專題08化學(xué)能和電能必背知識(shí)手冊(cè)

、思維導(dǎo)圖

1,原電池

電子流出

電子流入

電流流入

電流流出

電解質(zhì)溶液中陰離子移向

電解質(zhì)溶液中陽離子移向

負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)

發(fā)生還原反應(yīng)

質(zhì)量減小

質(zhì)量增大或有氣泡冒出

負(fù)極一燃料失電子

O#4e+4H=2比0酸作介質(zhì)

「魚極：氧化反應(yīng)耳臥羊畸工如二二二O、+4e+2HQ=4OH堿作介質(zhì)

還原反應(yīng):陰極可無電］放電

2

氧化反應(yīng):陽極電池I-正極：還原反應(yīng)IO：+4e'=2O'熔融金屬氧化物作介質(zhì)

|新型化學(xué)電源|（丘4e+2CQ=2COM熔融碳酸鹽作介質(zhì)

外接電源正極同一電極LiMO2（M：Co、Ni、Mn等）、

/正極材料（M：Co、Ni、Mn等）、

常見鋰離子電池.

\、LiMPO$（M：Fe等）

,負(fù)極材料石墨（能吸附鋰原子）

2.電解池

1.電極反應(yīng)

（1）反應(yīng)要求

①原電池反應(yīng)：宜發(fā)、氧化還原反應(yīng)和放熱反應(yīng)

②電解池反應(yīng)：可以自發(fā)，也可以不自發(fā)

（2）根據(jù)化合價(jià)升降判斷反應(yīng)類型和電極類型

①陽極發(fā)生價(jià)丑高的氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生價(jià)隆低的還原反應(yīng)

②正極發(fā)生價(jià)隆低的還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生價(jià)升高的氧化反應(yīng)

（3）可充電電池

①放電時(shí)為原電池，電極屬性為正負(fù)極

②充電時(shí)為電解池，電極屬性為陰陽極

③陽極連正極，電極反應(yīng)式相反，充電時(shí)變成陽極

④陰極連負(fù)極，電極反應(yīng)式相反,充電時(shí)變成明極

⑤充電時(shí)，電池上“-”極應(yīng)接電源的魚極

⑥鉛蓄電池：

(4)燃料電池

2.電子流向：電子只能在導(dǎo)線上流動(dòng)，不能在溶液中流動(dòng)

(1)原電池：負(fù)極一如幽—正極

(2)電解池：陽極一限極

3.電流流向：電流既能在導(dǎo)線上流動(dòng)，又能在溶液中流動(dòng)，要看清是內(nèi)電路還是外電路

(1)原電池：正極/曳跑一負(fù)極」^也正極

(2)電解池：陽極」曳睡一陽極」^雪陰極

4.離子流向：離子只能在溶液中流動(dòng)，不能在導(dǎo)線上流動(dòng)

(1)原電池:陽離子一正極；陰離子一負(fù)極

(2)電解池:陽離子一陽極；陰離子一陽極

⑶鹽橋中:陽離子一正極；陰離子T魚極

⑷目的型:依據(jù)電極反應(yīng)準(zhǔn)確確定

目的離子流向

OH-N0-

Cu和稀HNCh原電池3

負(fù)極正極

H—Mt?+

電解MnSO制MnO

42陽極陽極

5.電解質(zhì)溶液的選擇

(1)堿金屬電極：不詵擇水溶液及醇類,一般選擇有機(jī)電解質(zhì)或固體電解質(zhì)

(2)鹽橋式原電池：負(fù)極材料和與其反應(yīng)的電解質(zhì)在丕同的容器中

Cu(NO?力溶液AgN6溶液

6.電化學(xué)中溶液pH的變化

(1)電極pH變化

①看該電極反應(yīng)是消耗還是產(chǎn)生H+或0H-

②若H+或0H-無變化，看該電極是消耗還是產(chǎn)生水

(2)溶液pH變化

①看總反應(yīng)是消耗還是產(chǎn)生IT或0H

②若H+或0H-無變化，看總反應(yīng)是消耗還是產(chǎn)生水

7.電勢(shì)高低

(1)原電池：正極之負(fù)極

(2)電解池：陰極二陽極

8.重要的電化學(xué)反應(yīng)式(水的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2)

放電

(1)鉛蓄電池的總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2sOa芨或PbSO4+2HzO

(2)吸氧腐蝕的正極反應(yīng)

①弱酸性、中性或堿性：2H2O+Ch+4e-=4OH-

②酸性：4H++Ch+4e-=2H2O

③82：6+4e-+2co2=2COa'

(3)陽極OH-的放電反應(yīng)

2

①水中的0H：2H2O-4e=O20+4H+

②堿中的OH-：4OFT-4e--2H2O+O2T

(4)陰極H+的放電反應(yīng)

①水中的H+：2H20+2。=比T+2OH-

②酸中的H+：2H++2e—HJ

(5)惰性電極電解溶液

①NaCl：2NaCI+2H2O^fe3NaOH+C121+H2f

②C11SO4：2CuSO4+2H2O^fe2Cu+O21+2H2sCh

③AgNCh：4AgNO3+2H2O^M4Ag+O21~+4HN(h

(6)工業(yè)上冶煉鈉、鎂、鋁

①鈉：2NaCI===2Na±Ckt

熔融

②鎂：MgCI===Mg+Cht

2熔融

③鋁：2A12O3===4AI+3O1

熔融2

二、電極反應(yīng)式的書寫及判斷

1.書寫步驟和方法

(1)確定反應(yīng)物和最終產(chǎn)物

(2)確定得失電子的數(shù)目

(3)電荷守恒配離子

①優(yōu)先選擇原電解質(zhì)溶液中所含的離子

②再選擇水中的H+或OH-,原則“左mo右離子”

(4)元素守恒配平其他物質(zhì)，一般缺H或0,用力()補(bǔ)

2.判斷電極方程式是否正確

(1)看電極反應(yīng)是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)

(2)看得反應(yīng)是得電子還是失電子

(3)看產(chǎn)物能否與溶液反應(yīng)

①酸性溶液：方程式中不能出現(xiàn)&U1

②堿性溶液：方程式中不能出現(xiàn)比

③看電極產(chǎn)物能否和環(huán)境中的其他物質(zhì)反應(yīng)

酸性堿性CO2-02-

CH43

氧化產(chǎn)物co2COBHCOi-co戶

02酸性堿性中性CO2

還原產(chǎn)物JLQOILOFTCQA

(4)看物質(zhì)拆分是否正確

①強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、可溶性鹽溶液可拆

②非溶液和熔融狀態(tài)下進(jìn)行的反應(yīng)不能寫成離子方程式形式

③原子團(tuán)不能拆分____________________________________

物質(zhì)陰離子物質(zhì)陰離子

Na2sxSANaBr3Bra-

K3c60

C60^--KIO33

K2FeO4FeO左(NH4)2PtCl6PtCk人

K[AU(CN)2][AU(CN)21-LiAlChA1Q產(chǎn)

LiCoOLiPF

2CoO2-6PF6-

NazMnsOioMIISOHA^S0C12不能拆

(5)看有無隱含的酸堿性

①酸性溶液：產(chǎn)物是NH4+、Fe3=CM+等弱陽離子

②^性溶液：有金屬氧化物、氫氧化物參與的反應(yīng)

3.幾種一次電池的電極反應(yīng)式

(1)堿性鋅鎰干電池

①電池反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

3

②負(fù)極反應(yīng)：Zn+2OH-2e--Zii(OH)2

③正極反應(yīng)：2Mli。2+2出0+2b=2MnOOH+2OH-

(2)紐扣式鋅銀電池

金屬夕債

浸有KOH溶液

的隔板

①電池反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

②負(fù)極反應(yīng)：Zn+2OH--2e-Zn(OH)2

③正極反應(yīng)：AgzO+hhO+Ze-=2Ag+20H-

4.二次電池電極反應(yīng)的書寫

氧化反應(yīng)氣%蠹鬻.闞”還原反應(yīng)

原

電

反應(yīng)未必自發(fā)

電

解

池

池反應(yīng)一定自發(fā)

還原反應(yīng)星崗；嬰嬰整4畝的氧化反應(yīng)

(1)放電時(shí)為原電池，電極屬性為正負(fù)極；充電時(shí)為電解池，電極屬性為陰陽極

(2)陽極連正極，陰極連魚極，電極反應(yīng)和電極反應(yīng)式粗反，充放電時(shí)電極互變

①充電時(shí)，陽極變成正極，陰極變成負(fù)極

②放電時(shí)，正極變成陽極，負(fù)極變成陽極

放電

(3)鉛蓄電池：Pb+PbO2+2H2SO4=s^2PbSO4+2H2O

①負(fù)極反應(yīng)：Pb+SO/--2e-PbSO4

②正極反應(yīng)：Pb€h+4H卜+SCV+2e「PbSOj+ZFhO

③陽極反應(yīng)：PbSO4+2HzO-2b=PbO2+4H++SO4上

④陰極反應(yīng)：PbSO』+2e=Pb+SO4

(4)鉆酸鋰電池：LixC6+Li-xCoO2霆C6+LiCoC)2

①負(fù)極反應(yīng)：Li、C6-xe=C6+xLi+

②正極反應(yīng)：LijCoO2+xLi+=LiCoO2-xe-

③陽極反應(yīng)：LiCoCh—xb=Lii-Co02+xLi+

④陰極反應(yīng)：C6+xLi++xc-=LkC6

(5)LaNi5H6+6NiOOH^=LaNi5+6Ni(OH)2(儲(chǔ)氫合金和儲(chǔ)氫物質(zhì)中各元素的化合價(jià)均為0價(jià))

①負(fù)極反應(yīng)：LaNisFL-61+6014=LaNis+6H2O

②正極反應(yīng)：6NiOOH+6e=6Ni(OH)2+6OH-

③陽極反應(yīng)：6Ni(OH)2+6OH--6e=6NiOOH+6H2O

④陰極反應(yīng)：LaNis+6H2O+6e.=LaNkH6+6OH-

5.燃料電池電極反應(yīng)的書寫

(1)燃料電池的電極材料

①可燃物在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，如氫氣、甲烷、乙醇等還原劑

②助燃物在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，如氧氣、氯氣等氧化劑

(2)燃料電池的總反應(yīng)：可燃物的燃燒反應(yīng)兼顧產(chǎn)物和溶液的反應(yīng)

⑶燃料電池的正極反應(yīng)式

環(huán)境氧氣氮?dú)?/p>

酸性環(huán)境4H^O2+4e-=2H2ON2+6e一+8H+:2NHJ

+

堿性環(huán)境2H2O+O2+4e-=4OH-N2+6e-+6H=2NH3

+

中性環(huán)境2H2O+O2+4e=4OH-N2+6e+6H=2NH3

-23

熔融氧化物O2+4e=2O-N2+6e-=2N-

2------------------

有C02存在O2+4e-+2CO2=2CO3-

4

(4)燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式

環(huán)境甲烷氫氣

酸性環(huán)境CH4+2H2O-8e=CO2+8H-H2-2e=2H"

2H-2e-+2OH-=2HO

堿性環(huán)境CH4+10OH--8e=co3+7H2O22

熔融碳酸鹽CH4+4CO32--8e--5C02T+2HO

2H2—2e~+CO3^=H2()+CO2f

2

碳酸鹽溶液CH4+9CO3--8e-+3H2O=10HCO3-

H2—2e~+CO3一^=七0+CO2T

222

熔融氧化物CH4+5O--8e-=CO3-+2H2OH2-2e-+O-=2H2O

環(huán)境甲醇腫

酸性環(huán)境CH3OH+H2O-6e-=CO2T+6H+N2H4-4e-=N2T+4H+

堿性環(huán)境2N2H4-4e+40H-=Nf+4HO

CH3OH+8OH-6e-=CO3+6H2O22

熔融碳酸鹽2

CH3OH-6e-+3CO3'=4CO2f+2H2O二-------

碳酸鹽溶液2------_________________

CH3OH+7CO3--6e-+2H2O=8HCO3

熔融氧化物22N2H4-4e-+2O2-=Nf+2HO

CH3OH+4O-6e=CO3+2H2O22

三、電解的應(yīng)用

1.用惰性電極電解溶液

(1)離子放電順序

①活潑電極：陽極放電順序：S2->I->Br->CI>OH->……

②陰極放電順序：Ag+>Hg2+>Fe">CM+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+---

③陽極Fe放電變成比，陰極Fe3微電變成吧

(2)電解水反應(yīng)的特點(diǎn)

①比和OH-同時(shí)放電

②同時(shí)有也和QL產(chǎn)生

③電解后溶液的濃度變大或丕變(飽和溶液)

④溶液的pH變太、變小或丕變

(3)放氫生堿反應(yīng)的特點(diǎn)

①水中的比和鹽中的質(zhì)離子放電

②H2在陽極產(chǎn)生，OIL在陰極產(chǎn)生

(4)放氧生酸反應(yīng)的特點(diǎn)

①水中的OH-和鹽中的陽離子放電

②02在陽極產(chǎn)生，H+在陽極產(chǎn)生

(5)電解電解質(zhì)反應(yīng)的特點(diǎn)

①電解質(zhì)中的陽離子和陰離子同時(shí)放電

②電解氯化銅溶液pH的變化：

理論變大：氯化銅的水解平衡CU2++2H2()=^CU(OH)2+2H+逆向移動(dòng).

實(shí)際變?。宏枠O產(chǎn)生的CL溶于水：。2+%0==三H++CI-+HC1O

(6)電解后溶液的復(fù)原：少什么加什么，少多少加多少

溶液復(fù)原方法

H2so4HiQ

NaOHH2Q

KNO3H2Q

CuChCuCh

NaCl通HC1氣體

CuSO4CuO

Cu(NO3)2CuO

AgNO3AgzO

2.用活潑電極電解溶液

(1)電解精煉

5

①粗金屬作陽極.純金屬作陰極.純金屬離子作溶液

②溶液中金屬離子：純金屬離子和活潑的金屬離子

③陽極泥：不活潑的金屬

④電解后原電解質(zhì)溶液濃度減小

(2)電鍍

待

銅片、鍍

鐵

CuSOi件

溶液■

①鍍層金屬作陽極，被鍍物品作陰極

⑵鍍層金屬離子作電解液

③電鍍后原電解質(zhì)溶液濃度丕變

3.電冶煉：電解制備K、Ca.Na、Mg,Al等活潑金屬

(1)原料

金屬NaMgAl

原料(熔融)NaClMgCLAI2Q3

(2)煉鋁的特殊性

①不用氯化鋁的原因：A1CL是共價(jià)化合物.熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電

②冰晶石的作用：降低氧化鋁的熔點(diǎn).節(jié)能

③陽極石墨被腐蝕，需定期更換

四、金屬的腐蝕和電化學(xué)防護(hù)

1.金屬的腐蝕

(1)化學(xué)腐蝕

①反應(yīng)類型：普通的化學(xué)反應(yīng)

②特點(diǎn)：無電流產(chǎn)生.電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑

(2)電化腐蝕

①反應(yīng)類型：原電池反應(yīng)

②特點(diǎn)：有電流產(chǎn)生，電子間接轉(zhuǎn)移給氧化劑

③普遍性：電化腐蝕更為普遍

2.電化學(xué)腐蝕的類型

(1)析氫腐蝕

①形成條件：水膜酸性較強(qiáng)

②特點(diǎn)：在密閉容器中氣體壓強(qiáng)變大

(2)吸氧腐蝕

①形成條件：水膜酸性很弱或呈中性其至堿性

②特點(diǎn)：在密閉容器中氣體壓強(qiáng)減小

③普遍性：吸氧腐蝕更為普遍

(3)在晟性條件下，氫前的活潑金屬發(fā)生析氫腐蝕，氫后的不活潑金屬發(fā)生吸氧腐蝕

3.鋼鐵吸氧腐蝕的過程

(1)腐蝕過程

①負(fù)極反應(yīng)：Fe-2e=Fe2+

②正極反應(yīng)：2HzO+O2+4e=4OH-

③電池反應(yīng)：2Fe+2H2O+Ch=2Fe(OH)i

(2)后續(xù)反應(yīng)

6

①氧化反應(yīng)：4Fe(OH)2+Ch+2H2O=4Fe(OH)3

②部分分解：2Fe(OH)『FezOs?xMO+(3T)H2O

(3)鐵銹成分：FezCh的復(fù)雜水合物(Fe2O3-xH2O)

(4)鐵在無氧條件下的生銹過程：Fe—?Fe2+-2I￡>Fe(OH)2

4.金屬的電化學(xué)防護(hù)

(1)原電池防護(hù)法

①名稱：犧牲陽極的陰極保護(hù)法

②方法：被保護(hù)的金屬有罌一接更活潑的金屬

③圖示

(2)電解池防護(hù)法

①名稱：外加電流的陰極保護(hù)法

②方法：被保護(hù)的金屬‘瞿爵管與電源的負(fù)極相連

③圖示

5.金屬腐蝕速率的比較

(1)同一金屬：離子濃度大N離子濃度小二非電解質(zhì)

(2)同一電解液

①電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快

②電解腐蝕>原電池腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)的腐蝕

(3)不同金屬、同一電解液：兩金屬活動(dòng)性相差越大，活潑金屬腐蝕越快

五、多池串聯(lián)池屬性的判斷

1.有外接電源的全部都是原電池

——b—

KCI溶液CuSO,溶液.K60,溶液AgNO潞液

2.無明顯外接電源的一般只有1個(gè)原電池，其余全是電解池

輸硫酸氯化鈉溶液精葭銀溶液

(1)有鹽橋的是原電池

(2)有燃料電池的是原電池

(3)能發(fā)生自發(fā)氧化還原反應(yīng)的裝置為原電池

(4)多個(gè)自發(fā)，兩電極金屬性相差最大的為原電池

3.電極的連接順序：負(fù)一陰一陽一>陰一…一陽一正

4.串聯(lián)電路的特點(diǎn)：每一個(gè)電極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)都相等

六、含離子交換膜電化學(xué)裝置分析

1.離子交換膜在電解池中的作用

(1)隔離：將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸

①防止副反應(yīng)發(fā)生，避免影響所制取產(chǎn)品的質(zhì)量

②防止副反應(yīng)發(fā)生，避免引發(fā)不安全因素(如爆炸)

(2)通透：能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用

7

(3)實(shí)例：氯堿工業(yè)中陽離子交換膜的作用

離子交換膜電解槽示意圖

①平衡電荷，形成閉合同路；

②防止。2和H2混合而引起爆炸；

③避免C12與NaOH反應(yīng)生成NaClO,影響NaOH的產(chǎn)量;

④避免C「進(jìn)入陰極區(qū)導(dǎo)致制得的NaOH不純.

2.常見的離子交換膜(隔膜)

(1)陽離子交換膜：簡稱陽膜，只允許陽離子通過

(2)陰離子交換膜：簡稱陰膜，只允許陰離子通過

(3)質(zhì)子交換膜：只允許氫離子通過

3.含離子交換膜電化學(xué)裝置的兒個(gè)區(qū)域

(1)原料區(qū)

①主料區(qū)：加入原料的液溶液，流出原料的稀溶液

②輔料區(qū)：加入輔料的橙溶液，流出輔料的液溶液

(2)產(chǎn)品區(qū)：產(chǎn)品中的陰陽離子通過離子交換膜進(jìn)入該區(qū)域

(3)緩沖區(qū)：兩側(cè)的離子交換膜屬性相同，起防漏的保護(hù)作用

原料A

的濃溶液

膜I膜n膜m,膜N膜V

唧九二陰孔膜］.陰收—陽樸_

B的濃溶液弓——Y「戶，的濃溶液

-->-----,<--------->----------------------?-I-

二二二二口二二二二王料區(qū)二|二二

輔料B1L輔料c

I-I二二二.I二72rI—