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 | ②电解质溶液:能与电极反应。 | ①电源; ②电极(惰性或非惰性); ③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-=Zn2+ (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→监控八角杆负极 | 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 | ①抗金属的电化腐蚀; ②实用电池。 | ①电解食盐水(氯碱工业);②电镀(镀铜);③电冶(冶炼Na、Mg、Al);④精炼(精铜)。 |
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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 |
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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 |
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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 Cu+Cl2 | CuCl2==Cu2++2Clˉ | 阳极 Cu -2e- = Cu2+ 阴极 Cu2++2e- = Cu |
关系 | 先电离后电解,电镀是电解的应用 |
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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 |
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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 |
CuCl2 | 2Cl--2e-=Cl2↑ | Cu2+ +2e-= Cu | CuCl2= Cu +Cl2↑ | —— |
HCl | 2Cl--2e-=Cl2↑ | 2H++2e-=H2↑ | 2HCl=H2↑+Cl2↑ | 酸性减弱 |
Na2SO4 | 4OH--4e-=2H2O+O2↑ | 2H++2e-=H2↑ | 2H2O=2H2↑+O2aioo111↑ | 不变 |
H2SO4 | 4OH--4e-=2H2O+O2↑ | 2H++2e-=H2↑ | 2H2O=2H2↑+O2↑ | 消耗水,酸性增强 |
NaOH | 4OH--4e-=2H2O+O2↑ | 2H++2e-=H2↑ | 2H2O=2H2↑+O2↑ | 消耗水,碱性增强 |
NaCl | 2Cl--2e-=Cl2↑ | 2H++2e-=H2↑ | 2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH | H+放电,碱性增强 |
CuSO4 | 4OH--4e-=2H2O+O2↑ | Cu2+ +2e-= Cu | 2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2↑+2H2SO4 | OHˉ 放电,酸性增强 |
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考点解说
1.电化腐蚀:发生原电池反应,有电流产生
(1)吸氧腐蚀
负极:Fe-2e-==Fe2+
正极:O2+4e-+2H2O==4OH-
总式:2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2
4Fe(OH)2实验室流化床+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 + H2↑
Fe(HCO3)2经双水解、空气氧化、风吹日晒得Fe2O3。
2.金属的防护
⑴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。
⑵在金属表面覆盖保护层。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。
⑶电化学保护法
①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。
②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
⑴干电池(属于一次电池)
①结构:锌筒、填满MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊状物。
②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,Zn2++4NH3=Zn(NH3)42+
⑵铅蓄电池(属于二次电池、可充电电池)
1 结构:铅板、填满PbO2的铅板、稀H2SO4。
2
②A.放电反应 负极: Pb-2e-+ SO42- = PbSO4
正极: PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O
B.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。
⑶锂电池
1 结构:锂、石墨、固态碘作电解质。
2
②电极反应 负极: 2Li-2e- = 2Li+
正极: I2 +2e- = 2I- 总式:2Li + I2 = 2LiI
⑷A.氢氧燃料电池
1 结构:石墨、石墨、KOH溶液。
2
②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)。
B.B.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20~50倍。
磁悬浮支架图片电极反应: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
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⑴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+
⑵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- > 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:①分析电解质溶液中存在的离子;②分析离子的放电顺序;③确定电极、写出电极反应式;④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
⑵电解CuSO4溶液:2CuSO4 + 2H2O2Cu + O2↑+ 2H2SO4
溶质、溶剂均发生电解反应, PH减小。
⑶电解CuCl2溶液:CuCl2 Cu+Cl2 ↑
电解盐酸: 2HCl H2↑+Cl2↑
溶剂不变,实际上是电解溶质,PH增大。
⑷电解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液:2H2O 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)。
⑸电解熔融NaOH: 4NaOH 4Na + O2↑ + H2O↑
⑹用铜电极电解Na2SO4溶液: Cu +2H2Oz轴线性马达 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:①NaCl溶液:通HCl气体(不能加盐酸);②AgNO3溶液:加Ag2O固体(不能加Ag
OH);③CuCl2溶液:加CuCl2固体;④KNO3溶液: 加H2O;⑤CuSO4溶液:CuO(不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3)等。
8.电解原理的应用
A、电解饱和食盐水(氯碱工业)
⑴反应原理
阳极: 2Cl- - 2e-== Cl2↑
阴极: 2H+ + 2e-== H2↑
总反应:2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
⑵设备 (阳离子交换膜电解槽)
①组成:阳极—Ti、阴极—Fe
②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。
⑶制烧碱生产过程 (离子交换膜法)
①食盐水的精制:粗盐(含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42- 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)