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电化学笔记

电化学


第一节 原电池

形成条件

  1. 自发氧化还原反应
  2. 有两个活泼性不同的电极
  3. 电解质溶液
  4. 闭合回路

原理

  1. 电极名称
    正极:不活泼,得电子。
    负极:较活泼,失电子。
  2. 电子流向:负极正极
  3. 离子流向:阴离子负极 阳离子正极
  4. 电极反应: 负极氧化,正极还原

实质

  • 把一个氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别设置在正、负两个电极发生,使还原剂失的电子沿导线传递给氧化剂,从而形成电子的定向移动。

改进

  • 琼脂的作用:
  1. 形成闭合回路
  2. 平衡两个半池子电荷

应用

  1. 加快速率( 锌铜原电池
  2. 比较金属性强弱
  3. 保护金属避免腐蚀( 船的水线以下镶Zn,划破不影响
  4. 制化学电源

一次电池

  1. 锌—锰干电池 (电解液KOH)
    Zn2e+2OH=Zn(OH)2
    2MnO2+2e+2H2O=2MnO(OH)+2OH
  2. 锂电池
    比能量:单位质量/体积 电池向外输送电能的多少
    Lie=Li+LiC6e=Li+C6
    2Li+2CH3COOH=2CH3COOLi+H2
    2Li+2C2H5OH=2C2H5OLi+2H2
    2Li+2H2O=2LiOH+H2
  3. 特殊电池
    负:Cu2e=Cu2+
    正:Cu+2NO3+2e+4H+=2NO2+2H2O+Cu2+
  • 若参加电极反应的H+OH来自H2O的电离,总反应写成H2O的形式。
  1. 燃料电池
  • 负极:燃料(H2C2H5OHC3H8CONH3·N2H4H2SSO2等)
  • 正极:氧化剂(可以得电子:O2Cl2N2O4H2O2等)
    电解液H2SO4KOH,熔融氧化物,熔融碳酸盐
    酸式:正:2CO4e+2H2O=2CO2+4H+
    $\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ O_2+4e-+4H+ = 2H_2O$
    碱式:正:2CO+4e+8OH=2CO23+4H2O
    $\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ O_2+4e^-+2H_2O = 4OH^-$
    2CO+O2+4OH=2CO23+2H2O
    熔融氧化物(CrO2):负:2CO4e+2O2=2CO2
    $\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ O_2+4e-=2O$
  • 电极方程式书写规律
  1. 时刻注意电极产物(离子,气体)与电解液是否反应
  2. 一般一极耗H+,OH,O2,CO23,另一极生成H+,OH,O2,CO23
  3. 电荷守恒:得e相当于带负电荷,失e相当于带正电荷。

第二节 电解池

电能 ---> 化学能

形成条件


  1. 电源
  2. 两极
  3. 电解液
  4. 闭合回路
    H2O=H++OH

原理


  1. 电极名称
  2. 电子流向
    负极 -> 阴极 阳极->正极
  3. 离子流向
    阳离子->阴极 阴离子->阳极
  4. 电极反应
    阳极 失电子 氧化反应
    阴极 得电子 还原反应

  • 电极方程式书写

  • 阳极

  • Mg Al Cu Ag Zn Fe  活性电极

  • Pt Au  惰性电极

  • 阴极

K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Zn2+<Fe2+<H+<Cu2+<Fe3+<Hg2+<Ag+

↑↓→

练习
      惰性电极电解CuSO4(aq)

  • 阳极:4OH4e=2H2O+O2
  • 阴极:2Cu2++4e=2Cu
  • 总: $2Cu^{2+} + 2H_2O=2Cu+O_2↑+4H^+ Fe$**
  • 阳极:Fe2e=Fe2+
  • 阴极:2H++2e=H2
  • 总: Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2
    惰性电极电解Ag
  • 阳极:2Ag2e+2Cl=2AgCl
  • 阴极:2H++2e=H2
  • 总: 2Ag+2H2O+2Cl=2AgCl+H2+2OH
    惰性电极电解MgCl2
  • 阳极:2Cl22e=Cl2
  • 阴极:2H2O+2e+Mg2+=H2+Mg(OH)2
  • 总: Mg2++2Cl+2H2O=H2+Cl2+Mg(OH)2

电解原理的应用

  • 氯碱工业——电解NaCl(aq),得H2,Cl2,NaOH阳离子交换膜
  • 家用消毒液制取
    阴:
    阳:
    总:
  • 粗通精炼
  • 电解池
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