專題二十：原電池與電解池以及金屬的腐蝕

潘教師講化學(xué)之高考專題精講潘教師講化學(xué)之高考專題精講1/7專題二十：原電池與電解池以及金屬的腐蝕第一局部：根底學(xué)問局部一、原電池原電池：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。構(gòu)成條件及推斷(1)具有兩個活性不同的電極(金屬和金屬或金屬和非金屬)。(2)具有電解質(zhì)溶液。(3)形成閉合電路(或在溶液中相互接觸)?！铩钔茢嘣姵毓ぷ髟硎疽鈭D原電池的工作原理和電子流向可用以以下圖示表示：【說明】而形成回路，傳導(dǎo)電流，電子并不進(jìn)入溶液也不能在溶液中遷移。得失電子的數(shù)目寫為一樣，相加便得到總反響方程式。四周帶負(fù)電荷，所以溶液中的陽離子要移向正極。④不參與電極反響的離子從微觀上講發(fā)生移動，但從宏觀上講其在溶液中各區(qū)域的濃度根本不變。原電池的兩極及推斷負(fù)極：活潑性強的金屬，發(fā)生氧化反響。 正極：活潑性弱的金屬或?qū)w，發(fā)生復(fù)原反響?！铩钤姵卣?fù)極推斷依據(jù)電極材料推斷負(fù)極——活潑性較強的金屬 正極——活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬注：活潑金屬不愿定做負(fù)極，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做負(fù)極。依據(jù)電子流淌方向或電流方向或電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動方向推斷負(fù)極——電子流出極，電流流入極或陰離子定向移向極 正極——電子流入極，電流流出極或陽離子定向移向極依據(jù)兩極發(fā)生的變化推斷負(fù)極——失去電子，化合價上升，發(fā)生氧化反響 正極——得到電子，化合價降低，發(fā)生復(fù)原反響依據(jù)反響現(xiàn)象推斷負(fù)極——會漸漸溶解，質(zhì)量減小 正極——有氣泡逸出或質(zhì)量增加【特別提示】原電池正負(fù)極推斷的根底是氧化復(fù)原反響。假設(shè)給出一個方程式讓推斷正、負(fù)極，可以直接依據(jù)化合價的升降變化來推斷，發(fā)生氧化反響的一極為負(fù)極，發(fā)生復(fù)原反響的一極為正極。電極反響式書寫正極反響要分析電極材料的性質(zhì)：假設(shè)電極材料是強氧化性材料，則是電極材料得電子被復(fù)原，發(fā)生復(fù)原反響；假設(shè)電極材料是惰性的，再考慮電解質(zhì)溶液中的陽離子是否能與負(fù)極材料反響。能發(fā)生反響則是溶液中的陽離子得電子，發(fā)生復(fù)原反響；假設(shè)不能與負(fù)極材料反響，則考慮空氣中的氧氣，氧氣得電子，發(fā)生復(fù)原反響。弱電解質(zhì)、氣體或難溶解物均以化學(xué)式表示，其余以離子符號表示，保證電荷守恒，質(zhì)量守恒及正、負(fù)極得失電子數(shù)相等正負(fù)極反響式相加得到原電池總反響式，通常將總反響式減去較易寫出的電極反響式，從而得到較難寫出的電極反響式。原電池的應(yīng)用加快氧化復(fù)原反響的速率一個自發(fā)進(jìn)展的氧化復(fù)原反響，設(shè)計成原電池時反響速率增大。例如，在Zn與稀HSO2 4

反響時參與少量CuSO4

溶液能使產(chǎn)H的反響速率加快。2比較金屬活動性強弱兩種金屬分別做原電池的兩極時，一般做負(fù)極的金屬比做正極的金屬活潑。用于金屬的防護(hù)化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕金屬與接觸到的枯燥氣體(如化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕金屬與接觸到的枯燥氣體(如O、2Cl、SO等)或非電解質(zhì)液體(如石定義22活潑金屬失去電子被氧化而引起的腐蝕油)等直接發(fā)生化學(xué)反響引起的腐蝕吸氧腐蝕(主要)析氫腐蝕條件金屬與物質(zhì)直接接觸水膜中溶有O，顯弱酸性或中性2水膜酸性較強本質(zhì)金屬被氧化而腐蝕較活潑金屬被氧化而腐蝕現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生負(fù)極：Fe－2e===Fe＋反響式2Fe＋3Cl=2FeCl2 3正極：2HO＋O4e－=4OH－2 2正極：2H＋2e－=H2聯(lián)系兩種腐蝕往往同時發(fā)生，只是電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更普遍、危害更大【特別提示】推斷金屬腐蝕的快慢，首先要確定金屬腐蝕的類型及該金屬在“兩池”中所作的電極種類，并按以下規(guī)律進(jìn)展推斷。金屬腐蝕由快到慢的規(guī)律為：電解池陽極>原電池負(fù)極>化學(xué)腐蝕>原電池正極>電解池陰極同一種金屬在一樣濃度的不同電解質(zhì)溶液中的腐蝕快慢規(guī)律為：負(fù)極的金屬腐蝕越快。設(shè)計制作化學(xué)電源★☆設(shè)計原電池時要緊扣原電池的構(gòu)成條件。具體方法是：首先將氧化復(fù)原反響拆分為兩個半反響；依據(jù)原電池的電極反響特點，結(jié)合兩個半反響找出正負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液。①電極材料的選擇中的負(fù)極必需能夠與電解質(zhì)溶液反響。②電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反響，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反響(如空氣中的氧氣)。但假設(shè)兩個半反響分別在兩個容器中進(jìn)展(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料一樣的陽Zn＋的電解質(zhì)溶液中，而正極銅浸泡在按要求畫出原電池裝置圖?！咎貏e提示】應(yīng)用原電池原理可以設(shè)計任一自發(fā)的氧化復(fù)原反響的電池，但有的電流相當(dāng)微弱。同時要留意電解質(zhì)溶液不NaOH、HSO或NaSO二、常見的化學(xué)電源

2 4 2 4化學(xué)電源是能夠?qū)嶋H應(yīng)用的原電池。作為化學(xué)電源的電池有一次電池、二次電池和燃料電池等。幾種常用的干電池〔一次電池〕鋅銀電池鋅銀電池的負(fù)極是Zn，正極是AgO，電解質(zhì)是KOH，其電極反響式：2Zn+

-2e-=====Z〔OH〕2AgO+HO+2e-====2Ag+2OH-2 2總反響式：Zn+AgO+HO====Zn〔OH〕2 2 2MnOCuO、FeS2 2

等，電解質(zhì)溶液由四氯化鋁鋰LiAlCl〕溶液在亞硫4酰氯〔SOCl〕中組成，其電極反響式為：28Li–8-======8Li+2

+

======SO2-+2S+6Cl-3總反響式：8Li+3SOCl =====2S+6LiCl+LiSO2 2 3鋅猛干電池負(fù)極Zn -2e=====Zn2+正極：Zn2NH4

++2MnO2

====MnO23

+2NH3

+HO22NH4

Cl+2MnO2

+Zn====MnO23

+2NH3

+HO+ZnCl2 2堿性鋅猛干電池Zn+

-2e-=====Z〔OH〕22HO2MnO+2e-====2MnOOH〔氫氧化氧錳〕+2O-2 2總反響：2Zn2MnO+2HO====MnOOH+Zn〔OH〕2 2 2PbPbO30H2SO4〔放電〕2負(fù)極：Pb〔s〕SO2〔aq〕-2e-=====PbSO〔s〕4 4正極：PbO2

+4H+aq〕+SO2〔aq〕+2e-====PbSO4〕4總反響式：Pb＋PbO＋2HSO=2PbSO＋2HO2 2 4 4 222222222電池反響為 =2HO2 2 2堿性電池中性電池酸性電池2H4OH－4e－=4HO負(fù)極：2H4e=4H+負(fù)極：2H4e－=4H+2 222O＋2HO4e－=4OH－正極：O＋2HO4e=4OH－正極：O4H+＋4e=4HO有機物燃料電池CH38

3CO–20e-2–20e-

3CO2-+6OH-3+6OH-NH24

N NH-4e-2 24-4e-

–

+4OH-=====N2

+4HO2三、電解池電解池：把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置(電解槽)。裝置特點：借助于電流引起氧化復(fù)原反響的裝置。(1)與電源相連的兩個電極：陽極連電源的正極；陰極連電源的負(fù)極。(2)電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))。(3)形成閉合的回路。電解池原電池電解池原電池定義將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置裝置舉例①兩個電極與直流電源相連①活潑性不同的兩電極(連接)②電解質(zhì)溶液②電解質(zhì)溶液形成條件③形成閉合回路③形成閉合回路④能自發(fā)進(jìn)展氧化復(fù)原反響陽極：與電源正極相連的極負(fù)極：較活潑金屬(電子流出的極)電極名稱陰極：與電源負(fù)極相連的極正極：較不活潑金屬屬)(電子流入的極)鹽鹽2 4NaSO不變水2 4陽極：溶液中的陰離子失電子，或電極金屬陽極：溶液中的陰離子失電子，或電極金屬負(fù)極：較活潑電極金屬或陰離子失電子，失電子，發(fā)生氧化反響發(fā)生氧化反響電極反響陰極：溶液中的陽離子得電子，發(fā)生復(fù)原反正極：溶液中的陽離子或氧氣得電子，發(fā)應(yīng)生復(fù)原反響溶液中的離子移向陰離子移向陽極，陽離子移向陰極陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極電子流向陽極正極→負(fù)極陰極負(fù)極正極實質(zhì)均發(fā)生氧化復(fù)原反響，兩電極得失電子數(shù)相等聯(lián)系原電池可以作為電解池的電源，二者共同形成閉合回路電解產(chǎn)物的推斷陽極產(chǎn)物的推斷首先看電極，假設(shè)是活性電極(一般是除Au、Pt是惰性電極(如石墨、鉑、金等)，則依據(jù)溶液中陰離子放電挨次加以推斷。陽極放電挨次：Au、Pt2>I>Br>Cl>OH>含氧酸根>F。陰極產(chǎn)物的推斷直接依據(jù)溶液中陽離子放電挨次加以推斷。陽離子放電挨次：Ag>Hg>Fe＋>C2>H＋>Pb＋>S＋>Fe＋>Z2>H＋>Al＋>M2>Na>Ca2>K＋?！咎崾尽?1)處理有關(guān)電解池兩極產(chǎn)物的問題，確定要先看電極是活性電極還是惰性電極。活性電極在陽極放電，電極溶解生成相應(yīng)的金屬離子，此時陰離子在陽極不放電。對于惰性電極，則只需比較溶液中定向移動到兩極的陰陽離子的放電挨次即可。(2)依據(jù)陽離子放電挨次推斷陰極產(chǎn)物時，要留意以下三點：c(H＋)與其他離子的濃度相近，后一個c(H)很小，來自水的電離；②Fe＋Cu＋，但第一階段只能被復(fù)原到Fe；③Pb＋Sn2＋Fe2＋Zn＋Al、Mg＋、N＋Ca＋、＋只有在熔融狀態(tài)下放電。6】屬的無氧酸鹽屬的無氧酸鹽HCl電解質(zhì)電離出的陰陽離電解質(zhì)減小增大HCl解質(zhì)型CuCl子分別在兩極放電CuCl2 2型電解質(zhì)類別實例電極反響特點電象解對電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解NaOHH＋OH分別在陰極和陽水增大增大水水型潑金屬的含氧酸HSOHO2 2減小水放H生活潑金屬的無氧NaCl陰極：HOH電解質(zhì)生成電增大 HCl2堿型酸鹽2 2成堿陽極：電解質(zhì)陰離子和水解質(zhì)放電放O放O生2不活潑金屬的含CuSO陰極：電解質(zhì)陽離子放電電解質(zhì)生成電減小CuO或4酸型氧酸鹽陽極：HOO生和水解質(zhì)CuCO2 2 3成酸H＋或OH－HOH－均換成水，在生成物中消滅的是堿或酸，同時使陰極、陽極反響式得失電子數(shù)目一樣，將兩個電極反響式相加，即得到總反應(yīng)的化學(xué)方程式。②兩惰性電極電解時，假設(shè)要使電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài)，應(yīng)遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則，一般參與陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的化合物。電解的應(yīng)用〔一〕電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿(氯堿工業(yè))CaMg＋SO2等雜質(zhì)離子，對生產(chǎn)設(shè)備造成損壞，影響產(chǎn)品4的質(zhì)量，故必需進(jìn)展精制。①化學(xué)方法BaClNaCONaOHb．過濾。

2 2 3cpH46，CO－＋2H=COHO。3 2 2Na)交換樹脂除去殘存的Ca、Mg＋，以到達(dá)技術(shù)要求。精制的飽和食鹽水中存在著NaCl-HOH-四種離子，用石墨作電極，通電時H+ 和Cl-優(yōu)先放電，電極反響式為2Cl－－2e=Cl22H＋2e－=H22NaCl＋2HO=2NaOH＋H↑＋Cl〔二〕電鍍

2 2 2概念：電鍍是利用電解原理在某些金屬外表鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。形成條件：①電解時，鍍層金屬作陽極；②鍍件作陰極；③含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液；④用直流電源。特征：①陽極本身放電被氧化；②宏觀上看無物質(zhì)生成；③電解液的總量、濃度、pH均不變?！踩畴娨睙挘弘娊馊廴贜aCl時，電極反響式為：陽極：2Cl－－2e-=Cl↑ ，2陰極：2Na＋＋2e=2Na，總反響式為：2NaCl=2Na＋Cl↑ 。2〔四〕電解精煉電解精煉粗銅時，陽極材料是——粗銅，陰極材料是——精銅，電解質(zhì)溶液是CuSO4

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溶液)。長時間電解后，電解質(zhì)溶液必需補充。其次局部：習(xí)題多多練Cu(NOAgNOKNOU32 3 3的表達(dá)正確的選項是(C)①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極Ag＋e=AgAgNO3

溶液中發(fā)生的化學(xué)反響與該原電池反響一樣A．①② B．②③ C．②④ D．③④一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反響為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反響是(C)A．CHOH(g)O(g)2e－=HO(l)＋CO(g)＋2H(aq) BO(g)＋4H(aq)4e－=2HO(l)3 2 2 2 2 2C．CHOH(g)HO(l)－6e=CO(g)6H＋(aq) DO(g)＋2HO(l)＋4e=4OH－3 2 2 2 22FeCl＋Fe=3FeCl3 2要求：(1)畫出此原電池的裝置圖，裝置可承受燒杯和鹽橋。(2)注明原電池的正、負(fù)極和外電路中電子的流向。(3)寫出兩個電極上發(fā)生的電極反響?！即鸢浮?1)裝置圖如下：KabcdPbPbOPbSOⅠⅡ(2)電池的正負(fù)極及外電路中電子的流向如以下圖。(3)負(fù)極(FeKabcdPbPbOPbSOⅠⅡ正極(C或Ag)：2F3＋2e－=2Fe2＋鉛蓄電池的工作原理為：Pb+PbO+2HSO=2PbSO+2HOC2 2 4 4 2A．KdPbSO+2HO-2e==PbO+4++SO2-4 2 2 40.2molIHSO0.2mol2 4IISO2-c4IId

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