专题六 化学能与电能的转化(讲解部分)

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负极:⑤ Zn ,电极反应式:⑥ Zn-2e- Zn2+ 。 正极:⑦ Cu ,电极反应式:⑧ Cu2++2e- Cu 。 电池总反应:Zn+Cu2+ Zn2++Cu。 (2)电子移动方向 电子由⑨ 负极 释放,经外电路流入⑩ 正极 ,电解质溶液中的阳离子
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移向正极,某些阳离子在正极上得电子被 还原 ,形成一个闭合回 路。 二、化学电源 一次电池又称为干电池,二次电池又称为充电电池或蓄电池。
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三、原电池原理的应用 1.设计化学电源 利用原电池的原理,结合现代生活、生产和科学研究的实际需求,制作了多 种电池,如碱性锌锰干电池、铅蓄电池、锂离子电池以及航空航天电池。 2.比较金属活动性强弱 一般来说,原电池负极材料比正极材料活泼。通常情况下,发生溶解的电极 为 负 极,有气体或固体生成的电极为 正 极。 3.加快氧化还原反应的速率 对于自发的氧化还原反应,将其设计成原电池时反应速率 加快 ,如 实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气,往稀硫酸中加入少量CuSO4溶液,可使 产生H2的速率加快。 4.用于金属的防护 被保护的金属与更活泼的金属相连接组成原电池,实现金属的防护。
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考点二 电解原理及应用
一、电解原理 1.电解 使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原 反应的过程。 2.电解池 (1)装置特点
电 能转化为 化学 能。 (2)形成条件 a.与直流电源相连的两个电极。 b.电解质溶液(或熔融态电解质)。 c.形成闭合回路。
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考点清单
考点一 原电池原理及应用
一、原电池的工作原理 1.原电池 将① 化学 能转化为② 电 能的装置。 2.构成条件 (1)具有两个活泼性不同的电极(金属和金属或金属和导电的非金属)。 (2)电解质溶液。 (3)形成闭合回路。
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3.原电池的两极 负极:活泼性较强的金属,发生③ 氧化 反应。 正极:活泼性较弱的金属或能导电的非金属,发生④ 还原 反应。 4.电极反应式的书写和电子移动方向 (1)电极反应式的书写(以Zn-Cu原电池为例,如下图)
3.电极反应规律 (1)阴极 与电源 负 极相连, (2)阳极 与电源 正 极相连, 二、电解原理的应用 1.氯碱工业 (1)食盐水的精制
得到 电子发生 失去 电子发生
还原 反应。 氧化 反应。
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说明 阳离子交换膜(以电解饱和NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na+)通过, 而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能阻止H2和Cl2混合爆炸, 又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO影响烧碱质量。 (3)电极反应及总反应 阳极: 2Cl--2e- Cl2↑ 。 阴极: 2H2O+2e- H2↑+2OH- 。
成
极
②两电极插入电解质 极,待镀金属接电源负
条
②电解质溶液(电极插 溶液(或熔融电解质)中 极
件
入其中,并能与电极发 ③形成闭合回路
②电镀液必须含有镀
生自发反应)
层金属的离子(电镀过
③形成闭合回路
程中电镀液浓度不变)
电
负极:氧化反应,金属失 阳极:氧化反应,溶液中 阳极:金属电极失电子
极
电子或者氢气等还原 的阴离子失电子,或金 阴子
属电极失电子
属阳离子得电子(在电
称
正极:还原反应,溶液中 阴极:还原反应,溶液中 镀控制的条件下,水电
的阳离子得电子或者 的阳离子得电子
离产生的H+及OH-一般
氧气等得电子
不放电)
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负极 正极
电源负极 电源正极
阴极 阳极
同电解池
(1)同一原电池的正、负极的电极反应中得失电子数相等。(2)同一电解池的阴、阳极的电极反应 中得失电子数相等。(3)串联电路中的各个电极反应得失电子数相等。上述三种情况下,在计算电 解产物的量时,应按得失电子数相等计算
2e- 2Na ,阳极反应式为 2Cl--2e三、原电池、电解池及电镀池的区别
Cl2↑ 。
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原电池
电解池
电镀池
定
将化学能转变成电能 将电能转变成化学能 应用电解原理在某些
义
的装置
的装置
金属表面镀上一层其
他金属或合金的装置
装 置 举 例
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形
①活泼性不同的两电 ①两电极接直流电源 ①镀层金属接电源正
(3)金属腐蚀快慢的比较
不纯的金属在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀,活泼金属因被腐
蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关:
1)与构成原电池的材料有关,两极材料的活泼性差别越大,电动势越大,进
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行氧化还原反应的速率越快,活泼金属被腐蚀的速率就越快。 2)与金属所接触的介质有关,通常活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在 非电解质溶液中的腐蚀,在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中 的腐蚀。 一般来说,可用下列原则判断金属腐蚀的快慢: 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的 腐蚀 二、金属的防护 (1)改变金属的内部结构。例如把Ni、Cr等加入普通钢中制成不锈钢。 (2)覆盖保护层:a.涂油脂、喷油漆、搪瓷、覆盖塑料等;b.电镀耐腐蚀的金 属(Zn、Sn、Cr、Ni等)。 (3)电化学保护法:通常采用如下两种方法。a.牺牲阳极的阴极保护法。这
注意 金属的腐蚀主要是发生电化学腐蚀。
b.吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁的电化学腐蚀为例)
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜酸性很弱或呈中性
水膜呈酸性
正极反应(C)
O2+2H2O+4e-
4OH-
2H++2e-
H2↑
负极反应(Fe)
Fe-2e- Fe2+
其他反应
Fe2++2OH-
Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3 Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈
考点三 金属的腐蚀与防护
一、金属的腐蚀 (1)化学腐蚀:金属跟接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液 体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。 (2)电化学腐蚀 a.定义:不纯的金属与电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金 属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫电化学腐蚀。
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总反应(离子方程式): 2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑ 。 2.电镀 (1)电镀的特点 电镀时,阳极是 镀层金属 ,阴极是 镀件 ,一般用含有镀层金属 离子的溶液作电镀液;电镀池工作时,阳极质量 减小 ,阴极质量
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增大 ,电解质溶液浓度 基本不变 。
(2)铜的电解精炼
阳极(用 粗铜 ): Cu-2e- Cu2+ 。
粗铜中的金、银等金属杂质,因失电子能力比铜弱,难以在阳极失去电子变
成阳离子,以阳极泥的形式沉积下来。
阴极(用 纯铜 ): Cu2++2e- Cu 。
3.电冶金
金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子,从其化合物中还原出来。通
式为
Mn++ne-
M。
钠的冶炼:NaCl在熔融状态下发生电离,通直流电,阴极反应式为 2Na++