冲刺高考晨读材料之电解池原电池

冲刺高考晨读材料之电解池原电池

冲刺高考——晨读材料之电解池原电池 ‎1．原电池、电解池和电镀池的比较：‎ ‎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．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 ‎（1）吸氧腐蚀 （2）析氢腐蚀： CO2+H2OH2CO3H++HCO3-‎ 负极：Fe－2e-==Fe2+ 负极：Fe －2e-==Fe2+‎ ‎ 正极：O2+4e-+2H2O==4OH- 正极：2H+ + 2e-==H2↑‎ ‎ 总式：2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2 总式：Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H2↑‎ ‎ 4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O ‎ Fe(HCO3)2经双水解、空气氧化、风吹日晒得Fe2O3‎ ‎4．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 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。‎ ‎ 在电镀控制的条件下，水电离出来的H+和OHˉ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。‎ 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（Zn、Fe、Ni）先反应但不析出，铜后金属（如AuAg）不反应，形成 “阳极泥”。 ‎ ‎5．电解方程式的实例（用惰性电极电解）：‎ ‎ 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 ‎ (1) 电解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 + 2H2O====2Cu + 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 +2H2O==== Cu(OH)2 + H2↑ （‎ 注意：不是电解水。）‎ ‎ 【特别提醒】‎ ‎①当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H＋或OH－放电，但在书写总反应式时要将反应 ‎ 物中的H＋或OH－均换成水，在生成物中出现的是碱或酸，同时使阴极、阳极反应式得失电子数目相同，将两 ‎ ‎ 个电极反应式相加，即得到总反应的化学方程式。‎ ‎②两惰性电极电解时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，‎ ‎ 一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。‎ ‎ 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AgOH）；‎ ‎ 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。‎ ‎6．电解反应中反应物的判断—放电顺序 ‎ （1）阳极产物的判断 ‎ A.首先看电极，若是活性电极(一般是除Au、Pt外的金属)，则电极材料本身失电子，电极被溶解形成阳离 ‎ 子进入溶液；‎ ‎ B. 若是惰性电极(如石墨、铂、金等)，则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断。‎ ‎ 总的说来，阳极放电顺序为：金属(一般是除Au、Pt外) > S2－ > I－> Br－ > Cl－ > OH－ > 含氧酸根 > F－‎ ‎ （2）阴极产物的判断 ‎ 直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断。阳离子放电顺序：‎ ‎ Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋‎ ‎【提示】‎ ‎ A. 处理有关电解池两极产物的问题，一定要先看电极是活性电极还是惰性电极。活性电极在阳极放电，电极溶 ‎ 解生成相应的金属离子，此时阴离子在阳极不放电。对于惰性电极，则只需比较溶液中定向移动到两极的阴 ‎ 阳离子的放电顺序即可。‎ ‎ B. 根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：‎ ‎ ①阳离子放电顺序表中前一个c(H＋)与其他离子的浓度相近，后一个c(H＋)很小，来自水的电离； ②Fe3＋得电子能力大于Cu2＋，但第一阶段只能被还原到Fe2＋；‎ ‎ ③Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在 ‎ 熔融状态下放电。‎ ‎7．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 ‎8．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 A.放电反应 B.充电反应 ‎ ‎ 负极： Pb-2e-+ SO42- = PbSO4 阴极：PbSO4 +2e-= Pb+ SO42- ‎ ‎ 正极： PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O 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。‎充电 放电 ‎⑶锂电池 ‎ ‎ LiCoO2 + C Li1－xCoO2 ＋CLix，写出放电时正极的电极反应 充电 放电 ‎ 式 。‎ ‎ 某充电宝锂离子电池的总反应为：xLi + Li1-xMn2O4 LiMn2O4‎ ‎ 写出充电时阴极的电极反应式 。‎ ‎⑷A. 氢氧燃料电池 ‎ ‎ 酸性电池（+）O2+4e- + 4H+= 2H2O 碱性电池（+）O2+4e- + 2H2O = 4OH-‎ ‎ （-）2H2 -4e- =4H+ （-）2H2 -4e- + 4OH-=4H2O ‎ B. 甲烷燃料电池（以甲烷燃料电池为例，来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法）‎ C ‎ C．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，‎ 有人设想以N2和H2为反应物，以HCl和A为电解质溶液制造出既能提供能量，同时又能实现氮固定的新型燃料电池。请写出该电池正极的电极反式 ，‎ 则A是 。‎ ‎ 其能量比干电池高20～50倍。‎ ‎ 铝是负极 4Al-12e- = 4Al3+； ‎ ‎ 石墨是正极 3O2+6H2O+12e- = 12OH-‎ ‎ D. 其他燃料电池（N2与H2、NH3与O2等）‎ ‎ 酸性：N2还原产物是NH4+‎ ‎ NH3氧化有H+生成 图20-1‎ ‎9．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)‎ ‎②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 ‎ ⑴原料： A、冰晶石：Na3AlF6=3Na++AlF63-‎ ‎ B、氧化铝： 铝土矿 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3 ‎ ‎ ⑵原理： ‎ 阳极 2O2－ － 4e- =O2↑ 阴极 Al3＋+3e- =Al ‎ 总反应：4Al3++6O2ˉ4Al+3O2↑‎ ‎ ⑶设备：电解槽（阳极C、阴极Fe）‎ 因为阳极材料不断与生成的氧气反应：C+O2 →CO+CO2，故需定时补充。‎