專題十二電化學(xué)原理及應(yīng)用

1、專題十二 電化學(xué)原理及應(yīng)用雙基知識(shí)1、 原電池、電解池比較原電池電解池定義G將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置裝置舉例 G Zn Cu 稀H2SO4 CuCl2溶液PtPt 形成條件活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極；同時(shí)插入同一電解質(zhì)溶液；用導(dǎo)線相互連接或直接接觸組成閉合回路兩電極接直流電源兩電極同時(shí)插入同一電解質(zhì)溶液用導(dǎo)線相互連接組成配合回路電極名稱及判斷負(fù)極：電子流出的極或較活潑的金屬電極或發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。正極；電子流入的極或較不活潑的金屬電極或發(fā)生還原反應(yīng)的電極。陰極：與電源負(fù)極相連的極陽(yáng)極：與電源正極相連的極電極的種類 惰性電極：Pt、Au、石墨等(依材料分) 活性電極：除Pt、

2、Au、石墨外反應(yīng)原理氧化反應(yīng)負(fù)極還原反應(yīng)正極失電子沿導(dǎo)線傳遞有電流產(chǎn)生陽(yáng)離子移動(dòng)不斷溶解電解質(zhì)溶液Zn2e=Zn2+ 2H+2e=H2與電源正極相連與電源負(fù)極相連發(fā)生還原反應(yīng)陰極陽(yáng)離子移向陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)陰離子移向電極反應(yīng)負(fù)極：電極本身失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。正極：電極本身不反應(yīng)，溶液中的某些離子在正極上獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。陽(yáng)離子放電順(氧化性強(qiáng)弱順序)： AgHg2Fe3Cu2Pb2+Sn2+Fe2Zn2+HAl3Mg2NaCa2K陽(yáng)極：若為惰性電極，則電極本身不反應(yīng)，溶液中的陰離子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)陰離子放電順序(還原性強(qiáng)弱順序)：S2IBrClOH含氧酸根若為活性電極：則電極本身失

3、去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。陰極：電極本身不反應(yīng)，溶液中陽(yáng)離子在陰極上獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。電子流向沿導(dǎo)線負(fù)極 正極 電源負(fù)極沿導(dǎo)線陰極電解溶液中離子的移動(dòng)陽(yáng)極沿導(dǎo)線電源正極2、金屬的腐蝕與防護(hù)（1） 化學(xué)腐蝕與電化腐蝕 化學(xué)腐蝕 電化腐蝕定義金屬或合金直接與具有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)而消耗的過(guò)程。不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸發(fā)生原電池反應(yīng)而消耗的過(guò)程。本質(zhì)無(wú)電流 有弱電流現(xiàn)象 金屬被腐蝕 較活潑金屬被腐蝕實(shí)例金屬與Cl2、O2等物質(zhì)直接反應(yīng)鋼鐵在潮濕的空氣中被腐蝕（2） 金屬腐蝕的快慢的判斷方法不純的金屬或合金，在潮濕的空氣中形成原電池發(fā)生電化腐蝕，活潑金屬因被腐蝕而損耗，金屬腐

4、蝕的快慢與下列兩種因素有關(guān)：a、與構(gòu)成原電池兩極的材料有關(guān)。兩極材料的活動(dòng)性差別越大、電動(dòng)勢(shì)越大、氧化還原反應(yīng)的速率越快，活潑金屬被腐蝕的速率越快。b、與金屬所接觸的電解質(zhì)強(qiáng)弱有關(guān)?；顫娊饘僭陔娊赓|(zhì)溶液中的腐蝕快于非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。一般說(shuō)來(lái)可用來(lái)下列原則判斷：電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕有防護(hù)措施的腐蝕同種金屬腐蝕：強(qiáng)電解質(zhì)弱電解質(zhì)非電解質(zhì) 巧思巧解：1、 電解實(shí)例及規(guī)律用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律電解水型：有含氧酸(如H2SO4、HNO3等)、強(qiáng)堿(NaOH、Ba(OH)2等)、活潑金屬的含氧酸鹽（如K2SO4、NaN

5、O3、Na3PO4）這三類物質(zhì)。電解電解質(zhì)型：有無(wú)氧酸（除HF外，如HCl、HBr等）、不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽（如CuCl2等）。電解質(zhì)和水均被電解：活潑金屬的無(wú)氧酸鹽(如NaCl等)、不活潑金屬的含氧酸(如CuSO4等)。2電解應(yīng)用（1） 氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿 原理：陽(yáng)極（用石墨）：2Cl 2e=Cl2 陰極（用Fe）：2 H + 2e= H2 總反應(yīng)：2NaCl + 2 H2O 2NaOH +H2+Cl2 （陰極室中）（陽(yáng)極室中）飽和食鹽水的精制：電解前應(yīng)除去食鹽溶液中的Ca2、Mg2、SO42等雜質(zhì)離子，加入試劑依次為NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、稀鹽酸（

6、或?qū)aCl2溶液和NaOH溶液的順序互換）。離子交換膜法制燒堿離子交換膜電解槽主要由陽(yáng)極（用金屬鈦網(wǎng)制成，涂有鈦、釕等氧化物涂層）、陰極（由碳鋼網(wǎng)制成，上面涂有鎳涂層）、離子交換膜、電解槽框、導(dǎo)電銅棒等組成。離子交換膜的特性：只允許陽(yáng)離子通過(guò)，而阻止陰極離子和氣體通過(guò)。（2）銅的電解精煉陽(yáng)極（用粗銅）：Zn2e= Zn2+ 、Fe 2e= Fe2+、Ni2e= Ni2+、Cu2e= Cu2 另外，粗銅中的金、銀等金屬雜質(zhì)，因?yàn)槭ル娮幽芰Ρ菴u弱，難以在陽(yáng)極失去電子變成陽(yáng)離子溶解下來(lái)，而以陽(yáng)極泥的形式沉積下來(lái)。陰極（用純銅）：Cu2 + 2e = Cu 電解質(zhì)溶液用CuSO4或CuCl2溶液

7、。長(zhǎng)時(shí)間電解后，電解質(zhì)溶液必須補(bǔ)充。（3）電鍍電鍍是一種特殊的電解，要求鍍件必須作陰極，鍍層金屬作陽(yáng)極，含鍍層金屬離子的可溶性鹽溶液作電解質(zhì)溶液（作為電鍍液）。電鍍時(shí)，理論上電解質(zhì)溶液的濃度保持不變。（4）電解法冶煉活潑金屬Na、Mg、Al等活潑金屬都可用電解它們的熔融鹽或氧化物制得。2NaCl 2Na +Cl2(制Na) MgCl2Mg +Cl2(制Mg) 2Al2O34Al+3O2(制Al)3、電解的計(jì)算特點(diǎn)有關(guān)電解的計(jì)算通常是求電解后某產(chǎn)物的質(zhì)量、氣體的體積，某元素的化合價(jià)以及溶液的pH、物質(zhì)的量濃度等。解答此類題的方法有兩種：一是根椐電解方程式或電極反應(yīng)式，應(yīng)用陰、陽(yáng)兩極得失電子守恒進(jìn)

8、行有關(guān)計(jì)算。二是用惰性電極進(jìn)行電解的過(guò)程，若電解質(zhì)的陰、陽(yáng)離子不同時(shí)在兩極上放電，則陽(yáng)離子放電的同時(shí)必有H生成，n(H)=n(陽(yáng)離子)電荷數(shù)；陰離子放電的同時(shí)必有OH生成，n(OH)=n(陰離子)電荷數(shù)。也可利用物質(zhì)的量相當(dāng)量的關(guān)系(由電子得失守恒得)，如，H2Cl21/2O2Cu2Ag2H2OH。 例題精析【例1】(1)美國(guó)阿波羅宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電源。氫氧燃料電池的突出優(yōu)點(diǎn)是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，而不?jīng)過(guò)熱能中間形式,且電極反應(yīng)產(chǎn)生KOH的水，經(jīng)過(guò)冷凝后又可作為宇航員的飲用水，發(fā)生的反應(yīng)為：2H2+O2=2H2O, 則負(fù)極通的是 ，正極通的是 ，正、負(fù)極兩極電極

9、反應(yīng)式分別為： ， 。 (2)如把KOH改為稀H2SO4作導(dǎo)電物質(zhì),則電極反應(yīng)式 ， 。（1）和（2）的電池液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，其溶液的pH各有何變化？ 。 （3）如把H2改為CH4，KOH作導(dǎo)電物質(zhì)，則電極反應(yīng)式為： ， 。【例2】右圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)的判斷正確的是 （ ）A a為負(fù)極、b為正極 B a為陽(yáng)極、b為陰極C 電解過(guò)程中，d電極質(zhì)量增加 D 電解過(guò)程中，氯離子濃度不變答案：【例1】（1）H2 ，O2 ；正極：O2 +2H2O +4e= 4OH ，負(fù)極：2H2 +4OH 4e=4H2O （2）正極：O2 +2H2O +4e= 4OH，負(fù)極：2H24e= 4H ；（1）中電池液的pH值將變小，（2）中電池液的pH值將變大。（3）正極：2O2 +4H2O +8e= 8OH，負(fù)極：CH4 +10OH 8e=CO32 +7H2O 【例2】C【例3】：(1)以鎂鋁作電極構(gòu)成原電池，指出電解質(zhì)溶液是稀硫酸時(shí)的負(fù)極和正極?寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)式。 (2)以鎂鋁作電極構(gòu)成原電池，指出電解質(zhì)溶液是氫氧化鈉時(shí)的負(fù)極和正極?寫出電極反