高三原电池与电解池总结

1、原电池与电解池一、原电池与电解池比较：原电池电解池概念把化学能转变为电能的装置把电能转变为化学能的装置形成条件活泼性不同的两个电极电解质溶液或熔融电解质形成闭合电路自发氧化还原反应两个电极电解质溶液或熔融电解质外接直流电源形成闭合电路在外接直流电源作用下发生氧化还原反应电极负极:相对活泼的电极(发生氧化反应)正极:相对不活泼的电极(发生还原反应)阴极:与电源负极相连的电极(发生还原反应)阳极:与电源正极相连的电极(发生氧化反应)电子、离子定向移动方向二、电池符号图为 Cu - Zn 电池。 左池:锌片插在 1moldm-3的 ZnSO4 溶液中。 右池:铜片插在 1 moldm-3的 CuSO

2、4 溶液中。 两池之间倒置的 U 形管叫做盐桥(盐桥是由饱和KCl溶液和琼脂装入U形管中制成)。 检流计表明电子从锌片流向铜片。左侧为负极，右侧为正极。此Cu - Zn 电池可表示如下:(-)Zn | Zn2+(1moldm-3)Cu2+(1moldm-3) | Cu(+)负极: Zn-2e-= Zn2+正极: Cu2+2e-= Cu总反应: Zn+Cu2+ = Zn2+ + Cu 写电池符号应注意事项： 正、负极： () 左， (+) 右 界面“|”: 单质与“极棒”写在一起，写在“|”外面。 注明离子浓度(c),气态时用分压(p)，物质状态：固态(s), 液态(l) 等 盐桥: “|”三、

3、金属腐蚀与防护：1.金属腐蚀：金属(或合金)跟周围接触到的气体(或液体)反应而腐蚀损耗的过程。本质：金属原子失电子而被氧化 M ne- =Mn+(2) 分类：化学腐蚀：金属与其他物质 直接氧化反应 金属被氧化(不是电解质溶液) (无电流产生)电化腐蚀：不纯金属或合金 发生原电池反应 活泼金属被氧化 电解质溶液 （有电流产生）钢铁腐蚀：在钢铁表面形成无数微小原电池铁：负极 水膜(电解质溶液) 碳：正极 分类析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性负极反应Fe 2e- = Fe2+2Fe 4e- = 2Fe2+正极反应2H+ + 2e- = H22H2O + O2 + 4e-

4、= 4OH-总反应Fe + 2H+ = Fe2+ + H22Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)24Fe(OH)2 + 2H2O + O2= 4Fe(OH)3Fe2O3xH2O次要主要2.金属腐蚀的防护 金属腐蚀的原因：金属本身的组成和结构是锈蚀的根据；外界条件(如：温度、湿度、与金属接触的物质)是促使金属锈蚀的客观因素。 防护：改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力。如：不锈钢。 在金属表面覆盖一层保护层，以断绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀的效果。（油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜） 电化学保护法：牺牲阳极阴极保护法、外加电流阴极保护法。四、电解及其

5、应用1.电解的原理: 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。电解质在溶解或熔化状态下电离出自由离子，通电时，自由移动的离子定向移动，阳离子移向阴极，在阴极获得电子发生还原反应；阴离子移向阳极，在阳极失去电子发生氧化反应。电解质导电过程就是电解过程。法拉第(Faraday)定律: 通电于电解质溶液之后,在电极上(即两界面上)发生化学变化的物质的物质的量与通入的电量成正比;若将几个电解池串联,通入一定的电量后,在各个电解电容器池的电极上发生反应的物质其物质的量等同,析出物质质量与其摩尔质量成正比.用式子表示如下:Q=nzF, m=M其中F称为法拉第常数,它表示1mol

6、质子的电荷(即1mol电子所带电量的绝对值)F=NAe=6.0221023mol-11.602210-19C =96484.6Cmol-196500 Cmol-12.电解反应离子放电顺序(不考虑浓度等其他因素) 放电：阳离子得电子而阴离子失电的过程。 上述顺序基本上与金属活动顺序一致，即越活泼的金属，其阳离子越难结合电子，但Fe3+氧化性较强，排在Cu2+之前。阴离子放电顺序(注明：若阳极材料是金属（除Pt、Au外），电极首先发生氧化反应而进入溶液。)3.电镀：利用电解原理在某些金属表面镀上一层金属或合金的过程，金属叫镀件，薄层镀层。阴极：镀件待镀金属 阳极：镀层金属 电镀液：含有镀层金属离子

7、的溶液。五、几种常见新型原电池1.铅蓄电池(-)Pb|PbSO4(s)|H2SO4(aq)| PbSO4(s)|PbO2(+)Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O(-) (+)2. 燃料电池新型电池中，电极的导电材料一般多孔的金属板,负极是通入还原剂的一方,正极是通入氧化剂的一方.如:氢氧燃料电池,电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液:正极： O2+ 4e- + 2H2O = 4OH-负极： 2H2 4e- + 4OH-= 4H2O又如：甲烷燃料电池;电解质溶液为氢氧化钾溶液：正极：2O2 + 8e-+ 4H2O =8OH-负极： CH4 + 10OH- -8e- =C

8、O2- 3 + 7H2O总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO2- 3 + 3H2O典型例题 例1 指出下列装置哪些是原电池，哪些是电解池。用电池符号表示原电池，并写出原电池和电解池的电极反应与总反应。例3 熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在6500下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:阳极反应式: 阴极反应式:O2+2CO2+4e-=2CO2- 3总电池反应式: 答案:2CO+2CO2- 3=4CO2+4e-， 2CO+O2=2CO2例4 用惰性电极电解下列

9、溶液,电解一段时间后,阴极质量增加,电解液的pH下降的是A.CuSO4 B.AgNO3C.BaCl2 D.H2SO4解析:阴极质量增加,说明溶液中含有不活泼金属的阳离子,电解液的pH下降,说明在阳极上是OH-离子放电而使溶液中H+增大,溶液中的阴离子应该是含氧酸根离子.综合分析应为AB。例5 以铁为电极,铜为阴极对足量NaOH溶液电解,一段时间得到了共2molFe(OH)3固体.那么此间共消耗了水 CA.3mol B.4molC.5molD.6mol错解:阳极 Fe-3e-=Fe3+ 阴极 2H+2e-=H2总式 2Fe+6H2O=2Fe(OH)3+3H2 得出消耗水6mol正解: Fe+2H

10、2O=2Fe(OH)2+ H2 消耗水4mol 又4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)2消耗水1mol.合计5mol,选C.例6 通常条件下,电池存在内阻(r).当电池与用电器成回路时,电路中的电流强度I,电池电动势和用电器的电阻(R)间有关系:I=/(R+r).现将电动势为1.5V,内阻0.1的4节电池串联后接Pt电极,对373mLCuSO4溶液电解.假设体积不变,求10min后的pH(已知两Pt电极间CuSO4电阻为9.6).解析:以Q作化学-物理的结合点I=A=0.6A, 通电 10min通电量Q=It=0.5941060C=360CCuSO4+H2O = Cu+H2SO4+

11、O2n(H+)=2n(Cu2+)=2=mol=0.00373mol C(H+)=0.00373mol/0.00373L=0.01mol/LpH=2练习题1.已知M+N2+= M2+N Pt极电解相同浓度P和M的硫酸盐,阴极先析出M N与E有导线相连放入E的硫酸盐溶液,电极反应:E2+2e=E,N-2e=N2+.则四种金属还原性为 2.目前人们正研究开发一种高能电池钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极,以Na+导电的-Al2O3陶瓷作固体电解质,反应为:2NaxS Na2Sx，以下说法正确的是A. 放电时，钠作负极，硫作正极B. 放电时，钠极发生还原反应C. 充电时，钠极与外电源的止极相连，硫极与

12、外电源的负极相连D. 充电时，阳极发生的反应是：Sx22exS3.用惰性电极电解M(NO3)x溶液,当阴极上增重ag时,阴极上同时产生bLO2(S.T.P).从而可知M的相对原子质量为 A.22.4ax/bB.11.2ax/bC.5.6ax/bD.2.5ax/b4.两串联电解池,左池放硫酸铜,右池放一定量的某硝酸盐溶液,电解时当左池析出1.6gCu时,右池析出0.45g固体,则右池溶质为 A.AgNO3B.NaNO3 C.Mg(NO3)2D.Al(NO3)35.用两支惰性电极插入1000mLAgNO3溶液中通电电解.当溶液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程没有H2析出,且电解前后溶液的体积

13、变化不计)电极上析出Ag的质量大约是 A.27mg B.54mg C.108mg D.216mg6.电子表钮扣电池材料为Zn、Ag2O,反应方程式为:2Ag+Zn(OH)2=Ag2O+Zn+H2O. 为负极， 为正极,电极反应式为:负极 ,正极 7.a今有2H2+O2=2H2O反应,构成燃料电池,则负极应通入 气,正极通入 气,电极反应为:负极 正极 b如把KOH改为H2SO4作导电物质则电极反应:负极_正极_ a和b的电池液不同,反应进行后溶液的PH值各有何变化_ c.如把H2改CH4.KOH作导电物质则电极反应为:负极_正极_总反应式_8.铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,

14、通电一段时间,两极均产生11.2L(S.T.P)气体.求电解后溶液的pH.9.已知将Cu和石墨棒与导线连接后插入稀硫酸中可形成原电池,请写出电极反应.10.在50mL0.2mol/LCuSO4溶液中插入两电极(阳极:纯Zn片,阴极:Cu片),通电电解(不考虑水蒸发),则阳极反应式为 ,如不考虑H+在阴极放电,则当电路上有0.04mol电子通过时,阴极增重 g,阴极电极反应式 11.实验测得,电解法将金属离子还原为金属单质,电极通过的电量Q正比于金属物质的量n和离子化合价a的乘积,其比例系数F是个恒量,称为法拉第常数,与金属种类无关.已知:NA=6.021023mol-1,电子电量e=1.601

15、0-19C,Cu式量64.(1)试求F(电量以库仑为单位,保留三位有效数字)(2)若电解CuSO4溶液获得1kgCu,通过的电量是多少?(3)电镀法在半径为R的铜球表面均匀镀很薄Ag层,Cu球作 极(阴极或阳极),另一极是什么材料?若电流强度为I,通电时间为t,银的式量为A,Ag的密度为,求镀层的厚度d(用题中符号表示)练习题答案1. PMNE 2. AD 3. C 4. A 5. C6. Zn, Ag2O, Zn+2OH-2e- =Zn(OH)2 Ag2O+H2O+2e- =2Ag+2OH-7. a.氢;氧;2H2+4OH- -4e-=4H2O;O2+2H2O+4e=4OH-b. 2H2-4

16、e-=4H+;O2+4H+4e-=2H2O; a变小,b变大c. CH4+10OH- -8e-=CO2- 3+7H2O;_2O2+4H2O+8e-=8OH- ;CH4+2O2+2KOH=K2CO3 +3H2O.8. pH=09. 负极: Cu-2e-=Cu2+,正极:O2+4H+4e- =4H2O10. Zn-2e=Zn2+;1.29; Cu2+2e=Cu ,Zn2+2e=Zn11. (1)Ma+ae-=M,Q=Fan= NAean,F= e NA=6.021023 mol-11.6010-19 C=9.64104Cmol-1(2)Q=naF=(1000/64)29.64104 C =3.01

17、106 C(3)阴,Ag 镀层体积:V=4R2d m(Ag)=V n(Ag)=4R2d/A 由电解定律:It=Fan(a=1) It=F4R2dV/A d=(AIt)/(4R2F右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个点极由有机光敏燃料（S）涂覆在纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：（激发态）下列关于该电池叙述错误的是：A电池工作时，是将太阳能转化为电能B电池工作时，离子在镀铂导电玻璃电极上放电C电池中镀铂导电玻璃为正极D电池的电解质溶液中I-和I3-的浓度不会减少【解析】B选项错误，从示意图可看在外电路中电子由负极流向正极，也即镀铂电极做正极，发生还原反

18、应：I3-+2e-=3I-；A选项正确，这是个太阳能电池，从装置示意图可看出是个原电池，最终是将光能转化为化学能，应为把上面四个反应加起来可知，化学物质并没有减少；C正确，见B选项的解析；D正确，此太阳能电池中总的反应一部分实质就是：I3-氧化还原3I-的转化（还有I2+I-I3-），另一部分就是光敏有机物从激发态与基态的相互转化而已，所有化学物质最终均不被损耗！铅蓄电池（充电）阳极：PbSO4 - 2e- + 2H2O 错误！未找到引用源。 PbO2 + SO42- + 4H+阴极：PbSO4 + 2e- 错误！未找到引用源。 Pb + SO42-总反应式：2PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42-铅蓄电池（放电）正极 (PbO2) ：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ 错误！未找到引用源。 PbSO4 + 2H2O负极 (Pb) ：Pb - 2e- + SO42- 错误！未找到引用源。 PbSO4 总反应式：Pb + Pb