高中化学原电池和电解池全面总结超全版.doc

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 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经双水解、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Zn2＋、MnO2吸收： MnO2+H2=MnO+H2O,Zn2＋＋4NH3=Zn(NH3)42＋

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。
②
②A.放电反应 负极： Pb-2e-+ SO42- = PbSO4
正极： PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O

B.充电反应 阴极：PbSO4 +2e-= Pb+ SO42-
阳极：PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42-
总式：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O

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
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
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．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：S2- ＞ 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：

解NaCl溶液：2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，PH增大
⑵电解CuSO4溶液：2CuSO4 + 2H2O2Cu + O2↑+ 2H2SO4
溶质、溶剂均发生电解反应， PH减小。

⑶电解CuCl2溶液：CuCl2 Cu＋Cl2 ↑
电解盐酸： 2HCl 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 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 4Na + O2↑ + H2O↑

⑹用铜电极电解Na2SO4溶液: Cu +2H2O 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
图20-1
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+2H2OH2↑+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+、SO42- 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++AlF63-
（B）、氧化铝： 铝土矿 NaAlO2 Al(OH)3 Al2O3
⑵ 原理
阳极 2O2－ － 4e- =O2↑
阴极 Al3＋+3e- =Al
总反应：4Al3++6O2ˉ4Al+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”。