高中化学原电池和电解池

高中化学原电池和电解池原电池和电解池1.原电池和电解池的比较：设备原电池电解池例子原则氧化还原反应中的电子定向移动形成电流。这种将化学能转化为电能的装置被称为原电池。通过使电流流过电解质溶液而在阴极和阳极之间引起氧化还原反应的过程称为电解。这种将电能转化为化学能的装置被称为电解池。成型条件(1)电极：连接两个不同的导体；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(水溶液或熔融状态)。反馈式自发氧化还原反应非自发氧化还原反应电极名称由电极本身的性质决定：正极：活性物质较少的电极；负极：具有更多活性物质特性的电极。由外部电源决定：阳极：与电源相连的阳极；阴极：与电源相连的阴极；电极反应负极：锌-2e-=Zn2(氧化反应)正极：2h2e-=H2=还原反应阴极：Cu2 2e-=铜(还原反应)阳极：2cl-2e-=Cl2=氧化反应电子流方向负极正极电源负极负极；阳极电源阳极电流方向正极负极电源正极正极；阴极电源负极能量转换化学能电能电能化学能应用(1)耐金属电化学腐蚀；实用电池。(1)电解盐水(氯碱工业)；(2)电镀(镀铜)；(3)电积(熔炼钠、镁、铝)；(4)精炼(精炼铜)。一次电池；一次电池的形成条件原电池的工作原理是原电池反应属于放热氧化还原反应，但与普通氧化还原反应不同的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞来完成的，而是通过还原剂在负极上的电子损失的氧化反应，电子通过外电路被输送到正极，氧化剂在正极上获得的电子经过还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间的电子转移。两极之间溶液中离子的定向运动和外部导线中电子的定向运动形成一个闭环，使两个电极的反应连续进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。从能量转换的角度来看，原电池是一种将化学能转换成电能的装置。从化学反应的角度来看，原电池的原理是还原剂在氧化还原反应中损失的电子通过导线转移到氧化剂中，从而使氧化还原反应分别在两个电极上进行。一次电池有三个构成条件：(1)电极材料由两种具有不同金属活性的金属或金属和其他导电材料(非金属或某些氧化物等)组成。)。(2)两个电极必须浸泡在电解液中。(3)两个电极通过导线连接形成闭环。只要满足上述三个条件，就可以形成一次电池。然而，化学电源需要持续稳定的电流，所以除了一次电池的三个组成条件外，它还需要自发的氧化还原反应。换句话说，化学电源必须是一次电池，但不是所有的一次电池都可以是化学电池。形成的前提：总反应是自发的氧化还原反应电极的组成：A.不同活性金属-锌-铜原电池，锌为负极，铜为正极；金属和非金属(非金属必须导电)-锌锰干电池，锌作为负极，石墨作为正极；c .金属和化合物-铅蓄电池，铅板作为负极，二氧化铅作为正极；惰性电极氢氧燃料电池，所有电极都是铂。电解液的选择：电解液应能与负极材料发生自发氧化还原反应。一次电池正负极的判断：否定的e负极：活性金属失去电子，以观察电解质中阳离子是否大量存在。如果金属阳离子不能与电解质中的离子共存，则进行进一步的反应。例如，在甲烷燃料电池中，电解质是氢氧化钾，负电极甲烷失去8个电子来产生CO2和H2O，但是CO2不能与羟基共存，并且需要进一步反应来产生碳酸盐。正极：当负极材料能直接与电解液反应时，溶液中的阳离子得到电子。例如，在锌-铜一次电池中，电解液是盐酸，来自正极H的电子产生H2。(2)当负电极材料不能与电解质反应时，溶解在电解质中的O2获得电子。如果电解质是酸性的，O2 4E-4H=2H2O；如果电解液是中性或碱性的，O2 4e- 2H2O=4OH-。特殊情况：毫克铝氢氧化钠，铝作为负极。负电极：铝-3E-4OH-=AlO2-2H2O；正极：2h2o 2-=H2=2oh-铜-铝-硝酸，铜为负极。注意：当使用铁作为负极时，氧化产物是Fe2而不是Fe3肼(N2H4)和NH3的电池反应产物是H2O和N2总反应和电极反应都必须满足电子守恒、电荷守恒和质量守恒。酸碱度变化规则电极周围：如果氢被消耗掉，电极周围溶液的酸碱度就会降低(增加)；如果反应生成羟基-(氢)，电极周围溶液的酸碱度会增加(减少)。溶液：如果总反应消耗掉氢氧化物，溶液的酸碱度就会降低(增加)；如果总反应产生羟基-(氢)，溶液的酸碱度增加(减少)；如果总反应消耗等于产生羟基的物质的量，溶液的酸碱度由溶液的酸碱度决定，当溶液呈碱性时，酸碱度增加，当溶液呈酸性时，酸碱度降低，当溶液呈中性时，酸碱度保持不变。原电池表示法用图表来表示一次电池的成分太麻烦了。为了书写简单，原电池装置通常用方便和科学的符号来表示。它是根据以下规则编写的：1.通常，负极(如锌棒和Zn2离子溶液)写在电池符号表达式的左侧，正极(如铜棒和Cu2离子溶液)写在电池符号表达式的右侧。2.化学式显示了电池中每种物质的组成。溶液应标有活性或浓度(摩尔/升)。如果是气态物质，应显示其分压(Pa)，还应显示当前温度。如果没有，温度为298.15千帕，气体分压为101.325千帕，溶液浓度为1摩尔/升3.符号“”表示不同相之间的边界，“”表示盐桥。同一相中的不同物质用“、”分开。4.非金属或气体不导电，因此当由不同氧化值的非金属元素形成的氧化还原对用作半电池、惰性导体(如铂或石墨等)时。)应作为电极导体添加。其中，惰性导体不参与电极反应，而只起到传导(传输或输送电子)的作用，因此被称为“惰性”电极。根据上述规定，铜锌原电池可由以下电池符号表示：(-)Zn(s)Zn2 (C)铜2 (C)铜(s )()理论上，任何氧化还原反应都可以设计成原电池，如反应：Cl2 2I- 2Cl- I2该反应可分为两个半电池反应：负极：2i- i2e-(氧化反应)正极：C2 2e- 2Cl-(还原反应)一次电池的符号是：(-)pti2(s)i-(c)cl-(c)c2(pcl2)pt()两种类型的原电池氧腐蚀当金属在弱酸或中性溶液中溶解在金属表面的水膜中时，就会发生吸氧腐蚀，称为吸氧腐蚀。例如，钢在接近中性的潮湿空气中的腐蚀属于吸氧腐蚀，其电极反应如下：负电极(铁):2Fe-4E=2Fe2正极(C):2H2O 2 4E=4OH-钢等金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀。氧气吸入腐蚀的必要条件以氧还原反应为阴极过程的腐蚀称为氧还原腐蚀或氧吸收腐蚀氧吸收腐蚀的阴极去极化剂是溶液中的溶解氧。随着腐蚀的进行，氧气不断被消耗，只有空气中的氧气得到补充。因此，氧气从空气中进入溶液，并迁移到阴极表面进行还原反应。这个过程包括一系列步骤。(1)氧气通过空气/溶液界面进入溶液；(2)在溶液对流的作用下，氧迁移到阴极表面附近；(3)在扩散层内，氧气在浓度梯度的作用下扩散到阴极表面；(4)氧分子在阴极表面的还原反应也称为氧的电离反应。氧气吸入腐蚀的控制过程及特点当金属发生氧去极化腐蚀时，在大多数情况下，金属在阳极过程中发生主动溶解，腐蚀过程受阴极控制。氧去极化腐蚀速率主要取决于溶解氧向电极表面的转移速率和氧在电极表面的放电速率。因此，氧去极化腐蚀大致可分为三种情况。(1)如果溶液中腐蚀性金属的电位高，且腐蚀过程中的氧转移速率高，则金属的腐蚀速率主要由电极上氧的放电速率决定。(2)如果溶液中腐蚀性金属的电位很低，阴极过程将包括两个反应，氧去极化和氢离子去极化，与氧的传输速度无关。(3)如果溶液中腐蚀性金属的电位低，处于活性溶解状态，并且氧的传输速度受到限制，则金属的腐蚀速度由氧的极限扩散电流密度决定。在扩散控制腐蚀过程中，由于腐蚀速率仅由氧的扩散速率决定，在一定范围内，腐蚀电流不受阳极极化曲线斜率和初始电位的影响。在扩散控制腐蚀过程中，金属中不同阴极杂质或微阴极数量的增加对腐蚀速率的增加影响很小。问题解决流程影响氧气吸入腐蚀的因素1.溶解氧浓度的影响2.温度的影响3.盐浓度的影响。溶液搅拌和流速的影响阴极控制的主要原因是活化极化：=2.3RT lgiC/i/nF主要是集中极化：=2.3RT/NFlg(1-ICc/ILl)阴极反应产物作为氢气泡逸出，得到电极表面溶液额外的搅拌产物OH只能通过扩散或迁移来分离，没有气泡逸出，并且不能获得额外的搅拌析氢腐蚀在高酸性溶液中发生电化学腐蚀时，会释放出氢气。这种腐蚀称为析氢腐蚀。钢铁产品中通常含有碳。在潮湿的空气中，钢表面会吸收水蒸气，形成一层薄薄的水膜。二氧化碳溶解在水膜中后，变成电解质溶液，增加了水中的氢含量。它由无数微小的原电池组成，以铁为负极，碳为正极，酸性水膜为电解液。在这些原电池中发生的氧化还原反应是：负电极(铁):铁被氧化铁-2e=Fe2；正电极(碳):溶液中的氢被还原2H 2e=H2这样，形成了无数微小的初级细胞。最后，氢释放在碳表面，铁被腐蚀，所以这被称为析氢腐蚀。析氢腐蚀是指在酸性溶液中发生电化学腐蚀时，金属会放出氢气。这种腐蚀称为析氢腐蚀。析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较比较项目析氢腐蚀氧吸收腐蚀去极化器的性质带电氢离子具有很大的迁移速度和扩散能力。中性氧分子只能通过扩散和对流来运输。去极化剂浓度高浓度，在酸性溶液中放电H2O作为去极化剂在中性或碱性溶液中的浓度不大，其溶解度通常随温度和盐浓度的增加而降低。普通原电池方程1.铜-硫酸-锌一次电池正极：2H 2e-H2负极：锌-2e- 锌2总反应式：Z2H=Z2H22.cu-fecl3-c原电池正极：2F总反应式：2H2 O2=2H2O5.氢氧燃料电池(酸性介质)正极：O2 4H 4e- 2H2O负极：2H2-4e- 4H总反应式：2H2 O2=2H2O6.氢氧燃料电池(碱性介质)正极：O2 2H2O 4e- 4OH-负极：2H2-4e- 4OH- 4H2O总反应式：2H2 O2=2H2O7.铅蓄电池(放电)正极(二氧化铅):氧化铅2e- SO42- 4H 硫酸铅2H2O负极(铅):铅-2e-(硫酸)2-硫酸铅总反应公式：Pb PbO2 4H 2(SO4)2-=2PbSO4 2H2O8.al-naoh-mg原电池正极：6h 206 e-3 H26oh-负极：2Al-6e-8OH-2Al 2-4H2O总反应式：2Al 2OH-2H2O=2alo 2-3H29.甲烷燃料电池(碱性介质)正极：2O 24H2O 8e-8OH-负电极：CH4 -8e- 10OH- (CO3)2- 7H2O总反应式：CH42O2OH-=(CO3)2-3H2O10.熔融碳酸盐燃料电池(Li2CO3和Na2CO3的熔融盐用作电解质，一氧化碳用作燃料):正极：O2 2CO2 4e- 2(CO3)2-(连续补充CO2气体)负极：2co2 (co3) 2-4e- 4CO2总反应式：2CO O2