最新高中化學(xué)原電池和電解池知識點總結(jié)
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一、原電池；
原電池的形成條件
原電池的工作原理原電池反應(yīng)屬于放熱的氧化還原反應(yīng)，但區(qū)別于一般的氧化還原反應(yīng)的是，電子轉(zhuǎn)移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的，而是還原劑在負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子通過外電路輸送到正極上，氧化劑在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉(zhuǎn)移。兩極之間溶液中離子的定向移動和外部導(dǎo)線中電子的定向移動構(gòu)成了閉合回路，使兩個電極反應(yīng)不斷進行，發(fā)生有序的電子轉(zhuǎn)移過程，產(chǎn)生電流，實現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。
從能量轉(zhuǎn)化角度看，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；從化學(xué)反應(yīng)角度看，原電池的原理是氧化還原反應(yīng)中的還原劑失去的電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞給氧化劑，使氧化還原反應(yīng)分別在兩個電極上進行。
原電池的構(gòu)成條件有三個：
（1）電極材料由兩種金屬活動性不同的金屬或由金屬與其他導(dǎo)電的材料（非金屬或某些氧化物等）組成。
�。�2）兩電極必須浸泡在電解質(zhì)溶液中。
�。�3）兩電極之間有導(dǎo)線連接，形成閉合回路。
只要具備以上三個條件就可構(gòu)成原電池。而化學(xué)電源因為要求可以提供持續(xù)而穩(wěn)定的電流，所以除了必須具備原電池的三個構(gòu)成條件之外，還要求有自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。也就是說，化學(xué)電源必須是原電池，但原電池不一定都能做化學(xué)電池。 形成前提：總反應(yīng)為自發(fā)的氧化還原反應(yīng)
電極的構(gòu)成：
a.活潑性不同的金屬—鋅銅原電池，鋅作負極，銅作正極；b.金屬和非金屬（非金屬必須能導(dǎo)電）—鋅錳干電池，鋅作負極，石墨作正極；c.金屬與化合物—鉛蓄電池，鉛板作負極，二氧化鉛作正極；d.惰性電極—氫氧燃料電池，電極均為鉑。 電解液的選擇：電解液一般要能與負極材料發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。 原電池正負極判斷：
負極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子；正極發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子。
電子由負極流向正極，電流由正極流向負極。 溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負極
電極反應(yīng)方程式的書寫
負極：活潑金屬失電子，看陽離子能否在電解液中大量存在。如果金屬陽離子不能與電解液中的離子共存，則進行進一步的反應(yīng)。例：甲烷燃料電池中，電解液為KOH，負極甲烷失8個電子生成CO2和H2O，但CO2不能與OH-共存，要進一步反應(yīng)生成碳酸根。
正極：①當(dāng)負極材料能與電解液直接反應(yīng)時，溶液中的陽離子得電子。例：鋅銅原電池中，電解液為HCl，正極H+得電子生成H2。②當(dāng)負極材料不能與電解液反應(yīng)時，溶解在電解液中的O2得電子。如果電解液呈酸性，O2+4e-+4H+==2H2O；如果電解液呈中性或堿性，O2+4e-+2H2O==4OH-。
特殊情況:Mg-Al-NaOH，Al作負極。負極：Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O；正極：2H2O+2e-==H2↑+2OH-
Cu-Al-HNO3，Cu作負極。
注意：Fe作負極時，氧化產(chǎn)物是Fe2+而不可能是Fe3+；肼（N2H4）和NH3的電池反應(yīng)產(chǎn)物是H2O和N2
無論是總反應(yīng)，還是電極反應(yīng)，都必須滿足電子守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒。 pH變化規(guī)律
電極周圍：消耗OH-(H+)，則電極周圍溶液的pH減�。ㄔ龃螅环磻�(yīng)生成OH-(H+)，則電極周圍溶液的pH增大（減小）。
溶液：若總反應(yīng)的結(jié)果是消耗OH-(H+)，則溶液的pH減�。ㄔ龃螅蝗艨偡磻�(yīng)的結(jié)果是生成OH-(H+)，則溶液的pH增大（減小）；若總反應(yīng)消耗和生成OH-(H+)
的物質(zhì)的量相等，則溶液的pH由溶液的酸堿性決定，溶液呈堿性則pH增大，溶液呈酸性則pH減小，溶液呈中性則pH不變。
原電池表示方法
原電池的組成用圖示表達，未免過于麻煩。為書寫簡便，原電池的裝置常用方便而科學(xué)的符號來表示。其寫法習(xí)慣上遵循如下幾點規(guī)定：
1. 一般把負極（如Zn棒與Zn2+離子溶液）寫在電池符號表示式的左邊，正極（如Cu棒與Cu2+離子溶液）寫在電池符號表示式的右邊。
2. 以化學(xué)式表示電池中各物質(zhì)的組成，溶液要標(biāo)上活度或濃度（mol/L）,若為氣體物質(zhì)應(yīng)注明其分壓(Pa)，還應(yīng)標(biāo)明當(dāng)時的`溫度。如不寫出，則溫度為298.15K,氣體分壓為101.325kPa,溶液濃度為1mol/L。
3. 以符號“∣”表示不同物相之間的接界，用“‖”表示鹽橋。同一相中的不同物質(zhì)之間用“,”隔開。
4. 非金屬或氣體不導(dǎo)電，因此非金屬元素在不同氧化值時構(gòu)成的氧化還原電對作半電池時，需外加惰性導(dǎo)體（如鉑或石墨等）做電極導(dǎo)體。其中，惰性導(dǎo)體不參與電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電（輸送或接送電子）的作用，故稱為“惰性”電極。
按上述規(guī)定，Cu－Zn原電池可用如下電池符號表示：
�。�-）Zn(s)∣Zn2+ (C)‖Cu2+ (C)∣ Cu(s) （+）
而理論上,任何氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池，例如反應(yīng):
Cl2+ 2I- ═ 2Cl- +I2
此反應(yīng)可分解為兩個半電池反應(yīng)：
負極：2I- ═ I2+ 2e- （氧化反應(yīng)）
正極：C2+2e-═ 2Cl- （還原反應(yīng)）
該原電池的符號為：
（-）Pt∣ I2(s)∣I- (C)‖Cl- (C)∣C2(PCL2) ∣Pt（+）
二、兩類原電池
吸氧腐蝕
吸氧腐蝕 金屬在酸性很弱或中性溶液里，空氣里的氧氣溶解于金屬表面水膜中而發(fā)生的電化腐蝕，叫吸氧腐蝕．
例如鋼鐵在接近中性的潮濕的空氣中腐蝕屬于吸氧腐蝕，其電極反應(yīng)如下： 負極（Fe）：2Fe - 4e = 2Fe2+
正極（C）：2H2O + O2 + 4e = 4OH-
鋼鐵等金屬的電化腐蝕主要是吸氧腐蝕．
吸氧腐蝕的必要條件
以氧的還原反應(yīng)為陰極過程的腐蝕，稱為氧還原腐蝕或吸氧腐蝕。發(fā)生吸氧腐蝕的必要條件是金屬的電位比氧還原反應(yīng)的電位低：
氧的陰極還原過程及其過電位
吸氧腐蝕的陰極去極化劑是溶液中溶解的氧。隨著腐蝕的進行，氧不斷消耗，只有來自空氣中的氧進行補充。因此，氧從空氣中進入溶液并遷移到陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)，這一過程包括一系列步驟。
（1） 氧穿過空氣／溶液界面進入溶液；
（2） 在溶液對流作用下，氧遷移到陰極表面附近；
�。�3） 在擴散層范圍內(nèi)，氧在濃度梯度作用下擴散到陰極表面；
�。�4） 在陰極表面氧分子發(fā)生還原反應(yīng)，也叫氧的離子化反應(yīng)。
吸氧腐蝕的控制過程及特點
金屬發(fā)生氧去極化腐蝕時，多數(shù)情況下陽極過程發(fā)生金屬活性溶解，腐蝕過程處于陰極控制之下。氧去極化腐蝕速度主要取決于溶解氧向電極表面的傳遞速度和氧在電極表面上的放電速度。因此，可粗略地將氧去極化腐蝕分為三種情況。
�。�1）如果腐蝕金屬在溶液中的電位較高，腐蝕過程中氧的傳遞速度又很大，則金屬腐蝕速度主要由氧在電極上的放電速度決定。
�。�2）如果腐蝕金屬在溶液中的電位非常低，不論氧的傳輸速度大小，陰極過程將由氧去極化和氫離子去極化兩個反應(yīng)共同組成。
�。�3）如果腐蝕金屬在溶液中的電位較低，處于活性溶解狀態(tài)，而氧的傳輸速度又有限，則金屬腐蝕速度由氧的極限擴散電流密度決定。
擴散控制的腐蝕過程中，由于腐蝕速度只決定于氧的擴散速度，因而在一定范圍內(nèi)，腐蝕電流將不受陽極極化曲線的斜率和起始電位的影響。
擴散控制的腐蝕過程中，金屬中不同的陰極性雜質(zhì)或微陰極數(shù)量的增加，對腐蝕速度的增加只起很小的作用。
[解題過程]
影響吸氧腐蝕的因素
1. 溶解氧濃度的影響
2．溫度的影響
3．鹽濃度的影響 4．溶液攪拌和流速的影響
陰極控制原因 主要是活化極化：
=2.3RT lgiC/i°/αnF
主要是濃差極化：
=2.3RT/nFlg(1-iC/iL)
陰極反應(yīng)產(chǎn)物 以氫氣泡逸出，電極表面溶液得到
附加攪拌 產(chǎn)物OH只能靠擴散或遷移離開，無氣泡逸出，得不到附加攪拌 析氫腐蝕
在酸性較強的溶液中發(fā)生電化腐蝕時放出氫氣，這種腐蝕叫做析氫腐蝕。在鋼鐵制品中一般都含有碳。在潮濕空氣中，鋼鐵表面會吸附水汽而形成一層薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就變成一種電解質(zhì)溶液，使水里的H+增多。是就構(gòu)成無數(shù)個以鐵為負極、碳為正極、酸性水膜為電解質(zhì)溶液的微小原電池。這些原電池里發(fā)生的
氧化還原反應(yīng)是：負極（鐵）：鐵被氧化Fe-2e=Fe2+；正極（碳）：溶液中的H+被還原2H++2e=H2↑
這樣就形成無數(shù)的微小原電池。最后氫氣在碳的表面放出，鐵被腐蝕，所以叫析氫腐蝕。
析氫腐蝕定義金屬在酸性較強的溶液中發(fā)生電化腐蝕時放出氫氣，這種腐蝕叫做析氫腐蝕。
析氫腐蝕與吸氧腐蝕的比較
常用原電池方程式
1．Cu─H2SO4─Zn原電池
正極： 2H+ + 2e- → H2↑
負極： Zn - 2e- → Zn2+
總反應(yīng)式： Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑
2．Cu─FeCl3─C原電池
正極： 2Fe3+ + 2e- → 2Fe2+
負極： Cu - 2e- → Cu2+
總反應(yīng)式： 2Fe3+ + Cu == 2Fe2+ + Cu2+
3．鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕
正極：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
負極：2Fe - 4e- → 2Fe2+
總反應(yīng)式：2Fe + O2 + 2H2O == 2Fe（OH)2
4．氫氧燃料電池（中性介質(zhì)）
正極：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
負極：2H2 - 4e- → 4H+
總反應(yīng)式：2H2 + O2 == 2H2O
5．氫氧燃料電池（酸性介質(zhì)）
正極：O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
負極：2H2 - 4e-→ 4H+
總反應(yīng)式：2H2 + O2 == 2H2O
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