原电池和电解池知识点专题总结

专题：原电池和电解池【考点分析】1.原电池正负极的判断以及电极方程式的书写；2.电解池阴阳极的判断以及电极方程式的书写；3.金属的防护以及电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用；4.电解中电极附近溶液pH值的变化；5.化学计算；【知识详解】1．原电池原理：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。2原电池正负极的判断：⑴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。⑵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。⑶根据电极变化判断：氧化反应→负极；还原反应→正极。⑷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。⑸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：⑴负极材料本身被氧化：①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-ne-=Mn+如：Zn-2e-=Zn2+②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-=PbSO4⑵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-8e-=C032-+7H2O正极：⑴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=H2CuSO4电解质：Cu2++2e=Cu⑵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的还原反应①当电解液为中性或者碱性时，H2O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-②当电解液为酸性时，H+参加反应，产物为H2OO2+4H++4e=2H2O4．化学腐蚀和电化腐蚀的区别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考点解说6．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7、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。酸性电解质：②电极反应负极：Zn-2e-=Zn2+正极：2NH4++2e-=2NH3+H2NH3和H2被Zn2＋、MnO2吸收：MnO2+H2=MnO+H2O,Zn2＋＋4NH3=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)2Zn+MnO2+2H2O-=2MnOOH+Zn(OH)2⑵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。②A.放电反应负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4原电池正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2OB.充电反应阴极：PbSO4+2e-=Pb+SO42-电解池阳极：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-总式：Pb+PbO2+2H2SO4放电===充电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。⑶锂电池①结构：锂、石墨、固态碘作电解质。②A电极反应负极：2Li-2e-=2Li+正极：I2+2e-=2I-总式：2Li+I2=2LiIBMnO2做正极时：负极：2Li-2e-=2Li+正极：MnO2+e-=MnO2-总Li+MnO2=LiMnO2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。⑷A.氢氧燃料电池①结构：石墨、石墨、KOH溶液。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．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-8．电解池的阴阳极判断：⑴由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；⑵根据电极反应:氧化反应→阳极；还原反应→阴极⑶根据阴阳离子移动方向：阴离子移向→阳极；阳离子移向→阴极，⑷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：⑴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-⑵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电解====Cu＋Cl2CuCl2==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-=Cl2↑Cu2++2e-=CuCuCl2=Cu+Cl2↑——HCl2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑2HCl=H2↑+Cl2↑酸性减弱Na2SO44OH--4e-=2H2O+O2↑2H++2e-=H2↑2H2O=2H2↑+O2↑不变H2SO44OH--4e-=2H2O+O2↑2H++2e-=H2↑2H2O=2H2↑+O2↑消耗水，酸性增强NaOH4OH--4e-=2H2O+O2↑2H++2e-=H2↑2H2O=2H2↑+O2↑消耗水，碱性增强NaCl2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOHH+放电，碱性增强CuSO44OH--4e-=2H2O+O2↑Cu2++2e-=Cu2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4OHˉ放电,酸性增强13，以惰性电极电解电解质溶液的规律：⑴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电解====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）。⑵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↑⑶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⑷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电解====H2↑+Cl2↑+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，PH增大8．电解原理的应用A、电解饱和食盐水（氯碱工业）⑴反应原理阳极：2Cl--2e-==Cl2↑阴极：2H++2e-==H2↑总反应：2NaCl+2H2O电解====H2↑+Cl2↑+2NaOH⑵设备（阳离子交换膜电解槽）①组成：阳极—Ti、阴极—Fe②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。⑶制烧碱生产过程（离子交换膜法）①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)②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⑴原料：（A）、冰晶石：Na3AlF6=3Na++AlF63-（B）、氧化铝：铝土矿NaOH——→过滤NaAlO2CO2——→过滤Al(OH)3△—→Al2O3⑵原理阳极2O2－－4e-=O2↑阴极Al3＋+3e-=Al图20-1总反应：4Al3++6O2ˉ电解====4Al+3O2↑⑶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：用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。⑴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。电镀锌原理：阳极Zn－2eˉ=Zn2+阴极Zn2++2eˉ=Zn⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。⑶在电镀控制的条件下，水电离出来的H+和OHˉ一般不起反应。⑷电镀液中加氨水或NaCN的原因：使Zn2+离子浓度很小，镀速慢，镀层才能致密、光亮。D、电解冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。E、电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，电解液含有Cu2+。铜前金属先反应但不析出，铜后金属不反应，形成“阳极泥”。原电池和电解池的比较：【例题分析】【例1】将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为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。