高一化学原电池和电解池

一、原电池、电解池与电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将化学能转化为电能的装置将电能转化为化学能的装置应用电解原理在金属表面镀上一层其他金属的装置条件①相互连接、活泼性不同的金属(其中一种可以是能导电的非金属)作电极材料②电解质溶液③两电极与电解质溶液接触构成通路①两电极材料(活性可以相同)连接直流电源②电解质溶液③两电极与电解质溶液接触构成通路①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极②电镀液必须含有镀层金属离子(电镀过程浓度不变)原电池电解池电镀池电极负极：较活泼的金属(电子流出)正极：较不活泼的金属(或能导电的非金属)(电子流入)阳极：与电源正极相连的电极阴极：与电源负极相连的电极阳极：必须是镀层金属阴极：镀件电极反应负极：失电子发生氧化反应正极：得电子发生还原反应阳极：失电子发生氧化反应阴极：得电子发生还原反应阳极：金属电极失电子(溶解)阴极：电镀液中阳离子得电子(在电镀条件下，水电离产生的H＋或OH－一般不放电)电子流向负极→正极(经导线)电源负极→阴极(经导线)电源正极←阳极(经导线)同电解池续表二、构成原电池的两个注意事项1．原电池构成前提：某一电极(负极)必须能与电解质溶液中的某种成分反应(负极被氧化)，即能发生自发的氧化还原反应。2．很活泼的金属单质不可做原电池的负极，如K、Na、Ca等。三、原电池的正负极的判断方法原电池有两个电极，一个是负极，一个是正极，判断负极和正极的方法有：1．由组成原电池的两极材料判断：一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。2．根据原电池外电路的电流方向或电子流方向判断：电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。3．根据原电池内电解质溶液离子的定向流动方向判断：在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的电极是正极，阴离子移向的电极为负极。4．根据原电池两极发生的变化判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。四、原电池的电极反应式和总反应式的书写例如：铜、锌和稀H2SO4组成的原电池：负极(Zn片)：Zn－2e－=Zn2＋(氧化反应)；正极(Cu片)：2H＋＋2e－=H2↑(还原反应)；总反应：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑例如：燃料电池，如氢氧燃料电池负极：H2＋2OH－－2e－=2H2O正极：2H2O＋O2＋4e－=4OH－总反应：2H2＋O2=2H2O书写规律：(1)明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化；(2)确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其他物质(如溶有或通入的氧气)；(3)判断是否存在特定的条件(如介质中的粒子H＋、OH－、非放电物质参加反应)，进而推断电解质溶液的酸碱性的变化；(4)总的反应式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒；(5)电极反应式常用“=”，不用“→”。电极反应式中若有气体生成，需加“↑”。原电池的总反应式：一般把正极和负极的电极反应式相加而得。若电解质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。五、原电池的应用1．制作多种电池。如：干电池、充电电池和新型燃料电池。2．加快化学反应速率。如：用粗锌代替纯锌制取氢气，反应速率加快。3．防护金属。如：使被保护的金属当原电池的正极，则其受到保护。六、金属的腐蚀——析氢腐蚀和吸氧腐蚀金属腐蚀实质金属原子失去电子被氧化而消耗的过程种类化学腐蚀电化腐蚀原理金属和非电解质或其他物质接触而直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而消耗。(可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀)区别金属直接与其他物质发生化学反应而消耗不纯金属在电解质溶液中发生原电池反应腐蚀过程无电流产生有电流产生金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀条件金属在酸性较强的溶液中金属在中性或酸性很弱的溶液中电极反应负极(Fe)：Fe－2e－=Fe2＋正极(C)：2H＋＋2e－=H2↑负极(Fe)：2Fe－4e－=2Fe2＋正极(C)：O2＋2H2O＋4e－=4OH－发生情况相对较少，腐蚀速率一般较快非常普遍，腐蚀速率一般较慢联系两种腐蚀常相继发生，吸氧腐蚀为主七、金属的防护防止或减缓金属腐蚀，主要是防止电化学腐蚀，主要方法有：1．涂保护层(如涂油漆、涂油等)。2．用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜。3．保持干燥。4．改变金属的内部结构，使其稳定(如不锈钢)。5．牺牲负极保护正极法。6．金属的电化学防护：(1)牺牲阳极的阴极保护法。利用锌比铁活泼，在被保护的钢铁设备上装上锌块，锌为负极，铁为正极，铁被保护。(2)外加电流的阴极保护法。阳极：惰性电极阴极：被保护的钢铁设备通电后电子被强制流向被保护的钢铁设备，起抑制钢铁失去电子的作用。八、电解池电极放电规律1．阳离子在电极上得到电子和阴离子在电极上失去电子的过程叫放电。离子的放电能力取决于离子的本性，也与离子的浓度大小和电极材料有关。2．电解时所用的电极分为两大类：一类为惰性电极，只起导体作用，并不参与反应(如不活泼金属Pt和非金属石墨)。另一类为活性电极，电解时电极能参与反应。3．惰性电极阴阳离子的放电顺序①阴极上，阳离子的放电顺序为：K＋Ca2＋Na＋Mg2＋Al3＋Mn2＋Zn2＋Fe2＋Sn2＋Pb2＋H＋Cu2＋Fe3＋Hg2＋Ag＋②阳极上，阴离子的放电顺序为：F－含氧酸根OH－Cl－Br－I－S2－4.电解质溶液的电解规律类型物质种类举例电解方程式pH变化恢复电解质本身电解无氧酸HCl2HClH2↑＋Cl2↑变大HCl不活泼金属无氧酸盐CuCl2CuCl2Cu＋Cl2↑不变CuCl2水电解含氧酸H2SO42H2O2H2↑＋O2↑变小加水强碱NaOH变大活泼金属含氧酸盐Na2SO4不变类型物质种类举例电解方程式pH变化恢复电解质和水都参与电解不活泼金属含氧酸盐CuSO42CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4(放氧生酸)变小CuO活泼金属无氧酸盐NaCl2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑(放氢生碱)变大HCl续表九、精炼铜，电冶金1．离子交换膜法电解氯化钠溶液原理：通电前：NaCl=Na＋＋Cl－H2OH＋＋OH－通电后：阴极：2H＋＋2e－=H2↑阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑总反应：2NaCl＋2H2O=2NaOH＋H2↑＋Cl2↑把精制的饱和食盐水加入阳极室；纯水(含有少量的NaOH)加入阴极室。通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na＋穿过离子膜由阳极室进入阴极室，OH－不能通过离子膜，导出的阴极液体中含有NaOH；Cl－在阳极表面放电生成Cl2，电解后的淡盐水从阳极导出，可用于重新配制食盐水。2．电镀法精炼铜阴极：纯铜板Cu2＋＋2e－=Cu阳极：粗铜板Cu－2e－=Cu2＋电解液：CuSO4溶液电解过程电解液的质量基本保持不变，但要定期除去其中的杂质，阳极的杂质叫阳极泥，可作为提炼金、银等贵重金属的材料。3．电冶金电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法，特别是对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属。如电解熔融的NaCl就是冶炼金属钠的方法：首先，NaCl在高温下熔融，发生电离：NaCl=Na＋＋Cl－通直流电后：阴极：2Na＋＋2e－=2Na阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑某碱性燃料电池装置中盛有KOH浓溶液，正极均通入O2，电极反应则为O2＋4e－＋2H2O=4OH－；若在负极分别通入下列可燃性气体：①CH4、②H2S、③C2H4，都能实现把化学能转变为电能。(NA为阿伏加德罗常数)下列说法不正确的是()根据题目信息对燃料电池的分析A．分别通入这三种气体，放电一段时间后，溶液的pH都变大B．若在负极上通入1molCH4，完全反应共失去8NA个电子C．若在负极上通入C2H4气体，则电池的总反应为C2H4＋3O2＋4OH－=＋4H2OD．若在负极上通入H2S气体，则电极反应为：H2S－6e－＋8OH－=＋5H2O三种气体构成的电池总反应分别为：CH4＋2O2＋2OH－=＋3H2O；2H2S＋3O2＋4OH－=2＋4H2O；C2H4＋3O2＋4OH－=＋4H2O。三个电池都消耗OH—，溶液的pH都变小，所以A错误；由电极反应CH4－8e－＋10OH－=＋7H2O可知道1molCH4完全反应共失去8NA电子，所以B正确。本题是考查学生对原电池原理的应用，燃料电池近年来经常出现在高考试题中，望考生引起重视。对电极反应、电池反应的表达方式，及其反应过程中的电子得失、pH变化等要予以充分地关注和复习。A1.一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H6＋7O2＋8KOH=4K2CO3＋10H2O，有关此电池的推断正确的是()A．负极反应为14H2O＋7O2＋28e－=28OH－B．放电一段时间后，负极周围的pH升高C．每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14molD．放电过程中KOH的物质的量浓度不变C燃料电池，O2都在正极发生反应。2.固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westing－house)公司研制开发的，它以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A．O2放电的a极为电池的负极B．H2放电的b极为电池的正极C．a极对应的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．该电池的总反应方程式为：2H2＋O2=2H2O此燃料电池用的是固体电解质，因此不会生成OH－。D下列描述中，不符合生产实际的是()A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极电解的原理与应用电解熔融的氧化铝制取金属铝，若用铁作阳极，则铁会被氧化。A1.把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氯化铁的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铁的物质的量之比为()A．1∶2∶3B．3∶2∶1C．6∶3∶1D．6∶3∶2D物质的量相等的钾、镁、铁，失电子数之比为1∶2∶3。所以得电子数相等时，析出钾、镁、铁的物质的量之比为6∶3∶2。2.近年来，加“碘”食盐较多使用了碘酸钾，KIO3在工业上可用电解法制取，以石墨和铁为电极，以KI溶液为电解液在一定条件下电解，反应式为KI＋H2O―→KIO3＋H2↑(未配平)。下列有关说法中，正确的是(双选)()A．电解时，石墨做阳极，铁作阴极B．电解时，在阳极上产生氢气C．电解后得到KIO3产品的步骤有：过滤→浓缩→结晶→灼烧D．电解中，每转移0.6mol电子，理论上可得到0.1mol无水KIO3晶体AD电解时，若铁作阳极，则铁会被氧化，所以，铁只能作阴极。灼烧会使KIO3分解。电解的总反应方程式为：KI＋3H2O=KIO3＋3H2↑。电极反应方程式的书写及相关综合计算按下图装置进行实验，并回答下列问题。(1)判断装置的名称：A池为____________，B池为____________。(2)锌极为__________极，电极反应式为_____________________。铜极为__________极，电极反应式为____________________。石墨棒C1为______极，电极反应式为_________________________。石墨棒C2附近发生的实验现象为__________________________________________。(3)当C2极析出224mL气体(标准状态)时，锌的质量变化(增加或减少)__________g。CuSO4溶液的质量变化了(增加或减少了)__________g。A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池，B池中两个电极均为石墨电极，在以A为电源的情况下构成电解池，即A原电池带动B电解池，A池中Zn为负极，Cu为正极，B池中C1为阳极，C2为阴极、析出H2，周围