選修四 電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)201*-11-20

選修四電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)201*-11-20

1原電池及其應(yīng)用

1.1原電池原理

1.1.1原電池裝置構(gòu)成

①兩個(gè)活潑性不同的電極；②電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)

[說(shuō)明]原電池的兩極分別稱為正極和負(fù)極。兩極中相對(duì)活潑（易失電子）的作為負(fù)極，相對(duì)不活潑的為正極。負(fù)極應(yīng)要能與電解質(zhì)溶液發(fā)生自發(fā)的氧化反應(yīng)。當(dāng)兩電極材料均插入電解質(zhì)溶液中并將兩極相連構(gòu)成閉合電路，原電池裝置才能發(fā)生電化反應(yīng)產(chǎn)生電流。

1.1.2原電池發(fā)電原理及電極反應(yīng)

將銅片和鋅片平行地插入稀硫酸溶液中，則構(gòu)成了原電池。若將兩極用導(dǎo)線相連，則有電流產(chǎn)生�！鞍l(fā)電”的原理說(shuō)明如下：由于鋅比銅活潑，易失電子，Zn為負(fù)極，Cu則為正極。兩極相連后，Zn自發(fā)失去

2++

電子，不斷“溶解”，形成Zn進(jìn)入溶液。鋅片失去的電子沿外電路到達(dá)銅片，此時(shí)溶液中陽(yáng)離子H在銅

2--+

片表面獲得電子，形成H2逸出。與此同時(shí)溶液中的陰離子（SO4，OH）移向負(fù)極，陽(yáng)離子（H）移向正極（電池內(nèi)部離子的遷移是由化學(xué)勢(shì)所推動(dòng)的，即非電場(chǎng)力做功完成）。由于電池工作時(shí)，電子能自發(fā)地從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，在電池內(nèi)部，溶液中離子能自發(fā)地遷移，這樣電池就向外提供電能，發(fā)電了。電極反應(yīng)式表示如下

-2+

負(fù)極（Zn）Zn2e=Zn(負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，流出電子)

+-正極（Cu）2H+2e=H2↑(正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，流進(jìn)電子)+2+

總反應(yīng)式Zn+2H=Zn+H2↑

從上分析可知此例正極材料本身并無(wú)參與電極反應(yīng)，僅起作導(dǎo)體作用而已。因此，正極材料若換為活潑性比鋅差的導(dǎo)體為電極（如石墨），效果一樣。1.2原電池的應(yīng)用

主要有兩方面：其一，利用原電池自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，開發(fā)化學(xué)電源；其二，抑制原電池反應(yīng)發(fā)生，應(yīng)用于金屬腐蝕的防護(hù)。

1.2.1常見(jiàn)的化學(xué)電源①鋅-錳干電池

正極-石墨棒，負(fù)極-鋅筒,電解質(zhì)-淀粉湖-NH4Cl與碳粉、MnO2的混合物。

-2++-

負(fù)極反應(yīng)：Zn-2e=Zn，正極反應(yīng)：2NH4+2e=2NH3+H2，2MnO2+H2=Mn2O3+H2O；電池反應(yīng)：Zn+NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+Mn2O3+H2O②鉛蓄電池

33

電解質(zhì)溶液為(電解液：1.25g/cm~1.28g/cm的H2SO4溶液

-2--+2-放電時(shí)，負(fù)極-Pb：Pb-2e+SO4=PbSO4↓；正極-Pb（PbO2）：PbO2+2e+4H+SO4=PbSO4↓+2H2O

-2--+2-

充電時(shí)，陰極：PbSO4+2e=Pb+SO4陽(yáng)極：PbSO4↓-2e+2H2O=PbO2+4H+SO4；③燃燒電池

利用可燃物與O2的反應(yīng)開發(fā)的電源，燃料電池與普通電池的區(qū)別:不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是工作時(shí)不斷從外界輸入，同時(shí)電極反應(yīng)產(chǎn)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(jiàn)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。

1.2.2金屬的腐蝕及防護(hù)（1）金屬的腐蝕

金屬或合金跟周圍接觸到的物質(zhì)(氣體或液體)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而損耗的過(guò)程即為金屬的腐蝕。

若金屬與接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕稱為化學(xué)腐蝕，此類腐蝕無(wú)電流產(chǎn)生；若合

1

金或不純金屬，接觸到電解質(zhì)溶液而構(gòu)成了原電池，其中活潑的金屬作負(fù)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(chǎn)生。電化腐蝕又分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕，兩者的比較見(jiàn)下表

析氫腐蝕吸氧腐蝕

條件水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性很弱或非酸性

+---正極反應(yīng)2H+2e=H2↑O2+2H2O+4e=4OH

-2+負(fù)極反應(yīng)Fe2e=Fe

2+-其它----------------Fe+2OH=Fe(OH)2；4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

（2）金屬的防護(hù)

根據(jù)金屬腐蝕的類型及其原理，可從以下幾方面采取防護(hù)措施：

①阻斷形成原電池的條件，避免電化腐蝕。如保持鐵件表面干燥或表面涂一層油漆等。②形成原電池，但把被保護(hù)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(hù)。

③外接直流電源，將被保護(hù)金屬接到電源的負(fù)極，并形成閉合回路。

2電解池及其應(yīng)用

2.1電解的原理

2.1.1電解池裝置構(gòu)成

①陰陽(yáng)兩個(gè)電極;②電解質(zhì)溶液（或熔化的電解質(zhì)）。

[說(shuō)明]:①電解池兩極名稱分別叫陰極和陽(yáng)極,由所連接在的外電源的那一極決定。與外接電源負(fù)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(yáng)極。②當(dāng)然若要發(fā)生電解，還要有外接直流電源設(shè)備，并構(gòu)成閉合回路。

2.1.2電解原理分析

以惰性電極電解硫酸銅溶液為例說(shuō)明

2+2-+-通電前CuSO4=Cu+SO4,H2O=H+OH

2++2--溶液中存在由電離產(chǎn)生的兩種陽(yáng)離子(Cu和H),兩種陰離子(SO4和OH)

2++2--通電后①離子定向移動(dòng)陽(yáng)離子(Cu和H)移向陰極,陰離子(SO4和OH)移向陽(yáng)極

②電極反應(yīng)

2++2+-陰極:由于Cu比H易得電子，故2Cu+4e=2Cu(發(fā)生還原反應(yīng))-2--陽(yáng)極:由于OH比SO4易失電子，故4OH-4e=2H2O+O2↑(發(fā)生氧化反應(yīng))

-+

（或2H2O4e=O2+4H）

③溶液pH變化

-+

在陽(yáng)極區(qū)，由于水電離出的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(xué)反應(yīng)方程式2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2SO4

2.1.3放電順序

粒子在電極上得電子或失電子的過(guò)程又叫放電。

2------陰離子失電子從易到難順序：S>I>Br>Cl>OH>F(或最高價(jià)含氧酸根離子)

陽(yáng)離子得電子從易到難順序（與金屬活動(dòng)順序相反）：

+2+3+2+2++2+2+2+2++3+2++2++

Ag>Hg>Fe(變Fe)>Cu>酸中的H>Pb>Sn>Fe>Zn>H2O中H>Al>Mg>Na>Ca>K說(shuō)明:①上述順序?yàn)楦麟x子濃度相近時(shí)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(yīng)，僅起導(dǎo)電體作用；另一類稱活潑電極，即除鉑、金外的常見(jiàn)金屬材料的電極。當(dāng)陽(yáng)極為活潑電極時(shí)，在電解時(shí)它將優(yōu)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(huì)發(fā)生失電子的變化。

2

③利用離子放電順序可以判斷電解時(shí)電極的產(chǎn)物。2.1.4電解規(guī)律

(1)常見(jiàn)酸堿鹽溶液的電解規(guī)律(惰性陽(yáng)極)

電解反應(yīng)類型電解質(zhì)類型含氧酸強(qiáng)堿溶液活潑金屬含氧酸鹽無(wú)氧酸不活潑金屬無(wú)氧酸鹽規(guī)律實(shí)質(zhì)電解水-->H2+O2實(shí)質(zhì)電解水-->H2+O2實(shí)質(zhì)電解水-->H2+O2酸--->H2+非金屬鹽---->金屬+非金屬鹽+水--->金屬+O2+酸例電解稀H2SO4電解NaOH溶液電解Na2SO4溶液2HCl==H2+Cl2CuCl2=Cu+Cl22CuSO4+2H2O=2Cu+O2+2H2SO4PH變化降低升高不變升高----降低升高溶液復(fù)原法加H2O加H2O加H2O加HCl加CuCl2加CuO（CuCO3）加HCl電解水電解質(zhì)分解放氧生酸放氫生堿不活潑金屬含氧酸鹽活潑金屬無(wú)氧酸鹽鹽+水--->H2+非金屬+堿2KCl+2H2O=H2+Cl2+2KOH

(2)溶液電解pH變化規(guī)律

-++

若水中OH在陽(yáng)極放電生成O2,則陽(yáng)極區(qū)溶液增生H，pH降低;若水中H在陰極放電生成H2,則陰極區(qū)溶

-液增生OH，pH升高;總反應(yīng)的結(jié)果，若溶液生成酸,則溶液pH降低；若生成堿，則pH升高。

2.2電解的應(yīng)用

2.2.1電鍍

電鍍裝置:以鍍層金屬作陽(yáng)極,鍍件掛在陰極,含鍍層金屬離子的鹽為電鍍液。電鍍特點(diǎn)：電鍍過(guò)程中鍍層金屬離子濃度不變。

2.2.2氯堿工業(yè)

(1)立式隔膜電解槽的結(jié)構(gòu)①陽(yáng)極：由金屬鈦網(wǎng)（涂有釕氧化物制成）；②陰極：由碳鋼網(wǎng)涂有Ni涂層）制成；③離子交換膜；電解槽框及導(dǎo)電銅。陽(yáng)離子交換膜

--(2)陽(yáng)離子交換膜的作用：阻止Cl、OH等陰離子及氣體分子通過(guò)。這樣可防止陰極產(chǎn)生的H2與陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2混合而爆炸，也避免了Cl2與陰極產(chǎn)生的的NaOH作用生成NaClO而影響NaOH產(chǎn)品質(zhì)量。(3)反應(yīng)原理：--+-陽(yáng)極：2Cl-2e=Cl2↑：陰極：2H+2e=H2↑

電解反應(yīng)化學(xué)方程式2NaCl+2H2O==H2+Cl2+2NaOH

--

離子方程式2Cl+2H2O==H2+Cl2+2OH

(4)產(chǎn)品：NaOH、H2、Cl2

2.2.3電解精煉(電解精煉銅為例)

（1）裝置：陽(yáng)極--粗銅；陰極純銅；電解質(zhì)溶液--銅鹽溶液(如CuSO4)（2）電極反應(yīng)

-2+

陽(yáng)極：粗銅失電子放電“溶解”，Cu-2e=Cu。粗銅中比銅活潑的金屬溶解變成陽(yáng)離子進(jìn)入溶

液，比銅活潑性差的金屬如Au、Ag等貴重金屬則落入陽(yáng)極泥中。

2+2+-陰極：溶液中Cu得電子放電，Cu+2e=Cu生成的Cu沉積在陰極上而得到精銅。

3原電池與電解池的比較項(xiàng)目反應(yīng)性質(zhì)原電池氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)多為非自發(fā)，但也可以是自發(fā)反應(yīng)

3

電解池

裝置性質(zhì)電極名稱電極反應(yīng)式離子遷移方向化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能負(fù)極和正極負(fù)極：失電子氧化反應(yīng)正極：得電子還原反應(yīng)陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極電能轉(zhuǎn)為化學(xué)能陰極和陽(yáng)極陰極：得電子還原反應(yīng)陽(yáng)極：失電子氧化反應(yīng)陽(yáng)離子移向陰極，陰離子移向陽(yáng)極4電化學(xué)試題解法指導(dǎo)

4.1解題步驟方法

①判斷兩池(原電池還是電解池)②標(biāo)注電極名稱③寫出電極反應(yīng)式(根據(jù)電極產(chǎn)物、溶液成分

變化)④描述或解釋現(xiàn)象或進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。

[練4-01]把鋅片和鐵片放在盛有稀食鹽水和酚酞試液混合溶液的玻璃皿中（如圖所示平面圖），經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是（）A、Ⅰ和Ⅲ附近B、Ⅰ和Ⅳ附近C、Ⅱ和Ⅲ附近D、Ⅱ和Ⅳ附近

[解析]①判兩池：通常有外接電源的裝置是電解

池,故左圖為電

-2+

解池,根據(jù)右圖為兩個(gè)活性不同金屬浸在電解質(zhì)溶液中可判斷為原電池；②標(biāo)電極名：左圖由外接電源極性可知I為陰極，II為陽(yáng)極；右圖因Zn比Fe活潑，故III為負(fù)極，IV為正極。③寫電極反應(yīng)：左圖中,陽(yáng)極II：金屬Fe優(yōu)先氧化Fe-2e=Fe；陰極I：水中氫放電：2H+2e=H2；④現(xiàn)象及解釋：因I區(qū)OH增生，堿性，使酚酞變紅。又右圖，正極（IV）上電極反應(yīng)：O2+4e+2H2O=4OH（吸氧腐蝕），該區(qū)域呈堿性使酚酞變紅，B入選。

--+--

[4-02]如圖甲乙兩池分別以碳棒、鉑條、鋁條、鎂條為電極，并用導(dǎo)線相連接，以NaCl、NaOH溶液為電解溶液，有關(guān)該裝置的描述正確的是(D)

-2+

A.乙池中,Mg極的電極反應(yīng)是Mg-2e=Mg

-B.甲池中,Pt極的電極反應(yīng)是2Cl2e=Cl2↑

C.隨著反應(yīng)的進(jìn)行.乙池中n(NaOH)保持不變

D.反應(yīng)過(guò)程中,甲池中兩極附近溶液PH(C)

C．電解后,溶液中存在的陽(yáng)離子只有Fe、ZnD．電解后,電解模底部陽(yáng)極泥中中存在Cu、Pt

[解析]這是電解的過(guò)程，陽(yáng)極發(fā)生的是氧化反應(yīng),A錯(cuò)；陽(yáng)極：Zn-2e=ZnFe-2e=FeNi-2e=Ni

2+2+2+2+2+

--2+

-2+

-2+

2+2+

，Pt

為惰性金屬，不會(huì)放電，而Cu要在金屬Ni全部氧化為Ni后才能放電，但此時(shí)Cu已沒(méi)有了支撐物了，結(jié)果和Pt一起落下，形成陽(yáng)極泥，故D正確;陰極：因氧化性Ni>Fe>Zn,所以只有Ni+2e=Ni,可見(jiàn)，陽(yáng)極質(zhì)量減少的是“溶解”下的Zn、Fe、Ni，而陰極質(zhì)量增加的只是析出的鎳，兩者質(zhì)量是不相等的，故B錯(cuò)。;電解后,溶液中除留下Fe、Zn外，還有Ni，C也錯(cuò)。

2+2+2+

[練4-05]鉛蓄電池是典型的可充型電池，它的正負(fù)極格板是惰性材料，電池總反應(yīng)式為：Pb+PbO2+4H+2SO

+

2-4

2PbSO4+2H2O

請(qǐng)回答下列問(wèn)題（不考慮氫、氧的氧化還原）:(1)放電時(shí)：正極的電極反應(yīng)式是______________;電解液中H2SO4的濃度將變________;當(dāng)外電路通過(guò)1mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加________g。

(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時(shí)，若按題27圖連接，電解一段時(shí)間后，則在A電極上生成__________、B電極上生成________,此時(shí)鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將________________________。

解析：鉛蓄電池的負(fù)極是鉛（Pb），正極是二氧化鉛（PbO2）。放電時(shí)電極反應(yīng)：正極[A-（PbO2）]PbO2+2e

--

+2H+SO4==PbSO4+H2O

+2-

+2-

（與常見(jiàn)電池不同，鉛蓄電池放電時(shí)正極材料（PbO2）本身參與了電極反應(yīng)負(fù)極[B-（Pb）]Pb-2e+2H+SO4==PbSO4+H2O

可見(jiàn)，當(dāng)通過(guò)2mole時(shí)，負(fù)極1molPb變?yōu)?molPbSO4沉積在負(fù)極板上，既凈增加1molSO4，所以當(dāng)外電路通過(guò)1mol電子時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加49g。因放電時(shí)要消耗H2SO4，故;電解液中H2SO4的濃度將變小。完全放電后兩極材料都有變?yōu)榱蛩徙U（PbSO4），外接電源時(shí)，發(fā)生電解過(guò)程，電極反應(yīng)如下：陰極[A-（PbSO4）]PbSO4+2e+=Pb+SO4，A電極上生成Pb陽(yáng)極[B-（PbSO4）]PbSO4-2e+2H2O=PbO2++4H+SO4，B電極上生成PbO2此時(shí)鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將對(duì)換。

-+

2--2--

4.2電極名稱判斷法

根據(jù)兩極金屬相對(duì)活性判定原電池的電極名稱，根據(jù)X極所連接在的外接電源極性(“+”或“-”)判定電解池的電極名稱；根據(jù)電子（或電流）流向或測(cè)電極電勢(shì)高低等電學(xué)原理判斷電極名稱；此外根據(jù)X極發(fā)生氧化還是還原,移向X極的離子是陽(yáng)離子還是陰離子,X極增重還是減重,X極區(qū)PH值是升高還是降低等判定X電極的名稱。但要注意X極指的是在原電池還是電解池。

說(shuō)明：化學(xué)上規(guī)定，凡發(fā)生氧化變化的電極均為陽(yáng)極，而發(fā)生還原的電極均為陰極。據(jù)此，從發(fā)生的化學(xué)變化角度看，原電池中的負(fù)極（-）又叫陽(yáng)極，正極（+）又叫陰極。

4.3電極反應(yīng)式寫法

[電解池電極反應(yīng)式寫法要領(lǐng)]陽(yáng)極，首先看為何材料，若為金屬（除Au、Pt外），則陽(yáng)極金屬本身優(yōu)先被氧化，此時(shí)不必考慮溶液中陰離子放電；若陽(yáng)極為惰性材料，則分析溶液中陰離子及放電順序，還原性強(qiáng)者優(yōu)先在陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。陰極，不必考慮電極為何材料，只要看溶液中有何離子及其放電順序，氧化性強(qiáng)者優(yōu)先得電子發(fā)生被還原反應(yīng)。

[原電池電極反應(yīng)式寫法要領(lǐng)]①負(fù)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，兩電極轉(zhuǎn)

-

移的電子數(shù)要相等；②負(fù)極和正極兩電極反應(yīng)式相加則得到原電池的總反應(yīng)式；③若溶液中OH有參與電

++

極反應(yīng)必發(fā)生在負(fù)極。若結(jié)果H有增加，酸性增強(qiáng)，PH降低，必在負(fù)極區(qū)；若溶液中H有參與電極反應(yīng)必

5

發(fā)生在正極;若結(jié)果OH有增加，堿性增強(qiáng)，PH升高，必在正極區(qū)。

[練4-07]以鉑為電極，在兩極上分別通入H2和O2，可組成氫氧燃燒電池。分別寫出以硫酸為電解質(zhì)和KOH為電解質(zhì)溶液中的有關(guān)電極反應(yīng)式。

[解析]由于H2具有強(qiáng)還原性，O2具有強(qiáng)氧化性，故H2為負(fù)極，O2為正極。若電解質(zhì)為H2SO4電極反應(yīng)式：負(fù)極(Pt-H2)2H24e=4H正極(Pt-O2)O2+4e+4H=2H2O

因溶液有高濃度H，正極O2的還原產(chǎn)物只能是H2O，不可能為OH。若電解質(zhì)為KOH電極反應(yīng)式：負(fù)極(Pt-H2)2H24e+4OH=4H2O正極(Pt-O2)O2+4e+2H2O=4OH

因溶液有高濃度OH，故H2氧化產(chǎn)物H將在負(fù)極上與OH結(jié)合為H2O，而正極上O2的還原產(chǎn)物O不能在溶液中存在，而是與H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為OH。

氫氧燃燒電池總反應(yīng)方程式：2H2+O2=2H2O

--+

-2--

---+--+-+-

[練4-08]將兩塊鉑片連接后插入KOH溶液中作電極，并在兩極片上分別通入甲烷和氧氣從而組成了堿性燃燒電池，試寫出有關(guān)電極反應(yīng)式，并說(shuō)明溶液PH變動(dòng)情況。

[解析]負(fù)極(Pt-CH4):CH48e+10OH=CO3+7H2O正極(Pt-O2):2O2+8e+4H2O=8OH

電池總反應(yīng):CH4+2O2+2OH=CO3+3H2O(將兩電極反應(yīng)式相加即得總反應(yīng)式)

聯(lián)想到甲烷的燃燒的氧化產(chǎn)物是CO2,而在KOH溶液中不可能存在CO2,CO2會(huì)與KOH作用生成K2CO3和H2O,因此有如上負(fù)極反應(yīng)式�？梢�(jiàn)，電極上放電反應(yīng)后的產(chǎn)物還常可能與電解質(zhì)溶液發(fā)生離子反應(yīng)。

該電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)由于OH參與電極反應(yīng)而減少，故該區(qū)PH呈降低態(tài)勢(shì)；正極有OH生成,故該區(qū)PH呈升高態(tài)勢(shì)。但負(fù)極消耗的OH比正極生成的多，所以總的結(jié)果是溶液OH減少，PH值要降低。

-----

2---

--2-

[練4-09]熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混和物作電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)�，空氣與CO2的混和氣為正極助燃?xì)�，制得�?50℃下工作的燃料電池。完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：

2-－

負(fù)極反應(yīng)式：2CO+2CO3－4e＝4CO2

－2-正極反應(yīng)式：O2+2CO2+4e=2CO3

總電池反應(yīng)式：2CO+O2=2CO

[解析]從通常原電池的電解質(zhì)溶液，一下過(guò)渡到熔融鹽，不少人無(wú)法適應(yīng)。其實(shí)，我們只要從最基本的一點(diǎn)－燃料電池分析，其總電池反應(yīng)式應(yīng)為：2CO+O2=2CO2，然后逆向思考，正極反應(yīng)式=總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式，就可得出結(jié)果：O2+2CO2+4e=2CO3。通過(guò)電池總反應(yīng)式寫電極反應(yīng)式不失為一種簡(jiǎn)便方法。

－2-

[練4-10]高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為

放

3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH

充

下列敘述不正確的是（C）．．．A．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：3Zn6e+6OH=3Zn(OH)2

2

B．充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為：2Fe(OH)36e+10OH=2FeO4+8H2OC．放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK2FeO4被氧化D．放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)

[解析]放電是原電池原理，正極反應(yīng)為2FeO4+6e+8H2O=2Fe(OH)3+10OH，放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK2FeO4被還原，同時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)；負(fù)極反應(yīng)3Zn6e+6OH=3Zn(OH)2；充電是電解原理，陽(yáng)極反應(yīng)為2Fe(OH)36e+10OH=2FeO4+8H2O陰極反應(yīng)為3Zn(OH)2+6e=3Zn+6OH

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第四章電化學(xué)基礎(chǔ)

一、原電池

課標(biāo)要求

1、掌握原電池的工作原理

2、熟練書寫電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式

要點(diǎn)精講

1、原電池的工作原理

（1）原電池概念：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，叫做原電池。

若化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中有電子轉(zhuǎn)移，我們就可以把這個(gè)過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)成定向的移動(dòng)，即形成電流。只有氧化還原反應(yīng)中的能量變化才能被轉(zhuǎn)化成電能；非氧化還原反應(yīng)的能量變化不能設(shè)計(jì)成電池的形式被人類利用，但可以以光能、熱能等其他形式的能量被人類應(yīng)用。

（2）原電池裝置的構(gòu)成

①有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或一種是非金屬導(dǎo)體）作電極。②電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。③兩極相連形成閉合電路。（3）原電池的工作原理

原電池是將一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在原電池的負(fù)極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，簡(jiǎn)易記法：負(fù)失氧，正得還。

2、原電池原理的應(yīng)用

（1）依據(jù)原電池原理比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱

①電子由負(fù)極流向正極，由活潑金屬流向不活潑金屬，而電流方向是由正極流向負(fù)極，二者是相反的。

②在原電池中，活潑金屬作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；不活潑金屬作正極，發(fā)生還原反應(yīng)。③原電池的正極通常有氣體生成，或質(zhì)量增加；負(fù)極通常不斷溶解，質(zhì)量減少。（2）原電池中離子移動(dòng)的方向

①構(gòu)成原電池后，原電池溶液中的陽(yáng)離子向原電池的正極移動(dòng)，溶液中的陰離子向原電池的負(fù)極移動(dòng)；

②原電池的外電路電子從負(fù)極流向正極，電流從正極流向負(fù)極。注：外電路：電子由負(fù)極流向正極，電流由正極流向負(fù)極；

內(nèi)電路：陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。3、原電池正、負(fù)極的判斷方法：

（1）由組成原電池的兩極材料判斷

一般是活潑的金屬為負(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。（2）根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流由正極流向負(fù)極；電子由負(fù)極流向正極。（3）根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的流動(dòng)方向判斷

在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。（4）根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷

原電池的負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)。（5）根據(jù)電極質(zhì)量增重或減少來(lái)判斷。

工作后，電極質(zhì)量增加，說(shuō)明溶液中的陽(yáng)離子在電極（正極）放電，電極活動(dòng)性弱；反之，電極質(zhì)量減小，說(shuō)明電極金屬溶解，電極為負(fù)極，活動(dòng)性強(qiáng)。

（6）根據(jù)有無(wú)氣泡冒出判斷

電極上有氣泡冒出，是因?yàn)榘l(fā)生了析出H2的電極反應(yīng)，說(shuō)明電極為正極，活動(dòng)性弱。

本節(jié)知識(shí)樹

原電池中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能。

二、化學(xué)電源

課標(biāo)要求

1、了解常見(jiàn)電池的種類2、掌握常見(jiàn)電池的工作原理

要點(diǎn)精講

1、一次電池

（1）普通鋅錳電池

鋅錳電池是最早使用的干電池。鋅錳電池的電極分別是鋅（負(fù)極）和碳棒（正極），內(nèi)部填充的是糊狀的MnO2和NH4Cl。電池的兩極發(fā)生的反應(yīng)是：

（2）堿性鋅錳電池

用KOH電解質(zhì)溶液代替NH4Cl作電解質(zhì)時(shí)，無(wú)論是電解質(zhì)還是結(jié)構(gòu)上都有較大變化，電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。它的電極反應(yīng)如下：

（3）銀鋅電池紐扣電池

該電池使用壽命較長(zhǎng)，廣泛用于電子表和電子計(jì)算機(jī)。其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)為KOH溶液。其電極反應(yīng)式為：

（4）高能電池鋰電池

該電池是20世紀(jì)70年代研制出的一種高能電池。由于鋰的相對(duì)原子質(zhì)量很小，所以比容量（單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的電量）特別大，使用壽命長(zhǎng)。

如作心臟起搏器的鋰碘電池的電極反應(yīng)式為：

2、二次電池

原理：充電電池在放電時(shí)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)在充電時(shí)又逆向進(jìn)行，生成物重新轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，使充電放電可在一定時(shí)期內(nèi)循環(huán)進(jìn)行。

鉛蓄電池

構(gòu)成：該電池以Pb和PbO2作電極材料，硫酸作電解質(zhì)溶液。

放電時(shí)二氧化鉛電極上發(fā)生還原反應(yīng)，鉛電極上發(fā)生氧化反應(yīng)。充電時(shí)二氧化鉛電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，鉛電極上發(fā)生還原反應(yīng)。

3、氫氧燃料電池（1）氫氧燃料電池的構(gòu)造

在氫氧燃料電池中，電解質(zhì)溶液為KOH溶液。石墨為電極，H2和O2或空氣）源源不斷地通到電極上。

（2）氫氧燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物只有水，不產(chǎn)生污染物。

本節(jié)知識(shí)樹

根據(jù)原電池的工作原理，設(shè)計(jì)了各種用途的原電池產(chǎn)品。需要了解常見(jiàn)電池的基本構(gòu)造、工作原理、性能和使用范圍。

三、電解池

課標(biāo)要求

1、掌握電解池的工作原理

2、能夠正確書寫電極反應(yīng)式和電解池反應(yīng)方程式3、了解電解池、精煉池、電鍍池的原理

要點(diǎn)精講

1、電解原理

（1）電解的含義：使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液（或熔化的電解質(zhì)）而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解，這種把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置叫做電解池。

（2）構(gòu)成電解池的條件①直流電源。

②兩個(gè)電極。其中與電源的正極相連的電極叫做陽(yáng)極，與電源的負(fù)極相連的電極叫做陰極。

③電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)用石墨、金、鉑等制作的電極叫做惰性電極，因?yàn)樗鼈冊(cè)谝话愕耐�電條件下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。用還原性較強(qiáng)的材料制作的電極叫做活性電極，它們作電解池的陽(yáng)極時(shí)，先于其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。

（3）陰、陽(yáng)極的判斷及反應(yīng)原理與電源的正極相連的電極為陽(yáng)極。陽(yáng)極如果是活潑的金屬電極，則金屬失去電子生成金屬陽(yáng)離子；陽(yáng)極如果不能失去電子，則需要溶液中能失去電子（即具有還原性）的離子在陽(yáng)極表面失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。

與電源的負(fù)極相連的電極為陰極。陰極如果是具有氧化性的物質(zhì)，則陰極本身得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，生成還原產(chǎn)物；陰極如果不能得到電子，則溶液中的離子在陰極表面得電子，發(fā)生還原反應(yīng)（如下圖所示）

2、電解原理的應(yīng)用

（1）電解飽和食鹽水以制備燒堿、氯氣和氫氣①電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理

②離子交換膜法電解制燒堿的主要生產(chǎn)流程

（2）電鍍

①電鍍的含義：電鍍是應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過(guò)程。

②電鍍的目的：電鍍的目的主要是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。③電鍍特點(diǎn)：“一多、一少、一不變”。一多指陰極上有鍍層金屬沉積，一少指陽(yáng)極上有鍍層金屬溶解，一不變指電解液濃度不變。

（3）電鍍的應(yīng)用銅的電解精煉①電解法精煉銅的裝置

②電解法精煉銅的化學(xué)原理

電解精煉是一種特殊的電解池。電解精煉中的兩個(gè)電極都是同種金屬單質(zhì)，陽(yáng)極是純度較低的金屬單質(zhì)，陰極是純度較高的金屬單質(zhì)。

（3）電冶金

原理：化合態(tài)的金屬陽(yáng)離子，在直流電的作用下，得到電子，變成金屬單質(zhì)。

本節(jié)知識(shí)樹

化學(xué)能與電能可以相互轉(zhuǎn)化。電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的反應(yīng)為電解反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的裝置叫電解池。

原電池與電解池比較

四、金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)

課標(biāo)要求

①能夠解釋金屬電化學(xué)腐蝕的原因②了解金屬腐蝕的危害③掌握金屬腐蝕的防護(hù)措施

要點(diǎn)精講

1、金屬的腐蝕（1）定義：金屬的腐蝕是指金屬與周圍的氣體或液體物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。

（2）分類：由于金屬接觸的介質(zhì)不同，發(fā)生腐蝕的情況也不同，一般可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

①化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生反應(yīng)而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕�；瘜W(xué)腐蝕過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是普通的氧化還原反應(yīng)，而不是原電池反應(yīng)，無(wú)電流產(chǎn)生。

②電化學(xué)腐蝕：不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)。比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。

（3）電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕，實(shí)際上是由大量的微小的電池構(gòu)成微電池群自發(fā)放電的結(jié)果。①析氫腐蝕

鋼鐵在潮濕的空氣中表面會(huì)形成一薄層水膜，在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液的薄膜，與鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成了原電池。這無(wú)數(shù)個(gè)微小的原電池遍布鋼鐵表面，在這些原電池里，鐵是負(fù)極，碳是正極。若電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)則發(fā)生析氫腐蝕。

②吸氧腐蝕

金屬表面酸性較弱或呈中性時(shí)，溶解在溶液中的氧氣與水結(jié)合，生成OH-，消耗了氧氣，從而使得溶液不斷吸收空氣中的氧氣而發(fā)生吸氧腐蝕。

2、金屬的防護(hù)

金屬防護(hù)的目的就是防止金屬的腐蝕。金屬的防護(hù)要解決的主要問(wèn)題就是使金屬不被氧化。

（1）犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法

將被保護(hù)的金屬與更活潑的金屬連接，構(gòu)成原電池，使活潑金屬作陽(yáng)極被氧化，被保護(hù)的金屬作陰極。

（2）外加電源的陰極保護(hù)法

利用外加直流電，負(fù)極接在被保護(hù)金屬上成為陰極，正極接其他金屬。（3）非電化學(xué)防護(hù)法

①非金屬保護(hù)層②金屬保護(hù)層③金屬的鈍化

3、判斷金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的規(guī)律

（1）金屬與水或酸的反應(yīng)越劇烈，該金屬越活潑。（2）金屬對(duì)應(yīng)的最高價(jià)氧化物的水化物的堿性越強(qiáng)，該金屬越活潑。

（3）一種金屬能從另一種金屬的鹽溶液中將其置換出來(lái)，則該金屬比另一種金屬更活潑。

（4）兩金屬構(gòu)成原電池時(shí)，作負(fù)極的金屬比作正極的金屬更活潑。

（5）在電解的過(guò)程中，一般地先得到電子的金屬陽(yáng)離子對(duì)應(yīng)的金屬單質(zhì)的活潑性比后得到電子的金屬陽(yáng)離子對(duì)應(yīng)的金屬單質(zhì)的活潑性弱。

本節(jié)知識(shí)樹

在揭示金屬腐蝕的嚴(yán)重性和危害性的基礎(chǔ)上，分析發(fā)生金屬腐蝕的原因，探討防止金屬腐蝕的思路和方法。

本章知識(shí)網(wǎng)絡(luò)

金屬冶煉方法總結(jié)

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