電化學(xué)及應(yīng)用課件

高三化學(xué)總復(fù)習(xí)基本理論電化學(xué)原電池和電解池的比較原電池電解池概念能量轉(zhuǎn)化借助氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流的裝置。借助電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能一、原電池構(gòu)成原電池的基本條件是什么？（1）必須自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)

（3）兩個電極必須插入電解質(zhì)溶液中或熔融的電解質(zhì)中；（4）兩個電極必須相連并形成閉合回路。（2）必須有兩種活潑性不同的導(dǎo)電材料作電極；把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。氧化反應(yīng)

M-ne－=Mn+產(chǎn)生電流失e-沿導(dǎo)線轉(zhuǎn)移還原反應(yīng)

Nm++me－=N原電池的工作原理負(fù)極正極陰離子陽離子e－e－綜述1、負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；溶液中氧化性較強的微粒在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；2、電子由負(fù)極流向正極，電流方向是由正極流到負(fù)極（外電路）。用Al、Cu作電極，如何使Cu作負(fù)極，Al作正極？濃硝酸作電解液用Mg、Al作電極，如何使Al作負(fù)極，Mg作正極？NaOH作電解液思考原電池原理的應(yīng)用(2)比較金屬的活潑性；構(gòu)建原電池，測出正負(fù)極，負(fù)極金屬活潑性>正極(3)加快某些化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率；(1)制做化學(xué)電源；(4)金屬腐蝕的原理及金屬腐蝕的防護。比較項目化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕發(fā)生條件共同點是否構(gòu)成原電池有無電流實質(zhì)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的比較電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕普遍得多金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)不純金屬跟接觸的電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng)無電流無原電池構(gòu)成無數(shù)微小原電池有弱電流金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕金屬原子失去電子變成陽離子而損耗鋼鐵的電化學(xué)腐蝕比較項目析氫腐蝕吸氧腐蝕發(fā)生條件電極反應(yīng)負(fù)極正極總反應(yīng)鋼鐵表面吸附的水膜酸性較強時Fe-2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑Fe+2H+

=Fe2++H2↑鋼鐵表面吸附的水膜酸性較弱或呈中性時Fe-2e-=Fe2+O2＋2H2O＋4e-=4OH-Fe2++2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O吸氧腐蝕比析氫腐蝕普遍得多金屬的防護方法：1.改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)（如制不銹鋼）2.在金屬表面覆蓋保護層：（1）在表面刷一層油漆；（2）在表面涂上機油；（3）在表面鍍一層其他耐腐蝕金屬；（4）在表面燒制搪瓷；（5）使金屬表面形成致密的氧化膜。3.電化學(xué)保護法：

（1）犧牲陽極的陰極保護法

（2）外加電流的陰極保護法

二、常見的化學(xué)電池干電池電極:Zn為負(fù)極,碳棒為正極電解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊另有黑色的MnO2粉末，吸收正極產(chǎn)生的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象。電極方程式：負(fù)極(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋正極：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O銀鋅電池Zn為負(fù)極,Ag2O為正極電解液:KOH溶液電極反應(yīng)式:負(fù)極:Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2

正極:Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－總反應(yīng)式:

Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2鉛蓄電池:電極：Pb為負(fù)極,PbO2為正極.電解液:30%的H2SO4溶液電極反應(yīng)式:放電時：為原電池負(fù)極(Pb)：Pb＋SO42-－2e-＝PbSO4

正極(PbO2)PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e-＝PbSO4＋2H2O總電池反應(yīng):

PbO2＋Pb＋2H2SO4＝2PbSO4↓＋2H2O充電時：為電解池陰極(Pb)：PbSO4＋2e-

＝Pb＋SO42-

陽極(PbO2)PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H＋＋SO42－總電解反應(yīng):2PbSO4＋2H2O＝PbO2＋Pb＋2H2SO4通電燃料電池(1)電極:Pt制作的惰性電極(2)電解質(zhì)溶液:KOH溶液

(4)反應(yīng)原理:正極:2H2+4OH－－4e-＝4H2O

負(fù)極:O2＋2H2O＋4e-＝4OH－

總反應(yīng)：2H2＋O2＝2H2O

電極反應(yīng)：負(fù)極：CH4+10OH-－8e=CO32-+7H2O

正極：O2+2H2O+4e=4OH-

總反應(yīng)式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O以甲烷作燃料的燃料電池電極為金屬鉑，電解質(zhì)為KOH，在兩極分別通入甲烷和氧氣。組成電解池的條件：(1)．外接直流電源(2)．電極(金屬或惰性電極)(3)．電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)

(4)．形成閉合回路

陽極

氧化反應(yīng)

陰極

還原反應(yīng)e-e-電解池電解池陰陽極的比較比較項目陰極陽極與電源連接接電源負(fù)極接電源正極電子流動方向電子流入電子流出電極反應(yīng)Nm++me－=N(還原反應(yīng))Rn－–ne－=RM–ne－=Mn+(氧化反應(yīng))

電極質(zhì)量變化增大或不變減小或不變離子移動方向陽離子移向該極陰離子移向該極在惰性電極上離子放電順序：陰極(與電極材料無關(guān))：Ag+>Fe3+

>Cu2+

>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+

>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

得到電子由易到難陽極(與電極材料有關(guān))：在水溶液中SO42-，NO3-等不會放電。

金屬>S2-﹥I-﹥

Br-﹥

Cl-﹥

OH-﹥

NO3-﹥

SO42-﹥

F-

失去電子由易到難電極反應(yīng)

陽極

活潑金屬作電極由電極本身失電子

R

-ne=Rn+惰性電極溶液中較易失電子的陰離子優(yōu)先放電陰極一定是溶液中易得電子的陽離子優(yōu)先放電

Rn++ne=R電解時電極產(chǎn)物的判斷Rn--ne=R

（Pt、Au、石墨）用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律（1）電解水型（NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解陰極：4H++4e-2H2陽極：4OH--4e-O2+2H2O總反應(yīng)式：2H2O2H2+O2電解（2）分解電解質(zhì)型（HCl、CuCl2等）溶液的電解陰極：Cu2++2e-Cu陽極：2Cl--2e-Cl2總反應(yīng)式：CuCl2Cu+Cl2電解電解原理的應(yīng)用銅的電解精煉粗銅純銅CuSO4溶液陽極：粗銅陰極：純銅薄片電解質(zhì)溶液：CuSO4溶液（加入一定量的H2SO4）Cu－2e－=Cu2+比銅活潑的雜質(zhì)也會同時失去電子而溶解：Zn－2e－=Zn2+

Fe－2e－=Fe2+

Ni－2e－=Ni2+

比銅不活潑的雜質(zhì)（Au、Ag）不會溶解而從陽極上脫落下來而形成陽極泥。Cu2+＋2e－=CuCuSO4溶液的濃度基本保持不變。提煉金、銀等貴重金屬。電鍍銅陽極：銅片陰極：待鍍鐵制品Cu－2e－=Cu2+Cu2+＋2e－=CuCuSO4溶液的濃度保持不變。實驗結(jié)果：在鐵制品上鍍上了一層銅利用電解原理在某些金屬的表面鍍上一薄層其它金屬或合金的過程叫電鍍。電鍍電鍍的目的：（1）增強防銹抗腐能力；（2）增加美觀和表面硬度。陽極——鍍層金屬:M－ne＝Mn＋陰極——鍍件:Mn＋＋ne＝M電解液:含鍍層金屬陽離子的鹽溶液電鍍槽特點（1）陽極本身溶解；（2）電解液濃度保持不變。食鹽水的精制。粗鹽泥沙Ca2+、Mg2+、Fe3+SO42－等雜質(zhì)①混入產(chǎn)品，導(dǎo)致產(chǎn)品不純②生成Mg(OH)2、Fe(OH)3等沉淀，堵塞膜孔。如何除去粗鹽水中的雜質(zhì)？

試劑：BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液、HCl溶液粗鹽水NaOHBaCl2Na2CO3過濾適量HCl除Mg2+、Fe3+除SO42-除Ca2+及過量Ba2+濾去泥沙及沉淀除過量的OH－、CO32－陽離子交換樹脂精鹽水少量Ca2+、Mg2+1、Na2CO3必須在BaCl2之后2、加入鹽酸在過濾之后電解法測定阿伏加德羅常數(shù)【例題】某學(xué)生試圖用電解法根據(jù)電極上析出物質(zhì)的質(zhì)量來測定阿佛加德羅常數(shù)值，其實驗方案的要點為：①用直流電電解氯化銅溶液，所用儀器如右圖：②在電流強度為I安培，通電時間為t秒鐘后，精確測得某電極上析出的銅的質(zhì)量為m克。試回答：(1)連接這些儀器的正確順序為（用圖中標(biāo)注儀器接線柱的英文字母表示。下同）E接

，C接

，

接F。實驗線路中的電流方向為

→

→

→C→

→

。(2)寫出B電極上發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

；

G試管中淀粉KI溶液變化的現(xiàn)象為

；相應(yīng)的離子方程式是

。DAB

FBADE

2Cl－－2e－=Cl2↑

變藍(lán)色

Cl2+2I－=2Cl－+I2

(3)為精確測定電極上析出銅的質(zhì)量，所必需的實驗步驟的先后順序應(yīng)是

。（選填下列操作步驟的編號）①稱量電解前電極質(zhì)量②刮下電解后電極上的銅并清洗③用蒸餾水清洗電解后電極④低溫烘干電極后稱量⑤低溫烘干刮下的銅后稱量⑥再次低溫烘干后稱量至恒重(4)已知電子的電量為1.6×10-19庫侖。試列出阿佛加德羅常數(shù)的計算表達(dá)式：

NA

。

①③④⑥

有關(guān)電解的計算原則:電化學(xué)的反應(yīng)是氧化一還原反應(yīng),各電極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量相等,無論是單一電池還是串聯(lián)電解池,均可抓住電子守恒計算.關(guān)鍵:①電極名稱要區(qū)分清楚.②電極產(chǎn)物要判斷準(zhǔn)確.③各產(chǎn)物間量的關(guān)系遵循電子得失守恒.例用下圖裝置進(jìn)行電解實驗(a、b、c、d均為鉑電極),供選擇的有4組電解液,要滿足下列要求:①工作一段時間后A槽pH值上升,B槽的pH下降.②b、c兩極上反應(yīng)的離子的物質(zhì)的量相等(1)應(yīng)選擇的電解質(zhì)是上述四組中的第____組(2)該組電解過程中各電極上的電極反應(yīng)為a極____

__b極_____

_____c極________

__d極______

_____(3)當(dāng)b極上析出7.1g電解產(chǎn)物時,a極上析出產(chǎn)物的質(zhì)量為____g;若B槽電解質(zhì)溶液500mL，且忽略電解前后電解液的體積變化，則此時B槽中的[H＋]比電解前增加了____mol/L.44H＋＋4e＝2H2↑4Cl－－4e＝2Cl2↑4Ag＋＋4e＝4Ag4OH－－4e＝2H2O＋O2↑0.20.4例：用兩支惰性電極插入1000mLCuSO4溶液，通電電解，當(dāng)電解液的PH由6.0變?yōu)?.0時，下列敘述正確的是

A、陰極上析出11.2mL氫氣（標(biāo)況）

B、陰極上析出32mg銅

C、陽極和陰極質(zhì)量都沒有變化

D、陽極上析出5.6mL氧氣（標(biāo)況）BD例：按右圖裝置進(jìn)行電解（均是惰性電極），已知A燒杯中裝有500mL20％的NaOH溶液，B燒杯中裝有500mLpH為6的CuSO4溶液。通電一段時間后，在b電極上收集到28mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則B燒杯中溶液pH變?yōu)椋ㄈ芤后w積變化忽略不計）（）

A．4B．3C．2D．1C例：將1L一定濃度的CuSO4溶液，用a、b兩個石墨電極電解，當(dāng)a極上產(chǎn)生22.4L(標(biāo))氣體時，b極上只有固體析出。然后將a、b兩電板反接，繼續(xù)通直流電，b板上又產(chǎn)生22.4L(標(biāo))氣體，溶液質(zhì)量共減少227g。(1)a極上產(chǎn)生22.4L(標(biāo))氣體時，b極增加的質(zhì)量；(2)原溶液的物質(zhì)的量濃度。(1)解：2CuSO4+2H2O=2Cu+2H2SO4+O2↑陽極：mO2=1mol×32g/mol=32g；陰極增加：mb=2mol×64g/mol=128g；溶液減少：Δm(1)=160g(2)電源反接后，b為陽極：先Cu放電，后OH-(水電)放電，

a為陰極：先Cu2+放電，后H+

(水電)放電，可細(xì)分為三個階段：Ⅰ電鍍銅，此階段ΔmⅠ=0Ⅱ電解硫酸銅溶液，設(shè)有xmolO2生成：

2CuSO4+2H2O=2Cu+2H2SO4+O2↑2xmol2xmolxmol此階段溶液減少：Δm=160xgⅢ電解硫酸溶液，其本質(zhì)是水電解：

2H2O=2H2+O22ymol2ymolymol，溶液減少：Δm=36ygx+y=1…①，160+160x+36y=227…②X=0.25，y=0.75∴CCuSO4=(2+2×0.25)mol÷1L=2.5mol·L-1例5．工業(yè)上為了處理含有Cr2O72-

酸性工業(yè)廢水，采用下面的處理方法，往工業(yè)廢水中加入適量的NaCl，以鐵為電極進(jìn)行電解，經(jīng)過一段時間后，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工業(yè)廢水中鉻的含量已低于排放標(biāo)準(zhǔn),請回答下面問題：1.兩極發(fā)生的電極反應(yīng)：2.寫出Cr2O72-變?yōu)镃r3+的離子方程式：3．工業(yè)廢水由酸性變?yōu)閴A性的原因：4．能否改用石墨電極？說明原因。

陽極：Fe–2e=Fe2+,陰極：2H++2e=H2Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2OH+不斷放電,

Cr2O72-與Fe2+反應(yīng)中消耗H+,打破了水的電離平衡,使溶液中[OH-]﹥[H+]不能,陽極產(chǎn)生Cl2,得不到Fe2+，缺少還原劑,不能使Cr2O72-

變?yōu)镃r3+生成Cr(OH)3沉淀而除去電解一段時間，如何恢原到電解前的溶液既要考慮“質(zhì)”又要考慮“量”.例如:電解CuSO4溶液：抓住溶液的變化若加入CuO、Cu(OH)2，均能與H2SO4反應(yīng)生成CuSO4.①

CuO＋H2SO4＝CuSO4＋H2O②Cu(OH)2＋H2SO4＝CuSO4＋2H2O比較①、②消耗的H2SO4、生成的CuSO4、H2O即可知道:加入1molCu(OH)2能與1molH2SO4反應(yīng)能生成1molCuSO4和2molH2O.不符合電解時的相關(guān)物質(zhì)的比例.若改加CuO，則很合適.思考2：

如何確定所加物質(zhì)的量?(惰性電極)分析：由于兩極上通過的電子數(shù)相等,故陰、陽兩極產(chǎn)物的物質(zhì)的量間一定滿足確定的關(guān)系.因而加入物與其也有一定關(guān)系.例如:

電解含0.4molCuSO4溶液一段時間后，陽極上生成2.24L氣體(S.T.P),則應(yīng)加入CuO多少克？(用惰性電極)

解析

O2～2CuO1mol2mol0.1mol0.2molm(CuO)＝0.2×80＝16(g)

故加入16gCuO即能恢復(fù)例．用陽極X和陰極Y電解Z的水溶液,電解一段時間后,再加入W,能使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài),符合題意的組是

()

X

Y

Z

W

A

C

FeNaCl

H2O

B

Pt

CuCuSO4CuSO4溶液

C

C

CH2SO4

H2O

D

Ag

FeAgNO3AgNO3晶體

CA、NaCl電解后生成NaOH,再加水后不能恢復(fù)電解前的狀態(tài)B、電解CuSO4溶液中的SO42-物質(zhì)的量沒變,再加CuSO4也不能恢復(fù)C、實質(zhì)是水的電解,再加適量水,可使H2SO4溶液恢復(fù)D、實質(zhì)是電鍍,AgNO3溶液濃度不變,不需加AgNO3晶體練習(xí)、化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。1.目前常用的鎳（Ni）鎘（Cd）電池，其電池總反應(yīng)可以表示為：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸，以下說法中正確的是()①以上反應(yīng)是可逆反應(yīng)②以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng)③充電時化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堍芊烹姇r化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹵①③