高中化学苏教版选修4知识点总结(3)

2020-02-21 00:17

如燃料电池,要将燃料失电子的反应极其产物与电解质溶液的反应叠加在一起写。如氢氧燃料电池(KOH溶液为电解质溶液)的负极反应式为: H2 -2e- + 2OH- ==2H2O (2)正极反应式的书写:

① 负极金属与电解质溶液能发生反应:在正极上电解质溶液中氧化性强的离子被还原。阳离子氧化性的强弱顺序:

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>(稀HNO3电离的NO3-)>H+(指酸电离的) >Pb2+>Sn2+> Fe2+>Zn2

+

>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

如Zn、Cu、稀H2SO4组成的原电池:2H+ + 2e- ==H2↑ 如Zn、Cu、CuSO4组成的原电池:Cu2+ + 2e- ==Cu

如Fe、Cu、稀HNO3组成的原电池:NO3-+4H++3e-===NO↑+2H2O

② 负极金属与电解质溶液不发生反应:在正极上被还原的物质一般是溶解在电解质溶液中的O2.

如铁、铜、氢氧化钠溶液组成的原电池:O2 + 4e- +2H2O ==4OH- (3)原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。 (4)特殊情况:下列情况并不是较活泼金属做负极:

① Mg、Al、稀H2SO4组成的原电池:

负极(Al)反应:2Al-6e- + 8OH- == 2AlO2- + 4H2O 正极(Mg)反应:6H+ + 6e- ==3H2↑ ② Fe(或Al)、Cu、浓HNO3组成的原电池: 负极(Cu)反应:Cu – 2e- == Cu2+

正极(Fe或Al)反应:2NO3- + 4H+ + 2e- ==2NO2 ↑+ 2H2O ③ Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池:

由于Mg与NaOH溶液不反应,而Al能与NaOH溶液反应,故Al为负极,Mg为正极。 负极(Al)反应:2Al-6e+8OH==2AlO2+4H2O 正极(Mg)反应:6H+6e==3H2↑

总反应式:2Al+2OH+4H2O==2AlO2+3H2↑

备注:类似的还有Zn也与NaOH会反应,Si、S、P等也会与NaOH反应, 所以如果Mg、Zn、NaOH组成的原电池,Zn是负极;Si、Fe、NaOH组成的原电池,Si是负极。

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--+

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例:有甲、乙两位学生均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序,两人均使用镁片和铝片作电极,但甲同学将电极放入6 mol/L的H2SO4溶液中,乙同学将电极放入6 mol/L的NaOH溶液中,如右图所示。

下列关于电极的判断正确的是( ) A.甲中镁作负极,乙中镁作负极 B.甲中镁作负极,乙中铝作负极 C.甲中铝作正极,乙中铝作正极 D.甲中镁作正极,乙中铝作正极

解析:选B。甲中在酸性溶液中金属镁较金属铝容易失去电子,所以甲中金属镁作为原电池的负极;而乙中在碱性溶液中金属铝较金属镁更容易失去电子,所以乙中金属铝作为原电池的负极。 8、如何设计化学电池:

例如:以2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2为依据,设计一个原电池。

(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极的电极反应式:负极:Cu-2e-===Cu2+ 正极:2Fe3++2e-===2Fe2+ (2)确定电极材料

如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。

发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。 本例中可用铜棒作负极,用铂丝或碳棒作正极。 (3)确定电解质溶液

一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作电解液。 (4)构成闭合电路。

特别提醒:设计原电池时,若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液,可用水作电解质,但为了增强其导电性,通常加入强碱或一般的强酸。如燃料电池,水中一般要加入KOH或H2SO4。 9、常见原电池方程式: (1)Cu─H2SO4─Zn原电池

正极: 2H+ + 2e- → H2↑ 负极: Zn - 2e- → Zn2+

总反应式: Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑ (2)Cu─FeCl3─C原电池

正极: 2Fe3+ + 2e- → 2Fe2+

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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 - 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- 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)Al─NaOH─Mg原电池

正极:6H2O + 6e- → 3H2↑ + 6OH- 负极:2Al - 6e- + 8OH- → 2AlO2- + 4H2O 总反应式:2Al+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 (10)熔融碳酸盐燃料电池

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(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: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

三、电解池 1、电解原理

(1) 电解概念:电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程叫点解。点解过程吧电脑转化为化学能。 (2) 电解池:

1)定义:把电能转化为化学能的装置,也叫电解槽 2)电解池的组成条件: A.与电源相连的两个电极;

B.两个电极插入电解质溶液(或熔融的电解质)中; C.形成闭合电路。

3)放电:当离子到达电极时,失去或获得电子,发生氧化还原反应的过程 4)电子流向:

(电源)负极→(电解池)阴极→(离子定向运动)电解质溶液→(电解池)阳极→(电源)正极

5)电极名称及反应:

阳极:与直流电源的 正极 相连的电极,发生 氧化 反应 阴极:与直流电源的 负极 相连的电极,发生 还原 反应

隋性电极——只导电,不参与氧化还原反应(C/Pt/Au) 活性电极——既导电又参与氧化还原反应(Cu/Ag)

6)工作原理:

点解的过程是(前提是阳极为惰性电极)电解质溶液(或熔融电解质)中的阴、阳离子在电流的作用下发生定向移动,在阳极和阴极分别被氧化和被还原生成新物质的过程。 7)电解CuCl2溶液的电极反应:

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阳极: 2Cl- -2e-=Cl2 (氧化) 阴极: Cu2++2e-=Cu(还原) 总反应式:CuCl2 =Cu+Cl2 ↑ (3) 电解时电极产物的判断:

1) 阳极产物的判断: A. 阳极是活性电极:

阳极是金属活动顺序表中Ag或Ag前面的金属,则电极本身失去电子,电极溶解。 B. 阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨):

阳极是惰性电极,则是电解质溶液中的阴离子失去电子,阳极产物要根据阴离子放电顺序来判断:

S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根离子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)

2) 阴极产物的判断:

阴极本身不参与电极反应,阴极是电解质溶液中的阳离子得到电子放电,阳离子放电顺序为: Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>(稀HNO3电离的NO3-)>H+(指酸电离的) >Pb2+>Sn2+> Fe2+>Zn2+>Al3+ >Mg2+>Na+>Ca2+>K+

(4) 电解中电极附近溶液pH值的变化:

1)电极区域 A.阴极H放电产生H2,阴极区域pH变大。 B.阳极OH放电产生O2,阳极区域pH变小。 2)电解质溶液中:

A.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)。

B.电解过程中, 无H2和O2产生, pH几乎不变。但象CuCl2变大 C.电解过程中,只产生H2, pH变大。 D.电解过程中,只产生O2, pH变小。

(5) 惰性电极电解电解质水溶液的规律 电解质分类:

1)电解水型:含氧酸(H2SO4、HNO3等),强碱(NaOH、KOH等),活泼金属含氧酸盐(Na2SO4、

KNO3等)

2)电解电解质型:无氧酸(HCl、HBr等,但HF除外),不活泼金属的无氧酸盐(CuCl2等,

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