電化學基礎知識及其應用

2022-05-01 11:06:01 字數 3761 閱讀 7602

原電池是將化學能轉化為電能的裝置

①兩個活潑性不同的電極; ② 電解質溶液或熔融的電解質

[說明] 原電池的兩極分別稱為正極和負極。兩極中相對活潑(易失電子)的作為負極,相對不活潑的為正極。負極應要能與電解質溶液發生自發的氧化反應。

當兩電極材料均插入電解質溶液中並將兩極相連構成閉合電路,原電池裝置才能發生電化反應產生電流。

將銅片和鋅片平行地插入稀硫酸溶液中,則構成了原電池。若將兩極用導線相連,則有電流產生。「發電」的原理說明如下 :

由於鋅比銅活潑,易失電子,zn為負極,cu則為正極。兩極相連後,zn自發失去電子,不斷「溶解」,形成zn2+進入溶液。鋅片失去的電子沿外電路到達銅片,此時溶液中陽離子 h+ 在銅片表面獲得電子,形成 h2 逸出。

與此同時溶液中的陰離子(so42-,oh-)移向負極,陽離子(h+)移向正極(電池內部離子的遷移是由化學勢所推動的,即非電場力做功完成)。由於電池工作時,電子能自發地從負極經外電路流向正極,在電池內部,溶液中離子能自發地遷移,這樣電池就向外提供電能,發電了。

電極反應式表示如下

負極(zn) zn – 2e- = zn2+ (負極發生失電子的氧化反應,流出電子)

正極(cu) 2h+ + 2e- = h2 ↑ (正極發生得電子的還原反應,流進電子)

總反應式 zn + 2h+ = zn2+ + h2↑

從上分析可知此例正極材料本身並無參與電極反應,僅起作導體作用而已。因此,正極材料若換為活潑性比鋅差的導體為電極(如石墨),效果一樣。

主要有兩方面:其一,利用原電池自發進行的氧化還原反應,開發化學電源;其二,抑制原電池反應發生,應用於金屬腐蝕的防護。

1 鋅-錳乾電池

正極-石墨棒,負極-鋅筒, 電解質-澱粉湖-nh4cl與碳粉、mno2的混合物。

負極反應:zn-2e- =zn2+ ,正極反應: 2nh4+ + 2e- =2nh3 + h2 ,2mno2 + h2 = mn2o3 + h2o電池反應:

zn + nh4cl + mno2 = zncl2 + 2nh3 + mn2o3 + h2o

2 鉛蓄電池

電解質溶液為(電解液:1.25g/cm3~1.28g/cm3的h2so4 溶液

放電時,負極-pb: pb-2e- + so42- = pbso4↓ ;正極-pb(pbo2):pbo2+2e-+4h++so42-= pbso4↓+2h2o

充電時,陰極: pbso4 + 2e- = pb + so42- 陽極:pbso4↓-2e- + 2h2o = pbo2 + 4h++so42- ;

3 鋅-銀鈕扣電池

鋅為負極,氧化銀為正極,koh溶液為電解質溶液。

負極(zn): zn – 2e- + 2oh- = zno + h2o [電極上zn–2e-=zn2+,溶液中zn2++2oh-=zn(oh)2 ,zn(oh)2= zno +h2o ] 正極(ag2o): ag2o + 2e- + h2o = 2ag + 2oh- ;電池總反應 zn + ag2o = zno + 2ag

4 燃燒電池

利用可燃物與o2的反應開發的電源,燃料電池與普通電池的區別:不是把還原劑、氧化劑物質全部貯藏在電池內,而是工作時不斷從外界輸入,同時電極反應產物不斷排出電池。燃料電池的原料,除氫氣和氧氣外,也可以是ch4、煤氣、燃料、空氣、氯氣等氧化劑。

常見有:氫氧燃燒電池、烴類(如 ch4、c2h6)燃燒電池、醇類(如ch3oh 、c2h5oh) 燃燒電池、肼(h2n-nh2)--空氣燃料電池等。

(1)金屬的腐蝕

金屬或合金跟周圍接觸到的物質(氣體或液體)進行化學反應而損耗的過程即為金屬的腐蝕。

若金屬與接觸到的物質直接發生氧化還原反應而引起的腐蝕稱為化學腐蝕,此類腐蝕無電流產生;若合金或不純金屬,接觸到電解質溶液而構成了原電池,其中活潑的金屬作負極,失去電子而被氧化的腐蝕稱電化腐蝕,此類腐蝕拌隨有電流的產生。電化腐蝕又分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕,兩者的比較見下表

(2)金屬的防護

根據金屬腐蝕的型別及其原理,可從以下幾方面採取防護措施:

① 阻斷形成原電池的條件,避免電化腐蝕。如保持鐵件表面乾燥或表面塗一層油漆等,都可阻止表面電解質溶液的形成,使之無條件發生電化腐蝕。

② 形成原電池,但把被保護的金屬作正極,避免腐蝕。如在鋼鐵船體埋鋅塊,在海水中可形成zn-fe原電池,因鋼鐵船體為正極得以保護。

③ 外接直流電源,將被保護金屬接到電源的負極,並形成閉合迴路。由於外電源負極提供大量的電子,有效地壓制了被保護金屬失電子的氧化,達到防腐的作用。

電解池是將電能轉化為化學能的裝置

1 陰陽兩個電極; ② 電解質溶液(或熔化的電解質)。

[說明]:①電解池兩極名稱分別叫陰極和陽極,由所連線在的外電源的那一極決定。與外接電源負極相連作為電解池的陰極,與外接電源正極相連的作為電解池的陽極。

②當然若要發生電解,還要有外接直流電源裝置,並構成閉合迴路。

以惰性電極電解硫酸銅溶液為例說明

通電前 cuso4 = cu2+ + so42- , h2o = h+ + oh-

溶液中存在由電離產生的兩種陽離子(cu2+ 和 h+),兩種陰離子(so42- 和 oh-)

通電後 ① 離子定向移動陽離子(cu2+ 和 h+)移向陰極, 陰離子(so42- 和 oh-)移向陽極

電極反應

陰極: 由於cu2+ 比 h+ 易得電子,故 2cu2+ + 4e- = 2cu (發生還原反應)

陽極: 由於oh- 比 so42-易失電子,故 4oh— - 4e- = 2h2o + o2↑ (發生氧化反應)

或 2h2o 4e- = o2 + 4h+ )

③ 溶液ph變化

在陽極區,由於水電離出的 oh- 得到電子形成 o2逸出,而 h+ 仍留在溶液中,造成溶液中n(h+)>n(oh-),使溶液顯酸性。

總化學反應方程式 2cuso4 + 2h2o = 2cu + o2 ↑ + 2h2so4

粒子在電極上得電子或失電子的過程又叫放電。

陰離子失電子從易到難順序: s2- > i- > br - > cl- > oh- > f-(或最**含氧酸根離子)

陽離子得電子從易到難順序(與金屬活動順序相反):

ag+>hg2+>fe3+(變fe2+)>cu2+>酸中的h+>pb2+>sn2+>fe2+>zn2+>h2o中h+>al3+>mg2+>na+>ca2+>k+

說明:① 上述順序為各離子濃度相近時的放電順序

② 電解池中電極材料分兩類,一類稱惰性電極,如石墨、鉑、金,它不參與電極反應,僅起導電體作用;另一類稱活潑電極,即除鉑、金外的常見金屬材料的電極。當陽極為活潑電極時,在電解時它將優先失電子而被氧化為金屬離子「溶」入溶液,而溶液中陰離子不會發生失電子的變化。

③ 利用離子放電順序可以判斷電解時電極的產物。

(1) 常見酸鹼鹽溶液的電解規律(惰性陽極)

(2) 溶液電解ph變化規律

若水中oh-在陽極放電生成o2,則陽極區溶液增生h+,ph 降低;若水中h+在陰極放電生成h2,則陰極區溶液增生oh-,ph 公升高;總反應的結果,若溶液生成酸,則溶液ph 降低;若生成鹼,則ph 公升高。

電鍍裝置:以鍍層金屬作陽極,鍍件掛在陰極,含鍍層金屬離子的鹽為電鍍液。

電鍍特點:電鍍過程中鍍層金屬離子濃度不變。

(1)立式隔膜電解槽的結構

1 陽極:由金屬鈦網(塗有釕氧化物製成);

2 陰極:由碳鋼網塗有ni塗層)製成;

3 離子交換膜;電解槽框及導電銅。陽離子交換膜

(2)陽離子交換膜的作用:阻止cl-、oh-等陰離子及氣體分子通過。這樣可防止陰極產生的h2與陽極產生的cl2 混合而**,也避免了cl2與陰極產生的的naoh作用生成naclo而影響naoh產品質量。

電化學基礎知識總結

1.原電池 電解池 電鍍池的比較。2.電離和電解的比較 3.常見化學電池 4 鹽橋將飽和的kcl或nh4no3 正 負離子遷移數幾乎相等 溶液裝在倒置的u形管中,跨接於兩電解質溶液之間,代替兩溶液的直接接觸,就構成了鹽橋。下面以銅鋅電池為例說明鹽橋的作用 見下圖 鹽橋的作用 如圖所示,在鹽橋的飽和k...

電化學基礎知識總結

第一節原電池 原電池 1 概念 化學能轉化為電能的裝置叫做原電池 2 組成條件 兩個活潑性不同的電極 電解質溶液 電極用導線相連並插入電解液構成閉合迴路 3 電子流向 外電路 負極 導線 正極 內電路 鹽橋中陰離子移向負極的電解質溶液,鹽橋中陽離子移向正極的電解質溶液。4 電極反應 以鋅銅原電池為例...

電化學基礎學案

專題電化學基礎 原電池原理 1 2013江蘇 mg h2o2電池可用於驅動無人駕駛的潛航器 該電池以海水為電解質溶液,示意圖如下 該電池工作時,下列說法正確的是 a mg 電極是該電池的正極 b h2o2在石墨電極上發生氧化反應 c.石墨電極附近溶液的ph增大 d 溶液中cl 向正極移動 2 201...