1电化学原理及其应用山东省滕州二中新校王新栋2酒精溶液氯化钠溶液酒精溶液氯化钠溶液AA氯化钠溶液稀硫酸硫酸铜溶液稀硫酸稀硫酸硫酸铜溶液稀硫酸讨论:从电极材料、电解质溶液、电极连接方式电极材料、电解质溶液、电极连接方式三三方面分析构成原电池的条件下列装置能否在外电路获得电流,为什么?AAA硫酸铜溶液稀硫酸问题问题引入引入A稀稀H2SO431.有活泼性不同的两个金属电极（或一种非金属导有活泼性不同的两个金属电极（或一种非金属导体如石墨）体如石墨）2.电极均插入电解质溶液中电极均插入电解质溶液中3.两极相连（或接触）形成闭合回路两极相连（或接触）形成闭合回路.有一个能自发进行的氧化还原反应有一个能自发进行的氧化还原反应一、形成原电池的条件稀稀H2SO44原电池化学能原电池化学能 转变为电能转变为电能不同点不同点二、原电池与普通氧化还原反应的差异二、原电池与普通氧化还原反应的差异原电池反应快原电池反应快例：在实验室制取例：在实验室制取H2时，为加快化学反应速率，应选择纯锌时，为加快化学反应速率，应选择纯锌还是粗锌与稀硫酸反应？还是粗锌与稀硫酸反应？反应部位反应部位反应速率反应速率能量变化能量变化负极失去电子发生氧化反应负极失去电子发生氧化反应正极得到电子发生还原反应正极得到电子发生还原反应5原电池的工作原理原电池的工作原理溶液中溶液中离子流向离子流向电子流向电子流向电极反应电极反应阴离子阴离子负极负极氧化反应氧化反应电子经外导线电子经外导线正极正极阳离子阳离子还原反应还原反应eI稀硫酸稀硫酸+：Zn2eZn2：2H+2eH2负极积累阳离子负极积累阳离子正极消耗阳离子正极消耗阳离子6三、原电池电极名称的判断1、根据定义来判断：电子流出的一极是负极；电子流入的一、根据定义来判断：电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。极是正极。2、根据反应类型来判断：发生氧化反应的一极是负极；发生、根据反应类型来判断：发生氧化反应的一极是负极；发生还原反应的一极是正极。还原反应的一极是正极。3、根据电极活泼性来判断：一般来说，较活泼的一极是负极；、根据电极活泼性来判断：一般来说，较活泼的一极是负极；较不活泼的一极是正极。较不活泼的一极是正极。4、根据离子流向来判断：阴离子移向的一极是负极；阳离子、根据离子流向来判断：阴离子移向的一极是负极；阳离子移向的一极是正极。移向的一极是正极。负极负极正极正极eI电子流出的极电子流出的极失电子，化合价升高失电子，化合价升高还原剂，物质被氧化还原剂，物质被氧化发生氧化反应发生氧化反应电子流入的极电子流入的极得电子，化合价降低得电子，化合价降低氧化剂，物质被还原氧化剂，物质被还原发生还原反应发生还原反应7四、金属腐蚀与防护1.金属腐蚀: (1)化学腐蚀 (2)电化腐蚀 a.析氢腐蚀 b.吸氧腐蚀2.防护方法: (1)改变金属内部组织结构 (2)在金属表面覆盖保护 (3)电化学保护法(牺牲阳极的阴极保护法) FeCH2SO4FeCNaCl 溶液溶液a.析氢腐蚀：析氢腐蚀：（强或较强酸性条件下）（强或较强酸性条件下） 负极：负极：Fe 2e- - = Fe2+正极：正极：2H+ +2e- - = H2总反应式：总反应式： Fe + + 2H+ + = Fe2+ + + H2b.吸氧腐蚀：吸氧腐蚀：（中性、碱性或极弱酸性条件下）（中性、碱性或极弱酸性条件下） 负极：负极：Fe 2e- - = Fe2+正极：正极：O2 + 2H2O+ 4e-= 4OH 反应式：反应式： 2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2 FeZnH2SO4牺牲了牺牲了Zn(负极负极)而保护了而保护了Fe(正极正极)注：原电池的负极又叫阳极，正极又叫阴极。注：原电池的负极又叫阳极，正极又叫阴极。8五、电极反应式的书写1、写出原电池总的化学方程式，并改写为离子方程、写出原电池总的化学方程式，并改写为离子方程式。式。2、找出该氧化还原反应中的两对关系：氧化剂与还、找出该氧化还原反应中的两对关系：氧化剂与还原产物、还原剂与氧化产物。原产物、还原剂与氧化产物。3、根据负极发生氧化反应写出负极电极反应式、正、根据负极发生氧化反应写出负极电极反应式、正极发生还原反应写出正极电极反应式极发生还原反应写出正极电极反应式（一般是溶液（一般是溶液中阳离子在正极上得电子，但也可能是中阳离子在正极上得电子，但也可能是O2在正极上在正极上得电子（吸氧腐蚀），或正极本身得电子）得电子（吸氧腐蚀），或正极本身得电子） 。（总离子方程式正极反应式（总离子方程式正极反应式+负极反应式）负极反应式）注意：特别要注意生成的产物与电解质溶液的酸碱注意：特别要注意生成的产物与电解质溶液的酸碱性相对应。性相对应。9总反应：总反应：CH4+2O2+2OHCO32+3H2O例例1、甲烷燃料电池，两个电极均由多孔碳制成（如下图），、甲烷燃料电池，两个电极均由多孔碳制成（如下图），则则负极应通入负极应通入_气气,正极通入正极通入_气气,电极反应为电极反应为:负极负极_，正极，正极_。CH4 CH4+2O2 CO2+2H2O CO2+2KOHK2CO3+H2O 总反应：总反应：CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O+氧化反应，为负极氧化反应，为负极还原反应，为正极还原反应，为正极2O2+8e8OH4H2O，移项整理得：，移项整理得：负极：负极：CH48e OH=CO32负极：负极：CH48e10OH=CO32负极：负极：CH48e10OH=CO32+7H2O如何保证负极电极反应式左右两边电荷守恒？可在左边补阴离如何保证负极电极反应式左右两边电荷守恒？可在左边补阴离子或在右边补阳离子。子或在右边补阳离子。负极：负极：CH48e =CO32正极：正极：2O2+8e+4H2O=8OH10例例2、宇宙飞船上的氢氧燃料电池，两个电极均由多孔碳制、宇宙飞船上的氢氧燃料电池，两个电极均由多孔碳制成（如下图），其电池反应为：成（如下图），其电池反应为：2H2O22H2O，则负极应则负极应通入通入_气气,正极通入正极通入_气气,电极反应为电极反应为:负极负极_，正极，正极_。若。若电解质溶液为硫酸时，写出该电电解质溶液为硫酸时，写出该电池的正负极电极反应式。池的正负极电极反应式。负极：负极：2H22e+4OH=4H正极：正极：O2+4e+2H2O=4OH总反应式：总反应式：2H2 + O2 = 2H2O当硫酸为电解质溶液时：当硫酸为电解质溶液时：负极：负极：2H24e- - 4H正极：正极：O24H4e- - 2H2O 被氧化，为负极被氧化，为负极被还原，为正极被还原，为正极注意体会电解质溶液的差异引起电极反应式的区别。注意体会电解质溶液的差异引起电极反应式的区别。11稀稀H2SO4总反应为：总反应为：Mg+H2SO4MgSO4+H2Mg为负极，电极反应：为负极，电极反应：Mg2eMg2Al为正极，电极反应：为正极，电极反应：2H+2eH2NaOH溶液溶液思考：若把电解质溶液换为思考：若把电解质溶液换为NaOH溶液，写出电极反应式。溶液，写出电极反应式。总反应为：总反应为： 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2Al为为负负极极氧化反应，为负极氧化反应，为负极还原反应，为正极还原反应，为正极2Al6e 2AlO22Al6e OH2AlO2Mg为正极为正极，电极反应电极反应：6H2O6e3H2+6OH2Al6e8OH2AlO24H2O2Al6e8OH2AlO22Al+2OH+2H2O2AlO2+3H2负极电极反应：负极电极反应：Mg为为负负极极12浓浓HNO3 A CuFe 常温下，常温下，Fe遇浓硝酸发生钝化，故此原电池总反应为：遇浓硝酸发生钝化，故此原电池总反应为：Cu+4HNO3(浓浓)Cu(NO3)2 +2NO2+2H2OCu+2NO3+4HCu2+2NO2+2H2O：Cu2eCu2：2NO32e+4H2NO22H2O氧化反应，为负极氧化反应，为负极还原反应，为正极还原反应，为正极铜铜为为负负极极135、银锌电池（钮扣式电池）的两个电极分别是由氧化银、银锌电池（钮扣式电池）的两个电极分别是由氧化银与少量石墨组成的活性材料和锌汞合金构成，电解质为与少量石墨组成的活性材料和锌汞合金构成，电解质为KOH溶液，总反应为：溶液，总反应为： Ag2OZn 2AgZnO ，下列，下列判断正确的是（判断正确的是（ ）A、锌为正极，、锌为正极，Ag2O为负极为负极B、锌为负极：、锌为负极：Zn2OH2e- - ZnOH2O； Ag2O为正极：为正极：Ag2OH2O2e- - 2Ag2OHC、原电池工作时，负极区、原电池工作时，负极区PH减小，正极区减小，正极区PH增大增大D、原电池工作时，负极区、原电池工作时，负极区PH增大增大Ag2OZn 2AgZnO氧化反应氧化反应还原反应还原反应BC负极：负极：Zn 2e- - ZnO正极：正极：Ag2OH2O2e- - 2Ag2OH负极：负极：Zn OH2e- - ZnO 负极：负极：Zn2OH2e- - ZnOH2O 负极：负极：Zn2OH2e- - ZnO141.1.电极电极阳阳极极阳阳极极与电源正极相连与电源正极相连与电源正极相连与电源正极相连阴阴极极阴阴极极与电源负极相连与电源负极相连与电源负极相连与电源负极相连阴极阴极阴极阴极阳极阳极阳极阳极一一.电解原理电解原理ee发生还原反应发生还原反应得得 电电 子子阳离子移向阳离子移向失失 电电 子子发生氧化反应发生氧化反应阴离子移向阴离子移向15 电流电流电流电流通过电解质溶液而在通过电解质溶液而在通过电解质溶液而在通过电解质溶液而在阴阳两极阴阳两极阴阳两极阴阳两极上发生氧化上发生氧化上发生氧化上发生氧化还原反应还原反应还原反应还原反应的过程叫电解。的过程叫电解。的过程叫电解。的过程叫电解。 借助电流引起氧化还原反应的装置即把电能转借助电流引起氧化还原反应的装置即把电能转借助电流引起氧化还原反应的装置即把电能转借助电流引起氧化还原反应的装置即把电能转化为化学能的装置叫电解池。化为化学能的装置叫电解池。化为化学能的装置叫电解池。化为化学能的装置叫电解池。2 2. .电解电解: :电解池电解池163、原电池和电解池的比较、原电池和电解池的比较 实实 质质装置名称装置名称能量转化能量转化电极名称电极名称装置差异装置差异电子流向电子流向电极反应电极反应原电池原电池电解池电解池负极：电子流出负极：电子流出正极：电子流进正极：电子流进阴极：与电源负极相连阴极：与电源负极相连阳极：与电源正极相连阳极：与电源正极相连无电源，两极材料不同无电源，两极材料不同有电源，两极材料可同可异有电源，两极材料可同可异正极：得电子还原反应正极：得电子还原反应负极：失电子氧化反应负极：失电子氧化反应阴极：失电子氧化反应阴极：失电子氧化反应阳极：得电子还原反应阳极：得电子还原反应电源负极电源负极 阴极阴极电源正极电源正极 阳极阳极负极负极 正极正极化学能化学能 电能电能电能电能 化学能化学能负极判断方法：负极判断方法：1、较活泼的金属、较活泼的金属2、电子流出、电子流出3、发生氧化反应、发生氧化反应阳极判断方法：阳极判断方法：1、连电源正极、连电源正极2、发生氧化反应、发生氧化反应3、阴离子移向、阴离子移向172 2、离子放电顺序、离子放电顺序（1） 阴极：得电子，还原反应，始终是溶液中的阳离子放电阴极：得电子，还原反应，始终是溶液中的阳离子放电阳离子放电能力（得电子能力）逐渐增强阳离子放电能力（得电子能力）逐渐增强K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+Zn2+ Fe2+ Pb2+ H+Cu2+Hg2+Ag+（2）阳极）阳极失电子，失电子，氧化反应氧化反应S2- I Br Cl OH 含氧酸根含氧酸根阴离子放电（失电子）能力：阴离子放电（失电子）能力：逐渐减弱逐渐减弱A、惰性阳极（、惰性阳极（C、Pt、Au）：溶液中的阴离子放电）：溶液中的阴离子放电B、活泼阳极：即除、活泼阳极：即除Pt、Au外的金属阳极，金属本外的金属阳极，金属本身放电：身放电：Mne M n+K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Pb2+Cu2+ Hg2+ Ag+H+SO42、NO3、CO32、PO43OHCl 、Br、 I 、 S2- 水溶液中均有水溶液中均有H+和和OH。当用惰性电极电解时，只有当用惰性电极电解时，只有Y轴和轴和I、 象限离子有机会放电。象限离子有机会放电。18以石墨为电极电解下列物质的水溶液，写出有关电极反以石墨为电极电解下列物质的水溶液，写出有关电极反应式和电解总反应式。应式和电解总反应式。 Na2SO4 NaOH H2SO4 HCl CuCl2 NaCl CuSO4练习练习K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Pb2+Cu2+ Hg2+ Ag+H+SO42、NO3、CO32、PO43OHCl 、Br、 I 、 S2- 阳极：阳极：4OH4eO2+2H2O2Cl2eCl2阴极：阴极：4H+4e2H2Cu2+2eCu19电解类电解类型型举举 例例 电极反应电极反应溶液溶液PH变化变化溶液复原溶液复原方法方法 物质类别物质类别实例实例水水电电解解含氧酸含氧酸H H2 2SOSO4 4 强碱强碱NaOHNaOH 活泼金属的活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐 NaNa2 2SOSO4 4 溶溶质质电电解解无氧酸无氧酸 HClHCl 不活泼金属不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐 CuClCuCl2 2 溶质和溶质和水同时水同时电解电解活泼金属的活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐 NaClNaCl 不活泼金属不活泼金属的含氧酸盐的含氧酸盐 CuSOCuSO4 4 阳极：阳极：4OH4OH-4e-4e=O=O2 2+2H+2H2 2O O阴极：阴极：4H4H+ +4e+4e=2H=2H2 2阳极阳极2Cl2Cl-2e-2e =Cl=Cl2 2阴极：阴极：4H4H+ +4e+4e=2H=2H2 2阳极阳极2Cl2Cl-2e-2e- =Cl=Cl2 2阴极：阴极：CuCu2+2+2e+2e=Cu=Cu阳极阳极2Cl2Cl-2e-2e = Cl = Cl2 2阴极：阴极：2H2H2 2O+2eO+2e=H=H2 2+2OH+2OH- - 阳极：阳极：4OH4OH-4e-4e=O=O2 2+2H+2H2 2O O阴极：阴极：2Cu2Cu2+2+4e+4e=2Cu=2Cu减小减小增大增大不变不变增大增大增大增大减小减小H H2 2O OHClHClCuClCuCl2 2 HClHClCuOCuO5.惰性电极电解电解质溶液示例惰性电极电解电解质溶液示例20（1 1）电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，）电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，）电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，）电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，实质上是电解水。实质上是电解水。实质上是电解水。实质上是电解水。（2 2）电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，）电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，）电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，）电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，阴极析出不活泼金属。阴极析出不活泼金属。阴极析出不活泼金属。阴极析出不活泼金属。（3 3）电解活泼金属无氧酸盐，阴极产生氢气，阳）电解活泼金属无氧酸盐，阴极产生氢气，阳）电解活泼金属无氧酸盐，阴极产生氢气，阳）电解活泼金属无氧酸盐，阴极产生氢气，阳极析出非金属。极析出非金属。极析出非金属。极析出非金属。（4 4）电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电）电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电）电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电）电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电解质本身。解质本身。解质本身。解质本身。5.电解规律电解规律21（1 1）电极区域）电极区域）电极区域）电极区域 A. A. 阴极阴极阴极阴极HH+ +放电产生放电产生放电产生放电产生HH2 2，阴极区域，阴极区域，阴极区域，阴极区域pHpH变大。变大。变大。变大。B. B. 阳极阳极阳极阳极OHOH- -放电产生放电产生放电产生放电产生OO2 2，阳极区域，阳极区域，阳极区域，阳极区域pHpH变小。变小。变小。变小。（2 2）电解质溶液中）电解质溶液中）电解质溶液中）电解质溶液中 A. A. 电解过程中电解过程中电解过程中电解过程中, ,只产生只产生只产生只产生HH2 2, pH, pH变大。变大。变大。变大。B. B. 电解过程中电解过程中电解过程中电解过程中, ,只产生只产生只产生只产生OO2 2, pH, pH变小。变小。变小。变小。C. C. 电解过程中电解过程中电解过程中电解过程中, ,既产生既产生既产生既产生HH2 2, ,又产生又产生又产生又产生OO2 2, , 则则则则 原溶液呈酸性的原溶液呈酸性的原溶液呈酸性的原溶液呈酸性的pHpH变小变小变小变小, ,原溶液呈碱性原溶液呈碱性原溶液呈碱性原溶液呈碱性 的的的的pHpH变大变大变大变大, ,原溶液呈中性的原溶液呈中性的原溶液呈中性的原溶液呈中性的 pHpH不变。不变。不变。不变。D. D. 电解过程中电解过程中电解过程中电解过程中, , 无无无无HH2 2和和和和OO2 2产生，即电解产生，即电解产生，即电解产生，即电解 电解质本身，电解质本身，电解质本身，电解质本身，pHpH的变化要具体分析。的变化要具体分析。的变化要具体分析。的变化要具体分析。6.电解中电极附近溶液电解中电极附近溶液PH值的变化值的变化只放氢只放氢pH升；升；只放氧只放氧pH降；降；放氢放氧放氢放氧浓度增；浓度增；无氢无氧无氢无氧 少本身。少本身。歌诀歌诀：22 05江苏化学江苏化学 高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：为：3Zn2K2FeO48H2O 3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列叙述不正确的是，下列叙述不正确的是 A. 放电时负极反应为：放电时负极反应为：Zn2e 2OH Zn(OH)2B 充电时阳极反应为充电时阳极反应为Fe OH 33e 5OH FeO42- 4H2OC. 放电时每转移放电时每转移3 mol电子，正极有电子，正极有1 mol K2FeO4被氧被氧 化化 D. 放电时正极附近溶液的碱性增强放电时正极附近溶液的碱性增强巩固提高：巩固提高：C23 05广东化学广东化学 一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇 Y2O3 的氧化锆的氧化锆 ZrO2 晶体，在熔融状态下能传导晶体，在熔融状态下能传导O2 。下列对该。下列对该燃料电池说法不正确的是燃料电池说法不正确的是 A 在熔融电解质中，在熔融电解质中，O2 由负极移向正极由负极移向正极B 电池的总反应是：电池的总反应是：2C4H1013O2 8CO210H2O C 通入空气的一极是正极，电极反应为通入空气的一极是正极，电极反应为O24e 2O2 D 通入丁烷的一极是负极，电极反应为：通入丁烷的一极是负极，电极反应为： 2C4H1026e 13O2 4CO25H2OA巩固提高：巩固提高：氧化反应氧化反应还原反应还原反应24搅棒 在玻璃容器中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层为NaI溶液，下层为CCl4。在上层NaI溶液中插入两根石墨电极，容器中还放有一根环形玻璃搅拌棒，可以上下搅动液体，装置如图。据实验回答：（1）接通直流电源后，阳极和阴极附近有何现象？（2）阳极的电极反应式是 阴极的电极反应式是 （3）停止通电，取出电极，用搅棒上下搅动。静置后液体又分为两层，上层 色,下层 色。搅拌后两层液体发生颜色变化的原因是：阳极周围的液体阳极周围的液体呈棕色呈棕色，且颜色由浅变深；，且颜色由浅变深；阴极上有气泡产生。阴极上有气泡产生。2I- - 2e- = I22H+ +2e- = H2无无紫红紫红 I2在在CCl4中溶解度大于在中溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大多数水中的溶解度，所以绝大多数I2都转都转移到移到CCl4中中。