1、共 9 页 第 1 页电化学基础知识框架 化学电池 化学能转变为电能原电池 金属的电化学腐蚀 （自发进行）氧化还原反应能量变化 电解电解池 电镀 电能转变为化学能电冶金 （外界能量推动）一、原电池和电解池的比较：装置 原电池 电解池实例原理负极：较活泼金属；释放电子；发生氧化反应正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)；电子流入一极；发生还原反应。阴极：与电源负极相连的极；发生还原反应。阳极：与电源正极相连的极；发生氧化反应。形成条件活动性不同的两电极（连接） ；电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应） ；形成闭合回路。两电极接直流电源；两电极插入电解质溶液（水溶液或熔化态） ；电极（惰性或非
2、惰性） ；形成闭合回路。 4反应类型 自发的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；电极反应 负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）正极：2H +2e-=H2（还原反应）阴极：Cu 2+ +2e- = Cu （还原反应）阳极：2Cl -2e-= Cl2 （氧化反应）电子流向负极 正极负极阴极阳离子正极阳极阴离子e-沿导线共 9 页 第 2 页能量转化 将化学能转变成电能的装置 将电能转变成化学能的装置应用 抗金属的电化腐蚀；实用电池。电解食盐水（氯碱工业）
3、； 电镀（镀铜） ；电冶（冶炼 Na、Mg、Al） ；精炼（精铜）。二、原电池电极反应式和总反应式的书写：1 书写方法：（1）先写出电池反应（对于简单的电池反应，复杂的电池反应考试往往是已知的）（2）标出反应前后元素化合价变化（3）找出氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物，确定电极反应的反应物及生成物（4）根据化合价的升降数确定得或失的电子数（5）配平电极反应式（注意考虑电解质溶液的性质，常需考虑 H 、OH -、H 2O）（6）可根据电极反应或电池反应分析两极及电解质溶液的变化等2 书写方法步骤以铅蓄电池放电时的反应为例，总反应为 Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，电极反应
4、式的书写步骤如下：负极：Pb-2e -=PbSO4 Pb+ -2e-=PbSO4 24SO左 边 补 充 4正极：PbO 2+2e-=PbSO4 PbO2+ +2e-=PbSO4 左 边 补 充 SPbO2+4H+ +2e-=PbSO4+2H2O。 “去 向结 合 反 应 式 判 断 氧 元 素 4（也可用总反应式减去负极反应式得到正极反应式）【例 1】 （09 福建卷11） 控制适合的条件，将反应设计成如右图所示的原电池。下列32FeI2FeI判断不正确的是 ( )A. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B. 反应开始时，甲中石墨电极上 Fe3+被还原C. 电流计读数为零时，反应达到化学
5、平衡状态D. 电流计读数为零后，在甲中溶入 FeCl2 固定，乙中石墨电极为负极解析与评价：本题以原电池基本概念为考察背景，属较容易题。乙中 I 失去电子放电，故为氧化反应，A 项正确；由总反应方程式知， Fe3 被还原成 Fe2 ，B 项正确；当电流计为零时，即说明没有电子发生转移，可证明反应达平衡，C 项正确。加入 Fe2 ，导致平衡逆向移动，则 Fe2 失去电子生成 Fe3 ，而作为负极，D 项错。答案：D三 常用的化学电源和新型化学电源共 9 页 第 3 页1实用电池的特点（1）能产生比较稳定而且较高电压的电流；（2）安全、耐用且便于携带,易于维护；（3）能够适用于各种环境；（4）便于
6、回收处理,不污染环境或对环境的污染影响较小；（5）能量转换率高。2几种常见的电池和新型电池分类及反应原理简介化学电池分类:一次 电池(如锌锰干电池、碱性锌锰电池)二次 电池(又叫充电电池或蓄电池)(如铅蓄电池)燃料 电池(如氢氧燃料电池)(1)一次电池碱性锌锰电池 构成:负极是锌,正极是 MnO2,正极是 KOH工作原理:负极 Zn+2OH 2e =Zn(OH)2；正极:2MnO 2+2H2O+2e =2MnOOH+2OH总反应式:Zn+2MnO 2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2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。钮扣式电池(银锌电池)锌银电池的负极是 Zn，正
7、极是 Ag20，电解质是 KOH，总反应方程式：Zn+Ag 20=2Ag+ZnO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。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(SOC1 2)中组成。锂电池的主要反应为：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。(2)二次电池铅蓄电池:(1)铅蓄电池放电原理的电极反应负极：Pb+S0 422e Pb
8、SO 4； 正极：Pb0 2+4H+S042+2ePbSO 4+2H20总反应式：Pb+PbO 2+2H2SO42PbS0 4+2H2O(2)铅蓄电池充电原理的电极反应阳极：PbSO 4+2H2O2e =PbO2+4H+SO42 ；阴极：PbSO 4+2e =Pb+SO42总反应：2PbSO 4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4镍一镉碱性蓄电池 构成:放电时镉(Cd)为负极,正极是 NiO(OH),电解液是 KOH工作原理:负极:Cd+2OH 2e =Cd(OH)2；正极:2NiO(OH)+2H 2O+2e =2Ni(OH)2+2OH共 9 页 第 4 页总反应式:特点：电压稳定、使用方
9、便、安全可靠、使用寿命长，但一般体积大、废弃电池易污染环境。(3)燃料电池氢氧燃料电池当用碱性电解质时，电极反应为：负极：2H 2+40H4e 4H 20； 正极：0 2+2H20+4e40H 总反应：2H 2+022H 2O甲烷燃料电池该电池用金属铂片插入 KOH 溶液中作电极，在两极上分别通甲烷和氧气；负极：CH 4+10OH 8e =CO32 +7H2O； 正极：2O 2+4H2O+8e =8OH总反应方程式为：CH 4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2OCH 3OH 燃料电池用导线相连的两个铂电极插入 KOH 溶液中，然后向两极分别通入 CH3OH 和 O2，则发生了原电池反应。负
10、极：2CH 3OH +16OH 12e =2CO32 +12H2O； 正极：3O 2+6H2O+12e =12OH总反应方程式为：2CH 3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O【例 2】 （09 广东化学14）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是 （ ）A以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液时，正极反应都为：O 22H 2O4e 4OH B以 NaOH 溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH 3e -Al(OH) 3C以 NaOH 溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的 pH 保持
11、不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极解析与评价： 以考察电极反应式的正误判断和书写的形式出现，属于中等难度。电解质溶液显碱性或中性， 该燃料电极的正极发生反应为：O 22H 2O4e 4 ，A 对；铝作负极，负极反应应该是H铝失去电子变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应为：Al4 OH 3e + 2H2O，B 错； 该电池在碱性条件下消耗了碱，反应式为 4Al3O 24H2Al= 4 + 2H2O 溶液 PH 降低，C 错；电池工作时，电子从负极出来经过外电路流到正极， D 错.l答案：A【例 3】(09 天津卷10)（14 分）氢氧燃料电
12、池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ，在导线中电子流动方向为 （用 a、b 表示） 。（2）负极反应式为 。共 9 页 第 5 页（3）电极表面镀铂粉的原因为 。（4）该电池工作时，H 2 和 O2 连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2Li+H 2 2LiH.LiH+H 2O=LiOH+H2反应中的还原剂是 ，反应中的氧化剂是 。已知 LiH 固体密度为 0.82g/cm3。用锂
13、吸收 224L（标准状况）H 2，生成的 LiH 体积与被吸收的 H2体积比为 。由生成的 LiH 与 H2O 作用，放出的 H2 用作电池燃料，若能量转化率为80，则导线中通过电子的物质的量为 mol。解析与评价：本题考查氧化还原及原电池的知识。（1）原电池的实质为化学能转化成电能。总反应为 2H2 + O2 =2H2O，其中 H2 从零价升至+1 价，失去电子，即电子从 a 流向 b。（2）负极为失去电子的一极，即 H2 失电子生成 H ，由于溶液是碱性的，故电极反应式左右应各加上 OH（3）铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。（4）I. Li 从零价升至+1 价，作还原剂。II.H2O
14、的 H 从 +1 降至 H2 中的零价，作氧化剂。由反应 I，当吸收 10molH2 时，则生成20molLiH，V=m/=207.9/0.82 10 -3L=192.6810-3L。V(LiH)/v(H 2)= 192.6810-3L/224L=8.7110-4。20mol LiH 可生成 20mol H2，实际参加反应的 H2 为 2080%=1.6mol，1molH 2 转化成 1molH2O，转移 2mol 电子，所以 1.6molH2 可转移 3.2mol 的电子。四、电解池1、离子放电顺序：、阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。放电顺序是：K + I- Br- Cl- O
15、H- 含氧酸根离子(NO 3-、SO 42-、CO 32-)F-失电子由易到难、电解时溶液 pH 值的变化规律：电解质溶液在电解过程中，有时溶液 pH 值会发生变化。判断电解质溶液的 pH 值变化，有时可以从电解产物上去看。若电解时阴极上产生 H2，阳极上无 O2 产生，电解后溶液 pH 值增大；共 9 页 第 6 页若阴极上无 H2，阳极上产生 O2，则电解后溶液 pH 值减小；若阴极上有 H2，阳极上有 O2，且 V(H2)=2V(O2)，则有三种情况：a 如果原溶液为中性溶液，则电解后 pH 值不变；b 如果原溶液是酸溶液，则 pH 值变小； c 如果原溶液为碱溶液，则 pH 值变大；若
16、阴极上无 H2，阳极上无 O2 产生，电解后溶液的 pH 可能也会发生变化。如电解 CuCl2 溶液（CuCl 2 溶液由于 Cu2+水解显酸性） ，一旦 CuCl2 全部电解完，pH 值会变大，成中性溶液2电极反应式和总反应式的书写：（1）书写方法：如果题目给定的是图示装置，先分析阴、阳极，再根据阴、阳极反应规律去写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应（即分析有关元素的化合价变化情况） ，再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。(特别需要指出的是：对于可逆电
17、池的反应，需要看清楚“ 充电、放电” 的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。)（2）书写方法步骤以铅蓄电池充电时的反应为例，总反应为 2PbSO4+2H2O = Pb+PbO2+2H2SO4，电极反应式的书写步骤如下：阴极：PbSO 4= Pb-2e- PbSO4= Pb+ -2e- 24SO左 边 补 充 4S阳极：PbSO 4= PbO2+2e- PbSO4= PbO2+ +2e- 左 边 补 充PbSO4+2H2O=PbO2+4H+ +2e-。 “去 向结 合 反 应 式 判 断 氧 元 素 4（也可用总反应式减去负极反应式得到正极反应式）【例 4】 （09 年浙江
18、理综12）市场上经常见到的标记为 Liion 的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体） ，电解质为一种能传导 Li 的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：Li2Li 0.35NiO2 2Li0.85NiO2。下列说法不正确的是 ( )共 9 页 第 7 页A放电时，负极的电极反应式： Lie LiB充电时，Li 0.85NiO2 既发生氧化反应又发生还原反应C该电池不能用水溶液作为电解质D放电过程中 Li 向负极移动解析与评价：本题主要将原电池电解池的原理以可充电电池为背景进行考察。A.Li 从零价升至正价，失去电子，作为负极，正确；B.反应逆向
19、进行时。反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧 化反应又发生还原反应，正确；C.由于 Li 可以与水反应，故应为非水材料，正确；D.原电池中阳离子应迁移至正极失电子，故错答案：D【例 5】 （08 全国卷）右图为直流电源电解稀 Na2SO4 水溶液的装置，通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是 ( ) A逸出气体的体积：a 电极的小于 b 电极的B电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体Ca 电极附近呈红色，b 电极附近呈蓝色Da 电极附近呈蓝色，b 电极附近呈红色解析与评价：本题主要考察电解规律。Na 2SO4=2Na ，H 2O H ，
20、和4S24SO移向 b 电极，Na 和 H 移向 a 电极，在 b 电极 上： 4 -4e =2H2OO 2，在 a 电极上：2OH2e =H2，所以产生的气体体积 a 电极的大于 b 电极的；两种气体均为无色无味的气体；由于 a电极上 放电，所以 a 电极附近的 c( )c( )，滴加石蕊试液 a 电极附近变蓝色，同理，b 电极O附近变红色。答案：D五、电化学原理的应用A、电解饱和食盐水（氯碱工业）反应原理阳极：2Cl -2e=Cl2阴极：2H +2e=H2 总反应：2NaCl+2H 2O H2+Cl2+2NaOH 电 解 =设备 （阳离子交换膜电解槽）组成：阳极Ti、阴极Fe阳离子交换膜的
21、作用：它只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过。制烧碱生产过程 （离子交换膜法） 食盐水的精制：粗盐（含泥沙、Ca 2+、Mg 2+、Fe 3+、SO4 2- 等）加入 NaOH 溶液加入 BaCl2 溶液加入 Na2CO3 溶液过滤加入盐酸加入离子交换剂(NaR) 电解生产主要过程（见图 20-1）：NaCl 从阳极区加入，H 2O 从 阴 极区加入。阴极 H+ 放电，破坏了水的 ，使 OH- 浓度增大， OH-和 Na+形成 NaOH 溶液。B、电解冶炼铝共 9 页 第 8 页原料：（A） 、冰晶石：Na 3AlF6=3Na+AlF63-（B） 、氧化铝： 铝土矿 NaAlO2 Al(OH
22、)3 Al2O3 原理 阳极 Zn-2e-=Zn2+阴极 Zn2+-2e-=Zn 总反应：4Al 3+6O2 4Al+3O2电 解 = 设备：电解槽（阳极 C、阴极 Fe） 因为阳极材料不断地与生成的氧气反应：C+O 2 CO+CO 2，故需定时补充。C、电镀：用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子。电镀锌原理：阳极 Zn2e = Zn 2+阴极 Zn2+2e=Zn电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。在电镀控制的条件下，水电离出来的 H+和 OH一般不起反应。电镀液中加氨水或 NaCN 的原因：使 Zn2+离子浓度很小，镀速慢，
23、镀层才能致密、光亮。D、电解冶炼活泼金属 Na、Mg、Al 等。E、电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，电解液含有 Cu2+。铜前金属先反应但不析出，铜后金属不反应，形成 “阳极泥” 。 【例 6】 （08 宁夏卷）一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是 （ ）ACH 3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2eBO 2(g)+4H+(aq)+4e =2H2O(1)CCH 3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6eDO 2(g)+2H2O(1)+4e =4OH解析与评价：本题以燃料电池作
24、为考察背景，较容易。甲醇与氧气反应的化学方程式为：2CH3OH3O 2 2CO24H 2O，化合价升高的元素为 C，所以在负极上甲醇失去电子而放电，在该极上的电极反应式为：CH 3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e 。答案：C【例 7】 （08 上海卷）取一张用饱和的 NaCl 溶液浸湿的 pH 试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现 a 电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是 ( ) Ab 电极是阴极 Ba 电极与电源的正极相连C电解过程中水是氧化剂 Db 电极附近溶液的 pH 变小解析与评价：其实本题考查的
25、是电解饱和食盐水相关知识，与氯碱工业原理是一致的。a 电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圈为白色，外圈呈浅红色，说明 a 极负极产生了 Cl2，所以 a 极与电源的正极相连，即 a 为阳极，电极反应式为：2 -2e =Cl2，b 为阴极，2H 2O4e =H22 ，所以Cl b 极附近的 pH 增大答案：D【例 8】 （09 广东理科基础25）钢铁生锈过程发生如下反应：共 9 页 第 9 页2Fe+O 2+2H2O=2Fe(OH)2； 4Fe(OH) 2+O2+2H2O=4Fe(OH)3； 2Fe(OH) 3=Fe2O3+3H2O。 下列说法正确的是A反应、中电子转移数目相等B反应中氧化剂
26、是氧气和水C与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀解析与评价：本题主要考察金属的电化学腐蚀与防护，反应中消耗 O2 的量相等，两个反应也仅有 O2 作为氧化剂，故转移电子数是相等的， A 项正确。 中 H2O 的 H、O 两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B 项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C 项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故 D 项错。答案：A 六、金属的腐蚀与防护1、金属的腐蚀 a、化学腐蚀 :金属与接触到的化学物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀.b、电化学腐蚀： 原理：钢铁(Fe-C
27、合金)在电解质溶液中形成无数微小原电池 .负极(Fe)： Fe-2e-= Fe2+正极(C) ： (1) 微酸性（溶有 CO2）或中性电解质溶液 2H 2O+O2+4 e-=4OH-(2) 酸性较强溶液（溶有 SO2 等） 2H+2 e-=H2电化学腐蚀：不纯金属或合金跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫电化学腐蚀2、金属的防护 1 影响金属腐蚀的因素： 1）金属的本性：金属越活泼，越易被腐蚀； 2）介质：在潮湿的空气中或与电解质接触，都容易被腐蚀。 3）合金耐腐蚀2 防止金属腐蚀的保护措施： 1）改变金属的内部组织结构。 2）在金属表面覆盖保护层。涂油脂、油 漆，覆盖搪瓷、塑料，电镀、热镀、喷镀，在钢铁表面形成致密而稳定的氧化膜。 3） 电化学保护法。
