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
①电极:两种不同的导体相连;
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→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)。
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,
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
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
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
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↑+O2↑
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
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+O2+2H2O==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O
(2)析氢腐蚀: CO2+H2O
H2CO3
H++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
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。
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
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+