原电池电解池 讲义+习题.doc

如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流原电池电解池 讲义+习题【精品文档】第 9 页一、原电池：将 转变为 的装置。1、实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能2、组成原电池的条件：a 、有两种活泼性不同的金属作电极（或金属与能导电的非金属或化合物）注：燃料电池中两极可同选石墨或铂b 、有电解质溶液c 、构成闭合的回路，可用盐桥连接，如右图，d 、能自发发生氧化还原反应3、电极名称及其判断：（1）根据电极材料：两种金属（或金属与非金属）组成电极，若它们都与（或都不与）电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极。 （2）根据电极反应：失电子氧化反应负极 得电子还原反应正极（3）根据电子或电流流动方向（外电路）：电子从负极流出流入正极，电流从正极流出流入负极（4）根据离子的定向移动（内电路）：溶液中阳离子向正极移动 溶液中阴离子向负极移动4、电极反应方程式的书写注：（1）需标出正负极及电极材料；（2）遵循三大守恒（电子得失守恒、质量守恒、电荷守恒）如：Fe-Cu (稀硫酸)构成的原电池负极（Fe）：Fe 2e = Fe2+正极（Cu）：2H+ +2e = H2总反应：Fe + 2H+ = Fe2+ + H25、常见化学电源：包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。1、酸性锌锰干电池构造：正极：石墨碳棒；负极：锌皮；电解质溶液：糊状氯化铵。电极反应：负极（锌皮）：Zn = Zn2+2e- （Zn - 2e-= Zn2+）正极（石墨）：MnO2+ NH4+ + e-MnO(OH) + NH3电池反应：Zn2NH4Cl2MnO2ZnCl22MnO(OH) + 2NH32、碱性锌锰干电池，与酸性锌锰干电池的区别在于：以氢氧化钾代替氯化铵做电解质。其电极反应如下：负极（锌皮）：Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2正极（石墨）：2MnO2 + H2O +2e-Mn2O3 + 2OH-电池反应：Zn + 2MnO2 + H2O = Zn(OH)2 + Mn2O33、铅蓄电池：构造： 负极：铅；正极：二氧化铅；电解质溶液：硫酸溶液。电极反应：负极（铅）：Pb -2e- + SO42- PbSO4正极（二氧化铅）：PbO2 + 2e- + 4H+ + SO42- PbSO4 + 2H2O电池反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O优点：铅蓄电池是二次电池，可多次充电，反复利用。PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O4、氢氧燃料电池：除H2外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。（优点：能量利用率高） 、碱性条件下燃料电池构造：负极：氢气；正极：氧气；电解质溶液：氢氧化钾溶液。电极反应：负极（H2）：2H2- 4e-+ 4OH- 4H2O正极(O2)：O2 + 4e- + 2H2O 4OH-电池反应：2H2 + O2 = 2H2O、酸性条件下燃料电池构造：负极：氢气；正极：氧气；电解质溶液：盐酸溶液。电极反应：负极（H2）：2H2 -4e- 4H+正极(O2)：O2 + 4e- + 4H+ 2H2O电池反应：2H2 + O2 = 2H2O练习：新型燃料电池，甲烷、氧气及KOH电解质溶液，用Pt作两个电极，写出两个电极的电极反应式和总反应式。 四、金属的腐蚀与防护1、金属腐蚀的本质：金属原子失去电子被氧化2、金属腐蚀的类型及比较化学腐蚀 电化学腐蚀条件金属与非电解质等直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触现象无电流产生 有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程相互关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍危害更严重。3、电化学腐蚀 (以钢铁为例)（1）析氢腐蚀 (酸性较强的溶液) 负极（Fe）：Fe 2e- = Fe2+正极（C）：2H+ + 2e- = H2总方程式：Fe +2H+ = Fe2+ +H2（2） 吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液) 负极（Fe）：Fe 2e- = Fe2+ 正极（C）： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-总方程式：2H2O + O2 +2 Fe = 2Fe(OH)2Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用：2H2O + O2 +4Fe(OH)2=4Fe(OH)3 铁锈的主要成分是Fe2O3，不能阻止钢铁继续腐蚀。4、金属腐蚀快慢的判断：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蚀措施的腐蚀同一种金属的腐蚀：强电解质弱电解质非电解质5、金属的防护覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）改变金属的内部结构（钢不锈钢，在钢中加入镍和铬）电化学保护：牺牲阳极的阴极防护法（原电池原理）外加电源的阴极防护法（电解原理）五、电解池（有外加电源）：将 能转化为 能的装置。1、电极判断：阴极和外加电源负极相连；阳极和外加电源正极相连2、电极反应：阳极发生氧化反应失去电子阴极发生还原反应得到电子3、电子流向：由阳极流向正极再由负极流向阴极；溶液中阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移。4、电极放电能力：阳极：金属阳极S2+I-Br-Cl-OH-（H2O）NOSOF-。阴极：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（H2O）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。注：当溶液中离子浓度较大时可能改变其放电顺序。例如电解浓度较大的ZnCl2溶液，阴极上的电极反应为：Zn2+ + 2e- Zn5、电解原理的应用（1）电解食盐水（氯碱工业）装置：立体隔膜电解槽（只允许Na+通过）作用：防止H2 Cl2 反应爆炸，防止Cl2与NaOH反应电极反应阴极：2H+ + 2e- H2（或2H2O+ 2e- H2+2OH-）阳极：2Cl- Cl2+ 2e-（或2Cl- - 2e- Cl2）电解反应：（2）电解法精炼铜粗铜的成分：铜（锌、铁、镍、银、金、铂等）电极的连接：粗铜做阳极，和外加电源的正极相连；纯铜做阴极，和外加电源的负极相连。电解液：硫酸铜或硝酸铜溶液电极反应：阳极：Cu Cu2+2e-，Zn Zn2+2e-，Ni Ni2+2e-阴极：Cu2+ + 2e- CuAg、Au、Pt不发生反应，沉积到阳极底部，叫做阳极泥。（3）电镀：利用电解原理，在金属表面上镀上一层其它金属或合金的过程叫电镀。电极的连接：镀层金属或惰性电极做阳极，和外加电源的正极相连；镀件金属做阴极，和外加电源的负极相连。如铁上镀铜，铜（或石墨）做阳极，铁做阴极。电镀液的选择：选择含有镀层金属离子的溶液做电镀液，如铁上镀铜，选择硫酸铜溶液做电镀液。电极反应：阳极：Cu=Cu2+ +2e-，阴极：Cu2+ +2e- =Cu电镀的特点：若镀层金属做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度不变；若用惰性电极做阳极，电镀过程中溶液中阳离子浓度减小。6.电解规律（以惰性电极电解酸碱盐的规律）惰性电极的材料通常是石墨（C）或铂（Pt），因其性质非常稳定，很难失去电子，因此本身不参与电极反应。如何准确地写出用惰性电极电解电解质溶液时的反应方程式并判断溶液的变化呢？可以按离子的放电顺序将所有的阴、阳离子分为四个部分： 这样很容易得出以下规律：电解质电解类型电极反应特点实例电解物质电解质溶液浓度pH变化电解质溶液复原I、IV离子组成电解水型阴极：阳极：NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水II、III离子组成电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大HClCuCl2电解质减小CuCl2I、III离子组成放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大HClII、IV离子组成放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小CuO实际上I、IV中的离子（除、）在水溶液中一般不考虑放电，因为水电离出的、的放电能力比它们强。溶液的复原就按溶液“少啥补啥”，如用惰性电极电解溶液时两极分别产生、，则Ag与O的物质的量之比为2：1，所以加入可使溶液复原。1. 电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.06.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图18所示：.ks5u.co m(1)实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此时，应向污水中加入适量的 。 aH2SO4 bBaSO4 cN2SO4 dNaOH eCH3CH2OH(2)电解池阳极的电极反应分别是 ；(3)电极反应和的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是 。(4)熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。已知负极的电极反应是。正极的电极反应是 。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分A物质参加循环。则A物质的化学式是 。(5)实验过程中，若在阴极产生了44.8 L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4(标准状况) L。2. 用右图装置（X、Y是直流电源的两极）分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是（ ）学科网选项电源X极实验前U形管中液体 通电后现象及结论A正极Na2SO4溶液U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色B正极AgNO3溶液B管中电极反应式是4OH4e-=2H2O+O2C负极KCl和CuCl2混合溶液相同条件下，a、b两管中产生的气体总体积可能相等D负极Fe(OH)3胶体和导电液B管中液体颜色加深3.（2011北京高考）氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示：  （1）溶液A的溶质是                 ；（2）电解饱和食盐水的离子方程式是       ；（3）电解时用盐酸控制阳极区溶液的PH在23，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用        ；（4）电解所用的盐水需精制。去除有影响的Ca2、Mg2、NH4、SO42c(SO42)c(Ca2)。精致流程如下（淡盐水和溶液A来电解池）：盐泥a除泥沙外，还含有的物质是     。 过程中将NH4+转化为N2的离子方程式是    。BaSO4的溶解度比BaCO3的小，过程中除去的离子有       。经过程处理，要求盐水中c 中剩余Na2SO3的含量小于5mg /L,若盐水b中NaClO的含量是7.45 mg /L ，则处理10m3 盐水b ，至多添加10% Na2SO3溶液        kg（溶液体积变化忽略不计）。4.（2010东城二模） 如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是AX极是电源负极，Y极是电源正极Ba极的电极反应是2CI-2e-=Cl2C电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大DPt极上有6.4gCu析出时，b极产生2.24L（标准状况）气体+ FeFe含Cr2O72废水、稀H2SO4图-235. （2011东城一模28（2）工业可用电解法来处理含废水。实验室利用如图-23模拟处理含的废水，阳极反应式是Fe-2e-=Fe2+，阴极反应式是2 H+ +2e-=H2。Fe2+与酸性溶液中的反应的离子方程式是 ，得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从水的电离平衡角度解释其原因是 。用电解法处理该溶液中0.01mol时，至少得到沉淀的质量是 g。6. （2011北京卷，第8题，6分）结合下图判断，下列叙述正确的是（ ）A和中正极均被保护B. 和中负极反应均是Fe2eFe2 C. 和中正极反应均是O22H2O4e4OHD. 和中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀7. （2011新课标全国）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2O= Fe(OH)2+2Ni(OH)2 下列有关该电池的说法不正确的是（ ） A. 电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe B. 电池放电时，负极反应为Fe+2OH-2e-=Fe（OH）2 C. 电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D. 电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2+2OH-2e-=Ni2O3+3H2O8. （2010安徽卷,第27题，14分）锂离子电池的广泛应用使回收利用锂货源成为重要课题：某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下：（1）第步反应得到的沉淀X的化学式为 。（2）第步反应的离子方程式是 。（3）第步反应后，过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有 。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiNB2O4的质量为18.1 g第步反应中加入20.0mL3.0mol·L-1的H2SO4溶液。定正极材料中的锂经反应和完全为Li2CO3,剩至少有 Na2CO3参加了反应。9. （09天津卷，第10题，14分）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是，在导线中电子流动方向为 （用a、b 表示）。（2）负极反应式为。（3）电极表面镀铂粉的原因为 。（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：w.w.w.k.s.5.u.c.o.m.2Li+H22LIH.LiH+H2O=LiOH+H2反应中的还原剂是，反应中的氧化剂是。已知LiH固体密度为0.82g/cm3。用锂吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为。由生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80，则导线中通过电子的物质的量为 mol。