资源简介

第四章 电化学基础
一. 原电池（略）
二. 化学电源（见教材）
三. 电解池
1．电解池与原电池的联系与区别
　 原电池 电解池
电极 正极、负极 阴极、阳极
电极确定 由电极材料本身的相对活泼性决定，较活泼的是负极，较不活泼的是正极 由外接直流电源的正、负极决定，与负极相连的是阴极，与正极相连的是阳极
电极反应 负极发生氧化反应
正极发生还原反应 阴极发生还原反应
阳极发生氧化反应
电子流向 电子由负极经导线流入正极 电子从电源负极流入阴极再由阳极流回电源正极
能量转变 化学能转变为电解 电能转变为化学能
反应自发性 能自发进行的氧化还原反应 反应一般不能够自发进行，需电解条件
举例 Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4 CuCl2 Cu+Cl2↑
装置特点 无外接直流电源 有外接直流电源
相似之处 均能发生氧化还原反应，且同一装置中两个电极在反应过程中转移电子总数相等。
2原电池与电解池的判断
⑴判断下图是原电池、电解池还是电镀池，为什么？
小结与反思：原电池、电解池、电镀池判定规 ( http: / / www.21cnjy.com )律：若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定；若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其余情况为电解池。
　　3．实验分析：电解CuCl2溶液
　　（1）电极材料
　　阴极可用惰性电极，甚至较活泼的金属，但阳极需使用惰性电极，否则会发生氧化反应而溶解。
　　（2）惰性电极一般指金、铂、石墨电极，银、铜等均是活性电极。
　　（3）实验现象：通电后，电流表指针发生偏转，阴极石墨棒上析出一层红色固体，阳极表面有气泡放出，可闻到刺激性气味。
　　（4）淀粉碘化钾试纸的作用：检验阳极产物是否为Cl2。使用时应先润湿并缠于玻棒端或用镊子夹持，作用时间不宜太久，否则变蓝后会被Cl2漂白。
　4．电极反应中得失电子的规律
　　（1）阳极上失电子的规律
　　应首先看电极材料是惰性电极，还是活性电极，如是惰性电极，则由溶液中的阴离子失去电子，阴离子的还原性越强越易失电子，阴离子的放电顺序为：S2->I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子；如是活性电极，则这些金属首先失去电子进入溶液，此时溶液中其他离子不再失电子（Fe在作阳极发生氧化反应时电极反应为：Fe－2e－=Fe2+）。
　　（2）阴极上得电子的规律
　　阴极上只能由溶液中阳离子获得电子，阳离子氧化性越强越易得电子，阳离子放电顺序一般为：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(盐溶液) > Al3+> Mg2+> Na+> Ca2+> K+
5、电解质溶液电解时（均为惰性电极），pH变化情况，电解液复原所需加入物质及电解类型。
　　（1）分解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解。
　　阴极：4H++4e－=2H2↑ 阳极：4OH－－4e－=O2↑+2H2O
　　总反应：2H2O 2H2↑+O2↑ 　阴极产物：H2；阳极产物：O2。
　　电解质溶液复原加入物质：H2O。
　　pH变化情况：原来酸性的溶液pH变小，原来碱性的溶液pH变大，强酸（含氧酸）强碱的正盐溶液pH不变。
　　（2）分解电解质型：无氧酸（除HF外）、不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）的电解，如HCl、CuCl2等。
　　阴极：Cu2++2e－=Cu 阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑
　　总反应：CuCl2 Cu+Cl2↑
　　阴极产物：酸为H2，盐为金属；阳极产物：卤素等非金属单质。
　　电解液复原加入物质为原溶质，如电解CuCl2溶液，需加CuCl2。
　　pH变化情况：如电解无氧酸溶液pH变大但不会超过7；如为盐溶液的电解则视无氧酸根的情况而定。
　　（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）溶液的电解，如NaCl、MgBr2等。
　　阴极：2H++2e－=H2↑ 　阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑
　　总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
　　阴极产物：碱和H2；阳极产物：卤素等非金属单质。电解饱和食盐水的产物分别为NaOH和H2以及Cl2。
　　电解液复原加入物质为卤化氢。电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需加入HCl。
　　pH变化情况：电解液pH显著变大
　　（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如CuSO4、AgNO3等。
　　阴极：2Cu2++4e－=Cu 阳极：4OH－－4e－=O2↑+2H2O
　　总反应：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4
　　阴极产物：析出不活泼金属单质；阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气，本例中分别是Cu以及H2SO4、O2.
　　电解液复原加入物质为不活泼金属的氧化物（金属价态与原盐中相同）。如电解CuSO4溶液，复原需加入CuO。
　　pH变化情况：溶液pH显著变小。
判断电极反应：
练习：电解液中含有K+、Cl —、SO42 ( http: / / www.21cnjy.com )—、OH — （少量）、Cu2+、H+（少量），用两个石墨棒作电极，电解时，阳极上析出_______,电极反应式是______________；阴极析出_______,电极反应式是______________。改用两个铜棒作电极，则阳极变化是______________________，电极反应式是______________；阴极上析出_______,电极反应式是______________。
6、电解的应用
I．电解饱和食盐水反应原理
　　①．实验分析：电解饱和食盐水
　　在U型管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用碳棒作阳极、铁棒作阴极，将湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近，接通电源，观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。
　　注意：铁棒不可作阳极，否则发生Fe－2e－=Fe2+； 碘化钾淀粉试纸需事先用水润湿。
　　现象：阴、阳两极均有气体放出，阳极气体有刺激性气味，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；阴极区域溶液变红。说明阴极区域生成物为碱性物质与H2，阳极产物是Cl2。
　　②．电解饱和食盐水反应原理
　　饱和食盐水成分：溶液存在Na+、Cl－、H+、OH－四种离子。
　　电极反应式：阴极：2H+＋2e－=H2↑（还原反应）；
　　 阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）。
　　总反应式：
　　
　　II、铜的电解精炼
　　原理：电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜板作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。
　　CuSO4溶液中主要有Cu2+、SO42-、H+、OH－，通电后H+和Cu2+移向阴极，并在阴极发生Cu2++2e－=Cu，OH－和SO42-移向阳极，但阳极因为是活性电极故而阴离子并不放电，主要为阳极（活泼及较活泼金属）发生氧化反应而溶解，阳极反应：Cu－2e－=Cu2+。
　　电解过程中，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解，此时阴极仍发生Cu2++2e－=Cu，这会导致电解液浓度发生变化；Ag、Au不如Cu易失电子，Cu溶解时它们以阳极泥沉积下来可供提炼Au、Ag等贵金属。
　　该过程实现了提纯铜的目的。
III、电解冶炼铝
　　工业上，用纯净的氧化铝为原料，采用电解的方法制取铝。
　　纯净的氧化铝熔点很高（2045℃），很难熔化，现在都用熔化的冰晶石（Na3AlF6）作熔剂，使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石里，成为冰晶石和氧化铝的熔融体，然后进行电解。
　　电极反应式：
　　阴极：　 4Al3+＋12e-＝4Al 　阳极：　 6O2－＋12e-＝3O2↑
　　总反应式：2Al2O3 4Al＋3O2↑ (只能电解Al2O3，不能是AlCl3)
　　在冶炼铝时，阳极产生氧气，石墨阳极在如此高温条件下，将不断被氧气氧化而消耗，因而需不断补充石墨阳极。
IV、电镀铜
　　原理：电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出。
　　电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。
　　工业上电镀常使用有毒电镀液，因此电镀废水应回收有用物质、降低有害物质含量后，达标排放，以防污染环境。
四、金属的电化学腐蚀与防护
（一)、金属腐蚀的类型：
①、金属腐蚀的本质：M—ne—=Mn+
②、化学腐蚀：金属与接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。例如铁丝在氧气中燃烧。
③、电化学腐蚀：不纯金属与电解质溶液接触时 ( http: / / www.21cnjy.com )会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。
（二）、钢铁的电化学腐蚀
　①析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)
　　负极(Fe)：Fe-2e-=Fe2+ 正极(杂质)：2H+＋2e-=H2
　　电池反应：Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑ 由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。
　②吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)
　　负极(Fe)：Fe—2e-=Fe2+ 　正极：O2＋2H2O＋4e-=4OH-
　　总反应：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2 由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。
　析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脱水生成Fe2O3 铁锈。钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
（四）、金属的防护
1、牺牲阳极的阴极保护法。 正极：要保护的金属 负极：比要保护金属活泼的金属
2、外加电流的阴极保护法（比组成原电池防护更好）
阴极：被保护的金属 阳极：惰性电极 两者均存在于电解质溶液中接上外接直流电源。
3、覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）及其他方法如改变金属的内部结构（钢→不锈钢）

展开更多......

收起↑