥堪l(fā)生的氧化還原反應(yīng)方程式為2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2所以Al作負(fù)極失去電子，Al-3e-= Al3+，Al3+3OH-= Al(OH)3，+）Al(OH)3-+OH-= AlO2-+2H2OAl-3e-+4OH-= AlO2-+2H2OMg正極，表面生成H2，2H2O+2e-=H2+2OH-Al-3e-+4OH-= AlO2-+2H2O×2+)2H2O

5、+2e-=H2+2OH-×32Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2【答案】正極 Mg ，電極反應(yīng)式：Al-3e-+4OH-= AlO2-+2H2O負(fù)極 Al ，電極反應(yīng)式：2H2O+2e-=H2+2OH-總反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2發(fā)展中的化學(xué)電源及電極反應(yīng)式的書寫【解析】電極反應(yīng)式的書寫：考慮電解質(zhì)參與電極反應(yīng)，負(fù)極+正極=總反應(yīng)（1）一次電池（不能充電，不能反復(fù)使用）如堿性鋅錳電池：電解質(zhì)為KOH總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2 ，則負(fù)極：正極：【答案】負(fù)極：Zn2e+2OH= Zn(OH)2正極：2Mn

6、O2+2e+2H2O2MnO(OH)+2OH（2）二次電池（可充電，可多次重復(fù)使用）如鉛蓄電池，H2SO4作電解液，總反應(yīng)為：放電時(shí)，總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O負(fù)極：正極：充電時(shí)，總反應(yīng)：2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4陰極：陽極：【答案】負(fù)極：Pb2e+SO42= PbSO4正極：PbO2+2e+4H+SO42PbSO4+2H2O陰極：PbSO4+2e= Pb2e+SO42陽極：PbSO4+2H2O2ePbO2+4H+SO42（3）燃料電池氫氧燃料電池用酸性電解質(zhì)時(shí)：負(fù)極：正極：總反應(yīng)：2H2+O22H2O【答案】負(fù)極：H22e= 2H+正極

7、：O2+4e+4H+2H2O用NaOH等堿性溶液時(shí)：負(fù)極：正極：總反應(yīng)：2H2+O22H2O【答案】負(fù)極：H22e+2OH= 2H2O正極：O2+4e+2H2O4OH-CH4燃料電池：電解質(zhì)為KOH負(fù)極：正極：總反應(yīng)：CH4+2O2+2OHCO32+3H2O【答案】負(fù)極：CH48e+10OH= CO32+7H2O正極：2O2+8e+4H2O8OH-CH3OH燃料電池：電解質(zhì)為KOH負(fù)極：正極：總反應(yīng)：2CH3OH +3O2+4OH2CO32+6H2O【答案】負(fù)極：2CH3OH12e+16OH= 2CO32+12H2O正極：3O2+12e+6H2O12OH-例5固體氧化物燃料電池是由美國西屋（W

8、estinghouse）公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯一氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子（O2）在其間通過。該電池的工作原理如圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是（）A該電池的總反應(yīng)方程式為：2H2O2 高溫 2H2OB有氫氣進(jìn)入發(fā)生反應(yīng)的b極為電池的正極Ca極對應(yīng)的電極反應(yīng)為：O22H2O4e4OHD有氧氣進(jìn)入發(fā)生反應(yīng)的a極為電池的負(fù)極【答案】A二、電解池的工作原理概念：電解池是把 電能 轉(zhuǎn)化為 化學(xué)能的裝置。一般構(gòu)成條件：直流電源。兩個(gè)電極（Ag及其之前的金屬作陽極時(shí)失電子）。電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)（參與反應(yīng)）形成閉合回路。電極名稱及電極反應(yīng)。陰極：

9、與電源 負(fù) 極相連， 陽 離子流入， 得 電子，發(fā)生 還原 反應(yīng)。放電順序：Na < Zn2 < Pb2 < H < Cu2 < Fe3 < Ag陽極：與電源 正 極相連，陰 離子流入， 失 電子，發(fā)生 氧化 反應(yīng)。 金屬電極 > S2 > I > Br > Cl > OH > 含氧酸根電解CuCl2溶液的分析電極材料及存在離子電極反應(yīng)電極現(xiàn)象陰極C、Cu2+、H+Cu2+2e=Cu有紅色固體析出陽極C、Cl、OH2Cl2e=Cl2有刺激性氣味氣體產(chǎn)生總離子反應(yīng)式Cu2+2Cl 通電 Cu +Cl2總化學(xué)反應(yīng)式CuCl2

10、通電 Cu +Cl2閉合回路中電子從 負(fù)極 流出，通過外電路流回到 正極 ；電流從 正極 流出，通過外電路流回到 負(fù)極 ；電解質(zhì)溶液中：陰離子（如Cl）移向 陽極 ，陽離子如（H+）移向 陰極 。例1分別寫出用惰性電極電解下列物質(zhì)水溶液的電極方程式和總反應(yīng)式。電解質(zhì)電極存在的離子電極反應(yīng)總反應(yīng)式HCl陰極H+2H+2e=H22HCl 通電 H2+Cl2陽極Cl、OH2Cl2e=Cl2CuCl2陰極Cu2+、H+Cu2+2e=CuCuCl2 通電 Cu +Cl2陽極Cl、OH2Cl2e=Cl2NaCl陰極Na+、H+2H+2e=H22NaCl+2H2O 通電 H2+Cl2+2NaOH陽極Cl、O

11、H2Cl2e=Cl2AgNO3陰極Ag+、H+4Ag+4e=4Ag4AgNO3+2H2O 通電 4Ag +O2+4HNO3陽極NO3、OH4OH-4e=O2+2H2OKOH陰極K+、H+4H+4e=2H22H2O 通電H2+O2陽極OH4OH-4e=O2+2H2OHNO3陰極H+4H+4e=2H22H2O 通電H2+O2陽極NO3、OH4OH-4e=O2+2H2O電解池的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)例設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)Cu+H2SO4CuSO4+H2，畫出裝置圖，寫出電極反應(yīng)方程式?！敬鸢浮筷帢O：2H+2e=H2陽極：Cu-2e=Cu2+重要的電解工業(yè)生產(chǎn)：生產(chǎn)電極及材料電解液存在的離子電極反應(yīng)總反應(yīng)式制Na陰極熔融N

12、aClNa+2Na+2e=2Na2NaCl 通電 2Na+Cl2陽極Cl2Cl2e=Cl2制Mg陰極熔融MgCl2Mg2+Mg2+2e= MgMgCl2 通電 Mg+Cl2陽極Cl2Cl2e=Cl2制Al陰極 熔融Al2O3Al3+4Al3+12e=4 Al2Al2O3 通電 4Al+3O2陽極 O26O2-12e=3O2氯堿工業(yè)陰極飽和食鹽水Na+、H+2H+2e=H22NaCl+2H2O 通電 H2+Cl2+2NaOH陽極Cl、OH2Cl2e=Cl2電解精煉銅陰極：精銅CuSO4溶液Cu2+、Fe2+、H+Cu2+2e= Cu/陽極：粗銅SO42、OHCu-2e= Cu2+鐵器件電鍍銅陰極

13、：鐵器件CuSO4溶液Cu2+、H+Cu2+2e= Cu/陽極：精銅SO42、OHCu-2e= Cu2+例3金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是（已知：氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+）（）A陽極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式：Ni2+2eNiB電解過程中，陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等C電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2+和Zn2+D電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Pt【答案】D例4氨堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下：依據(jù)上圖，完成下列填空：（1）在電解過程中，與電源正極相連的電

14、極上所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為，與電源負(fù)極相連的電極附近，溶液pH（選填“不變”“升高”或“下降”）。（2）工業(yè)食鹽含Ca2+、Mg2+等雜質(zhì)。精制過程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為、。（3）如果粗鹽中SO42含量較高，必須添加鋇試劑除去SO42，該鋇試劑可以是（選填A(yù)，B，C多選扣分)。ABa(OH)2BBa(NO3)2CBaCl2（4）為有效除去Ca2+、Mg2+、SO42，加入試劑的合理順序?yàn)椋ㄟx填A(yù)、B、C多選扣分）。A先加NaOH，后加Na2CO3，再加鋇試劑B先加NaOH，后加鋇試劑，再加Na2CO3C先加鋇試劑，后加NaOH，再加Na2CO3（5）脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上

15、的差異，通過、冷卻、（填寫操作名稱）除去NaCl。（6）在隔膜法電解食鹽水時(shí)，電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū)，防止Cl2與NaOH反應(yīng)；采用無隔膜電解冷的食鹽水時(shí)，Cl2與NaOH充分接觸，產(chǎn)物僅是NaClO和H2，相應(yīng)的化學(xué)方程式為?！敬鸢浮緿（1）2Cl2e=Cl2，升高（2）Ca2+CO32= CaCO3、Mg2+2OH= Mg(OH)2（3）AC（4）BC（5）加熱蒸發(fā)、過濾（6）NaCl +H2O 通電 NaClO + H2 或2 NaCl + 2 H2O 通電 H2 + Cl2+ 2NaOH，Cl2 +  2NaOH  = NaCl + NaClO + H

16、2O三、金屬的電化學(xué)腐蝕及防護(hù)析氫腐蝕：在金屬外面的水膜呈較強(qiáng)酸性時(shí)發(fā)生析氫腐蝕。以鋼鐵為例：Fe（負(fù)極）：Fe2e=Fe2+C （正極）：2H+2e=H2總反應(yīng)式：Fe+2H+= Fe2+ H2吸氧腐蝕：在金屬外面的水膜呈中性、堿性，溶解一定量O2時(shí)發(fā)生吸氧腐蝕。以鋼鐵為例：Fe（負(fù)極）：2Fe4e=2Fe2+C （正極）：O2+4e+2H2O=4OH總反應(yīng)式：2Fe+ O2+2H2O=2Fe(OH)2氧化過程：4Fe(OH)2+ O2+2H2O=4Fe(OH)3脫水過程：2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O金屬的防護(hù)防止鋼鐵腐蝕的措施有：（1

17、）加保護(hù)層（如涂油漆、電鍍金屬鋅、鉻，包裹塑料等）；（2）制成合金（如不銹鋼等）；（3）電化學(xué)防護(hù)將要保護(hù)的金屬設(shè)計(jì)成原電池的正極，即接更活潑的金屬構(gòu)成原電池。將要保護(hù)的金屬設(shè)計(jì)成電解池的負(fù)極，即接在電源的負(fù)極構(gòu)成電解池。例1如圖水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察。（1）若試管內(nèi)液面上升，則原溶液呈性，發(fā)生腐蝕，電極反應(yīng)：負(fù)極：；正極：。（2）若試管內(nèi)液面下降，則原溶液呈強(qiáng)性，發(fā)生腐蝕，電極反應(yīng)：負(fù)極：；正極：。【答案】（1）中性或堿性，吸氧，2Fe4e=2Fe2+，O2+4e+2H2O=4OH（2）酸，析氫，F(xiàn)e2e=Fe2+，2H+2e=H2O2得電子的產(chǎn)物書寫：若為固體電解質(zhì)，能允許O2通過，電極反應(yīng)式為：O2+4e2O2若電解質(zhì)為酸性溶液，電極反應(yīng)式為： O2+4e+4H+2H2O。若電解質(zhì)為中性或堿性溶液，電極反應(yīng)式為： O2+4e+2H2O=4OH 。電化學(xué)對反應(yīng)速率的影響電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有