考点4原电池和电解池

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1、考点4 原电池和电解池1原电池和电解池的比较：装置原电池电解池实例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。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。形成条件电极：两种不同的导体相连；电解质溶液：能与电极反应。有盐桥电源； 电极（惰性或非惰性）；电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称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。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；电极反应负极：Zn-2e-=Z

2、n2+ （氧化反应）正极：2H+2e-=H2（还原反应）阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应）阳极：2Cl-2e-=Cl2 （氧化反应）电子流向负极正极电源负极阴极；阳极电源正极电流方向正极负极电源正极阳极；阴极电源负极能量转化化学能电能电能化学能应用抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食盐水（氯碱工业）；电镀（镀铜）；电冶（冶炼Na、Mg、Al）；精炼（精铜）。2化学腐蚀和电化腐蚀的区别化学腐蚀电化腐蚀一般条件金属直接和强氧化剂接触不纯金属，表面潮湿反应过程氧化还原反应，不形成原电池。因原电池反应而腐蚀有无电流无电流产生有电流产生反应速率电化腐蚀化学腐蚀结果使金属腐蚀使较活泼的金属腐蚀

3、3吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别电化腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强正极反应O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H+ + 2e-=H2负极反应Fe 2e-=Fe2+Fe 2e-=Fe2+腐蚀作用是主要的腐蚀类型，具有广泛性发生在某些局部区域内4电解、电离和电镀的区别电解电离电镀条件受直流电作用受热或水分子作用受直流电作用实质阴阳离子定向移动，在两极发生氧化还原反应阴阳离子自由移动，无明显的化学变化用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金实例CuCl2 CuCl2CuCl2=Cu2+2Cl阳极 Cu 2e- = Cu2+阴极 Cu2+2e- = Cu关系先电离后电

4、解，电镀是电解的应用5电镀铜、精炼铜比较电镀铜精炼铜形成条件镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子粗铜金属作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解液电极反应阳极 Cu 2e- = Cu2+阴极 Cu2+2e- = Cu阳极：Zn - 2e- = Zn2+ Cu - 2e- = Cu2+ 等阴极：Cu2+ + 2e- = Cu溶液变化电镀液的浓度不变溶液中溶质浓度减小6电解方程式的实例（用惰性电极电解）：电解质溶液阳极反应式阴极反应式总反应方程式（条件：电解）溶液酸碱性变化CuCl22Cl-2e-=Cl2Cu2+ +2e-= CuCuCl2= Cu +Cl2HCl2Cl-2e-

5、=Cl22H+2e-=H22HCl=H2+Cl2酸性减弱Na2SO44OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2不变H2SO44OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2消耗水，酸性增强NaOH4OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2消耗水，碱性增强NaCl2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H22NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOHH+放电，碱性增强CuSO44OH-4e-=2H2O+O2Cu2+ +2e-= Cu2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2+2H2SO4OH 放电,酸性增强考点解说1电化腐蚀

6、：发生原电池反应，有电流产生（1）吸氧腐蚀负极：Fe2e-=Fe2+正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总式：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O（2）析氢腐蚀： CO2+H2OH2CO3H+HCO3-负极：Fe 2e-=Fe2+正极：2H+ + 2e-=H2总式：Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H2Fe(HCO3)2经双水解、空气氧化、风吹日晒得Fe2O3。2金属的防护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。在金属表面覆盖

7、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。电化学保护法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。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3。常见实用电池的种类和特点干电池（属于一次电池）结构：锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。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,Zn24NH3=Zn(NH3)42铅蓄电池（属于二次电池、可充电电池） 结构：铅板、

8、填满PbO2的铅板、稀H2SO4。A.放电反应 负极： Pb-2e-+ SO42- = PbSO4 正极： PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2OB.充电反应 阴极：PbSO4 +2e-= Pb+ SO42- 阳极：PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42- 总式：Pb + PbO2 + 2H2SO4 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。锂电池 结构：锂、石墨、固态碘作电解质。 电极反应 负极

9、： 2Li-2e- = 2Li+正极： I2 +2e- = 2I- 总式：2Li + I2 = 2LiIA.氢氧燃料电池 结构：石墨、石墨、KOH溶液。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）。BB.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

10、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2050倍。电极反应：铝是负极 4Al-12e-= 4Al3+；石墨是正极 3O2+6H2O+12e-=12OH-4电解反应中反应物的判断放电顺序 阴极A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。B.阳离子得电子顺序 金属活动顺序表的反表：K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ (H+) Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ Cu2+ Hg2+ Ag+ 阳极A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：阴离子失电子：S2- I- Br- Cl- OH-

11、NO3- 等含氧酸根离子 F-B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。 5电解反应方程式的书写步骤：分析电解质溶液中存在的离子；分析离子的放电顺序；确定电极、写出电极反应式；写出电解方程式。如：解NaCl溶液：2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，PH增大电解CuSO4溶液：2CuSO4 + 2H2O2Cu + O2+ 2H2SO4溶质、溶剂均发生电解反应， PH减小。 电解CuCl2溶液：CuCl2 CuCl2 电解盐酸： 2HCl H2Cl2溶剂不变，实际上是电解溶质，PH增大。电解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液：2H2O

12、 2H2 + O2，溶质不变，实际上是电解水，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）。电解熔融NaOH: 4NaOH 4Na + O2 + H2O 用铜电极电解Na2SO4溶液: Cu +2H2O Cu(OH)2 + H2 （注意：不是电解水。）6电解液的PH变化:根据电解产物判断。口诀：“有氢生成碱，有氧生成酸；都有浓度大,都无浓度小”。（“浓度大”、“浓度小”是指溶质的浓度）7使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物（气体或沉淀）恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如：NaCl溶液：通HCl气体（不能加盐酸）；AgN

13、O3溶液：加Ag2O固体（不能加AgOH）；CuCl2溶液：加CuCl2固体；KNO3溶液： 加H2O；CuSO4溶液：CuO（不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3）等。8电解原理的应用图20-1A、电解饱和食盐水（氯碱工业） 反应原理阳极： 2Cl- - 2e-= Cl2 阴极： 2H+ + 2e-= H2总反应：2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH 设备 （阳离子交换膜电解槽）组成：阳极Ti、阴极Fe阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。制烧碱生产过程 （离子交换膜法） 食盐水的精制：粗盐（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-

14、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) 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、电解冶炼铝原料：（A）、冰晶石：Na3AlF6=3Na+AlF63-（B）、氧化铝： 铝土矿 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 原理 阳极 2O2 4e- =O2阴极 Al3+3e- =Al总反应：4Al3+6O24Al+3O2 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

15、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。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 Zn2e = Zn2+阴极 Zn2+2e=Zn电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。在电镀控制的条件下，水电离出来的H+和OH一般不起反应。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”。 习题指导1 解题步骤方法 判断两池(原电池还是电解池)标注电极名称写出电极

16、反应式(根据电极产物、溶液成分变化)描述或解释现象或进行有关计算。 1-01 如图 甲乙两池分别以碳棒、铂条、铝条、镁条为电极，并用导线相连接，以NaCl、NaOH溶液为电解溶液，有关该装置的描述正确的是 ( D )A. 乙池中,Mg极的电极反应是 Mg-2e-=Mg2+ B. 甲池中,Pt极的电极反应是 2Cl+2e-=Cl2 C. 随着反应的进行.乙池中 n(NaOH)保持不变D. 反应过程中,甲池中两极附近溶液 PH( C )PH(Pt)解析 先判两池,乙为原电池，甲为电解池。乙池中，因为在NaOH溶液中Al比Mg易失电子，故Al为原电池的负极，其电极反应式为： Al-3e-+4OH-

17、= =AlO2-+2H2O ；Mg为正极，其电极反应式为：3H2O+3e-=1.5H2+3OH- 。甲池中,Pt电极为阴极: 2H+ +2e- =H2, 碳棒(C)电极为阳极 2Cl- -2e- =Cl2,电解后溶液为 NaOH 溶液。练1-02如图A、B为两个串联的电解池，已知B池中c为铁，d为石墨，电解质溶液为NaCl溶液。试回答：（1）若A池为用电解原理精练铜装置，则a电极名称为 阴 极，电极材料是 精铜 ，电极反应式为 Cu2+2e-=Cu ，电解质溶液可以是 CuSO4溶液 。（2）B池中c极(Fe)电极反应式为 2H+2e-=H2 （2H2O+2e-=H2 +2OH-） ，若在B池

18、中加入少量酚酞试液，开始电解一段时间，铁极附近呈 红 色。（3）若A池a极增重12.8g,则B池d极(石墨)上放出气体在标况下的体积为 4.48L 。电解后,若B池余下的溶液为 400ml,则溶液的PH值是 14 。练1-03 金属镍有广泛的的用途。粗镍中含有少量的 Fe、Zn、Cu、Pt等金属杂质，可电解法制备高纯度原镍（已知： 氧化性：Fe2+Ni2+Fe2+Zn2+ ,所以只有 Ni2+2e-=Ni ,可见，阳极质量减少的是“溶解”下的Zn、Fe、Ni，而阴极质量增加的只是析出的镍，两者质量是不相等的，故 B 错。;电解后,溶液中除留下 Fe2+、Zn2+ 外，还有 Ni2+ ，C 也错

19、。 2、电极名称判断法根据两极金属相对活性判定原电池的电极名称，根据X极所连接在的外接电源极性(“+”或“-”)判定电解池的电极名称；根据电子（或电流）流向或测电极电势高低等电学原理判断电极名称；此外根据X极发生氧化还是还原,移向X极的离子是阳离子还是阴离子,X极增重还是减重,X极区PH值是升高还是降低等判定X电极的名称。但要注意X极指的是在原电池还是电解池。说明：化学上规定，凡发生氧化变化的电极均为阳极，而发生还原的电极均为阴极。据此，从发生的化学变化角度看，原电池中的负极（-）又叫阳极，正极（+）又叫阴极。x y a b 乙溶液练1-04 x，y 分别为直流电源的两极，通电后，发现a极质量

20、加，b极处有无色无味气体放出，符合此情况的是：( A )备选项 a 电极 B 电极 x 电极溶液A 锌（Zn）石墨（C）负CuSO4B 石墨（C）石墨（C）负NaOHC 银（Ag）铁（Fe）正AgNO3D 铜（Cu）石墨（C）负CuCl23、电极反应式写法电解池电极反应式写法要领 阳极，首先看为何材料，若为金属（除Au、Pt外），则阳极金属本身优先被氧化，此时不必考虑溶液中阴离子放电；若阳极为惰性材料，则分析溶液中阴离子及放电顺序，还原性强者优先在阳极失电子发生氧化反应。阴极，不必考虑电极为何材料，只要看溶液中有何离子及其放电顺序，氧化性强者优先得电子发生被还原反应。 原电池电极反应式写法要领

21、 负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应，两电极转移的电子数要相等；负极和正极两电极反应式相加则得到原电池的总反应式；若溶液中OH-有参与电极反应必发生在负极。若结果H+有增加，酸性增强，PH降低，必在负极区；若溶液中H+有参与电极反应必发生在正极;若结果OH-有增加，碱性增强，PH升高，必在正极区。 练1-05 将两块铂片连接后插入 KOH 溶液中作电极，并在两极片上分别通入甲烷和氧气从而组成了碱性燃烧电池，试写出有关电极反应式，并说明溶液PH变动情况。解析 负极(Pt-CH4): CH4 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O 正极(Pt- O2): 2O2 +

22、8e- + 4H2O = 8OH- 电池总反应: CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O (将两电极反应式相加即得总反应式)联想到甲烷的燃烧的氧化产物是CO2 ,而在KOH溶液中不可能存在CO2 ,CO2会与KOH作用生成 K2CO3 和 H2O ,因此有如上负极反应式。可见，电极上放电反应后的产物还常可能与电解质溶液发生离子反应。 该电池工作时，负极区由于OH-参与电极反应而减少，故该区PH呈降低态势；正极有OH-生成,故该区PH呈升高态势。但负极消耗的OH-比正极生成的多，所以总的结果是溶液OH-减少，PH值要降低。练1-06 高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高

23、能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为放电充电3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH下列叙述不正确的是 （C） A放电时负极反应为：3Zn6e +6OH= 3Zn(OH)2B充电时阳极反应为：2Fe(OH)36e+ 10 OH=2 FeO42+ 8H2OC放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4被氧化D放电时正极附近溶液的碱性增强解析 放电是原电池原理，正极反应为2FeO42+6e+8 H2O=2Fe(OH)3+10OH，放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4被还原，同时正极附近

24、溶液的碱性增强；负极反应3Zn6e +6OH= 3Zn(OH)2；充电是电解原理，阳极反应为2Fe(OH)36e+ 10 OH=2 FeO42+ 8H2O 阴极反应为3Zn(OH)2+6e=3Zn+6OH4 金属腐蚀速率快慢比较法练1-07下列各装置中都盛有0.1mol/L的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同锌片，腐蚀速度由快到慢的正确顺序是（D）A. B. C. D. 解析为电解过程，Zn为阳极，优先失电子氧化，故腐蚀速度最快；也是电解过程，但Zn为阴极，外接电源负极流出的电子有效地抑制住了Zn失电子的可能，故腐蚀最慢；是原电池，Zn为负极，发生电化腐蚀，电化腐蚀比直接的化学腐蚀

25、速度快；中阻断了氧化性物质空气中氧与Zn的接触，也不易腐蚀。 5 判断金属活动性顺序练1-10 将a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两连接组成原电池。若a、b连接时a为负极；c、d连接时，电流由d到c；a、c连接时，c极上产生大量气泡；b、d连接时，b上有大量气泡产生。则四种金属的活动性由强到弱的顺序是 ( B )Aabcd Bacdb C. cabd D. bdca 解析由原电池原理知，作负极的金属活动性比正极金属强；电子是由正极流向负极，而电流恰好相反；在酸性介质中正极产生氢气。据此可得四种金属的活动性：ab、 cd、ac、db 综合得acdb 6 电化学计算法(1)有关电化学

26、计算思路有二根据总的化学方程式的化学计量数关系列比例求解；根据串联电路中各电极上转移的电子数相等布列代数方程式求解。（转移的电子数=任一电极上析出物质的物质的量（mol）每析出1mol该物质转移的电子数）(2)水中H+ 或 OH- 放电有关量的关系式： 消耗 1H+ -得 1e- -放出 1/2 H2 -增生 1OH- 消耗1OH- -失 1e- -放出 1/4 O2 -增生 1 H+利用上式关系可方便进行有关放电电量、电极产物及溶液 H+ 量或PH的计算。(1) 一个电子的电量=1.610-19库仑1mole- 电量=1.610-19 6.021023库仑电荷Q(库仑)=电流I(安) 时间t

27、(秒)练1-12 用两支惰性电极插入 500 ml的硝酸银溶液中,通电电解. 当电解质溶液的PH值从 6.0 到 3.0 时, (设电解时阴极没有氢气放出,且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略不计),电极上应析出银的质量为 ( B )A. 27 mg B. 54 mg C. 108 mg D. 216 mg解析 电解后溶液 c(H+) 增加: 10-3-10-610-3(mol/L),增生n(H+)=10-3mol/L0.5L=0.510-3mol,根据 产生1molH+有1mole-转移,阳离子Ag+在阴极上失去的电子也是0.510-3mol,由阴极上 Ag+e-=Ag , 可得析出 m(

28、Ag)=108g/mol0.510-3mol=5410-3g .即 B练1-13 烧杯中盛放浓度均为 0.10 mol/L 氯化钠和硝酸铜的混合溶液,现将该溶液以惰性电极电解,当铜离子全部在阴极下转为金属铜时,溶液的p值为 ( B )A. 7.00 B. 1.00 C. 0.7 D. 1.30解析 设溶液为1L。因流入阴极的电子为0.1mol/L1L2=0.2mol，则阳极流出的电子也等于0.2mol。在阳极上可能放电的有Cl- 和水中电离出的 OH- ,Cl-比OH-易失电子,0.1molCl_优先放电失去0.1mole-之后，另外的0.1mole- 为OH_放电: 0.1OH- 0.1e-=0.25O2 + 0.5H2O ,此时消耗了0.1mol OH,溶液增生了0.1molH+ ,即 c(H+)=0.1mol/L,PH=1，选B。