大学电化学

大学电化学电化学（一）原电池1．原电池反应原理知识要点实例概念将化学能转变为电能的一种装置叫做原电池自发的氧化还原反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu实质将化学能转变为电能构成前提必须是能发生自发的氧化还原反应构成条件1．活动性不同的两种金属（或一种金属，一种为能导电的非金属）作为两个电极2．两个电极必须以导线相连或直接接触3．电极插入电解质溶液中形成闭合回路电极构成负极电子流出的一极．通常为活泼性较强，易失电子的金属负极：Zn片正极电子流入的一极．通常是活泼性较弱的金属或非金属导体正极：Cu片电流方向电子由负极流向正极，电流方向是由正极流向负极（与电子流向相反）电子流向：由Zn→导线→Cu电流方向：由Cu→导线→Zn电极反应负极电极失去电子，被氧化，发生氧化反应Zn－2e－=Zn2+正极电极上得到电子，发生还原反应（一般是溶液中易得电子的物质发生还原反应）Cu2++2e－=Cu总反应方程式正极、负极分别发生的氧化反应和还原反应综合起来得到总式Zn+Cu2+=Zn2++Cu应用1．制多种电池2．形成原电池，加快反应速率3．根据原电池原理保护金属不受腐蚀如：干电池、蓄电池、高能电池等．制取氢气时，锌中滴一些硫酸铜溶液，使反应速率大大增强；如铁铜连接处于电解质溶液中，铜受到保护，不易腐蚀2．电极判断负极：较活泼的金属电极为负极或者电子流出的极或者发生氧化反应的极负极。正极：较不活泼的电极为正极或者电子流向的极或者发生还原反应的电极为正极。3．化学电源电池名称负极正极电解质溶液电极反应干电池ZnC(NH4+)NH4Cl和淀粉糊负极：Zn－2e－=Zn2+正极：2NH4++2e－=2NH3+H2↑银锌电池ZnAg2OKOH负极:Zn－2OH－－2e－=ZnO+H2O正极:Ag2O+H2O+2e－=2Ag+OH－铅蓄电池（放电）PbPbO2H2SO4负极：Pb－SO42－－2e－=PbSO4正极：PbO2+4H++SO42－+2e－=PbO4+2H2O氢氧燃料电池Pt(H2)Pt(O2)KOH负极：2H2+4OH－－4e－=4H2O正极：O2+2H2O+4e－=4OH-4．金属的腐蚀性与防护（1）化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。（2）电化腐蚀①定义：金属或合金因发生原电池反应所引起的腐蚀。金属的腐蚀主要是发生电化腐蚀。②吸氧腐蚀与析氢腐蚀（以钢铁为例）。类型吸O2腐蚀析H2腐蚀条件水膜呈弱碱性或中性水膜呈酸性正极反应（C）O2+2H2O+4e－=4OH－2H++2e－=H2↑负极反应（Fe）Fe2+－2e－=Fe2+其他反应Fe2++2OH－=Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈（3）金属的防护①改变金属的内部结构。例如把Ni、Cr等加入普通钢里制成不锈钢。②覆盖保护层：a.涂油脂、油漆、搪瓷、塑料等。b.电镀耐腐蚀的金属（Zn、Sn、Cr、Ni等）。③电化学保护法：多采用牺牲阳极保护法。如在船只的螺旋桨附近的船体上，镶嵌活泼金属锌块。另外，可采用与电源负极相连接的保护方式。如大型水坝的船闸的保护就是让铁闸门和电源负极相连。（二）电解原理1．电解（1）定义：使电流通过电解质溶液（或熔化的电解质）面在阴、阳两极引起氧化还原反应过程。（2）装置特点：电能转化为化学能。（3）形成条件：①与电源相连的两个电极；②电解质溶液（或熔化的电解质）；③形成闭合回路。（4）阴阳极的判断及反应原理（以电解CuSO4溶液为例）阳极：4OH－－4e－=2H2O+O2↑（氧化反应）阴极：Cu2+2e－=Cu（还原反应）总式：2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑2．电解时电极产物的判断（1）阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极（金属活动顺序表Ag以前），则电极材料失电子，电极溶解。如果是惰性电极（Pt、Au、石墨），则要再看溶液中的离子的失电子能力。阴离子放电顺序如下：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞SO42－＞NO3－＞F－（2）阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞(H+)＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca+＞K+3．用惰性电极电解下列电解质溶液变化情况简析类型电极反应特点实例电解物质电解质溶液浓度pH电解质溶液复原电解水型阴极：2H++2e－=H2↑阳极：4OH－-4e－=2H2O+O2↑NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水电解电解质电解质电离出阴阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小氯化铜放H2生碱型阴极：放出H2生成碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极：电争质阳离子放电阳极：OH-放电生成酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小氯化铜4．电解原理的应用（1）氯碱工业2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑电解食盐水前粗盐的提纯步骤为：a.加过量NaOH溶液；b.加过量BaCl2溶液；c.加过量Na2CO3溶液并过滤；d.加适量盐酸蒸发、结晶。（2）电镀（如铁件镀锌）电镀液：含Zn2+的盐溶液（如ZnCl2溶液）阳极（Zn）：Zn－2e－=Zn2+；阴极（铁件）：Zn2++2e－=Zn。电镀过程中电解质溶液浓度不发生变化。（3）电解精炼如粗铜（Zn、Fe、Ag等）的提纯电解质溶液：含Cu2+的盐溶液（如CuSO4溶液）阳极（粗铜）：Zn－2e－=Zn2+、Fe－2e－=Fe2+、Cu－2e－=Cu2+；阴极（纯铜）Cu2++2e－=Cu。电解过程中，活泼性比Cu弱的Ag不放电，形成阳极泥（可从阳极泥中提纯Ag），电解质溶液中c（Cu2+）会不断减小，应定期更换电解质溶液。题型1原电池与化学电源1．（08海南）关于铅蓄电池的说法正确的是（）A.在放电时，正极发生的反应是Pb(s)+SO42—（aq）=PbSO4(s)+2e—B.在放电时，该电池的负极材料是铅板C.在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D.在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)+2e—=Pb(s)+SO42—（aq）2．（08广东）用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（）①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag++e-=Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A.①②B.②③C.②④D.③④3．（08宁夏）一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是（）A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e－B.O2(g)+4H+(aq)+4e－=2H2O(1)C.CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e－D.O2(g)+2H2O(1)+4e－=4OH－4．实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极Pb＋SO-24=PbSO4＋2e－，正极PbO2＋4H＋＋SO-24＋2e－=PbSO4＋2H2O今若制得Cl20.050mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是（）A.0.025molB.0.050molC.0.10molD.0.20mol5．有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为（）A.D＞C＞A＞BB.D＞A＞B＞CC.D＞B＞A＞CD.B＞A＞D＞C题型2电解原理8．镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：由此可知，该电池放电时的负极材料是（）A.Cd(OH)2B.Ni(OH)2C.CdD.NiO(OH)9．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为：2Ag+Zn(OH)2=Ag2O+Zn+H2O在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn10．（08上海卷）取一张用饱和的NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是（）A.b电极是阴极B.a电极与电源的正极相连C.电解过程中水是氧化剂D.b电极附近溶液的pH变小11．（08全国Ⅰ卷）电解100mL含c（H+）＝0.30mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04mol电子时，理论上析出金属质量最大的是（）A.0.10mol/LAg+B.0.02mol/LZn2+C.0.20mol/LCu2+D.0.20mol/LPb2+12．（08全国Ⅱ卷）右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是（）A.逸出气体的体积：a电极的小于b电极的B.电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体C.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色13．用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气(标准状况)，从而可知M的相对原子质量是（）A.bax4.22B.bax2.11C.bax6.5D.bax5.214．用Pt电极电解AgF(aq)，电流强度为aA，通电时间为tmin，阴极增重mg，阳极上生成标准状况下的纯净气体VL，以qC表示一个电子的电量，Mr表示Ag的相对原子质量，则阿伏加德罗常数NA可表示为（）A.Vqta1344mol－1B.mqtMarmol－1C.mqtMar60D.以上答案都不对15．分析图所示的四个原电池装置，结论正确的是（）A.（1）（2）中Mg作负极，（3）（4）中Fe作负极B.（2）中Mg作正极，电极反应式为：6H2O+6e－=6OH－+3H2↑C.（3）中Fe作负极D.（4）中Cu作正极，电极反应式为：2H++2e－=H2↑16．（05江苏）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述不正确的是（）A．放电时负极反应为：Zn－2ｅ－＋2OH－＝Zｎ(OH)2B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e－＋5OH－＝FeO42-＋4H2OC．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时正极附近溶液的碱性增强