1、电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 1 -电化学原电池、电解池（上）【知识内容】一、原电池原理1原电池的反应原理：自发的、放 热的氧化还原反应原电池的电路工作原理：(外电路)负极失去电子，电子经导线流向正极。(内电路)溶液中阴阳离子发生定向移动， 向负极移动， 向正极移动。2原电池的电极和电极反应：以锌铜电池(电解液 H2SO4 溶液)为例，如右 图：负极：锌电极， 电子，发生 反应，本身溶解；反应：Zn2e =Zn2+，阴离子向 负极移动；正极：铜电极， 电子，发生 反应，本身无变化。反应：阳离子向正极移动， 2H+2e =H23原电池形成的一般条件：(1)两极： 的金属(或
2、一种是金属，另一种是非金属导体)。(2)电解质溶液： 电极必与电解质溶液接触。(3)形成闭合回路： 电极相互接触或用 连接，电解质溶液用 连接。特别提醒：原电池形成还有一个隐蔽条件：能发生自发的氧化还原反应【做题技巧】是否为原电池的判断先分析有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池；然后依据原电池的形成条件分析判断，主要是“四看”：看电极 两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极），看溶液 两极插入电解质溶液中，看回路 形成闭合回路或两极直接接触，看本质有无氧化还原反应发生。 原电池正、负极的确定电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 2 -由两
3、极的相对活泼性确定。根据在两电 极发生反应 的物质的化合价的升降情况来判断。由电极变化情况确定。根据某些显 色现象确定。根据外电路中自由 电子的运 动方向规定：在外电 路中电子流出的电极叫负极， 电子流入的电极叫正极。根据内电路中自由离子的运动方向规定：在内电 路中阳离子移向的电极叫正极，阴离子移向的电极叫负极。 电极反应式的书写书写电极反应式是学习电化学的基本功，也是高考和竞赛所必须掌握的知识点。一般来讲，书写原 电池的电极反应 式应注意如下四点：准确判断原电池的正负 极一般而言，较活泼的金属成为原电池的负极，但不是绝对的。如将 铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，铜却是原电池的负极被氧
4、化，因为铝在浓硝酸中表面产生了钝化。此 时，其电极反应式为： 负极：Cu-2e =Cu2+正极：2NO 3 +4H+2e =2NO2+2H2O 又如将镁铝合金放入 6mol/L 的 NaOH 溶液中构成原电池时，尽管镁比铝活泼，但镁不和 NaOH 溶液反 应，所以铝成为负极，其电极反应式为：负极：2Al+8OH =6e 2AlO 2 +4H2O 正极：6H 2O+6e =3H2+6OH高度注意电 解质的酸碱性在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如 氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，在酸溶液中，负极：2H 24e = 4H+ 正极：O 2+4H+4e-=2H2O; 如是
5、在碱溶液中，则不可能有 H+出现，在酸溶液中，也不可能出 现 OH 。又如 CH4、CH3OH 等燃料 电池，在碱溶液中 C 元素以 CO32 离子形式存在，而不是放出CO2。电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 3 -牢牢抓住总 的反应方程式从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。而两个电极反应相加即得总的反应方程式。所以，对于一个陌生的原电池，只要知道总反应方程式和其中的一个电极反应式，即可迅速写出另一个 电极反应式。不能忽视电 子转移数相等。 原电池的设计方法以氧化还原反应为基础，首先要确定原电池的正、 负极， 电解质溶液及电极反应；再利用基础知识书写电极反
6、应式，参照 ZnCuH 2SO4 原 电池模型处理问题。如根据反应：Cu2FeCl 3=CuCl22FeCl 2设计一个原电池，为：Cu 作负极，C（或 Pt）作正极。FeCl 3 作电解质溶液，负极反应为：Cu2e =Cu2+，正极反应为：2Fe 3+2e -=2Fe2+。 二、常见化学电源原电池是一种将化学能转变为电能的装置，而化学电源则是一种实用的原电池。化学电源品种繁多，大体可分为三类 。第一类：一次性电池即电池中的反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了。锌锰电池干电池。该电池的负极材料是锌，正极材料是碳棒， 电解质是 MnO2、NH4Cl、ZnCl2组成的糊状物。其电极
7、反应式为：负极：Zn2e=Zn 2+正极：2MnO 2+2NH4+2e =Mn2O3+2NH3+H2O 总反应式为：Zn+2MnO 2+2NH4+=Zn2+ + Mn2O3+2NH3+H2O 电池中 MnO2 的作用是将正极上 NH4+还原生成的 H 氧化成为水，以免产生 H2 附在石墨表面而增加电池内阻。由于反 应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故 电池用久后会变软。碱性锌锰电池电极反应式为： 负极：Zn+2OH 2e =Zn(OH)2正极：2MnO 2+2H2O+2e =2MnO(OH)+2OH总反应式为：Zn+2MnO 2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2 电化学 知识改变
8、命运，学 习成就未来天天化学辅导- 4 -特点:比能量较高,储存时间较长,可适用于大 电流和连续放电。银锌电池钮扣电池。该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其 电极分别为Ag2O 和 Zn，电解质为 KOH 溶液。其 电极反应式为 ：负极：Zn+2OH 2e =ZnO+H2O 正极：Ag 2O+H2O+2e =2Ag+2OH总反应式为：Zn+Ag 2O=ZnO+2Ag 特点：此种电池比能量大，电压稳定， 储存时间长，适宜小 电流连续放电。高能电池锂电池。锂电池用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl 4)溶解在亚硫酰氯(SOC12)中组成。锂电池的主要反应为
9、：负极：8Li8e 8Li + ；正极：3SOC1 2+8eSO 32 +2S+6Cl总反应式为：8Li+3SOC1 2=6LiCl+Li2SO3+2S特点：锂电池是一种高能电池，质量轻、 电压稳定、工作效率高和 贮存寿命长的优点。海水铝电池。该电池是 1991 年我国首创以“铝.空气 .海水”电池为能源的新型航海标志灯。这种灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中就能发出耀眼的闪光，其能量比干电池高 2050 倍。其电极反应式为：负极：4Al12e =4Al3+正极：3O 2+6H2O+12e =12OH总反应式为：4Al+3O 2+6H2O=4Al(OH
10、)3 第二类：蓄电池可以多次反复使用，放电后可以充电复原，又称二次电池。铅蓄电池：铅蓄电池是一种常见的可充电池，在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。该电池以 Pb 和 PbO2 作电极材料，H 2SO4 作电解质溶液。其电极反应式为：负极：Pb(s)+SO 42 (aq)2e -=PbSO4(s) 正极：PbO 2(s)+4H+(aq)+SO42 (aq)+2e =PbSO4(s)+2H2O(l) 总反应式为：Pb(s)+PbO 2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l) 电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 5 -请同学们写出铅蓄电池充电的电极反应式第
11、三类：燃料电池又称连续电池，一般以天然燃料或其它可燃物质如 H2、CH4 等作为负极反应物质，以 O2 作为正极反应物质而形成的。燃料电池体积小、 质量轻、功率大，是正在研究的新型电池之一。氢氧燃料电池：主要用于航天领域，是一种高效低污染的新型电池，一般用金属铂（是一种惰性电极，并具有催化活性）或活性炭作电极，用 40%的 KOH 溶液作电解质溶液。其电极反应式为：负极：2H 2+4OH -4e =4H2O 正极：O 2+2H2O+4e =4OH总反应式为：2H 2+O2=2H2O 甲烷燃料电池：用金属铂作电极，用 KOH 溶液作 电解质溶液。其电极反应式为：负极：CH 4+10OH-8e =
12、CO32 +7H2O 正极：2O 2+4H2O+8e =8OH总反应式为：CH 4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 甲醇燃料电池：是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以及强碱作为电解质溶液的新型手机电池，电量是现有镍氢电池或锂电池的 10 倍。其电极反应式为：负极：2CH 3OH+16OH 12e =2CO32-+12H2O 正极：3O 2+6H2O+12e =12OH总反应式为：2CH 3OH+3O2+4OH =2CO32 +6H2O 熔融盐燃料电池：该电池用 Li2CO3 和的 Na2CO3 熔融盐混合物作电解质，CO 为阳极燃气，空气与 CO2 的混合气为阴极助燃气，制得在
13、6500下工作的燃料电池。熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。其电极反应式为：负极：2CO+2CO 32 4e =4CO2正极：O 2+2CO2+4e =2CO32电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 6 -总反应式为：2CO+O 2=2CO2 固体氧化物燃料电池：该电池是美国西屋公司研制开发的，它以固体氧化锆 氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许 O2-在其间通过（其工作原理如 图所示）。其 电极反应式为：负极：2H 2+2O2 4e =2H2O 正极：O 2+4e =2O2总反应式为：2H 2+O2=2H2O 三、 典型例题剖析例 1下列哪几个装置能形成原电池
14、？例 2下列说法错误的是（ ）A燃煤 发电 是将化学能通 过热能间接转化为电能B化学能可通过氧化还原反 应直接转变为电能C化学电池是将化学能转 化为电能的装置D化学能 转 化为电能必须 先将化学能转化热能再转化为机械能再转化为电能例 3由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 c(H+)的变化情况是（ ）A不 变 B先变大后变小 C逐渐变小 D逐渐变大例 4把 A、B、C、D 四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池。A、B 相 连时 A 为负极；C、 D 相连时， 电流由 D C；A、C 相连时，C 极上产生大量气泡；B、D 相连时，D 极发生氧化反应。 这四种金属的
15、活动顺序是（ ）AABCD BACDB CC A BD DBDCA例 5纽扣电池的两极材料为锌和氧化银， 电解质溶液为 KOH 溶液，其电极反应是：Zn2OH 2e ZnO H2O Ag2OH 2O2e 2Ag2OH ，电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 7 -电池的总反应式为：Ag 2OZn2AgZnO，下列判断正确的是（ ）A锌为 正极，Ag 2O 为负极 C原电池工作时，负极附近溶液的 c(H+)值减小B锌为负极，Ag 2O 为正极 D原电池工作时，负极附近溶液的 c(H+)值增大例 6锂电池是新一代高能电池，目前已研究成功多种锂电池。某 锂电池的总反应式为：Li+MnO
16、2 = LiMnO2。下列说法正确的是（ ）ALi 是正极， MnO2 是负极 B放电时负极的反应：Lie =Li+C放电时正极的反应：2MnO 2 e=MnO2 D电 解放电时， 产生高锰酸根离子例 7构成原电池的叙述中正确的是（ ）A构成原 电 池的正极和负 极必须是两种不同金属B原电池是把化学能转化 为电能的装置C在铅、银和盐酸构成的原 电池工作时，铅板上有 5.18g 铅溶解，正极上就有 1.12L（标况 气体析出D原电 池工作 时，正极和负极上发生的都是氧化、还原反应例 8原电池必须进行集中处理，其首要原因是（ ）A利用 电池外壳的金属材料 B 不能使电池渗泻的电解液腐蚀其他物品C防
17、止电池中汞镉和铅等重金属离子 对土壤和水源的 污染 D 回收其中石墨电极例 9铅蓄电池的两极分别为 Pb 和 PbO2，电解液硫酸，工作时反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。下列结论正确的是（ ）APb 为正极，发生氧化反应 BPb 为正极，发生还原反应CPbO2为正极， 发生氧化反应 DPbO2为正极，发生还原反应例 10（1）镁条铜片果汁构成的原电池，负极是 ，正极是 ；外电路中电子经导由流向 ，电流经导线由 流向 。（2）在镁条铁片果汁构成的原电池，负极是 ，正极是 ，在外 电路中电子经导线由 流向 ，电流经导线由 流向 。镁条上发生 （填“ 氧化”电化学 知识改
18、变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 8 -“还原”）反应，铁片上发生 （填“氧化”“还原”）反应。例 11用铜银硝酸银溶液设计一个原电池。 该原电池的正极是 ；负极是 ；负极的电极反应式是 ，正极的电极反应式是 。例 12下图为氢氧燃料电池原理示意图，按此图的提示，下列叙述不正确的是（ ）Aa 电极是负极Bb 电极的电极反应为 ：4OH4e= 2H2O+O2C氢氧燃料电池是具有 应用前景的绿色电源D氢 氧燃料 电池是一种不需要将 还原剂和氧化剂全部储存在电池内的新型发电装置例 13某原电池的总反应离子方程式为 2Fe3+Fe=3Fe2+，不能 实现该反应的原电池是（ ）ACu 为正极，Fe
19、为负极，电解质溶液为氯化铁BC石墨 为正极，Fe 为负极，电解质溶液为硝酸铁溶液CFe 为正极，Zn 为负极，电解质溶液为硫酸铁溶液DAg 为正极，Fe 为负极，电解质溶液为硫酸铜溶液例 14燃料电池是目前正在探索的一种新型电池。它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能转化为电能直接转化为电能，目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是：X 极： 2H2O+O2+4e=4OH Y 极： 2H2+4OH4e=4H2O回答下列问题:1X 是 极，发生 反应； 填“氧化” 、“还原” 2Y 是 极，发生 反应； 填“氧化” 、“还原” 3总反应方程式为： ；4若反应后得到 5.4g 液态水，此时氢氧燃料电池
20、转移的电子数为 。四、电解池的有关问题 1电极的判断电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 9 -（1）看电源正、负极。若与电源负极相连，则为阴极。（2）看电极周围元素价态的升降。若价态升高， 发生氧化反应， 则为阳极。（3）看电子的流向。（4）看各种实验现象 2电解时电极产物的判断（1）阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极（金属活动顺序表 Ag 以前）作阳极，则电极本身失电子，电极溶解。如果是惰性电极（Pt、Au、石墨）， 则只看溶液中的离子的失电子能力，阴离子放电顺序为：S 2 I Br Cl OH （水）含氧酸根。（2）阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序（如下）进行判断
21、： Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+（H2O）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+3用惰性电极电解下列电解质溶液的变化情况类型 实例 电极反应特点 电解物质电解质溶液的浓度 pH电解质溶液复原 NaOH 水 增大 增大 水H2SO4 水 增大 减小 水电解水型Na2SO4阴极：2H +2e =H2阳极：4OH 4e =2H2O+O2 水 增大 不变 水HCl 电解质 减小 增大 氯化氢电解电解质 CuCl2电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 电解质 减小 增大 氧化铜放 H2 生碱型NaCl阴极：放出 H2 生成碱阳极：电解质阴离子放电电解质和水生成新电
22、解质 增大氯化氢放 O2 生酸型CuSO4阴极：电解质阳离子放电负极：OH 放电生成酸 电解质和水生成新电解质 减小氯化铜4电解原理的应用（1）电镀：电镀即是特殊情况下的电解，一般不必把它当做一个新知识处理。由于电镀的特殊性（ 镀层 作阳极，失 电子，发生氧化反应，在阴极上，镀层阳离子得电子，发生还原反应），使电镀的结果是除了阳极变薄（金属溶解），阴极变厚（镀层金属吸附）之外，无任何其他变化。电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 10 -其电极方程式一般为：阳极：M - ne - M n+ 阴极：M n+ne- M （2）铜的电解精炼（3）氯碱工业 工业上用电解饱和食盐水（NaC
23、l 溶液）的方法制取烧碱（NaOH）、氯气（Cl 2）、氢气（H 2），以及以烧碱（NaOH ）、氯气（Cl 2）、氢气（H 2）为原料生产一系列其他化工产品的化工生产过程统称氯碱工业。原理：2NaCl2H 2O H22NaOHCl 2 电 解拓展知识：氯碱工业1、电解饱和食盐水反应原理电极名称 附近存在离子 离子放电顺序 电极反应方程式阴极 Na+、H+ H+ Na+ 2H+ + 2e- = H2阳极 Cl-、OH- Cl- OH- 2Cl- - 2e- = Cl22、离子交换膜法制烧碱生产设备名称：离子交换膜电解槽阳极：金属钛网（涂钛钌氧化物）。阴极：碳钢网（有镍涂层）。阳离子交换膜：只允
24、许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。离子交换膜的作用：防止氯气和 氢气混合而引起爆炸。避免氯气与 氢氧化钠反 应生成次氯酸钠影响氢氧化 钠产量。3、精制食盐水步骤及原理如下：（所加试剂必须过量，过量试剂必须除去，步骤必须最简单）过滤以除去泥沙加稍过量的 BaCl2 溶液： SO42+Ba2+=BaSO4。电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 11 -加稍过量的 Na2CO3 溶液：CO 32-+Ca2+=CaCO3；CO32-+Ba2+=BaCO3加入稍过量的 NaOH 溶液：Mg 2+2OH -=Mg(OH)2；Fe3+3OH =Fe(OH)3过滤以除去上述 产生的沉淀。
25、这样处理后的 盐水仍含有一些 Ca2+、Mg2+等金属离子，必须用离子交换树脂除去。五、金属的腐蚀与防护干燥的环境下以化学腐蚀为主，一般情况下以 电化学腐蚀为主。电化腐蚀中一般又以吸氧腐蚀为主，酸性较强环境中才以析氢腐蚀为主。金属腐蚀与防 护的快慢的判断方法： 电解原理引起的腐 蚀与防护原电池原理引起的腐蚀与防护；同一种金属的腐蚀：强电解质弱电解质 非电解质。钢铁腐蚀 Fe Fe 2+，然后 Fe2+ Fe(OH)2 Fe(OH)3 Fe2O3xH2O（铁锈），铁作电极一般不能直接变为 Fe3+【例 1】能用电解原理说明的问题是 ( )电解是电能 转变成化学能； 电解是把化学能转变为电 能；电
26、解质溶液的导电是化学变化,金属的导电是物理变化； 不能自发进行的氧化还 原反应,通过电解的原理可以实现； 任何溶液被电解时必然会导致氧化还原反应的发生A 【例 2】某同学按图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( )稀H2SO4Cu 石墨(A)电解过程中，铜电极上有 H2产生(B)电解初期，主反 应方程式为：CuH 2SO4 CuSO4H 2电 解(C)电解一定 时间后，石墨电极上有铜析出(D)整个电解 过程中，H 的浓度不断增大OH- O2电化学 知识改变命运，学 习成就未来天天化学辅导- 12 -【例 3】 下列关于铜电极的叙述正确的是A铜锌 原电 池中铜电极上 发生氧化反应 B电 解饱和食盐水制烧碱时，用 铜作阳极C电解法精炼铜时，粗铜连接电源的正极 D电镀铜和精炼铜时，均用纯铜作阴极
