原電池和電解池

1．原電池和電解池的比較：

2．化學腐蝕和電化腐蝕的區(qū)別

3．吸氧腐蝕和析氫腐蝕的區(qū)別

4．電解、電離和電鍍的區(qū)別

5．電鍍銅、精煉銅比較

6．電解方程式的實例（用惰性電極電解）：

考點解說

1．電化腐蝕：發(fā)生原電池反應，有電流產生

（1）吸氧腐蝕

負極：Fe－2e^-==Fe²⁺

正極：O₂+4e^-+2H₂O==4OH^-

總式：2Fe+O₂+2H₂O==2Fe(OH)₂

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

（2）析氫腐蝕： CO₂+H₂OH₂CO₃H⁺+HCO₃^-

負極：Fe －2e^-==Fe²⁺

正極：2H⁺ + 2e^-==H₂↑

總式：Fe + 2CO₂ + 2H₂O = Fe(HCO₃)₂+ H₂↑

Fe(HCO₃)₂水解、空氣氧化、風吹日曬得Fe₂O₃。

2．金屬的防護

⑴改變金屬的內部組織結構。合金鋼中含有合金元素，使組織結構發(fā)生變化，耐腐蝕。如：不銹鋼。

⑵在金屬表面覆蓋保護層。常見方式有：涂油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等；使表面生成致密氧化膜；在表面鍍一層有自我保護作用的另一種金屬。

⑶電化學保護法

①外加電源的陰極保護法:接上外加直流電源構成電解池，被保護的金屬作陰極。

②犧牲陽極的陰極保護法：外加負極材料，構成原電池，被保護的金屬作正極

3。常見實用電池的種類和特點

⑴干電池（屬于一次電池）

①結構：鋅筒、填滿MnO₂的石墨、溶有NH₄Cl的糊狀物。

②電極反應  負極：Zn-2e^-=Zn²⁺

正極：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鉛蓄電池（屬于二次電池、可充電電池）

①    結構：鉛板、填滿PbO₂的鉛板、稀H₂SO₄。

  ②A.放電反應  負極： Pb-2e^-+SO₄^2- = PbSO₄ 

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

B.充電反應  陰極：PbSO₄ +2e^-= Pb+ SO₄^2-  

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

總式：

注意：放電和充電是完全相反的過程，放電作原電池，充電作電解池。電極名稱看電子得失，電極反應式的書寫要求與離子方程式一樣，且加起來應與總反應式相同。

⑶鋰電池

①    結構：鋰、石墨、固態(tài)碘作電解質。      

②電極反應        負極： 2Li-2e^-  = 2Li+

正極： I₂ +2e^-= 2I^-  總式：2Li + I₂= 2LiI

⑷A.氫氧燃料電池

①    結構：石墨、石墨、KOH溶液。

  ②電極反應   

              負極： H₂- 2e^-+ 2OH- = 2H₂O

  正極： O₂ + 4e^- + 2H₂O= 4OH^-

     總式：2H₂+O₂=2H₂O

（反應過程中沒有火焰，不是放出光和熱，而是產生電流）

注意：還原劑在負極上反應，氧化劑在正極上反應。書寫電極反應式時必須考慮介質參加反應（先常規(guī)后深入）。若相互反應的物質是溶液，則需要鹽橋（內裝KCl的瓊脂，形成閉合回路）。

B．鋁、空氣燃料電池  以鋁—空氣—海水電池為能源的新型海水標志燈已研制成功。這種燈以取之不盡的海水為電解質溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而源源不斷產生電流。只要把燈放入海水中，數(shù)分鐘后就會發(fā)出耀眼的閃光，其能量比干電池高20～50倍。

電極反應：鋁是負極    4Al-12e^-== 4Al³⁺；

石墨是正極  3O₂+6H₂O+12e^-==12OH^-

4．電解反應中反應物的判斷——放電順序

⑴陰極

A.陰極材料(金屬或石墨)總是受到保護。

B.陽離子得電子順序 — 金屬活動順序表的反表：

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

⑵陽極

A.陽極材料是惰性電極(C、Pt、Au、Ti等)時：

陰離子失電子：S^2- ＞ I^- ＞ Br^- ＞ Cl^- ＞ OH^- ＞ NO₃^- 等含氧酸根離子＞F^-

B.陽極是活潑電極時：電極本身被氧化，溶液中的離子不放電。

5．電解反應方程式的書寫步驟：

①分析電解質溶液中存在的離子；

②分析離子的放電順序；

③確定電極、寫出電極反應式；④寫出電解方程式。如：

電解NaCl溶液：2NaCl+2H₂O 電解====H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，溶質、溶劑均發(fā)生電解反應，PH增大

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

溶質、溶劑均發(fā)生電解反應， PH減小。

⑶電解CuCl₂溶液：CuCl₂電解==== Cu＋Cl₂↑

電解鹽酸： 2HCl 電解==== H₂↑＋Cl₂↑

溶劑不變，實際上是電解溶質，PH增大。

⑷電解稀H₂SO₄、NaOH溶液、Na₂SO₄溶液：2H₂O電解==== 2H₂↑ + O₂↑，溶質不變，實際上是電解水，PH分別減小、增大、不變。酸、堿、鹽的加入增加了溶液導電性,從而加快電解速率（不是起催化作用）。

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

⑹用銅電極電解Na₂SO₄溶液:    Cu +2H₂O電解==== Cu(OH)₂ + H₂↑  （

注意：不是電解水。）

6．電解液的PH變化:根據(jù)電解產物判斷。口訣：“有氫生成堿，有氧生成酸；都有濃度大,都無濃度小”。（“濃度大”、“濃度小”是指溶質的濃度）

7．使電解后的溶液恢復原狀的方法：

先讓析出的產物（氣體或沉淀）恰好完全反應，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl氣體（不能加鹽酸）；②AgNO₃溶液：加Ag₂O固體（不能加AgOH）；③CuCl₂溶液：加CuCl₂固體；④KNO₃溶液：加H₂O；⑤CuSO₄溶液：CuO（不能加Cu₂O、Cu(OH)₂、Cu₂(OH)₂CO₃）等。

8．電解原理的應用

A、電解飽和食鹽水（氯堿工業(yè)）

⑴反應原理

陽極： 2Cl^- - 2e^-==  Cl₂↑

陰極： 2H+ + 2e^-==H₂↑

總反應：2NaCl+2H₂O電解====H₂↑+Cl₂↑+2NaOH 

⑵設備（陽離子交換膜電解槽）

①組成：陽極—Ti、陰極—Fe

②陽離子交換膜的作用：它只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過。

⑶制燒堿生產過程（離子交換膜法）

①食鹽水的精制：粗鹽（含泥沙、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO4^2- 等）→加入NaOH溶液→加入BaCl₂溶液→加入Na₂CO₃溶液→過濾→加入鹽酸→加入離子交換劑(NaR)

②電解生產主要過程（見圖20-1）：NaCl從陽極區(qū)加入，H₂O從陰極區(qū)加入。陰極H+ 放電，破壞了水的電離平衡，使OH^-濃度增大，OH^-和Na⁺形成NaOH溶液。

B、電解冶煉鋁

⑴原料：（A）、冰晶石：Na₃AlF₆=3Na⁺+AlF₆^3-

（B）、氧化鋁：鋁土礦

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

Al(OH)₃ △—→ Al₂O₃ 

2Al2O3通電→4Al+3O2↑

⑵原理   

陽極   2O^2－－ 4e^-=O₂↑

陰極   Al^3＋+3e^-=Al

總反應：4Al³⁺+6O²ˉ電解====4Al+3O₂↑

⑶設備：電解槽（陽極C、陰極Fe）

因為陽極材料不斷地與生成的氧氣反應：C+O₂ → CO+CO₂，故需定時補充。

C、電鍍：用電解的方法在金屬表面鍍上一層金屬或合金的過程。

⑴鍍層金屬作陽極，鍍件作陰極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子。電鍍鋅原理：

陽極  Zn－2eˉ = Zn²⁺

陰極  Zn²⁺+2eˉ=Zn

⑵電鍍液的濃度在電鍍過程中不發(fā)生變化。

⑶在電鍍控制的條件下，水電離出來的H⁺和OHˉ一般不起反應。

⑷電鍍液中加氨水或 NaCN的原因：使Zn²⁺離子濃度很小，鍍速慢，鍍層才能致密、光亮。

D、電解冶煉活潑金屬Na、Mg、Al等。

E、電解精煉銅：粗銅作陽極，精銅作陰極，電解液含有Cu²⁺。銅前金屬先反應但不析出，銅后金屬不反應，形成 “陽極泥”。

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