第5讲原电池电解池原理与电极反应方程式(共9页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上第5讲 原电池、电解池原理与电极反应方程式一、原电池的工作原理概念：原电池是把 化学能 转化为 电能的装置。一般构成条件：自发进行的 氧化还原 反应。两个电极（一极反应或两极都不反应）。电解质溶液（构成回路或参与反应）。形成 闭合回路（导线连接或两极接触）。例1在下图的8个装置中，属于原电池的是哪几个?【答案】电极名称及电极反应。负极：金属较 活泼 ， 失去 电子，电子流 出 ，发生 氧化 反应。正极：金属较 不活泼 ， 得到 电子，电子流 入 ，发生还原 反应。举例：铜锌原电池材料电极反应电极现象正极Cu2H+2e=H2有气体产生负极ZnZn2e=Zn2+锌棒变细总离子反应式Zn+2H+=Zn2+ +H2总化学反应式Zn+H2SO4=ZnSO4 +H2闭合回路中电子从 Zn 到 Cu ，电流从 Cu 到 Zn ；电解质溶液中：阴离子（SO42）移向 Zn 极，阳离子（H+）移向 Cu 极。例2在如图所示的铜锌原电池中：Zn为 负 极，Cu为 正 极；负极上发生 氧化 反应，电极反应式为 Zn2e=Zn2+ ，正极上发生 还原 反应，电极反应式为 Cu2+2e=Cu ；电子流出的极是 Zn 极，电子流入的极是 Cu 极；电流方向 由Cu到Zn 。盐桥中的盐溶液是KCl溶液，其作用为提供定向移动的阴、阳离子。盐桥中的 Cl 会移向ZnSO4溶液， K+ 移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性。该原电池工作一段时间后，两电极的质量将会 Zn极减小，Cu极增加 。设计原电池：例3铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式。 （2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。负极反应：正极反应：【答案】（1）2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+（2）负极反应：Cu2e=Cu2+正极反应：2Fe3+2e=2Fe2+原电池正负极的判断及电极方程式的书写用双线桥分析氧化还原反应，失电子的是负极，得电子的是正极。例4将表面去掉氧化膜的镁片与铝片用带电流表的导线连接，插入盛有烧碱溶液的烧杯中，此时发现电流计指针偏转，判断此原电池的正负极，并写出电极反应式和总反应方程式。正极，电极反应式，负极，电极反应式，总反应。【解析】发生的氧化还原反应方程式为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2所以Al作负极失去电子，Al-3e-= Al3+，Al3+3OH-= Al(OH)3，+）Al(OH)3-+OH-= AlO2-+2H2OAl-3e-+4OH-= AlO2-+2H2OMg正极，表面生成H2，2H2O+2e-=H2+2OH-Al-3e-+4OH-= AlO2-+2H2O×2+)2H2O+2e-=H2+2OH-×32Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2【答案】正极 Mg ，电极反应式：Al-3e-+4OH-= AlO2-+2H2O负极 Al ，电极反应式：2H2O+2e-=H2+2OH-总反应：2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2发展中的化学电源及电极反应式的书写【解析】电极反应式的书写：考虑电解质参与电极反应，负极+正极=总反应（1）一次电池（不能充电，不能反复使用）如碱性锌锰电池：电解质为KOH总反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2 ，则负极：正极：【答案】负极：Zn2e+2OH= Zn(OH)2正极：2MnO2+2e+2H2O2MnO(OH)+2OH（2）二次电池（可充电，可多次重复使用）如铅蓄电池，H2SO4作电解液，总反应为：放电时，总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O负极：正极：充电时，总反应：2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4阴极：阳极：【答案】负极：Pb2e+SO42= PbSO4正极：PbO2+2e+4H+SO42PbSO4+2H2O阴极：PbSO4+2e= Pb2e+SO42阳极：PbSO4+2H2O2ePbO2+4H+SO42（3）燃料电池氢氧燃料电池用酸性电解质时：负极：正极：总反应：2H2+O22H2O【答案】负极：H22e= 2H+正极：O2+4e+4H+2H2O用NaOH等碱性溶液时：负极：正极：总反应：2H2+O22H2O【答案】负极：H22e+2OH= 2H2O正极：O2+4e+2H2O4OH-CH4燃料电池：电解质为KOH负极：正极：总反应：CH4+2O2+2OHCO32+3H2O【答案】负极：CH48e+10OH= CO32+7H2O正极：2O2+8e+4H2O8OH-CH3OH燃料电池：电解质为KOH负极：正极：总反应：2CH3OH +3O2+4OH2CO32+6H2O【答案】负极：2CH3OH12e+16OH= 2CO32+12H2O正极：3O2+12e+6H2O12OH-例5固体氧化物燃料电池是由美国西屋（Westinghouse）公司研制开发的。它以固体氧化锆一氧化钇为电解质，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该电池的总反应方程式为：2H2O2 高温 2H2OB有氢气进入发生反应的b极为电池的正极Ca极对应的电极反应为：O22H2O4e4OHD有氧气进入发生反应的a极为电池的负极【答案】A二、电解池的工作原理概念：电解池是把 电能 转化为 化学能的装置。一般构成条件：直流电源。两个电极（Ag及其之前的金属作阳极时失电子）。电解质溶液或熔融电解质（参与反应）形成闭合回路。电极名称及电极反应。阴极：与电源 负 极相连， 阳 离子流入， 得 电子，发生 还原 反应。放电顺序：Na < Zn2 < Pb2 < H < Cu2 < Fe3 < Ag阳极：与电源 正 极相连，阴 离子流入， 失 电子，发生 氧化 反应。 金属电极 > S2 > I > Br > Cl > OH > 含氧酸根电解CuCl2溶液的分析电极材料及存在离子电极反应电极现象阴极C、Cu2+、H+Cu2+2e=Cu有红色固体析出阳极C、Cl、OH2Cl2e=Cl2有刺激性气味气体产生总离子反应式Cu2+2Cl 通电 Cu +Cl2总化学反应式CuCl2 通电 Cu +Cl2闭合回路中电子从 负极 流出，通过外电路流回到 正极 ；电流从 正极 流出，通过外电路流回到 负极 ；电解质溶液中：阴离子（如Cl）移向 阳极 ，阳离子如（H+）移向 阴极 。例1分别写出用惰性电极电解下列物质水溶液的电极方程式和总反应式。电解质电极存在的离子电极反应总反应式HCl阴极H+2H+2e=H22HCl 通电 H2+Cl2阳极Cl、OH2Cl2e=Cl2CuCl2阴极Cu2+、H+Cu2+2e=CuCuCl2 通电 Cu +Cl2阳极Cl、OH2Cl2e=Cl2NaCl阴极Na+、H+2H+2e=H22NaCl+2H2O 通电 H2+Cl2+2NaOH阳极Cl、OH2Cl2e=Cl2AgNO3阴极Ag+、H+4Ag+4e=4Ag4AgNO3+2H2O 通电 4Ag +O2+4HNO3阳极NO3、OH4OH-4e=O2+2H2OKOH阴极K+、H+4H+4e=2H22H2O 通电H2+O2阳极OH4OH-4e=O2+2H2OHNO3阴极H+4H+4e=2H22H2O 通电H2+O2阳极NO3、OH4OH-4e=O2+2H2O电解池的实验设计例设计实验实现Cu+H2SO4CuSO4+H2，画出装置图，写出电极反应方程式。【答案】阴极：2H+2e=H2阳极：Cu-2e=Cu2+重要的电解工业生产：生产电极及材料电解液存在的离子电极反应总反应式制Na阴极熔融NaClNa+2Na+2e=2Na2NaCl 通电 2Na+Cl2阳极Cl2Cl2e=Cl2制Mg阴极熔融MgCl2Mg2+Mg2+2e= MgMgCl2 通电 Mg+Cl2阳极Cl2Cl2e=Cl2制Al阴极 熔融Al2O3Al3+4Al3+12e=4 Al2Al2O3 通电 4Al+3O2阳极 O26O2-12e=3O2氯碱工业阴极饱和食盐水Na+、H+2H+2e=H22NaCl+2H2O 通电 H2+Cl2+2NaOH阳极Cl、OH2Cl2e=Cl2电解精炼铜阴极：精铜CuSO4溶液Cu2+、Fe2+、H+Cu2+2e= Cu/阳极：粗铜SO42、OHCu-2e= Cu2+铁器件电镀铜阴极：铁器件CuSO4溶液Cu2+、H+Cu2+2e= Cu/阳极：精铜SO42、OHCu-2e= Cu2+例3金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+）（）A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+2eNiB电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt【答案】D例4氨碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：依据上图，完成下列填空：（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为，与电源负极相连的电极附近，溶液pH（选填“不变”“升高”或“下降”）。（2）工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为、。（3）如果粗盐中SO42含量较高，必须添加钡试剂除去SO42，该钡试剂可以是（选填A，B，C多选扣分)。ABa(OH)2BBa(NO3)2CBaCl2（4）为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42，加入试剂的合理顺序为（选填A、B、C多选扣分）。A先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂B先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3C先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3（5）脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过、冷却、（填写操作名称）除去NaCl。（6）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为。【答案】D（1）2Cl2e=Cl2，升高（2）Ca2+CO32= CaCO3、Mg2+2OH= Mg(OH)2（3）AC（4）BC（5）加热蒸发、过滤（6）NaCl +H2O 通电 NaClO + H2 或2 NaCl + 2 H2O 通电 H2 + Cl2+ 2NaOH，Cl2 +  2NaOH  = NaCl + NaClO + H2O三、金属的电化学腐蚀及防护析氢腐蚀：在金属外面的水膜呈较强酸性时发生析氢腐蚀。以钢铁为例：Fe（负极）：Fe2e=Fe2+C （正极）：2H+2e=H2总反应式：Fe+2H+= Fe2+ H2吸氧腐蚀：在金属外面的水膜呈中性、碱性，溶解一定量O2时发生吸氧腐蚀。以钢铁为例：Fe（负极）：2Fe4e=2Fe2+C （正极）：O2+4e+2H2O=4OH总反应式：2Fe+ O2+2H2O=2Fe(OH)2氧化过程：4Fe(OH)2+ O2+2H2O=4Fe(OH)3脱水过程：2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O金属的防护防止钢铁腐蚀的措施有：（1）加保护层（如涂油漆、电镀金属锌、铬，包裹塑料等）；（2）制成合金（如不锈钢等）；（3）电化学防护将要保护的金属设计成原电池的正极，即接更活泼的金属构成原电池。将要保护的金属设计成电解池的负极，即接在电源的负极构成电解池。例1如图水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察。（1）若试管内液面上升，则原溶液呈性，发生腐蚀，电极反应：负极：；正极：。（2）若试管内液面下降，则原溶液呈强性，发生腐蚀，电极反应：负极：；正极：。【答案】（1）中性或碱性，吸氧，2Fe4e=2Fe2+，O2+4e+2H2O=4OH（2）酸，析氢，Fe2e=Fe2+，2H+2e=H2O2得电子的产物书写：若为固体电解质，能允许O2通过，电极反应式为：O2+4e2O2若电解质为酸性溶液，电极反应式为： O2+4e+4H+2H2O。若电解质为中性或碱性溶液，电极反应式为： O2+4e+2H2O=4OH 。电化学对反应速率的影响电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀例2下列各装置中都盛有0.1 mol·L1的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同锌片，腐蚀速率由快到慢的正确顺序是（）ABCD【答案】D例3把a、b、c、d四块金属浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连，d上有气体逸出；a、c相连时，a极减轻；b、d相连时，b为正极。则四种金属的活动性顺序为（）Aa>b>c>dBa>c>b>dCa>c>d>bDb>d>c>a【答案】A专心-专注-专业