1、金英桥教育打造精英通向成功的金色桥梁1原电池 电解池 专题7 月 31 日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。形成条件电极：两种不同的导体相连；电解质溶液：能与电极反应。电源； 电极（惰性或非惰性） ；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
2、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：Cu 2+ +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；阴极电源负极溶液中离子的流向溶液中的阴离子向负极移动，电极质量减小、 （负极聚集了阳离子、阴离子来平衡电性，如：溶液中的阳离子向阴极移动，得电子，发生还原反应。阴极受保护。溶液中的阴离子向阳极移动，失电zn+需要溶液中的阴离子来平衡） ；阳离子在正极得电子聚集在正极子，发生氧化反应能量转化 化学能电能 电能
3、化学能应用 抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食盐水（氯碱工业） ；电镀（镀铜） ；电冶（冶炼Na、Mg 、Al） ； 精炼（精铜） 。一原电池原 电 池 的 形 成 条 件原 电 池 的 工 作 原 理 原 电 池 反 应 属 于 放 热 的 氧 化 还 原 反 应 ， 但 区 别 于 一 般 的氧 化 还 原 反 应 的 是 ， 电 子 转 移 不 是 通 过 氧 化 剂 和 还 原 剂 之 间 的 有 效 碰 撞 完 成 的 ，而 是 还 原 剂 在 负 极 上 失 电 子 发 生 氧 化 反 应 ， 电 子 通 过 外 电 路 输 送 到 正 极 上 ， 氧 化剂 在 正 极 上 得 电
4、 子 发 生 还 原 反 应 ， 从 而 完 成 还 原 剂 和 氧 化 剂 之 间 电 子 的 转 移 。 两极 之 间 溶 液 中 离 子 的 定 向 移 动 和 外 部 导 线 中 电 子 的 定 向 移 动 构 成 了 闭 合 回 路 ， 使两 个 电 极 反 应 不 断 进 行 ， 发 生 有 序 的 电 子 转 移 过 程 ， 产 生 电 流 ， 实 现 化 学 能 向 电能 的 转 化 。 从 能 量 转 化 角 度 看 ， 原 电 池 是 将 化 学 能 转 化 为 电 能 的 装 置 ； 从 化 学 反 应 角 度看 ， 原 电 池 的 原 理 是 氧 化 还 原 反 应 中
5、 的 还 原 剂 失 去 的 电 子 经 导 线 传 递 给 氧 化 剂 ，使 氧 化 还 原 反 应 分 别 在 两 个 电 极 上 进 行 。 原 电 池 的 构 成 条 件 有 三 个 ： （ 1） 电 极 材 料 由 两 种 金 属 活 动 性 不 同 的 金 属 或 由 金 属 与 其 他 导 电 的 材 料 （非 金 属 或 某 些 氧 化 物 等 ） 组 成 。 （ 2） 两 电 极 必 须 浸 泡 在 电 解 质 溶 液 中 。 （ 3） 两 电 极 之 间 有 导 线 连 接 ， 形 成 闭 合 回 路 。 只 要 具 备 以 上 三 个 条 件 就 可 构 成 原 电 池
6、。 而 化 学 电 源 因 为 要 求 可 以 提 供 持 续而 稳 定 的 电 流 ， 所 以 除 了 必 须 具 备 原 电 池 的 三 个 构 成 条 件 之 外 ， 还 要 求 有 自 发 进金英桥教育打造精英通向成功的金色桥梁2行 的 氧 化 还 原 反 应 。 也 就 是 说 ， 化 学 电 源 必 须 是 原 电 池 ， 但 原 电 池 不 一 定 都 能 做化 学 电 池 。 形 成 前 提 ： 总 反 应 为 自 发 的 氧 化 还 原 反 应 电 极 的 构 成 ： a.活 泼 性 不 同 的 金 属 锌 铜 原 电 池 ， 锌 作 负 极 ， 铜 作 正 极 ； b.金
7、属 和 非 金属 （ 非 金 属 必 须 能 导 电 ） 锌 锰 干 电 池 ， 锌 作 负 极 ， 石 墨 作 正 极 ； c.金 属 与 化合 物 铅 蓄 电 池 ， 铅 板 作 负 极 ， 二 氧 化 铅 作 正 极 ； d.惰 性 电 极 氢 氧 燃 料 电 池， 电 极 均 为 铂 。 电 解 液 的 选 择 ： 电 解 液 一 般 要 能 与 负 极 材 料 发 生 自 发 的 氧 化 还 原 反 应 。 原 电 池 正 负 极 判 断 ： 负 极 发 生 氧 化 反 应 ， 失 去 电 子 ； 正 极 发 生 还 原 反 应 ， 得 到 电 子 。 电 子 由 负 极 流 向 正
8、 极 ， 电 流 由 正 极 流 向 负 极 。 溶 液 中 ， 阳 离 子 移 向 正 极， 阴 离 子 移 向 负 极 （ 负极聚集了阳离子、阴离子来平衡电性，如：zn+需要溶液中的阴离子来平衡；阳离子在正极得电子聚集在正极）电 极 反 应 方 程 式 的 书 写负 极 ： 活 泼 金 属 失 电 子 ， 看 阳 离 子 能 否 在 电 解 液 中 大 量 存 在 。 如 果 金 属 阳离 子 不 能 与 电 解 液 中 的 离 子 共 存 ， 则 进 行 进 一 步 的 反 应 。 例 ： 甲 烷 燃 料 电 池 中 ，电 解 液 为 KOH， 负 极 甲 烷 失 8 个 电 子 生 成
9、 CO2 和 H2O， 但 CO2 不 能 与 OH-共 存 ， 要 进 一 步 反 应 生 成 碳 酸 根 。 正 极 ： 当 负 极 材 料 能 与 电 解 液 直 接 反 应 时 ， 溶 液 中 的 阳 离 子 得 电 子 。 例： 锌 铜 原 电 池 中 ， 电 解 液 为 HCl， 正 极 H+得 电 子 生 成 H2。 当 负 极 材 料 不 能与 电 解 液 反 应 时 ， 溶 解 在 电 解 液 中 的 O2 得 电 子 。 如 果 电 解 液 呈 酸 性 ， O2+4e-+4H+=2H2O； 如 果 电 解 液 呈 中 性 或 碱 性 ， O2+4e-+2H2O=4OH-。
10、特 殊 情 况 :Mg-Al-NaOH， Al 作 负 极 。 负 极 ： Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O； 正 极 ： 2H2O+2e-=H2+2OH- Cu-Al-HNO3， Cu 作 负 极 。 注 意 ： Fe 作 负 极 时 ， 氧 化 产 物 是 Fe2+而 不 可 能 是 Fe3+； 肼 （ N2H4）和 NH3 的 电 池 反 应 产 物 是 H2O 和 N2 无 论 是 总 反 应 ， 还 是 电 极 反 应 ， 都 必 须 满 足 电 子 守 恒 、 电 荷 守 恒 、 质 量 守 恒。 pH 变 化 规 律 电 极 周 围 ： 消 耗 OH-(H+)， 则
11、电 极 周 围 溶 液 的 pH 减 小 （ 增 大 ） ； 反 应 生成 OH-(H+)， 则 电 极 周 围 溶 液 的 pH 增 大 （ 减 小 ） 。 溶 液 ： 若 总 反 应 的 结 果 是 消 耗 OH-(H+)， 则 溶 液 的 pH 减 小 （ 增 大 ） ； 若总 反 应 的 结 果 是 生 成 OH-(H+)， 则 溶 液 的 pH 增 大 （ 减 小 ） ； 若 总 反 应 消 耗 和生 成 OH-(H+)的 物 质 的 量 相 等 ， 则 溶 液 的 pH 由 溶 液 的 酸 碱 性 决 定 ， 溶 液 呈 碱性 则 pH 增 大 ， 溶 液 呈 酸 性 则 pH 减
12、 小 ， 溶 液 呈 中 性 则 pH 不 变 。 原 电 池 表 示 方 法原 电 池 的 组 成 用 图 示 表 达 ， 未 免 过 于 麻 烦 。 为 书 写 简 便 ， 原 电 池 的 装 置 常 用方 便 而 科 学 的 符 号 来 表 示 。 其 写 法 习 惯 上 遵 循 如 下 几 点 规 定 ： 1. 一 般 把 负 极 （ 如 Zn 棒 与 Zn2+离 子 溶 液 ） 写 在 电 池 符 号 表 示 式 的 左 边， 正 极 （ 如 Cu 棒 与 Cu2+离 子 溶 液 ） 写 在 电 池 符 号 表 示 式 的 右 边 。 2. 以 化 学 式 表 示 电 池 中 各 物
13、 质 的 组 成 ， 溶 液 要 标 上 活 度 或 浓 度 （ mol/L） ,若为 气 体 物 质 应 注 明 其 分 压 (Pa)， 还 应 标 明 当 时 的 温 度 。 如 不 写 出 ， 则 温 度 为 298.15K,气 体 分 压 为 101.325kPa,溶 液 浓 度 为 1mol/L。 3. 以 符 号 “ ”表 示 不 同 物 相 之 间 的 接 界 ， 用 “”表 示 盐 桥 。 同 一 相 中 的 不 同物 质 之 间 用 “,”隔 开 。 4. 非 金 属 或 气 体 不 导 电 ， 因 此 非 金 属 元 素 在 不 同 氧 化 值 时 构 成 的 氧 化 还
14、原电 对 作 半 电 池 时 ， 需 外 加 惰 性 导 体 （ 如 铂 或 石 墨 等 ） 做 电 极 导 体 。 其 中 ， 惰 性 导体 不 参 与 电 极 反 应 ， 只 起 导 电 （ 输 送 或 接 送 电 子 ） 的 作 用 ， 故 称 为 “惰 性 ”电 极。 按 上 述 规 定 ， Cu Zn 原 电 池 可 用 如 下 电 池 符 号 表 示 ： （ -） Zn(s) Zn2+ (C)Cu2+ (C) Cu(s) （ +） 金英桥教育打造精英通向成功的金色桥梁3理 论 上 ,任 何 氧 化 还 原 反 应 都 可 以 设 计 成 原 电 池 ， 例 如 反 应 : Cl2+
15、 2I- 2Cl- +I2 此 反 应 可 分 解 为 两 个 半 电 池 反 应 ： 负 极 ： 2I- I2+ 2e- （ 氧 化 反 应 ） 正 极 ： C2+2e- 2Cl- （ 还 原 反 应 ） 该 原 电 池 的 符 号 为 ： （ -） Pt I2(s) I- (C)Cl- (C) C2(PCL2) Pt（ +）二 两 类 钢 铁 腐 蚀吸 氧 腐 蚀吸 氧 腐 蚀 金 属 在 酸 性 很 弱 或 中 性 溶 液 里 ， 空 气 里 的 氧 气 溶 解 于 金 属 表 面 水膜 中 而 发 生 的 电 化 腐 蚀 ， 叫 吸 氧 腐 蚀 例 如 钢 铁 在 接 近 中 性 的
16、潮 湿 的 空 气 中 腐 蚀 属 于 吸 氧 腐 蚀 ， 其 电 极 反 应 如 下 ： 负 极 （ Fe） ： 2Fe - 4e = 2Fe2+ 正 极 （ C） ： 2H2O + O2 + 4e = 4OH- 钢 铁 等 金 属 的 电 化 腐 蚀 主 要 是 吸 氧 腐 蚀 吸 氧 腐 蚀 的 必 要 条 件 以 氧 的 还 原 反 应 为 阴 极 过 程 的 腐 蚀 ， 称 为 氧 还 原 腐 蚀 或 吸 氧 腐 蚀 。 发 生 吸 氧腐 蚀 的 必 要 条 件 是 金 属 的 电 位 比 氧 还 原 反 应 的 电 位 低 ： 氧 的 阴 极 还 原 过 程 及 其 过 电 位 吸
17、 氧 腐 蚀 的 阴 极 去 极 化 剂 是 溶 液 中 溶 解 的 氧 。 随 着 腐 蚀 的 进 行 ， 氧 不 断 消 耗， 只 有 来 自 空 气 中 的 氧 进 行 补 充 。 因 此 ， 氧 从 空 气 中 进 入 溶 液 并 迁 移 到 阴 极 表 面发 生 还 原 反 应 ， 这 一 过 程 包 括 一 系 列 步 骤 。 （ 1） 氧 穿 过 空 气 溶 液 界 面 进 入 溶 液 ； （ 2） 在 溶 液 对 流 作 用 下 ， 氧 迁 移 到 阴 极 表 面 附 近 ； （ 3） 在 扩 散 层 范 围 内 ， 氧 在 浓 度 梯 度 作 用 下 扩 散 到 阴 极 表
18、面 ； （ 4） 在 阴 极 表 面 氧 分 子 发 生 还 原 反 应 ， 也 叫 氧 的 离 子 化 反 应 。 吸 氧 腐 蚀 的 控 制 过 程 及 特 点 金 属 发 生 氧 去 极 化 腐 蚀 时 ， 多 数 情 况 下 阳 极 过 程 发 生 金 属 活 性 溶 解 ， 腐 蚀 过程 处 于 阴 极 控 制 之 下 。 氧 去 极 化 腐 蚀 速 度 主 要 取 决 于 溶 解 氧 向 电 极 表 面 的 传 递 速度 和 氧 在 电 极 表 面 上 的 放 电 速 度 。 因 此 ， 可 粗 略 地 将 氧 去 极 化 腐 蚀 分 为 三 种 情 况。 （ 1） 如 果 腐 蚀
19、 金 属 在 溶 液 中 的 电 位 较 高 ， 腐 蚀 过 程 中 氧 的 传 递 速 度 又 很 大， 则 金 属 腐 蚀 速 度 主 要 由 氧 在 电 极 上 的 放 电 速 度 决 定 。 （ 2） 如 果 腐 蚀 金 属 在 溶 液 中 的 电 位 非 常 低 ， 不 论 氧 的 传 输 速 度 大 小 ， 阴 极过 程 将 由 氧 去 极 化 和 氢 离 子 去 极 化 两 个 反 应 共 同 组 成 。 （ 3） 如 果 腐 蚀 金 属 在 溶 液 中 的 电 位 较 低 ， 处 于 活 性 溶 解 状 态 ， 而 氧 的 传 输速 度 又 有 限 ， 则 金 属 腐 蚀 速
20、度 由 氧 的 极 限 扩 散 电 流 密 度 决 定 。 扩 散 控 制 的 腐 蚀 过 程 中 ， 由 于 腐 蚀 速 度 只 决 定 于 氧 的 扩 散 速 度 ， 因 而 在 一 定范 围 内 ， 腐 蚀 电 流 将 不 受 阳 极 极 化 曲 线 的 斜 率 和 起 始 电 位 的 影 响 。 扩 散 控 制 的 腐 蚀 过 程 中 ， 金 属 中 不 同 的 阴 极 性 杂 质 或 微 阴 极 数 量 的 增 加 ， 对腐 蚀 速 度 的 增 加 只 起 很 小 的 作 用 。 解 题 过 程 影 响 吸 氧 腐 蚀 的 因 素 1. 溶 解 氧 浓 度 的 影 响 2 温 度 的
21、 影 响 3 盐 浓 度 的 影 响 4 溶 液 搅 拌 和 流 速 的 影 响 阴 极 控 制 原 因 主 要 是 活 化 极 化 ： =2.3RT lgiC/i/nF 主 要 是 浓 差 极 化 ： =2.3RT/nFlg(1-iC/iL) 阴 极 反 应 产 物 以 氢 气 泡 逸 出 ， 电 极 表 面 溶 液 得 到 附 加 搅 拌 产 物 OH 只 能 靠 扩 散 或 迁 移 离 开 ， 无 气 泡 逸 出 ， 得 不 到 附 加 搅 拌 析 氢 腐 蚀在 酸 性 较 强 的 溶 液 中 发 生 电 化 腐 蚀 时 放 出 氢 气 ， 这 种 腐 蚀 叫 做 析 氢 腐 蚀。 在
22、钢 铁 制 品 中 一 般 都 含 有 碳 。 在 潮 湿 空 气 中 ， 钢 铁 表 面 会 吸 附 水 汽 而 形 成 一 层金英桥教育打造精英通向成功的金色桥梁4薄 薄 的 水 膜 。 水 膜 中 溶 有 二 氧 化 碳 后 就 变 成 一 种 电 解 质 溶 液 ， 使 水 里 的 H+增多 。 是 就 构 成 无 数 个 以 铁 为 负 极 、 碳 为 正 极 、 酸 性 水 膜 为 电 解 质 溶 液 的 微 小 原 电池 。 这 些 原 电 池 里 发 生 的 氧 化 还 原 反 应 是 ： 负 极 （ 铁 ） ： 铁 被 氧 化 Fe-2e=Fe2+； 正 极 （ 碳 ） ：
23、溶 液 中 的 H+被 还 原 2H+2e=H2 这 样 就 形 成 无 数 的 微 小 原 电 池 。 最 后 氢 气 在 碳 的 表 面 放 出 ， 铁 被 腐 蚀 ， 所 以叫 析 氢 腐 蚀 。 析 氢 腐 蚀 定 义 金 属 在 酸 性 较 强 的 溶 液 中 发 生 电 化 腐 蚀 时 放 出 氢 气 ， 这 种 腐 蚀叫 做 析 氢 腐 蚀 。 析 氢 腐 蚀 与 吸 氧 腐 蚀 的 比 较比 较 项 目析 氢 腐 蚀 吸 氧 腐 蚀去极化剂性质 带电氢离子，迁移速度和扩散能力都很大中性氧分子，只能靠扩散和对流传输去极化剂浓度浓度大，酸性溶液中 H+放电中性或碱性溶液中 H2O
24、作去极化剂 浓度不大，其溶解度通常随温度升高和盐浓度增大而减小常 用 原 电 池 方 程 式1 CuH2SO4Zn 原 电 池 正 极 ： 2H+ + 2e- H2 负 极 ： Zn - 2e- Zn2+ 总 反 应 式 ： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 2 CuFeCl3C 原 电 池 正 极 ： 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+ 负 极 ： Cu - 2e- Cu2+ 总 反 应 式 ： 2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+ 3 钢 铁 在 潮 湿 的 空 气 中 发 生 吸 氧 腐 蚀 正 极 ： O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 负 极 ： 2Fe
25、- 4e- 2Fe2+ 总 反 应 式 ： 2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe（ OH)2 4 氢 氧 燃 料 电 池 （ 中 性 介 质 ） 正 极 ： O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 负 极 ： 2H2 - 4e- 4H+ 总 反 应 式 ： 2H2 + O2 = 2H2O 5 氢 氧 燃 料 电 池 （ 酸 性 介 质 ） 正 极 ： O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 负 极 ： 2H2 - 4e- 4H+ 总 反 应 式 ： 2H2 + O2 = 2H2O 6 氢 氧 燃 料 电 池 （ 碱 性 介 质 ） 正 极 ： O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
26、负 极 ： 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 总 反 应 式 ： 2H2 + O2 = 2H2O 7 铅 蓄 电 池 （ 放 电 ） 正 极 (PbO2) ： PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ PbSO4 + 2H2O 负 极 (Pb) ： Pb- 2e-+ (SO4)2- PbSO4 总 反 应 式 ： Pb+PbO2+4H+ 2(SO4)2- = 2PbSO4 + 2H2O 8 AlNaOHMg 原 电 池 正 极 ： 6H2O + 6e- 3H2 + 6OH- 负 极 ： 2Al - 6e- + 8OH- 2AlO2- + 4H2O 总 反 应 式 ： 2Al+
27、2OH-+2H2O=2AlO2- + 3H2 9 CH4 燃 料 电 池 (碱 性 介 质 ) 正 极 ： 2O2 + 4H2O + 8e- 8OH- 负 极 ： CH4 -8e- + 10OH- (CO3)2- + 7H2O 总 反 应 式 ： CH4 + 2O2 + 2OH- = (CO3)2- + 3H2O 金英桥教育打造精英通向成功的金色桥梁510 熔 融 碳 酸 盐 燃 料 电 池 （ Li2CO3 和 Na2CO3 熔 融 盐 作 电 解 液 ， CO 作 燃 料 ） ： 正 极 ： O2 + 2CO2 + 4e- 2(CO3)2- (持 续 补 充 CO2 气 体 ) 负 极 ：
28、 2CO + 2(CO3)2- - 4e- 4CO2 总 反 应 式 ： 2CO + O2 = 2CO2 11 银 锌 纽 扣 电 池 (碱 性 介 质 ) 正 极 (Ag2O) ： Ag2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH- 负 极 (Zn) ： Zn + 2OH- -2e- ZnO + H2O 总 反 应 式 ： Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag常 见 的 原 电 池常 用 原 电 池 有 锌 锰 干 电 池 、 锌 汞 电 池 、 锌 银 扣 式 电 池 及 锂 电 池 等。 1 锌 锰 干 电 池 ： 锌 锰 电 池 具 有 原 材 料 来 源 丰 富 、 工 艺
29、 简 单 ， 价 格 便 宜、 使 用 方 便 等 优 点 ， 成 为 人 们 使 用 最 多 、 最 广 泛 的 电 池 品 种 。 锌 锰 电 池 以 锌 为负 极 ， 以 二 氧 化 锰 为 正 极 。 按 照 基 本 结 构 ， 锌 锰 电 池 可 制 成 圆 筒 形 、 扣 式 和 扁形 ， 扁 形 电 池 不 能 单 个 使 用 ， 可 组 合 叠 层 电 池 （ 组 ） 。 按 照 所 用 电 解 液 的 差 别 将锌 锰 电 池 分 为 三 个 类 型 ： (1)铵 型 锌 锰 电 池 ： 电 解 质 以 氯 化 铵 为 主 ， 含 少 量 氯 化 锌 。 电 池 符 号 :(
30、-) ZnNH4ClZnCl2MnO2 (+) 总 电 池 反 应 ： Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH) (2) 锌 型 锌 锰 电 池 ： 又 称 高 功 率 锌 锰 电 池 ， 电 解 质 为 氯 化 锌 ， 具 有 防 漏性 能 好 ， 能 大 功 率 放 电 及 能 量 密 度 较 高 等 优 点 ， 是 锌 锰 电 池 的 第 二 代 产 品 ， 20 世 纪 70 年 代 初 首 先 由 德 国 推 出 。 与 铵 型 电 池 相 比 锌 型 电 池 长 时 间 放 电 不 产 生水 ， 因 此 电 池 不 易 漏 液 。 电 池 符 号 ：
31、 (-) ZnZnCl2MnO2 (+) 总 电 池 反 应 （ 长 时 间 放 电 ） ： Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl22ZnO4H2O+2Mn3O4 (3) 碱 性 锌 锰 电 池 ： 这 是 锌 锰 电 池 的 第 三 代 产 品 ， 具 有 大 功 率 放 电 性 能好 、 能 量 密 度 高 和 低 温 性 能 好 等 优 点 。 电 池 符 号 ： (-) ZnKOHMnO2 (+) 总 电 池 反 应 ： Zn+2H2O+2MnO2=2MnO(OH)+Zn(OH)2 锌 锰 电 池 额 定 开 路 电 压 为 1.5V， 实 际 开 路 电 压 1.5
32、1.8V ， 其 工 作 电压 与 放 电 负 荷 有 关 ， 负 荷 越 重 或 放 电 电 阻 越 小 ， 闭 路 电 压 越 低 。 用 于 手 电 筒 照 明时 ， 典 型 终 止 电 压 为 0.9V， 某 些 收 音 机 允 许 电 压 降 至 0.75V。 2 锂 原 电 池 ： 又 称 锂 电 池 ， 是 以 金 属 锂 为 负 极 的 电 池 总 称 。 锂 的 电极 电 势 最 负 相 对 分 子 质 量 最 小 ， 导 电 性 良 好 ， 可 制 成 一 系 列 贮 存 寿 命 长 ， 工 作温 度 范 围 宽 的 高 能 电 池 。 根 据 电 解 液 和 正 极 物
33、质 的 物 理 状 态 ， 锂 电 池 有 三 种 不 同的 类 型 ， 即 ： 固 体 正 极 有 机 电 解 质 电 池 、 液 体 正 极 液 体 电 解 质 电 池 、 固 体正 极 固 体 电 解 质 电 池 。 Li(CF)n 的 开 路 电 压 为 3.3V， 比 能 量 为480WhL-1， 工 作 温 度 在 -5570 间 ， 在 20 下 可 贮 存 10 年 之 久 ！ 它 们 都是 近 年 来 研 制 的 新 产 品 ， 目 前 主 要 用 于 军 事 、 空 间 技 术 等 特 殊 领 域 ， 在 心 脏 起 搏器 等 微 、 小 功 率 场 合 也 有 应 用 。
34、 二：电解池电解原理1、电解和电解池：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。CuCl2 CuCl 22、电解池的组成：有两个电极插入电解质溶液（或熔融状态的电解质）中。两极连外接直流电源。3、离子的放电顺序：阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。（1）阳极：（还原性强的先放电）惰性电极（Pt、Au、石墨、钛等）时：S2 I Br Cl OH （水） NO3 SO42 F活性电极时：电极本身溶解放电。（2）阴极：（
35、氧化性强的先放电）无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离金英桥教育打造精英通向成功的金色桥梁6子。阳离子在阴极上的放电顺序是：Ag+Hg2+Cu2+H+（水）Pb 2+Fe2+ Na+Ca 2+ K+ 4、电解规律：（惰性电极）（1）电解电解质：阳离子和阴离子放电能力均强于水电离出 H+和 OH 。如无氧酸和不活泼金属的无氧酸盐。HCl（aq）阳极（Cl OH ）2Cl 2e Cl 2阴极（H ） 2H 2e H 2总方程式 2HCl电 解 H2Cl 2CuCl 2（aq）阳极（Cl OH ）2Cl 2e Cl 2阴极（Cu 2 H ） Cu 2 2e Cu总方程
36、式 CuCl 2电 解 CuCl 2（2）电解水：阳离子和阴离子放电能力均弱于水电离出 H+和 OH 。如含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐。H 2SO4（aq）阳极（SO 42 OH 4OH 4e 2H 2OO 2阴极（H ） 2H 2e H 2总方程式 2H 2O电 解 2H2O 2NaOH（aq）阳极（OH ）4OH 4e 2H 2OO 2阴极：（Na H 2H 2e H 2总方程式 2H 2O电 解 2H2O 2Na 2SO4（aq）阳极（SO 42 OH 4OH 4e 2H 2OO 2阴极：（Na H 2H 2e H 2总方程式 2H 2O电 解 2H2O 2（3）电解水和电解质：阳离
37、子放电能力强于水电离出 H+，阴离子放电能力弱于水电离出 OH ，如活泼金属的无氧酸盐；阳离子放电能力弱于水电离出 H+，阴离子放电能力强于水电离出 OH ，如不活泼金属的含氧酸盐。NaCl（aq）阳极（Cl OH ）2Cl 2e Cl 2阴极：（Na H 2H 2e H 2总方程式 2NaCl2H 2O电 解 2NaOHH 2Cl 2CuSO 4（aq）阳极（SO 42 OH 4OH 4e 2H 2OO 2阴极（Cu 2 H ） Cu 2 2e Cu总方程式 2CuSO42H 2O电 解 2Cu2H 2SO4O 2【归纳总结】（1）电解的四种类型（惰性电极）：（2）电解质溶液浓度复原：加入物
38、质与电解产物的反应必须符合电解方程式生成物的化学计量数。（3）电解时 pH 的变化：电极区域：阴极 H+放电产生 H2，破坏水的电离平衡云集 OH ，阴极区域 pH变大；阳极 OH 放电产生 O2，破坏水的电离平衡云集 H+，阳极区域 pH 变小。金英桥教育打造精英通向成功的金色桥梁7电解质溶液：电解过程中，既产生 H2，又产生 O2，则原溶液呈酸性的 pH 变小，原溶液呈碱性的 pH 变大，原溶液呈中性的 pH 不变（浓度变大） ；电解过程中，无H2 和 O2 产生，pH 几乎不变。如电解 CuCl2 溶液（CuCl 2 溶液由于 Cu2+水解显酸性） ，一旦 CuCl2 全部电解完， pH
39、 值会变大，成中性溶液。电解过程中，只产生 H2，pH变大。电解过程中，只产生 O2，pH 变小。（4）电极方程式的书写：先看电极；再将溶液中的离子放电顺序排队，依次放电；注意要遵循电荷守恒，电子得失的数目要相等。（二）电解原理的应用1、铜的电解精炼2、阳极（粗铜棒）：Cu2e Cu 2阴极（精铜棒）：Cu 2 2e Cu 电解质溶液：含铜离子的可溶性电解质分析：因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成阳离子进入溶液中，Zn2e = Zn2+ 、Fe2e = Fe2+ 、Ni2e =Ni2+，Fe 2+、Zn 2+、Ni 2+不会在阴极析出，最终留存
40、溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH 均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。2、电镀阳极（镀层金属）：Cu2e Cu 2 阴极（镀件）：Cu 2 2e Cu电镀液：含镀层金属的电解质分析：因为由得失电子数目守恒可知，阳极放电形成的 Cu2 离子和阴极 Cu2离子放电的量相等，所以电解质溶液的浓度、质量、pH 均不会改变。（1）电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。（2）电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀
41、的条件下，水电离产生的 H+、OH 一般不放电。电解饱和食盐水氯碱工业氯碱工业所得的 NaOH、Cl 2 、H 2 都是重要的化工生产原料，进一步加工可得多种化工产品，涉及多种化工行业，如：有机合成、医药、农药、造纸、纺织等，与人们的生活息息相关。阳极：石墨或金属钛 2Cl 2eCl 2阴极：铁网 2H 2eH 2电解质溶液：饱和食盐水总方程式：2NaCl2H 2O电 解 2NaOHH 2Cl 2分析：在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的 OH和 Cl向阳极移动，由于 Cl比 OH容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的 Na+和 H+向阴极移动，由于
42、 H+比 Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到 NaOH。（1）饱和食盐水的精制：原因：除去 NaCl 中的 MCl 2、Na 2SO4 等杂质，防止生成氢氧化镁沉淀影响溶液的导电性，防止氯化钠中混有硫酸钠影响烧碱的质量。金英桥教育打造精英通向成功的金色桥梁8试剂加入的顺序：先加过量的 BaCl2 和过量的 NaOH（顺序可换） ，再加入过量的 Na2CO3，过滤，加盐酸调节 pH 为 7。（ 2）隔膜的作用：防止氢气和氯气混合发生爆炸；防止氯气和氢氧化钠反应影响烧碱的质量。4、电解法冶炼活泼金属：（1）电解熔融的氯化钠制金属钠： 2NaCl（熔融）电
43、 解 2NaCl 2（2）电解熔融的氯化镁制金属镁： MgCl2（熔融）电 解 MgCl 2（3）电解熔融的氧化铝制金属铝： 2Al2O3（熔融）电 解 4Al3O 2分析：在金属活动顺序表中 K、Ca、Na 、Mg、Al 等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。注意：电解熔融NaCl 和饱和 NaCl 溶液的区别；不能用 MgO 替代 MgCl2 的原因；不能用 AlCl3 替代Al2O3 的原因。三：原电池 电解池 电镀池的比较典型例题分析例 1、下图中 x、y 分别是直流电源的两极，通电后发现
44、a 极板质量增加，b 极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是（ ）金英桥教育打造精英通向成功的金色桥梁9a 极板 b 极板 x 电极 Z 溶液A 锌 石墨 负极 CuSO4B 石墨 石墨 负极 NaOHC 银 铁 正极 AgNO3D 铜 石墨 负极 CuCl2分析：通电后 a 极板增重，表明溶液中金属阳离子在 a 极板上放电，发生还原反应析出了金属单质，因此可确定 a 极板是电解池的阴极，与它相连接的直流电源的 x 极是负极。选项 C 中 x 极为正极，故 C 不正确。A 中电解液为 CuSO4 溶液，阴极 a 板上析出 Cu 而增重，阳极 b 板上由于 OH 离子放电而放出无色无臭的O2
45、，故 A 正确。B 中电解液为 NaOH 溶液，通电后阴极 a 上应放出 H2，a 极板不会增重，故 B 不正确。D 中电解液为 CuCl2 溶液，阴极 a 板上因析出 Cu 而增重，但阳板 b 板上因 Cl 离子放电，放出黄绿色有刺激性气味的 Cl2，故 D 不正确。答案为 A。例 2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn（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） 33e
46、 + 5 OH = FeO 4+ 4H2OC、放电时每转移 3 mol 电子，正极有 1mol K2FeO4 被氧化D、放电时正极附近溶液的碱性增强分析：A 是关于负极反应式的判断，判断的要点是：抓住总方程式中“放电”是原电池、 “充电”是电解池的规律，再分析清楚价态的变化趋势，从而快速准确的判断，A 是正确的。B 是充电时的阳极方程式，首先判断应该从右向左，再判断阳极应该是失去电子，就应该是元素化合价升高的元素所在的化合物参加反应，然后注重电子、电荷以及元素三个守恒，B 正确；C 主要是分析原总方程式即可，应该是 1mol K2FeO4 被还原，而不是氧化。D 选项中关于放电时正极附近的溶液
47、状况，主要是分析正极参加反应的物质以及其电极反应式即可，本答案是正确的。答案选C。例 5、通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1 价）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比 n（硝酸银）n（硝酸亚汞）=21 ，则下列表述正确的是（ ）A、在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比 n（Ag ） n（Hg）=21B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等C、硝酸亚汞的分子式为 HgNO3 D、硝酸亚汞的分子式为 Hg2（NO 3） 2分析：通以相等的电量即是通过相同的电子数，银和亚汞都是+1 价，因此，得到的单质银和汞的物质的量也应相等；又因电解的 n（硝酸银）
48、n（硝酸亚汞）=2 1，硝酸银的化学式为 AgNO3，故硝酸亚汞的化学式不可能为 HgNO3，只能为Hg2（NO 3） 2。答案为 D。例 6、下图中电极 a、b 分别为 Ag 电极和 Pt 电极，电极 c、d 都是石墨电极。通电一段时间后，只在 c、d 两极上共收集到 336mL（标准状态）气体。回答：（1）直流电源中，M 为 极。（2）Pt 电极上生成的物质是 ，其质量为 g。（3）电源输出的电子，其物质的量与电极 b、c、d 分别生成的物质的物质的量之比为：2 。（4）AgNO 3 溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同） ，AgNO 3 溶液的 pH ，H 2SO4 溶液的浓度 ，H 2SO4 溶液的 pH 。（5）若 H2SO4 溶液的质量分数由 5.00%变为 5.
