电化学笔记
电化学
第一节 原电池
形成条件
- 自发氧化还原反应
- 有两个活泼性不同的电极
- 电解质溶液
- 闭合回路
原理
- 电极名称
正极:不活泼,得电子。
负极:较活泼,失电子。 - 电子流向:负极 → 正极
- 离子流向:阴离子→负极 阳离子→正极
- 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:
- 形成闭合回路
- 平衡两个半池子电荷
应用
- 加快速率( 锌铜原电池 )
- 比较金属性强弱
- 保护金属避免腐蚀( 船的水线以下镶Zn,划破不影响 )
- 制化学电源
一次电池
- 锌—锰干电池 (电解液KOH)
Zn−2e−+2OH−=Zn(OH)2
2MnO2+2e−+2H2O=2MnO(OH)+2OH−- 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 LiC6−e−=Li+C6
2Li+2CH3COOH=2CH3COOLi+H2↑
2Li+2C2H5OH=2C2H5OLi+2H2↑
2Li+2H2O=2LiOH+H2↑- 特殊电池
负:Cu−2e−=Cu2+
正:Cu+2NO−3+2e−+4H+=2NO2↑+2H2O+Cu2+
- 若参加电极反应的H+或OH−来自H2O的电离,总反应写成H2O的形式。
- 燃料电池
- 负极:燃料(H2,C2H5OH,C3H8,CO,丙环,NH3·N2H4,H2S,SO2等)
- 正极:氧化剂(可以得电子:O2,Cl2,N2O4,H2O2等)
电解液:H2SO4,KOH,熔融氧化物,熔融碳酸盐
酸式:正:2CO−4e−+2H2O=2CO2+4H+
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 负:O_2+4e-+4H+ = 2H_2O$
碱式:正:2CO+4e−+8OH−=2CO2−3+4H2O
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 负:O_2+4e^-+2H_2O = 4OH^-$
总:2CO+O2+4OH−=2CO2−3+2H2O
熔融氧化物(CrO2):负:2CO−4e−+2O2−=2CO2
$\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 正:O_2+4e-=2O$
- 电极方程式书写规律
- 时刻注意电极产物(离子,气体)与电解液是否反应
- 一般一极耗H+,OH−,O2−,CO2−3,另一极生成H+,OH−,O2−,CO2−3
- 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
- 电源
- 两极
- 电解液
- 闭合回路
H2O=H++OH−
原理
- 电极名称
- 电子流向
负极 -> 阴极 阳极->正极 - 离子流向
阳离子->阴极 阴离子->阳极 - 电极反应
阳极 失电子 氧化反应
阴极 得电子 还原反应
K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Zn2+<Fe2+<H+<Cu2+<Fe3+<Hg2+<Ag+
↑↓→
练习
惰性电极电解CuSO4(aq)
- 阳极:4OH−−4e−=2H2O+O2↑
- 阴极:2Cu2++4e−=2Cu
- 总: $2Cu^{2+} + 2H_2O=2Cu+O_2↑+4H^+ ∗∗惰性电极电解Fe$**
- 阳极:Fe−2e−=Fe2+
- 阴极:2H++2e−=H2↑
- 总: Fe+2H2O=Fe(OH)2↓+H2↑
惰性电极电解Ag- 阳极:2Ag−2e−+2Cl−=2AgCl
- 阴极:2H++2e−=H2↑
- 总: 2Ag+2H2O+2Cl−=2AgCl+H2↑+2OH−
惰性电极电解MgCl2- 阳极:2Cl−2−2e−=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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