1、1电化学（一）原电池原理及其应用考试大纲1. 了解原电池的工作原理，能够写出电极反应和电池反应方程式。2. 了解常见化学电源的种类及其工作原理。3. 理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。一 基础知识回顾（一） 原电池的工作原理1. 原电池的定义把 转化为 的装置。2. 形成条件a.电极材料 通常是两种活泼性不同的金属或者是金属和其他导电的材料（如石墨等）b.电解质溶液 两电极必须浸在电解质溶液当中c.闭合回路 两电极之间要用导线连接，形成闭合回路d 自发进行的氧化还原反应3 原电池的两极负极：活泼性 的金属，发生 反应。正极：活泼性 的金属，发生 反应。4. 电极
2、反应式书写和电子流动方向（1）电极反应式的书写（以 Cu-Zn 原电池为例，如右图）负极： ,电极反应式： 。正极： ,电极反应式： 。总反应 ： 。（2）电子流动方向电子由 释放，经 沿导线流向 ，电解质溶液中的 在正极得到电子被 ，形成一个闭合回路。（二）主要应用一是制作化学电源，二是比较金属的活动性，三是加快化学反应速率，四是比较金属腐蚀的快慢和选择保护金属的方法。制作化学电源1一次电池（又称为 ）a碱性锌锰电池的负极是 ，正极是 ，电解质是 负极反应为： 正极反应为： 总反应式为： b.碱性锌锰电池与普通锌锰电池相比，其优点是 。 2二次电池（又称为 ）a最常见的二次电池为铅蓄电池，其
3、正极覆盖 ，负极覆盖 ，电解质是 溶液。负极： 正极： 总反应式： 2b.铅蓄电池充电时的电极反应为阴极：PbSO 4 + 2e- Pb + SO42- 阳极：PbSO 4 + 2H2O PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-总反应式： 2PbSO 4 + 2H2O Pb + PbO2 + 2H2SO43.燃料电池燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生氧化还原反应，能连续将燃料和氧化剂的化学能转换成电能的化学电池。燃料电池电极本身不参与氧化还原反应，只是一个催化转化原件。燃料电池中都是燃料在负极失电子，O 2 在正极得电子。燃料电池一般用酸性或碱性物质做电解质，在书写这类电池时应该注意：
4、a.若电解质是酸性的，在电极反应式中不能出现 OH-。如氢氧燃料电池（以 H2 为燃料，O2 为氧化剂，Pt 做电极），当用酸性电解质时，电极反应式为：负极： 正极： 总反应式： b.若电解质是碱性的，在电极反应式中不能出现 H+，如氢氧燃料电池，当用碱性电解质时，电极反应式为：负极： 正极： 总反应式： c.甲烷-氧气燃料电池电极方程式的书写该电池将金属铂片插入 KOH 溶液中做电极，在两极上分别通入甲烷和氧气。负极： 正极： 总反应式： 比较金属的活动性比较金属活动性的一般规律是负极金属的活动性比正极金属的强，但也有例外，如 Al-NaOH-My 原电池，由于 My 不与强碱反应而 Al
5、与 NaOH 溶液的反应能够自发的进行，所以 Al 做负极：Al 3e- + 4OH- AlO 2- + 2H2O , My 做正极：2H 2O + 2e- H 2 + 2OH-加快化学反应速率加快化学反应速率是因为两极之间产生电势差，通过导线或直接接触来传递电子，使负极金属与溶液中离子之间的氧化还原反应更快的进行。如用粗锌制氢气比纯锌更快，用 Zn粒与稀 H2SO4 反应制 H2 时，加入少量 CuSO4 溶液可使反应速率更快。比较金属腐蚀的快慢和选择保护金属的方法1.化学腐蚀 金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀2.电化学腐蚀 金属或合金因发生原电池所引起的腐蚀 （金属的腐蚀主要
6、是发生电化学腐蚀）钢铁生锈吸氧腐蚀与析氢腐蚀类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀条件 水膜呈弱酸性或者是中性 水膜呈酸性正极反应（C） O2+2H2O+4e- 4OH - 2H+ + 2e-H 2负极反应（Fe） Fe 2e- Fe2+ 3其他反Fe2+ + 2OH - Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 4Fe(OH) 3Fe(OH)3 失去部分水转化为铁锈 3.影响金属腐蚀快慢的因素不纯的金属或合金在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼的金属因被腐蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与两种因素有关：（1）与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速率越
7、快，活泼金属被腐蚀的速率就越快。（2）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀一般来说，可用下列原则判断电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀4.金属腐蚀防护的方法a. 改变金属的组成结构 如把 Ni、 Cr 等加入普通的钢中制成不锈钢b. 在金属表面覆盖保护层 如涂油脂、油漆、搪瓷、塑料等或者是电镀耐腐蚀的金属c. 电化学保护法 通常采用牺牲阳极的阴极保护法，如将金属连接在电源的负极上，这样就可以消除引起金属腐蚀的原电池反应。也可以在金属上焊接比它更活泼的金属，那么发生金属腐
8、蚀时是活泼金属被腐蚀而金属本身受到保护二解题方法与技巧原电池正、负极的判断方法（1） 根据组成原电池两极的材料判断。一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。（2） 根据电流方向或电子流动方向判断。电流方向是由正极流向负极，电子流动方向则相反。（3） 根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动方向判断。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。（4） 根据原电池两极发生的反应类型判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。（5） 根据电极质量的变化判断。工作后，X 极质量增加，说明溶液中的阳离子在 X 极（正极）放电，X 极活动
9、性弱；反之， X 极质量减少，说明 X 极金属溶解，X 极为负极，活动性强。（6） 根据电池中的现象判断。若某电极上有气泡冒出，则是因为析出了 H2，说明该电极为正极，活动性弱。燃料电池负极的电极反应式书写方法：燃料电池的负极上是燃料发生氧化反应。书写负极的电极反应式通常有两种方法：方法一：电荷守恒分析法首先确定还原剂、氧化产物及失去的电子数，然后依据介质（H + 或 OH-）来使电荷和原子个数守恒。以甲烷燃料电池（NaOH 溶液为电解质溶液）为例来说明：CH 4 是还原剂，CO 2 氧化产物，但碱性溶液中 CO2 转化为 CO32-，由 CH4CO 2 ，升高 8 价，故有 CH4 8e-
10、CO32- 平衡电荷：左边失 8 个电子，右边有 2 个负电荷，所以应在左边加上 10 个负电荷，即 CH4 8e- + 10OH- CO32- 配平：CH 4 8e- + 10OH- CO 32- + 7H2O4若为酸性电池，则书写步骤为： 归纳起来，书写负极的电极反应是可分为三步：由“电子守恒”并依据化合价升高值确定失去的电子数 由“电荷守恒 ”确定参与反应的介质（ H+ 或 OH-）的物质的量 由原子守恒得出完整的电极反应方程式。即按照：电子守恒电荷守恒原子守恒的“三恒”顺序书写负极反应式。方法二：反应式相减法三 基础题练习1在下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是 （
11、 ）A在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多 B同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强C甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能 D将甲、乙作电极组成原电池时，甲是正极2. 镁及其化合物一般无毒（或低毒） 、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因而越来越成为人们研制绿色电池所关注的重点。有一种镁二次电池的反应为：xMg+Mo3S4 MgxMo3S4 下列说法中错误的是 （ ）A放电时 Mg2+ 向正极迁移 B放电时正极的电极反应为 Mo3S4 + 2xe- = Mo3S42x-学科网C放电时 Mo3S4 发生氧化反应 D充电时阴极的电极反应为 x Mg2+ + 2xe- = xMg3.一种新型
12、燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y 2O3）的氧化锆（ZrO 2）晶体，在熔融状态下能传导 O2。下列对该燃料电池说法正确的是： （ ）A.在熔融电解质中，O 2由负极移向正极 B.电池的总反应是：2C4H10 13O28CO 210H 2OC.通入空气的一极是正极，电极反应为：O 22H 2O4e 4OH D.通入丁烷的一极是负极，电极反应为： C4H1013O 226e 4CO 25H 2O4. 芬兰籍华人科学家张霞昌研制的“超薄型软电池”或 2009 年中国科技创业大赛最高奖，被称之为“软电池”的纸质电池总反应为：Zn2MnO 2H 2O ZnO2MnOO
13、H 。下列说法正确的是： （ ）A.该电池中 Zn 作负极，发生还原反应 B.该电池反应中 MnO2 起催化作用C.该电池工作时电流由 Zn 经导线流向 MnO2 D.该电池正极反应式为：2MnO 22e 2H 2O2MnOOH2OH -55.镍镉（NiCd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd 2NiOOH 2H2O Cd(OH)2 2Ni(OH)有关该电池的说法正确的是： （ ）A.充电过程是化学能转化为电能的过程 B.放电时负极附近溶液的碱性不变C.放电时电解质溶液中的 OH 向正极移动D.充电时阳极反应：Ni(OH)
14、2e OH NiOOHH 2O6.日本茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料 电池（DDFC） ，该电池有较高的安全性。电池总反应为：CH 3OCH3 3O 2 2CO 2 3H 2O ，电池示意如右图,下 列说法不正确的是: ( )A.a 极为电池的负极B.电池工作时电流由 b 极沿导线经灯泡再到 a 极C.电池正极的电极反应为：4H O2 4e 2H2OD.电池工作时,1mol 二甲醚被氧化时就有 6mol 电子转移7某固体酸燃料电池以 CsHSO4 固体为电解质传递 H ，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H 2O 2=2H2O，下列有关说法正确的是：（ ）A电子通过外电路从
15、 b 极流向 a 极 Bb 极上的电极反应式为：O22H 2O4e =4OHC每转移 0.1 mol 电子，消耗 1.12 L 的 H2 DH 由 a 极通过固体酸电解质传递到b 极8.把 a、b、c、d 四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成几个原电池。若a、b 相连时 a 为负极；c、d 相连时电流由 d 到 c； a、c 相连时 c 极上产生大量气泡；b、d 相连时 b 上 有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱为( )A.abcd B.acdbC.ca bd D.b dca9.镁H 2O2 酸性电池采用海水作电解质（加入一定量酸） ，下列说法正确的是（ ）A电池总反应为
16、 Mg+H2O2+2H+=Mg2+ 2H2O B负极反应为 H2O2+2e-+ 2H+= 2H2OC电池工作时，正极 周围海水的 pH 减少 D电池工作时，溶液中的 H+向负极移动610.（9 分）如右图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察： (1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于 腐蚀。 (2)若试管内液面上升，则原溶液是 性，发生 腐蚀，电极反应：负极： ，正极： 。 (3)若试管内液面下降，则原溶液呈 性，发生 腐蚀，电极反应：负极： ，正极： 。 四 高考题回顾1.（2013 年湖北高考）银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了 Ag2S 的缘故，根据电化学原理可进行如下处理：在
17、铝制容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，下列说法正确的是（ ）A处理过程中银器一直保持恒重 B银器为正极，Ag 2S 被还原为单质银C该过程中总反应为 2Al+3Ag2S=6Ag+Al2S3 D黑色褪去的原因是黑色 Ag2S 转化为白色 AgCl2.（2013 年湖北高考） （15 分）锂离子电池的应用很广，某正极材料可再生利用，某锂离子电池的正极材料有钴酸锂（LiCoO 2） 、导电剂乙炔黑和铝箔等，充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi+xe=LixC6，现欲利用以下工艺流程回收正极材料中某些金属资源（部分条件未给出）（5）充电给出中，发生
18、LiCoO2 与 Li1-xCoO2 之间的转化，写出放电时电池反应方程式。3 （2013 年湖北高考） （15 分）7二甲醚（CH 3OCH3）是无色气体，可作为一种新型能源，由合成气（组成为 H2、CO 和少量的 CO2）直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：甲醇的合成反应：（i）CO(g)+2H 2(g)=CH3OH(g) H 1 = 90.1 kJmol1 （ii）CO 2(g)+3H2(g)=CH3OH(g) +H2O(g) H 2 = 49.0 kJmol1 水煤气变换反应：（iii）CO(g)+2H 2O(g)=CO2(g)+H2(g) H 3 = 41.1 kJmol
19、1 二甲醚合成反应：（iv）CH 3OH(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) H 4 = 24.5 kJmol1 （5）二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池（5.93 kWhkg1） ，若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为 。一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生 个电子的电量；该电池的理论输出电压为 1.20 V，能量密度 E= .（列式计算，能量密度=电池输出电能/ 燃料质量，1 kWh = 3.6106 J） 。4.（2012 年湖北高考）(14 分 )铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。（4)
20、高铁酸钾(K 2FeO4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl 3 与KClO 在强碱性条件下反应可制取 K2FeO4，其反应的离子方程式为 _。与 MnO2 - Zn 电池类似，K 2FeO4 -Zn 也可以组成碱性电池，K 2FeO4 在电池中作为正极材料，其电极反应式为_，该电池总反应的离子方程式为_。5.（2013 年武汉四调）(14 分 ）甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。I .工业上一般以 CO 和 H2 为原料在密闭容器中合成甲醇：II.下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中 A、B 、D 均为石墨电极，C 为铜电极。工作一段时间后，断开 K，此时 A， B
21、两极上产生的气体体积相同。8(3)甲中负极的电极反应式为_,(4)乙中 A 极析出的气体在标准状况下的体积为_。.(5) 丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如右图，则图中线表示的是_离子的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要 _ mL 5 .0 moL/LNaOH 溶液 6 （09 海南卷15） （10 分）Li-SOCl2 电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。 （二氯氧化硫）电池的总反应可表示为：4Li+2SOCl 2 = 4LiCl +S +SO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为 ，发
22、生的电极反应为 ；(2)电池正极发生的电极反应为 ；(3)SOCl2 易挥发，实验室中常用 NaOH 溶液吸收 SOCl2，有 Na2SO3 和 NaCl 生成。 如果把少量水滴到 SOCl2 中，实验现象是 ，反应的化学方程式为 ；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是 。7(2010浙江理综，9)Li-Al/FeS 电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为： 2Li FeS2e =Li2SFe，有关该电池的下列说法中，正确的是： （ ）ALi-Al 在电池中作为负极材料，该材料中 Li 的化合价为1 价B该电池的电池反应式为：2LiFeS= =Li2SFeC负极的电极反应式为：Al 3e =Al3D充电时，阴极发生的电极反应式为： Li2SFe2e =2Li FeS
