原电池和电解池

1．原电池和电解池的比较：

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。	使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。
形成条件	①电极：两种不同的导体相连； ②电解质溶液：能与电极反应。	①电源；  ②电极（惰性或非惰性）； ③电解质（水溶液或熔化态）。
反应类型	自发的氧化还原反应	非自发的氧化还原反应
电极名称	由电极本身性质决定： 正极：材料性质较不活泼的电极； 负极：材料性质较活泼的电极。	由外电源决定： 阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极；
电极反应	负极：Zn-2e-=Zn2+   （氧化反应） 正极：2H++2e-=H2↑（还原反应）	阴极：Cu2+ +2e- = Cu  （还原反应） 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑   （氧化反应）
电子流向	负极→正极	电源负极→阴极；阳极→电源正极
电流方向	正极→负极	电源正极→阳极；阴极→电源负极
能量转化	化学能→电能	电能→化学能
应用	①抗金属的电化腐蚀； ②实用电池。	①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）；③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。

 

2．化学腐蚀和电化腐蚀的区别

	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

3．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

4．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＋Cl2	CuCl2==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

5．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

6．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
CuCl2	2Cl--2e-=Cl2↑	Cu2+ +2e-= Cu	CuCl2=  Cu +Cl2↑	——
HCl	2Cl--2e-=Cl2↑	2H++2e-=H2↑	2HCl=H2↑+Cl2↑	酸性减弱
Na2SO4	4OH--4e-=2H2O+O2↑	2H++2e-=H2↑	2H2O=2H2↑+O2↑	不变
H2SO4	4OH--4e-=2H2O+O2↑	2H++2e-=H2↑	2H2O=2H2↑+O2↑	消耗水，酸性增强
NaOH	4OH--4e-=2H2O+O2↑	2H++2e-=H2↑	2H2O=2H2↑+O2↑	消耗水，碱性增强
NaCl	2Cl--2e-=Cl2↑	2H++2e-=H2↑	2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH	H+放电，碱性增强
CuSO4	4OH--4e-=2H2O+O2↑	Cu2+ +2e-=  Cu	2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2↑+2H2SO4	OHˉ 放电,酸性增强

考点解说

1．电化腐蚀：发生原电池反应，有电流产生

（1）吸氧腐蚀

负极：Fe－2e^-==Fe²⁺

正极：O₂+4e^-+2H₂O==4OH^-

总式：2Fe+O₂+2H₂O==2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O==4Fe(OH)₃  2Fe(OH)₃==Fe₂O₃+3H₂O

（2）析氢腐蚀： CO₂+H₂OH₂CO₃H⁺+HCO₃^-

负极：Fe －2e^-==Fe²⁺

正极：2H⁺ + 2e^-==H₂↑

总式：Fe + 2CO₂ + 2H₂O = Fe(HCO₃)₂+ H₂↑

Fe(HCO₃)₂水解、空气氧化、风吹日晒得Fe₂O₃。

2．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

3。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。

②电极反应  负极：Zn-2e^-=Zn²⁺

正极：2NH₄⁺+2e^-=2NH₃+H₂     

NH₃和H₂被Zn^2＋、MnO₂吸收：  MnO₂+H₂=MnO+H₂O,Zn^2＋＋4NH₃=Zn(NH₃)₄^2＋

⑵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^-+SO₄^2- = PbSO₄ 

正极： PbO₂+2e^-+4H⁺ + SO₄^2- = PbSO₄+ 2H₂O

B.充电反应  阴极：PbSO₄ +2e^-= Pb+ SO₄^2-  

  阳极：PbSO₄-2e^- + 2H₂O = PbO₂ +4H+ + SO₄^2-

总式：

 

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。      

②电极反应        负极： 2Li-2e^-  = 2Li+

正极： I₂ +2e^-= 2I^-  总式：2Li + I₂= 2LiI

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^-

4．电解反应中反应物的判断——放电顺序

⑴阴极

A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。

B.阳离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：

K+ <Ca²⁺ <Na+ < Mg²⁺ < Al³⁺< (H+) < Zn²⁺< Fe²⁺ < Sn²⁺ < Pb²⁺ < Cu²⁺< Hg²⁺ < Ag⁺

⑵阳极

A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：

阴离子失电子：S^2- ＞ I^- ＞ Br^- ＞ Cl^- ＞ OH^- ＞ NO₃^- 等含氧酸根离子＞F^-

B.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。

5．电解反应方程式的书写步骤：

①分析电解质溶液中存在的离子；

②分析离子的放电顺序；

③确定电极、写出电极反应式；④写出电解方程式。如：

电解NaCl溶液：2NaCl+2H₂O 电解====H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，PH增大

⑵电解CuSO₄溶液：2CuSO₄ + 2H₂O电解====2Cu + O₂↑+ 2H₂SO₄

溶质、溶剂均发生电解反应， PH减小。

⑶电解CuCl₂溶液：CuCl₂电解==== Cu＋Cl₂↑

电解盐酸： 2HCl 电解==== H₂↑＋Cl₂↑

溶剂不变，实际上是电解溶质，PH增大。

⑷电解稀H₂SO₄、NaOH溶液、Na₂SO₄溶液：2H₂O电解==== 2H₂↑ + O₂↑，溶质不变，实际上是电解水，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）。

⑸电解熔融NaOH: 4NaOH 电解====4Na + O₂↑ + H₂O↑

⑹用铜电极电解Na₂SO₄溶液:    Cu +2H₂O电解==== Cu(OH)₂ + H₂↑  （

注意：不是电解水。）

6．电解液的PH变化:根据电解产物判断。口诀：“有氢生成碱，有氧生成酸；都有浓度大,都无浓度小”。（“浓度大”、“浓度小”是指溶质的浓度）

7．使电解后的溶液恢复原状的方法：

先让析出的产物（气体或沉淀）恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl气体（不能加盐酸）；②AgNO₃溶液：加Ag₂O固体（不能加AgOH）；③CuCl₂溶液：加CuCl₂固体；④KNO₃溶液：加H₂O；⑤CuSO₄溶液：CuO（不能加Cu₂O、Cu(OH)₂、Cu₂(OH)₂CO₃）等。

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↑+2NaOH 

⑵设备（阳离子交换膜电解槽）

①组成：阳极—Ti、阴极—Fe

②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⁺、SO4^2- 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⁺+AlF₆^3-

（B）、氧化铝：铝土矿

NaAlO2+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO3或2NaAlO2+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+Na2CO3

Al(OH)₃ △—→ Al₂O₃ 

2Al2O3通电→4Al+3O2↑

⑵原理   

阳极   2O^2－－ 4e^-=O₂↑

阴极   Al^3＋+3e^-=Al

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=Zn

⑵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”。

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