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會員注冊原電池和電解池
1．原電池和電解池的比較：
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裝置 |
原電池 |
電解池 |
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實例 |
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原理 |
使氧化還原反應中電子作定向移動，從而形成電流。這種把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫做原電池。 |
使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。這種把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池。 |
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形成條件 |
①電極：兩種不同的導體相連； ②電解質(zhì)溶液：能與電極反應。 |
①電源； ②電極（惰性或非惰性）； ③電解質(zhì)（水溶液或熔化態(tài)）。 |
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反應類型 |
自發(fā)的氧化還原反應 |
非自發(fā)的氧化還原反應 |
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電極名稱 |
由電極本身性質(zhì)決定： 正極：材料性質(zhì)較不活潑的電極； 負極：材料性質(zhì)較活潑的電極。 |
由外電源決定： 陽極：連電源的正極； 陰極：連電源的負極； |
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電極反應 |
負極：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反應） 正極：2H++2e-=H2↑（還原反應） |
陰極：Cu2+ +2e- = Cu （還原反應） 陽極：2Cl--2e-=Cl2↑ （氧化反應） |
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電子流向 |
負極→正極 |
電源負極→陰極；陽極→電源正極 |
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電流方向 |
正極→負極 |
電源正極→陽極；陰極→電源負極 |
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能量轉(zhuǎn)化 |
化學能→電能 |
電能→化學能 |
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應用 |
①抗金屬的電化腐蝕； ②實用電池。 |
①電解食鹽水（氯堿工業(yè)）；②電鍍（鍍銅）；③電冶（冶煉Na、Mg、Al）；④精煉（精銅）。 |
2．化學腐蝕和電化腐蝕的區(qū)別
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化學腐蝕 |
電化腐蝕 | |
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一般條件 |
金屬直接和強氧化劑接觸 |
不純金屬，表面潮濕 |
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反應過程 |
氧化還原反應，不形成原電池。 |
因原電池反應而腐蝕 |
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有無電流 |
無電流產(chǎn)生 |
有電流產(chǎn)生 |
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反應速率 |
電化腐蝕＞化學腐蝕 | |
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結(jié)果 |
使金屬腐蝕 |
使較活潑的金屬腐蝕 |
3．吸氧腐蝕和析氫腐蝕的區(qū)別
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電化腐蝕類型 |
吸氧腐蝕 |
析氫腐蝕 |
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條件 |
水膜酸性很弱或呈中性 |
水膜酸性較強 |
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正極反應 |
O2 + 4e- + 2H2O == 4OH- |
2H+ + 2e-==H2↑ |
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負極反應 |
Fe －2e-==Fe2+ |
Fe －2e-==Fe2+ |
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腐蝕作用 |
是主要的腐蝕類型，具有廣泛性 |
發(fā)生在某些局部區(qū)域內(nèi) |
4．電解、電離和電鍍的區(qū)別
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電解 |
電離 |
電鍍 | |
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條件 |
受直流電作用 |
受熱或水分子作用 |
受直流電作用 |
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實質(zhì) |
陰陽離子定向移動，在兩極發(fā)生氧化還原反應 |
陰陽離子自由移動，無明顯的化學變化 |
用電解的方法在金屬表面鍍上一層金屬或合金 |
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實例 |
CuCl2 電解==== Cu＋Cl2 |
CuCl2==Cu2++2Clˉ |
陽極 Cu －2e- = Cu2+ 陰極 Cu2++2e- = Cu |
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關系 |
先電離后電解，電鍍是電解的應用 | ||
5．電鍍銅、精煉銅比較
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電鍍銅 |
精煉銅 | |
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形成條件 |
鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子 |
粗銅金屬作陽極，精銅作陰極，CuSO4溶液作電解液 |
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電極反應 |
陽極 Cu －2e- = Cu2+ 陰極 Cu2++2e- = Cu |
陽極：Zn - 2e- = Zn2+ Cu - 2e- = Cu2+ 等 陰極：Cu2+ + 2e- = Cu |
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溶液變化 |
電鍍液的濃度不變 |
溶液中溶質(zhì)濃度減小 |
6．電解方程式的實例（用惰性電極電解）：
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電解質(zhì)溶液 |
陽極反應式 |
陰極反應式 |
總反應方程式 （條件：電解） |
溶液酸堿性變化 |
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CuCl2 |
2Cl--2e-=Cl2↑ |
Cu2+ +2e-= Cu |
CuCl2= Cu +Cl2↑ |
—— |
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HCl |
2Cl--2e-=Cl2↑ |
2H++2e-=H2↑ |
2HCl=H2↑+Cl2↑ |
酸性減弱 |
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Na2SO4 |
4OH--4e-=2H2O+O2↑ |
2H++2e-=H2↑ |
2H2O=2H2↑+O2↑ |
不變 |
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H2SO4 |
4OH--4e-=2H2O+O2↑ |
2H++2e-=H2↑ |
2H2O=2H2↑+O2↑ |
消耗水，酸性增強 |
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NaOH |
4OH--4e-=2H2O+O2↑ |
2H++2e-=H2↑ |
2H2O=2H2↑+O2↑ |
消耗水，堿性增強 |
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NaCl |
2Cl--2e-=Cl2↑ |
2H++2e-=H2↑ |
2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH |
H+放電，堿性增強 |
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CuSO4 |
4OH--4e-=2H2O+O2↑ |
Cu2+ +2e-= Cu |
2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2↑+2H2SO4 |
OHˉ 放電,酸性增強 |
考點解說
1．電化腐蝕：發(fā)生原電池反應，有電流產(chǎn)生
（1）吸氧腐蝕
負極：Fe－2e-==Fe2+
正極：O2+4e-+2H2O==4OH-
總式：2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O
（2）析氫腐蝕： CO2+H2OH2CO3H++HCO3-
負極：Fe －2e-==Fe2+
正極：2H+ + 2e-==H2↑
總式：Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2+ H2↑
Fe(HCO3)2水解、空氣氧化、風吹日曬得Fe2O3。
2．金屬的防護
⑴改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。合金鋼中含有合金元素，使組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，耐腐蝕。如：不銹鋼。
⑵在金屬表面覆蓋保護層。常見方式有：涂油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等；使表面生成致密氧化膜；在表面鍍一層有自我保護作用的另一種金屬。
⑶電化學保護法
①外加電源的陰極保護法:接上外加直流電源構(gòu)成電解池，被保護的金屬作陰極。
②犧牲陽極的陰極保護法：外加負極材料，構(gòu)成原電池，被保護的金屬作正極
3。常見實用電池的種類和特點
⑴干電池（屬于一次電池）
①結(jié)構(gòu)：鋅筒、填滿MnO2的石墨、溶有NH4Cl的糊狀物。
②電極反應 負極：Zn-2e-=Zn2+
正極：2NH4++2e-=2NH3+H2
NH3和H2被Zn2＋、MnO2吸收： MnO2+H2=MnO+H2O,Zn2＋＋4NH3=Zn(NH3)42＋
⑵鉛蓄電池（屬于二次電池、可充電電池）
① 結(jié)構(gòu)：鉛板、填滿PbO2的鉛板、稀H2SO4。
②A.放電反應 負極： Pb-2e-+SO42- = PbSO4
正極： PbO2+2e-+4H+ + SO42- = PbSO4+ 2H2O
B.充電反應 陰極：PbSO4 +2e-= Pb+ SO42-
陽極：PbSO4-2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42-
總式：
注意：放電和充電是完全相反的過程，放電作原電池，充電作電解池。電極名稱看電子得失，電極反應式的書寫要求與離子方程式一樣，且加起來應與總反應式相同。
⑶鋰電池
① 結(jié)構(gòu)：鋰、石墨、固態(tài)碘作電解質(zhì)。
②電極反應 負極： 2Li-2e- = 2Li+
正極： I2 +2e-= 2I- 總式：2Li + I2= 2LiI
⑷A.氫氧燃料電池
① 結(jié)構(gòu)：石墨、石墨、KOH溶液。
②電極反應
負極： H2- 2e-+ 2OH- = 2H2O
正極： O2 + 4e- + 2H2O= 4OH-
總式：2H2+O2=2H2O
（反應過程中沒有火焰，不是放出光和熱，而是產(chǎn)生電流）
注意：還原劑在負極上反應，氧化劑在正極上反應。書寫電極反應式時必須考慮介質(zhì)參加反應（先常規(guī)后深入）。若相互反應的物質(zhì)是溶液，則需要鹽橋（內(nèi)裝KCl的瓊脂，形成閉合回路）。
B．鋁、空氣燃料電池 以鋁—空氣—海水電池為能源的新型海水標志燈已研制成功。這種燈以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而源源不斷產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中，數(shù)分鐘后就會發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高20～50倍。
電極反應：鋁是負極 4Al-12e-== 4Al3+；
石墨是正極 3O2+6H2O+12e-==12OH-
4．電解反應中反應物的判斷——放電順序
⑴陰極
A.陰極材料(金屬或石墨)總是受到保護。
B.陽離子得電子順序 — 金屬活動順序表的反表：
K+ <Ca2+ <Na+ < Mg2+ < Al3+< (H+) < Zn2+< Fe2+ < Sn2+ < Pb2+ < Cu2+< Hg2+ < Ag+
⑵陽極
A.陽極材料是惰性電極(C、Pt、Au、Ti等)時：
陰離子失電子：S2- ＞ I- ＞ Br- ＞ Cl- ＞ OH- ＞ NO3- 等含氧酸根離子＞F-
B.陽極是活潑電極時：電極本身被氧化，溶液中的離子不放電。
5．電解反應方程式的書寫步驟：
①分析電解質(zhì)溶液中存在的離子；
②分析離子的放電順序；
③確定電極、寫出電極反應式；④寫出電解方程式。如：
電解NaCl溶液：2NaCl+2H2O 電解====H2↑+Cl2↑+2NaOH，溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反應，PH增大
⑵電解CuSO4溶液：2CuSO4 + 2H2O電解====2Cu + O2↑+ 2H2SO4
溶質(zhì)、溶劑均發(fā)生電解反應， PH減小。
⑶電解CuCl2溶液：CuCl2電解==== Cu＋Cl2↑
電解鹽酸： 2HCl 電解==== H2↑＋Cl2↑
溶劑不變，實際上是電解溶質(zhì)，PH增大。
⑷電解稀H2SO4、NaOH溶液、Na2SO4溶液：2H2O電解==== 2H2↑ + O2↑，溶質(zhì)不變，實際上是電解水，PH分別減小、增大、不變。酸、堿、鹽的加入增加了溶液導電性,從而加快電解速率（不是起催化作用）。
⑸電解熔融NaOH: 4NaOH 電解====4Na + O2↑ + H2O↑
⑹用銅電極電解Na2SO4溶液: Cu +2H2O電解==== Cu(OH)2 + H2↑ （
注意：不是電解水。）
6．電解液的PH變化:根據(jù)電解產(chǎn)物判斷。口訣：“有氫生成堿，有氧生成酸；都有濃度大,都無濃度小”。（“濃度大”、“濃度小”是指溶質(zhì)的濃度）
7．使電解后的溶液恢復原狀的方法：
先讓析出的產(chǎn)物（氣體或沉淀）恰好完全反應，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl氣體（不能加鹽酸）；②AgNO3溶液：加Ag2O固體（不能加AgOH）；③CuCl2溶液：加CuCl2固體；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：CuO（不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3）等。
8．電解原理的應用
A、電解飽和食鹽水（氯堿工業(yè)）
⑴反應原理
陽極： 2Cl- - 2e-== Cl2↑
陰極： 2H+ + 2e-==H2↑
總反應：2NaCl+2H2O電解====H2↑+Cl2↑+2NaOH
⑵設備（陽離子交換膜電解槽）
①組成：陽極—Ti、陰極—Fe
②陽離子交換膜的作用：它只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過。
⑶制燒堿生產(chǎn)過程（離子交換膜法）
①食鹽水的精制：粗鹽（含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42- 等）→加入NaOH溶液→加入BaCl2溶液→加入Na2CO3溶液→過濾→加入鹽酸→加入離子交換劑(NaR)
②電解生產(chǎn)主要過程（見圖20-1）：NaCl從陽極區(qū)加入，H2O從陰極區(qū)加入。陰極H+ 放電，破壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，OH-和Na+形成NaOH溶液。
B、電解冶煉鋁
⑴原料：（A）、冰晶石：Na3AlF6=3Na++AlF63-
（B）、氧化鋁：鋁土礦
NaAlO2+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO3或2NaAlO2+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+Na2CO3
Al(OH)3 △—→ Al2O3
2Al2O3通電→4Al+3O2↑
⑵原理
陽極 2O2－－ 4e-=O2↑
陰極 Al3＋+3e-=Al
總反應：4Al3++6O2ˉ電解====4Al+3O2↑
⑶設備：電解槽（陽極C、陰極Fe）
因為陽極材料不斷地與生成的氧氣反應：C+O2 → CO+CO2，故需定時補充。
C、電鍍：用電解的方法在金屬表面鍍上一層金屬或合金的過程。
⑴鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子。電鍍鋅原理：
陽極 Zn－2eˉ = Zn2+
陰極 Zn2++2eˉ=Zn
⑵電鍍液的濃度在電鍍過程中不發(fā)生變化。
⑶在電鍍控制的條件下，水電離出來的H+和OHˉ一般不起反應。
⑷電鍍液中加氨水或 NaCN的原因：使Zn2+離子濃度很小，鍍速慢，鍍層才能致密、光亮。
D、電解冶煉活潑金屬Na、Mg、Al等。
E、電解精煉銅：粗銅作陽極，精銅作陰極，電解液含有Cu2+。銅前金屬先反應但不析出，銅后金屬不反應，形成 “陽極泥”。
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