人教版选修4第四章 电化学基础学案.docx

第四章 电化学基础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。形成条件电极：两种不同的导体相连；电解质溶液：能与电极反应。能自发的发生氧化还原反应形成闭合回路电源； 电极（惰性或非惰性）；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抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食盐水（氯碱工业）；电镀（镀铜）；电冶（冶炼na、mg、al）；精炼（精铜）。 2原电池正负极的判断： 根据电极材料判断：活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的或者非金属为正极。 根据电子或者电流的流动方向：电子流向：负极正极。电流方向：正极负极。 根据电极变化判断：氧化反应负极； 还原反应正极。 根据现象判断：电极溶解负极； 电极重量增加或者有气泡生成正极。 根据电解液内离子移动的方向判断：阴离子移向负极；氧离子移向正极。 3电极反应式的书写： 负极：负极材料本身被氧化： 如果负极金属生成的阳离子与电解液成分不反应，则为最简单的：m-n e-=mn+ 如：zn-2 e-=zn2+ 如果阳离子与电解液成分反应，则参与反应的部分要写入电极反应式中： 如铅蓄电池，pb+so42-2e-=pbso4 负极材料本身不反应：要将失电子的部分和电解液都写入电极反应式， 如燃料电池ch4-o2(c作电极)电解液为koh： 负极：ch4+10oh-8 e-=c032-+7h2o 正极：当负极材料能自发的与电解液反应时，正极则是电解质溶液中的微粒的反应， h2so4电解质，如2h+2e=h2 cuso4电解质： cu2+2e= cu （3）当负极材料不与电解质溶液自发反应时，正极则是电解质中的o2反正还原反应 当电解液为中性或者碱性时，h2o比参加反应，且产物必为oh-, 如氢氧燃料电池（koh电解质）o2+2h2o+4e=4oh- 当电解液为酸性时，h+比参加反应，产物为h2o o2+4o2+4e=2h2o 4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5 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 6金属的防护 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。 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。 电化学保护法 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。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 7.常见实用电池的种类和特点 干电池（属于一次电池） 结构：锌筒、填满mno2的石墨、溶有nh4cl的糊状物。酸性电解质： 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,zn24nh3=zn(nh3)42 碱性电解质：（koh电解质） 电极反应 负极：zn+2oh-2e-=zn(oh)2 正极：2mno2+2h2o+2e-=2mnooh+ zn(oh)2 总反应：zn+ mno2+2h2o-=2mnooh+ zn(oh)2 铅蓄电池（属于二次电池、可充电电池） 结构：铅板、填满pbo2的铅板、稀h2so4。 a.放电反应 负极： pb-2e-+ so42- = pbso4 原电池 正极： pbo2 +2e-+4h+ + so42- = pbso4 + 2h2o b.充电反应 阴极：pbso4 +2e-= pb+ so42- 电解池 阳极：pbso4 -2e- + 2h2o = pbo2 +4h+ + so42- 总式：pb + p bo2 + 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。 锂电池 结构：锂、石墨、固态碘作电解质。 a电极反应 负极： 2li-2e- = 2li+ 正极： i2 +2e- = 2i- 总式：2li + i2 = 2lii b mno2 做正极时： 负极： 2li-2e- = 2li+ 正极：mno2+e- = mno2 - 总式：li +mno2= li mno2 锂电池优点：体积小，无电解液渗漏，电压随放电时间缓慢下降，应用:心脏起搏器，手机电池，电脑电池。 a.氢氧燃料电池 结构：石墨、石墨、koh溶液。 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2050倍。 电极反应：铝是负极 4al-12e-= 4al3+； 石墨是正极 3o2+6h2o+12e-=12oh-8电解池的阴阳极判断： 由外电源决定：阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极； 根据电极反应: 氧化反应阳极 ；还原反应阴极 根据阴阳离子移动方向：阴离子移向阳极；阳离子移向阴极， 根据电子几点流方向：电子流向: 电源负极阴极；阳极电源正极 电流方向: 电源正极阳极；阴极电源负极 9.电解时电极产物判断： 阳极：如果电极为活泼电极，ag以前的，则电极失电子，被氧化被溶解，zn-2e-=zn2+ 如果电极为惰性电极，c、pt、au、ti等，则溶液中阴离子失电子，4oh- 4e-= 2h2o+ o2 阴离子放电顺序s2-i-br-cl-oh-含氧酸根f- 阴极：（.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护）根据电解质中阳离子活动顺序判断，阳离子得电子顺序 金属 活动顺序表的反表金属活泼性越强，则对应阳离子的放电能力越弱，既得电子能力越弱。 k+ ca2+ na+ mg2+ al3+ (h+) zn2+ fe2+ sn2+ pb2+ cu2+ hg2+ ag+10 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 cucl2cucl2=cu2+2cl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11 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12 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cucl22cl-2e-=cl2cu2+ +2e-= cucucl2= cu +cl2hcl2cl-2e-=cl22h+2e-=h22hcl=h2+cl2酸性减弱na2so44oh-4e-=2h2o+o22h+2e-=h22h2o=2h2+o2不变h2so44oh-4e-=2h2o+o22h+2e-=h22h2o=2h2+o2消耗水，酸性增强naoh4oh-4e-=2h2o+o22h+2e-=h22h2o=2h2+o2消耗水，碱性增强nacl2cl-2e-=cl22h+2e-=h22nacl+2h2o=h2+cl2+2naohh+放电，碱性增强cuso44oh-4e-=2h2o+o2cu2+ +2e-= cu2cuso4+2h2o=2cu+ o2+2h2so4oh 放电,酸性增强13、以惰性电极电解电解质溶液的规律： 电解水型：电解含氧酸，强碱，活泼金属的含氧酸盐，如稀h2so4、naoh溶液、na2so4溶液： 阳极：4oh-4e-=2h2o+o2 阴极：2h+2e-=h2 总反应：2h2o 2h2 + o2， 溶质不变，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）。 电解电解质：无氧酸（hf除外）、不活泼金属的无氧酸盐，如cucl2 阳极：2cl-2e-=cl2 阴极：cu2+ +2e-= cu 总反应：cucl2= cu +cl2 放氢生成碱型：活泼金属的无氧酸盐（f化物除外）如nacl 阳极：2cl-2e-=cl2 阴极：2h+2e-=h2 总反应：2nacl+2h2o=h2+cl2+2naoh 公式：电解质+h2o碱+ h2+非金属 放氧省酸型：不活泼金属的含氧酸盐，如cuso4 阳极：4oh-4e-=2h2o+o2 阴极：cu2+ +2e-= cu 总反应：2cuso4+2h2o=2cu+ o2+2h2so4 公式：电解质+h2o酸+ o2+金属 解nacl溶液：2nacl+2h2o h2+cl2+2naoh，溶质、溶剂均发生电解反应，ph增大图20-1 14电解原理的应用 a、电解饱和食盐水（氯碱工业） 反应原理 阳极： 2cl- - 2e-= cl2 阴极： 2h+ + 2e-= h2总反应：2nacl+2h2oh2+cl2+2naoh 设备 （阳离子交换膜电解槽） 组成：阳极ti、阴极fe 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。 制烧碱生产过程 （离子交换膜法）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)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 原料：（a）、冰晶石：na3alf6=3na+alf63-（ （b）、氧化铝： 铝土矿 naalo2 al(oh)3 al2o3 原理 阳极 2o2 4e- =o2 阴极 al3+3e- =al 总反应：4al3+6o24al+3o2 设备：电解槽（阳极c、阴极fe） 因为阳极材料不断地与生成的氧气反应：c+o2 co+co2，故需定时补充。 c、电镀：用电解的方法