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\(KOH\))
    $ Zn - 2e^- + 2OH^- = Zn(OH)_2 $
    \(2MnO_2 + 2e^-+2H_2O=2MnO(OH) + 2OH^-\)
  2. 锂电池
    比能量：单位质量/体积 电池向外输送电能的多少
    \(Li - e^- = Li^+\) 或 \(LiC_6-e^-=Li^+C_6\)
    \(2Li + 2CH_3COOH = 2CH_3COOLi + H_2↑\)
    \(2Li + 2C_2H_5OH = 2C_2H_5OLi+2H_2↑\)
    \(2Li + 2H_2O = 2LiOH + H_2↑\)
  3. 特殊电池
    负：\(Cu - 2e^-=Cu^{2+}\)
    正：\(Cu + 2NO_3^- +2e^-+4H^+=2NO_2↑ + 2H_2O+Cu^{2+}\)
  • 若参加电极反应的\(H^+\)或\(OH^-\)来自\(H_2O\)的电离，总反应写成\(H_2O\)的形式。
  1. 燃料电池
  • 负极：燃料(\(H_2， C_2H_5OH，C_3H_8，CO，丙环，NH_3·N_2H_4，H_2S，SO_2\)等)
  • 正极：氧化剂(可以得电子：\(O_2，Cl_2，N_2O_4，H_2O_2\)等)
    电解液：\(H_2SO_4，KOH\)，熔融氧化物，熔融碳酸盐
    酸式：正：\(2CO - 4e^-+2H_2O=2CO_2+4H^+\)
    $\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \(负：\)O_2+4e-+4H+ = 2H_2O$
    碱式：正：\(2CO + 4e^-+8OH^-=2CO_3^{2-}+4H_2O\)
    $\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \(负：\)O_2+4e^-+2H_2O = 4OH^-$
    总：\(2CO+O_2+4OH^-=2CO_3^{2-}+2H_2O\)
    熔融氧化物(\(CrO_2\))：负：\(2CO-4e^-+2O^{2-}=2CO_2\)
    $\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \(正：\)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\(H^+, OH^-,O^{2-},CO_3^{2-}\)，另一极生成\(H^+, OH^-,O^{2-},CO_3^{2-}\)
  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
    \(H_2O = H^+ + OH^-\)

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

\(K^+ < Ca^{2+} < Na^+ < Mg^{2+} < Al^{3+} < Zn^{2+} < Fe^{2+} < H^+ <Cu^{2+} < Fe^{3+} < Hg^{2+} < Ag^+\)

↑↓→

练习
$\ \ \ \ \ $ 惰性电极电解\(CuSO_4(aq)\)

  • 阳极：\(4OH^- - 4e^- = 2H_2O + O_2↑\)
  • 阴极：\(2Cu^{2+} + 4e^- = 2Cu\)
  • 总： $2Cu^{2+} + 2H_2O=2Cu+O_2↑+4H^+ \( **惰性电极电解\)Fe$**
  • 阳极：\(Fe-2e^-=Fe^{2+}\)
  • 阴极：\(2H^++2e^-=H_2↑\)
  • 总： \(Fe + 2H_2O=Fe(OH)_2↓+H_2↑\)
    惰性电极电解\(Ag\)
  • 阳极：\(2Ag-2e^-+2Cl^-=2AgCl\)
  • 阴极：\(2H^++2e^-=H_2↑\)
  • 总： \(2Ag+2H_2O+2Cl^-=2AgCl+H_2↑+2OH^-\)
    惰性电极电解\(MgCl_2\)
  • 阳极：\(2Cl_2^- - 2e^- = Cl_2\)
  • 阴极：\(2H_2O + 2e^- + Mg^{2+} = H_2↑ + Mg(OH)_2\)
  • 总: \(Mg^{2+} + 2Cl^- + 2H_2O = H_2↑ + Cl_2 + Mg(OH)_2\)

电解原理的应用

  • 氯碱工业——电解\(NaCl(aq)\)，得\(H_2,Cl_2,NaOH\)阳离子交换膜
  • 家用消毒液制取
    阴：
    阳：
    总：
  • 粗通精炼
  • 电解池
posted @ 2019-11-24 12:10  hélium  阅读(709)  评论(0)  编辑  收藏  举报