第十章电化学.docx
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第十章电化学
第十章电化学
考纲要求
1．理解原电池原理。
熟记金属活动性顺序。
了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法。
2．了解电解和电镀的基本原理及应用。
第一部分原电池
一、原电池
1、装置特点：
化学能转化电能的装置
氧化还原反应的应用，利用氧化、还原反应伴随有电子转移，把氧化反应、还原反应分开进行，则转移的电子在线路中形成电流，相当于直流电源。
2、构成条件（一般）（构成工作条件）
①两个活泼性不同的电极（形成电位差）
②电解质溶液（提供离子运动空间）
③形成闭合回路（提供电子传递空间）
（或在溶液中接触）
例:
从三个角度设置画图
注：
a.区别电极材料与参加电极反应的物质
b.较活泼金属不能做原电池的电极电料。
eg:
K、Ca、Na
c.电极材料有时也充当电极反应的物质，且电极材料是导体，只有负极材料参加反应。
d.充当电极材料的可以是金属或非金属，属金属氧化物，且一般充当负极的金属比充当正极的金属活泼。
e.负极材料可能与电解质溶液反应。
误区原电池中较活泼的金属为负极，较不活泼的金属为正极。
分析这句话在大多数情况下是对的。
但是如果是Mg、Al连接放入NaOH溶液中，哪一个是负极？
如果是Cu、Al连接放入浓硝酸中，哪一个是正极？
原电池中的正负极是由电极电位所决定的，而电极电位与相关条件（如介质）有关。
以上所说两例中均是较不活泼的金属为负极，而原来的描述对于初学者来说也并无不妥，关键是在理解时应该清楚它不是什么公理，只是在大多数情况下如此。
我们知道，原电池反应实际就是一种自发的氧化还原反应，所以对这种问题我们不妨换个角度看：
把正极和负极两种金属组成的合金投入溶液，哪种物质反应或哪种物质更容易反应，它就是负极。
H2SO4
3、工作原理（Zn———Cu）
2e
Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑
注：
①从工作原理判断正、负电极。
②原电池原理运用。
a.通过原电池正负极判断，比较两金属的活泼性。
活泼性：
负极>正极
b.利用原电池原理加快反应速率
例:
粗锌代替纯锌或向酸中滴加CuSO4溶液加快Zn与酸的反应
c.利用原电池原理进行金属保护（牺牲阴极、阳极保护法）
d.利用原电池原理进行判断金属腐蚀先后顺序
e.利用原电池原理设计制定新型电池
4、常见原电池介绍
（1）.连续电池——两电极都不参加反应
（两极用惰性电极材料，若在两极上引入适当物质，并使它们发生氧化还原反应，形成原电池）
KOH（aq）
例1:
氢氧碱性燃料电池（高效低污）
4e
（-）Ni（NIO2）————Ni（+）
2H2+O2=2H2O
（-）：
2H2+4OH—–2e=4H2O
（+）：
O2+2H2O+4e=4OH—
例2:
甲烷氧燃料电池
8e
KOH（aq）
（-）Pt————Pt（+）
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
（-）CH4+10OH—-8e=CO32—+7H2O
（+）O2+H2O+4e=4OH—
例3:
熔融碳酸盐燃料电池
Li2CO3、K2CO3（熔）
650℃
（-）NiCrAl合金————————Ni（+）
4e
CO+H2+O2=CO2+H2O
（-）H2+CO+2CO32—–4e=3CO2+H2O
（+）2CO2+O2+4e=2CO32—
（2）.一次电池——负极参加反应的原电池
活泼金属作电极材料且参加负极反应
例1:
普通锌锰电池（干电池）
4e
ZnCl2、NH4Cl、MnO2、淀粉糊
650℃
（-）锌——————————————石墨
2Zn+4NaCl+4MnO2=[Zn（NH3）4]Cl2+ZnCl2+2M2O3+2H2O
（-）Zn–2e=Zn2+
（+）2NH4++2e=2NH3↑+H2↑
例2:
海水电离（航海路灯）
12e
海水、O2
（-）Al——————石墨
4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3
（-）4Al–12e=4Al3+
（+）3O2+6H2O+12e=12OH—
例3:
钮扣式电池（银锌电池）
2e
浓KOH（aq）
（-）Zn（Hg）——————AgO（c）（不锈钢内填充）
Ag2O+Zn=2Ag+ZnO
（-）Zn+2OH—–2e=ZnO+H2O
（+）Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH—
（3）.二次电池——两电极材料都参加电极反应（可充可放）（且产物为固体）
H2SO4（浓）
例1:
铅蓄电池
（-）Pb——————PbO2
（-）Pb+SO42—–2e=PbSO4
（+）PbO2+4H++SO42—+2e=PbSO4+2H2O
Pb+PbO+2H2SO4
2PbSO+2H2O
充电（电解）
阳极：
PbSO4+2H2O–2e=PbO+4H++SO42—
阴极：
PbSO4+2e=Pb+SO42—
例2:
镉渠蓄电池
KOH（aq）
（-）Cd——————NiO（OH）2
（-）Cd+2OH—–2e=Cd（OH）2
（+）2NiC（OH）2+2H2O+2e=Ni（OH）2+2OH—
放
充
放
充
Cd+2NiO（OH）2+2H2O
2Ni（OH）2+Cd（OH）2
例3:
爱迪生电池：
Fe+NiO2+2H2O
Fe（OH）2+Na（OH）2（l：
NaOH）
（-）Fe+2OH—–2e=Fe（OH）2（+）NiO2+H2O+2e=Ni（OH）2+2OH—
放
充
例4:
钠硫电池：
2Na+HS
Na2Sx
（-）2Na–2e=Na（+）HS+2e=Sx2—
例5:
据《光明日报》报道：
今年元月一辆名叫“超越一号”的电动汽车，在同济大学的校园中平稳行驶，该车装着“绿色心脏”——固体氧化物燃料电池。
该电池可能是以H2为阳极燃气，空气为阴极燃气，电解质是能传导阴离子的固体氧化物。
该电池工作时正极的电极反应式为：
A、O2+2H2O+4e—=4OH—B、O2+4e—=2O2—
C、H2–2e—=2H+D、2H2+2O2—-4e—=2H2O
注：
电极反应书写
①两极得失电子数相等
②电极反应用“==”
③电极反应式中若有气体生成需加“↑”
④总反应式正极和负极的电极反应式相加而得
二、金属腐蚀和防护
1、金属蚀
①化学腐蚀：
金属或合金直接与具有腐蚀性化学物质发生氧化还原反应而消耗的过程。
（无电流产生）
②电化腐蚀：
不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程。
（有微弱电流产生）
a.吸氧腐蚀：
钢铁表面吸附的水膜中溶有O2，并呈中性或极弱酸性，反应中O2得电子。
（-）Fe–2e=Fe2+；（+）O2+2H2O+4e=4OH—
b.析氢腐蚀：
钢铁表面吸附的水膜中溶有CO2呈较强酸性，反应中有H2产生
（-）Fe–2e=Fe2+（+）2H++2e=H2↑
2、金属保护
①改变金属内部结构（不锈钢）
②在金属表面覆盖保护层（电镀、涂漆、制氧化膜）
③电化学防护
④外加电流阴极保护
被保钢件——…
④牺牲阳极、阴极保护
被保钢件——活泼金属
电化学练习
1.原电池与电解池的根本区别是。
在原电池中，总是金属做原电池的极，因为发生反应而被消耗。
若将用绝缘导线相连的铜片和锌片插入盛有稀硫酸的容器中，锌片是极，发生
反应，电极反应式为，铜片是极，发生反应，电极反应式为。
2.一小块Mg-Al合金放入6mol/L的硫酸溶液中，开始的反应是原电池反应。
1）写出该原电池的电极反应式，正极，负极。
2）试设计一个，使该电池的正、负极恰好与上述原电池相反，画出简易装置图，在图中标出正、负极，写出正、负极的反应式。
3.固体氧化物燃料电池是由美国西屋（Westinghouse）
公司研制开发的。
它以固体氧化锆
一氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许
氧离子（O2-）在其间通过。
该电池的工作原理如图
所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。
下列判断正确的是
A.有O2参加反应的a极为电池的负极
B.有H2参加反应的b极为电池的正极
C.a极对应的电极反应式为O2+2H20-4e=40H-D.该电池的总反应方程式为：
2H2+02=2H2O
4.从H+、Cu2+、Na+、SO42-及Cl-这五种离子中恰当地组成电解质，按照下列要求电解其水溶液:
1）以碳棒为电极，使电解质质量减小，水的质量不变进行电解，选用的电解质为；
2）以铂片为电极，使电解质质量不变，水的质量减小进行电解，选用的电解质为；
3）以碳棒为阳极，铜棒为阴极，使电解质和水的质量均减小进行电解，选用的电解质
为。
5.电解CuSO4溶液时，若要求达到如下三点：
①阳极质量减少②阴极质量增加③电解液中c（Cu2+）不变,则可选用的电极是
A.纯铜作阳极,含Zn、Ag的铜合金作阴极B.含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极
C.用石墨作阳极，用惰性电极（Pt）作阴极.D.用纯铁做阳极，用纯铜作阴极
6.某电解质溶液的PH=a，向其中插入两惰性电极，通电一段时间测知溶液的PH=b，且b>a，该电解质可能是：
A、H2SO4B、CuSO4C、NaClD、Na2SO4
7.如右图，以惰性电极材料为电极进行电解，在a、b、c、d各
电极上析出生成物的物质的量比例关系正确的是：
A、1：
1：
1：
1B、2：
2：
1：
1
C、2：
2：
4：
1D、1：
2：
2：
4
8.铅蓄电池放电时发生变化：
使用该电池来电解AgNO3溶液（电极材料为碳棒），若析出银10.8克时，那么电池中内耗的硫酸是
A．0.05molB．0.10molC．0.25molD．0.5mol
9.某金属硝酸盐的水溶液用铂电极电解时，阳极在标况下产生的气体若在标况下为560ml，那么阴极上则析出m克金属，当该金属的硝酸盐的化学式为M（NO3）n时，则M的原子量是
A．mnB．2mnC．10mnD．20mn
10.用惰性电极电解NaCl和CuSO4的250mL混合溶液，经过一段时间后，两极分别得到11.2L（标况下）的气体，则原溶液中NaCl的物质的量浓度不可能是
A.0.5mol/LB.1mol/LC.1.5mol/LD.4mol/L
11.以铁作阳极，铜作阴极，对足量的NaOH溶液进行电解，一段时间后得到2mol氢氧化铁沉淀，此间共消耗水的物质的量为
A.2molB.3molC.4molD.5mol
12.用惰性电极电解2L1mol/L硫酸铜溶液，在电路中通过0.5mol电子后，调换正负极，电路中又通过1mol电子，此时溶液中[H+]是（假设通电后溶液体积不变）
A.1.5mol/LB.0.75mol/LC.0.5mol/LD.0.25mol/L
13.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是
A.a为正极，b为负极；NaClO和NaClB.a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C.a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD.a为阴极，b为阳极；HclO和NaCl
14.右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。
则下列有关的判断正确的是
Aa为负极、b为正极Ba为阳极、b为阴极
C电解过程中，d电极质量增加D电解过程中，氯离子浓度不变
15.通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1，则下列表述正确的是（D）
A在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
B.在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1
C硝酸亚汞的分子式为HgNO3
D硝酸亚汞的分子式为Hg2（NO3）2
右图A为直流电源，B为渗透饱和氯化钠溶液和酚酞
试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的
C点显红色，请填空：
1）电源A的a为极。
2）滤纸B上发生的总反应方程式为：
。
3）欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K点，使c、d
两点短路，则电极e上发生的反应为：
，
电极f上发生的反应为：
，槽中盛放
的镀液可以是或（只要求填两种电解质溶液）。
16.关于电解氯化铜溶液时的pH值变化问题，化学界有以下两种不同的观点：
理论派认为，电解氯化铜溶液后溶液的pH升高，实验派经过多次精确的实验测定证明电解氯化铜溶液时，pH的变化有如右图所示的曲线关系。
请回答下列问题：
1）电解前氯化铜溶液的pH处于A点的原因是（用离子方程式说明）。
2）理论派所持观点的理论依据是
。
3）实验派的结论是他们所述“精确的实验”是通过
来准确测定溶液的pH值。
该观点的理由是
（从化学原理加以简述）
第二部分电解、电镀
一、电解
1、定义：
使电流通过电解质溶液（或溶化的电解质），而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。
注：
①电解过程即电解质溶液导电的过程
②区别电解与电离的区别——电解建立在电离基础上
2、电解池
1）装置特点：
电能——→化学能
2）构成工作条件（两极—液—电源）
①电解质溶液（或熔化的电解质）
②与电源相连的两极
③形成闭合回路
3）工作原理——CuSO4（aq）
电解
2CuSO4+2H2O======2Cu+2H2SO4+O2↑
Ie
…
惰性电极
惰性电极：
Pt、C等
活性电极：
金属
注：
①电极材料
②阴极本身不会参加电极反应
③依原理判断两极的产物
4）溶液中离子放电次序
（离子放电顺序，即阴离子在阳极失电子顺序和阳离子在阴极得电子顺序，即阴离子的还原性和阳离子的氧化性顺序。
）
A、阳极
①活性电极：
M–ne=Mn+
②惰性电极
S2—>SO32—>I—>Br—>Cl—>OH—>H2O中OH—>NO3—>SO42—>F—
最高价含氧酸根
SSO42—I2Br2Cl2O2+2H2OO2+4H+
B、阴极（电极本身不参加反应）
O2>Cl2>Br2>I2>S>Au3+>Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>酸中H+>>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>
H2O中H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
注：
①H+的两位置
a.当aq中：
[H+]>[Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+]时，H+先放电
b.当aq中：
[Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+]>>[H+]时，H+后放电
②在溶液中，Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+不放电，但在熔融态时则可
注：
书写电极反应要先看电极材料（阴极），再分析溶液中离子种类，比较离子放电顺序。
二、电解应用
电解
1、氯碱工业：
2NaCl+2H2O====NaOH+H2↑+Cl2↑
阳极：
2Cl—–2e=Cl2↑
阴极：
2H2O+2e=H2↑+2OH—或2H++2e=H2↑
2、制取活泼金属
电解
①2NaCl====2Na+Cl2↑
电解
②MgCl2====Mg+O2↑
电解
③2Al2O3====4Al+3O2↑
3、电镀（特殊电解）
eg:
镀锌
4、精炼铜（特殊电镀）
三、电解后溶液PH值的变化
——能引起电解过程中溶液PH变化是由于H+、OH—的放电，打破了水的电离平衡引起。
用惰性电极电解酸、碱、盐时PH变化如下。
1、无氧酸溶液
1）H+、OH—无氧酸根离子
阴极：
2H++2e=H2↑
阳极：
无氧酸根离子放电
2）
3）[H+]↓PH↑
4）除HF外，电解HF实为电解水
2、含氧酸溶液
1）H+、OH—含氧酸根
2）实为电解水
3）[H+]↑PH↓
3、强碱溶液（——NaOH）
1）Na+、H+、OH—
2）电解水
3）[OH—]↑PH↑
4）若饱和NaOH（aq），则析出NaOH（s），PH—
5）难溶性弱碱一般不作电解液
6）电解氨水——电解水
4、盐
1）活泼金属的含氧酸盐
①若原溶液为中性eg:
Na2SO4
实为电解水：
PH—
②若原溶液为酸性时——酸式盐eg:
NaHSO4
实为电解水，不饱和PH↓饱和PH不变
③若为碱性如Na2CO3
电解水PH↑
2）活泼金属的无氧酸盐（HF外）（NaCl）
阴极：
无氧酸根放电
阳极：
不活泼金属放电
①
②[盐]↓若盐本身酸性PH↓
4）不活泼金属的含氧酸盐溶液（CuSO4）
盐、水同时电解
注：
判断添加什么物质使原溶液复原。
判断溶液PH变化，先分析溶液酸碱性，再看电极产物，一般有：
Ⅰ.有H2无O2PH↑
Ⅱ.有O2无H2PH↓
酸的溶液PH↓
不水解PH—
水解酸性PH↓
水解碱性PH↑
Ⅲ碱的溶液PH↑
盐的溶液
Ⅳ.还要注意溶液饱和否
练习：
Ⅰ.HClCaCl2
Ⅱ.H2SO4HNO3NaOHBa（OH）2Na2SO4NaNO3MgSO4Al2（SO4）3NaFKF
Ⅲ.KClNaClNaBrNaINa2SK2SMgCl2CaCl2
Ⅳ.CuSO4AgNO3HgSO4Hg（NO3）2
eg：
通以相等的电量，分别电解足量的、等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）:
（硝酸亚汞）=2:
1，则下列表述正确的是（）
A、在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（银）:
（汞）=2:
1
B、在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C、硝酸亚汞的分子式为HgNO3
知识规律总结
一、构成原电池的条件
1．要有活动性不同的两个电极（一种金属与另一种金属或石墨或不溶性的金属氧化物）；
2．要有电解质溶液；
3．两电极浸入电解质溶液且用导线连接或直接接触。
二、金属的腐蚀
1．金属腐蚀的实质：
金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。
2．金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
3．化学腐蚀实质：
金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。
其腐蚀过程没有电流产生。
4．电化学腐蚀实质：
不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应。
电化学腐蚀过程有电流产生。
5．腐蚀的常见类型
（1）析氢腐蚀在酸性条件下，正极发生2H++2e-=H2↑反应。
（2）吸氧腐蚀在极弱酸或中性条件下，正极发生2H2O+O2+4e-=4OH-反应。
若负极金属不与电解质溶液发生直接的反应，则形成吸氧腐蚀的原电池反应。
如生铁浸入食盐水中，会形成许多微小的原电池。
6．在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢可用下列原则判断：
电解原理引起的腐蚀>原电池引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
三、原电池、电解（镀）池电极名称的确定
1．确定原电池电极名称的方法
方法一：
根据电极材料的性质确定。
通常是
（1）对于金属——金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；
（2）对于金属——非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等；
（3）对于金属——化合物电极，金属是负极，化合物是正极。
方法二：
根据电极反应的本身确定。
失电子的反应→氧化反应→负极；得电子的反应→还原反应→正极。
2．确定电解（镀）池电极名称的方法
方法一：
与外电源正极连接的一极是阳极、与负极连接的一极是阴极。
方法二：
电极上发生氧化反应的是阳极，发生还原反应的是阴极。
四、分析电极反应及其产物
原电池：
负极：
M-ne-=Mn+
正极：
（1）酸性溶液中2H++2e-=H2↑
（2）不活泼金属盐溶液Mn++ne-=M
（3）中性、弱酸性条件下2H2O+O2+4e-=4OH-
电解（镀）池：
阳极：
（1）若阳极是由活性材料（除C、Pt、Au等以外的其它金属）做成，阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子；
（2）若阳极是由C、Pt、Au等惰性材料做成，阳极反应则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。
阴离子失去电子能力大小顺序为：
I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。
阴极：
阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应，阳离子得电子能力大小顺序为：
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
必须注意的是，电镀时通过控制条件，Fe2+和Zn2+得电子的能力强于H+。
五、电解实例及规律
电解液
溶质类别
电解总反应式
相当于电解
溶液pH
NaOH溶液
强碱
2H2O
2H2↑+O2↑
水
升高
H2SO4溶液
含氧酸
降低
Na2SO4溶液
活泼金属的含氧酸盐
不变
（两极混合液）
CuCl2溶液
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2
Cu+Cl2↑
电解质本身
接近7
HCl溶液
无氧酸
2HCl
H2↑+Cl2↑
升高
NaCl溶液
活泼金属的无氧酸盐
2NaCl+2H2O
H2+2NaOH+Cl2↑
电解质与水
升高
CuSO4溶液
不活泼金属的含氧酸盐
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4
降低
NaCl（熔融）
离子化合物
2NaCl
2Na+Cl2↑
电解质本身
Al2O3（熔融）
2Al2O3
4Al+3O2↑
思维技巧点拨
【例1】镍氢电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镍镉电池。
镍氢电池的总反应式是：
H2+NiO（OH）
Ni（OH）2。
根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（）
A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池充电时，氢元素被还原
D．电池放电时，氢气是负极
【解析】本题考查在题目创设的新情景中运用所学电化学知识，解决具体问题的能力。
首先是区别出充电运用的是电解原理，放电则是运用了原电池原理。
抓住电解池、原电池各极发生氧化还原反应的特点，结合题给的信
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