第一节 原电池原电池: 1、概念: 化学能转化为电能的装置叫做原电池_______ 2、组成条件:①两个活泼性不同的电极② 电解质溶液③ 电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路3、电子流向:外电路: 负 极——导线—— 正 极 内电路:盐桥中 阴 离子移向负极的电解质溶液,盐桥中 阳 离子移向正极的电解质溶液。
4、电极反应:以锌铜原电池为例:负极: 氧化 反应: Zn-2e=Zn2+ (较活泼金属)正极: 还原 反应: 2H++2e=H2↑ (较不活泼金属)总反应式: Zn+2H+=Zn2++H2↑ 5、正、负极的判断: (1)从电极材料:一般较活泼金属为负极;或金属为负极,非金属为正极。(2)从电子的流动方向 负极流入正极 (3)从电流方向 正极流入负极 (4)根据电解质溶液内离子的移动方向 阳离子流向正极,阴离子流向负极 (5)根据实验现象①__溶解的一极为负极__② 增重或有气泡一极为正极 第二节 化学电池1、电池的分类:化学电池、太阳能电池、原子能电池2、化学电池:借助于化学能直接转变为电能的装置3、化学电池的分类: 一次电池 、二次电池 、燃料电池 一、一次电池 1、常见一次电池:碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等二、二次电池 1、二次电池:放电后可以再充电使活性物质获得再生,可以多次重复使用,又叫充电电池或蓄电池。
2、电极反应:铅蓄电池 放电:负极(铅): Pb+ -2e =PbSO4↓ 正极(氧化铅): PbO2+4H++ +2e =PbSO4↓+2H2O 充电:阴极: PbSO4+2H2O-2e =PbO2+4H++ 阳极: PbSO4+2e =Pb+ 两式可以写成一个可逆反应: PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4↓+2H2O 3、目前已开发出新型蓄电池:银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池三、燃料电池 1、燃料电池: 是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池 2、电极反应:一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同,可根据燃烧反应写出总的电池反应,但不注明反应的条件。,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。
以氢氧燃料电池为例,铂为正、负极,介质分为酸性、碱性和中性。当电解质溶液呈酸性时: 负极:2H2-4e =4H+ 正极:O2+4 e 4H+ =2H2O当电解质溶液呈碱性时: 负极: 2H2+4OH-4e=4H2O 正极:O2+2H2O+4 e=4OH另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极,又在两极上分别通甲烷燃料和氧气氧化剂。
电极反应式为:负极:CH4+10OH--8e = +7H2O;正极:4H2O+2O2+8e =8OH。电池总反应式为:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O3、燃料电池的优点:能量转换率高、废弃物少、运行噪音低四、废弃电池的处理:回收利用第三节 电解池一、电解原理1、电解池: 把电能转化为化学能的装置 也叫电解槽 2、电解:电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程 3、放电:当离子到达电极时,失去或获得电子,发生氧化还原反应的过程 4、电子流向:(电源)负极—(电解池)阴极—(离子定向运动)电解质溶液—(电解池)阳极—(电源)正极 5、电极名称及反应: 阳极:与直流电源的 正极 相连的电极,发生 氧化 反应 阴极:与直流电源的 负极 相连的电极,发生 还原 反应 6、电解CuCl2溶液的电极反应:阳极: 2Cl- -2e-=Cl2 (氧化)阴极: Cu2++2e-=Cu(还原)总反应式: CuCl2 =Cu+Cl2 ↑ 7、电解本质:电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程☆规律总结:电解反应离子方程式书写:放电顺序:阳离子放电顺序Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 阴离子的放电顺序 是惰性电极时:S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根离子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)是活性电极时:电极本身溶解放电注意先要看电极材料,是惰性电极还是活性电极,若阳极材料为活性电极(Fe、Cu)等金属,则阳极反应为电极材料失去电子,变成离子进入溶液;若为惰性材料,则根据阴阳离子的放电顺序,依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。
二、电解原理的应用 1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气(1)、电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法(2)、电极、电解质溶液的选择:阳极:镀层金属,失去电子,成为离子进入溶液 M— ne — == M n+阴极:待镀金属(镀件):溶液中的金属离子得到电子,成为金属原子,附着在金属表面M n+ + ne — == M电解质溶液:含有镀层金属离子的溶液做电镀液镀铜反应原理 阳极(纯铜):Cu-2e-=Cu2+,阴极(镀件):Cu2++2e-=Cu, 电解液:可溶性铜盐溶液,如CuSO4溶液 (3)、电镀应用之一:铜的精炼 阳极:粗铜;阴极: 纯铜电解质溶液: 硫酸铜 3、电冶金(1)、电冶金:使矿石中的 金属阳离子 获得电子,从它们的化合物中还原出来用于冶炼活泼金属,如钠、镁、钙、铝(2)、电解氯化钠:通电前,氯化钠高温下熔融:NaCl == Na + + Cl—通直流电后:阳极:2Na+ + 2e— == 2Na阴极:2Cl— — 2e— == Cl2↑☆规律总。
原电池部分 一、构成原电池的条件:(1)电极材料。
两种金属活动性不同的金属或金属和其它导电性(非金属或某些氧化物等);(2)两电极必须浸没在电解质溶液中;(3)两电极之间要用导线连接,形成闭合回路。说明:①一般来说,能与电解质溶液中的某种成分发生氧化反应的是原电池的负极。
②很活泼的金属单质一般不作做原电池的负极,如K、Na、Ca等。二、铜锌原电池示意图:三、原电池正负极的判断:(1)由组成原电池的两极材料判断:一般来说,较活泼的或能和电解质溶液反应的金属为负极,较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。
但具体情况还要看电解质溶液,如镁、铝电极在稀硫酸在中构成原电池,镁为负极,铝为正极;但镁、铝电极在氢氧化钠溶液中形成原电池时,由于是铝和氢氧化钠溶液发生反应,失去电子,因此铝为负极,镁为正极。(2)根据外电路电流的方向或电子的流向判断:在原电池的外电路,电流由正极流向负极,电子由负极流向正极。
(3)根据内电路离子的移动方向判断:在原电池电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极。(4)根据原电池两极发生的化学反应判断:原电池中,负极总是发生氧化反应,正极总是发生还原反应。
因此可以根据总化学方程式中化合价的升降来判断。(5)根据电极质量的变化判断:原电池工作后,若某一极质量增加,说明溶液中的阳离子在该电极得电子,该电极为正极,活泼性较弱;如果某一电极质量减轻,说明该电极溶解,电极为负极,活泼性较强。
(6)根据电极上产生的气体判断:原电池工作后,如果一电极上产生气体,通常是因为该电极发生了析出氢的反应,说明该电极为正极,活动性较弱。(7)根据某电极附近pH的变化判断:析氢或吸氧的电极反应发生后,均能使该电极附近电解质溶液的pH增大,因而原电池工作后,该电极附近的pH增大了,说明该电极为正极,金属活动性较弱。
四、电极反应式的书写:(1)写总式。(2)划价、找极。
化合价升高、失电子、被氧化-负极;价降、得电子、被还原-正极。(3)看介质、写主体。
(4)调整系数保证三大守恒(转移电子的数目守恒、电荷守恒、质量守恒)。 另外:在酸溶液中,电极反应式中不能出现OH-;在碱溶液中,电极反应式中不 能出现H+;CH4、CH3OH等燃料电池,在碱溶液中碳(C)元素以CO32-离子形式存在,而不是放出CO2气体。
五、原电池的设计:从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池,而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应,便可以写出另一个电极反应方程式。
还原剂做负极发生氧化反应;氧化剂不一定做正极,但一定发生还原反应。例如请根据反应 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+设计原电池,你有哪些可行方案?六、原电池原理的应用:原电池原理在工农业生产、日常生活、科学研究中具有广泛的应用。
1. 化学电源:人们利用原电池原理,将化学能直接转化为电能,制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池以及高能燃料电池,以满足不同的需要。
在现代生活、生产和科学研究以及科学技术的发展中,电池发挥的作用不可代替,大到宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船,小到电脑、电话、手机以及心脏起搏器等,都离不开各种各样的电池。2. 加快反应速率:如实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气,用纯锌生成氢气的速率较慢,而用粗锌可大大加快化学反应速率,这是因为在粗锌中含有杂质,杂质和锌形成了无数个微小的原电池,加快了反应速率。
3. 比较金属的活动性强弱:一般来说,负极比正极活泼。4. 防止金属的腐蚀:①金属的腐蚀指的是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应,使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程。
②在金属腐蚀中,我们把不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀。电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀:在潮湿的空气中,钢铁表面吸附一层薄薄的水膜,里面溶解了少量的氧气、二氧化碳,含有少量的H+和OH-形成电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少量的碳形成了无数个微小的原电池,铁作负极,碳作正极,发生吸氧腐蚀:负极:2Fe -2*2e- =2Fe2+ 正极: O2 + 4e-+ 2H2O = 4OH- ③电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。
因此可以用更活泼的金属与被保护的金属相连接,或者让金属与电源的负极相连接均可防止金属的腐蚀。④防止金属锈蚀的一般方法:改变金属结构、涂层、牺牲阳极的阴极保护法。
一、铜、银、锌电极的制备 ----------------------------------------------------------------------------- (1)银电极的制备 将欲镀之银电极两只用细砂纸轻轻打磨至露出新鲜的金属光泽,再用蒸馏水洗净。
将欲用 的两只Pt 电极浸入稀硝酸溶液片刻,取出用蒸馏水洗净。将洗净的电极分别插入盛有镀银 液(镀液组成为100mL 水中加1.5g 硝酸银和1.5g 氰化钠)的小瓶中,按图Ⅲ 15 1 接好 线路 ,并将两个小瓶串联,控制电流为0.3mA,镀1h,得白色紧密的镀银电极两只。
(2)铜电极的制备 将铜电极在1∶3 的稀硝酸中浸泡片刻,取出洗净,作为负极,以另一铜板作正极在镀铜液 中电镀(镀铜液组成为:每升中含125gCuSO45H2O,25gH2SO4,50mL 乙醇)。控制电流为 20mA,电镀20min 得表面呈红色的Cu 电极,洗净后放入0.1000molkg-1CuSO4 中备用。
(3)锌电极的制备 将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻,取出洗净,浸入汞或饱和硝酸亚汞溶液中约10s,表面 上即生成一层光亮的汞齐,用水冲洗晾干后,插入0.1000molkg-1ZnSO4 中待用。 二、盐桥的制备 ------------------------------------------------------------------------------ 1、琼酯-饱和KCl 盐桥: 烧杯。
一、铜、银、锌电极的制备 ----------------------------------------------------------------------------- (1)银电极的制备 将欲镀之银电极两只用细砂纸轻轻打磨至露出新鲜的金属光泽,再用蒸馏水洗净。将欲用 的两只Pt 电极浸入稀硝酸溶液片刻,取出用蒸馏水洗净。
将洗净的电极分别插入盛有镀银 液(镀液组成为100mL 水中加1.5g 硝酸银和1.5g 氰化钠)的小瓶中,按图Ⅲ 15 1 接好 线路 ,并将两个小瓶串联,控制电流为0.3mA,镀1h,得白色紧密的镀银电极两只。 (2)铜电极的制备 将铜电极在1∶3 的稀硝酸中浸泡片刻,取出洗净,作为负极,以另一铜板作正极在镀铜液 中电镀(镀铜液组成为:每升中含125gCuSO4??5H2O,25gH2SO4,50mL 乙醇)。
控制电流为 20mA,电镀20min 得表面呈红色的Cu 电极,洗净后放入0.1000mol??kg-1CuSO4 中备用。 (3)锌电极的制备 将锌电极在稀硫酸溶液中浸泡片刻,取出洗净,浸入汞或饱和硝酸亚汞溶液中约10s,表面 上即生成一层光亮的汞齐,用水冲洗晾干后,插入0.1000mol??kg-1ZnSO4 中待用。
二、盐桥的制备 ------------------------------------------------------------------------------ 1、琼酯-饱和KCl 盐桥: 烧杯中加入琼酯3 克和97ml 蒸馏水,在水浴上加热至完全溶解。 然后加入30 克KCl 充分搅拌,KCl 完全溶解后趁热用滴管或虹吸将此溶液加入已事先弯好 的玻璃管中,静置待琼酯凝结后便可使用。
琼酯-饱和KCl 盐桥不能用于含Ag+、Hg2 2+等 与Cl-作用的例子或含有ClO4-等与K+作用的物质的溶液。 2、3%琼酯-1mol??dm-3 K2SO4盐桥:适用于与作用的溶液,在该溶液中可使用Hg―Hg2SO4― 饱和K2SO4 电极。
3、3%琼酯-1mol??dm-3 NaCl 或LiCl 盐桥:适用于含高浓度的ClO4-的溶液,在该溶液 中可使用汞-甘汞-饱和NaCl 或LiCl 电极。 4、NH4NO3 盐桥和KNO3 盐桥在许多溶液中都能使用,但它与通 常的各种电极无共同离子, 因而在共同使用时会改变参考电极的浓度和引入外来离子,从而可能改变参考电极的电势 。
另外在含有高浓度的酸、氨的溶液中不能使用琼酯盐桥。 5、(1)简易法 用滴管将饱和KNO3(或NH4NO3)溶液注入U型管中,加满后用捻紧的滤纸塞紧U型管两端 即 可,管中不能存有气泡。
(2) 凝胶法 称取琼脂1g 放入50mL 饱和KNO3 溶液中,浸泡片刻,再缓慢加热至沸腾,待琼脂全部溶 解后 稍冷,将洗净之盐桥管插入琼脂溶液中,从管的上口将溶液吸满(管中不能有气泡), 保持 此充满状态冷却到室温,即凝固成冻胶固定在管内。取出擦净备用。
三、电镀常识 ------------------------------------------------------------------------------- 电镀常识 表面处理的基本过程大致分为三个阶段:前处理,中间处理和后处理。 1 前处理 零件在处理之前,程度不同地存在着毛刺和油污,有的严重腐蚀,给中间处理带来很大困 难,给化学或电化学过程增加额外阻力,有时甚至使零件局部或整个表面不能获得镀层或 膜层,还会污染电解液,影响表面处理层的质量。
包括除油、浸蚀,磨光、抛光、滚光、吹砂、局部保护、装挂、加辅助电极等。 2 中间处理 是赋予零件各种预期性能的主要阶段,是表面处理的核心,表面处理质量的好坏主要取决 于这一阶段的处理。
3 后处理 是对膜层和镀层的辅助处理。 电镀过程中的基本术语 ------------------------------------------------------------------ 1 分散能力 在特定条件下,一定溶液使电极(通常是阴极)镀层分布比初次电流分布所获得的结果更 为均匀的能力。
亦称均镀能力。 2 覆盖能力 镀液在特定条件下凹槽或深孔处沉积金属的能力。
亦称深镀能力。 3 阳 极 能够接受反应物所给出电子的电极,即发生氧化反应的电极。
4 不溶性阳极 在电流通过时,不发生阳极溶解反应的电极。 5 阴 极 反应于其上获得电子的电极,即发生还原反应的电极。
6 电流密度 单位面积电极上通过的电流强度,通常以 A/dm2 表示。 7 电流密度范围 能获得合格镀层的电流密度区间。
8 电流效率 电极上通过单位电量时,其一反应形成之产。
电解池的电极反应符合异性相吸的原理,阳极连着电源的正极带正电性,所以能吸引溶液中的阴离子到电极上反应,而阴极连着电源的负极带负电性,能吸引溶液中的阳离子到电极上反应。
参加电极反应的离子有一定的顺序:阳离子一般以金属活动性顺序表为基准,排在H+后面的金属阳离子先得电子,如果是活泼金属的阳离子则轮到水电离出来的H+先得电子;阴离子看组成,如果是简单阴离子如 Cl-、Br-、S2-等,那么就是它们先失电子,如果酸根阴离子是硫酸根离子、碳酸根离子、硝酸根离子这些复杂原子团时,那么就轮到水电离出来的OH-先失电子了如: 电解NaCl溶液:阳离子是H+在阴极得电子,阴离子就是Cl-在阳极失电子;电解Na2SO4溶液:阳离子是H+在阴极得电子,阴离子就是OH-在阳极失电子;电解CuSO4溶液:阳离子是Cu2+在阴极得电子,阴离子就是OH-在阳极失电子;电解CuCl2溶液:阳离子是Cu2+在阴极得电子,阴离子就是Cl-在阳极失电子;。
1、原电池、电解池、电镀池判定规律
若无外接电源,可能是原电池,然后依据原电池的形成条件分析判定,主要思路是“三看”。先看电极:两极为导体且活泼性不同;再看溶液:两极插入电解质溶液中;后看回路:形成闭合回路或两极接触。
若有外接电源,两极插入电解质溶液中,则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池,其余情况为电解池。
2、酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极)
3、关计算的方法规律
有关电解的计算通常是求电解后某产物质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种:一是根据电解方程式或电极反应式列比例式求解;二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒等式求解。以电子守恒较为简便,注意运用。
3、电化学基础知识的应用
(1)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁为例):
(2)的防护,主要有下面几种情况:
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;覆盖保护层,例如涂油层、油漆、搪瓷、熟料等,另外还有电镀耐腐蚀的金属(Zn、Sn、Cr、Ni等);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法,例如大型水坝船闸的保护就是让铁闸门和电源负极相连。
(3)电解原理的应用
氯碱工业(电解饱和食盐水):2NaCl + 2H2O ==(电解) 2NaOH + H2↑ + Cl2↑;活泼金属Na、Mg、Al的制取,例如,电解熔融的NaOH制金属Na,4NaOH ==(电解) 4Na +2H2O + O2↑(其中Na为阴极区产物而 H2O和 O2则为阳极区产物);金属的精炼,例如铜的精炼,以粗铜为阳极,精铜为阴极,含铜离子的溶液作电解质溶液;电镀,待镀金属制品作阴极,镀层金属作阳极,含有镀层金属离子的溶液作电镀液,阳极反应:M – ne-== Mn+(进入溶液),阴极反应Mn++ ne-== M(在镀件上沉积)。
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