高二化学第四章电化学基础.docx
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高二化学第四章电化学基础
高二化学第四章电化学基础
第一节原电池
原电池：
1、概念：
化学能转化为电能的装置叫做原电池
2、组成条件：
①两个活泼性不同的电极②电解质溶液③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路
3、电子流向：
外电路：
负极——导线——正极
内电路：
盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。
4、电极反应：
以锌铜原电池为例：
负极：
氧化反应：
Zn－2e＝Zn2＋（较活泼金属）
正极：
还原反应：
2H＋＋2e＝H2↑（较不活泼金属）
总反应式：
Zn+2H+=Zn2++H2↑
5、正、负极的判断：
（1）从电极材料：
一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。
（2）从电子的流动方向负极流入正极
（3）从电流方向正极流入负极
（4）根据电解质溶液内离子的移动方向阳离子流向正极，阴离子流向负极
（5）根据实验现象①__溶解的一极为负极__②增重或有气泡一极为正极
练习：
1．如图所示的装置中，在产生电流时，以下说法不正确的是（ ）
A．Fe是负极，C是正极B．负极反应式为：
Fe－3e－===Fe3＋
C．内电路中阴离子移向FeCl2溶液D．电流由石墨电极流向Fe电极
2.（2010·黔西南模拟）右图中，两电极上发生的电极反应为：
a极：
Cu2＋＋2e－===Cu
b极：
Fe－2e－===Fe2＋
下列说法中不正确的是（ ）
A．该装置为原电池．Ba极上发生还原反应
C．电子由b→aD．该过程中能量的转换一定是化学能转化为电
3．（2010·华师大一附中月考）在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是A．正极附近的SO
浓度逐渐增大B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．正极有O2逸出D．铜片上有H2逸出
4．（2010·荆州期末）水泥在固化过程中自由水分子减少并形成碱性溶液．根据这一物理化学特点，科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间．此法的原理如图所示，反应的总方程式为：
2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag.下列有关说法正确的是A．工业上以黏土、石灰石和石英为主要原料来制造普通水泥
B．负极的电极反应式为Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
C．测量原理示意图中，电流方向从Cu经过导线流向Ag2O
D．电池工作时，溶液中O
H－向正极移动
5、有A、B、C、D四种金属。
将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。
将A、D分别投入等浓度盐酸溶液中，D比A反应剧烈。
将铜浸入B的盐溶液中，无明显变化。
如果把铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。
据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（）
A.DCABB.DABCC.DBACD.BADC
6、将锌片和铜片用导线连接置于同一稀硫酸溶液中，下列各叙述正确的是（）
正极附近SO42-的浓度逐渐增大B.负极附近SO42-的浓度逐渐减小
C.负极附近SO42-的浓度逐渐增大D.正负极附近SO42-的浓度基本不变
7、某原电池总反应的离子方程式为：
2Fe3+＋Fe＝3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是（）
正极为Cu，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液
正极为C，负极为Fe，电解质为Fe（NO3）3溶液
正极为Fe，负极为Zn，电解质为Fe2（SO4）3溶液
正极为Ag，负极为Fe，电解质为CuSO4溶液
8.银锌电池广泛用做各种电子仪器的电源，它的电池反应是：
Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn（OH）2，则负极上发生反应的物质是（）
A.AgB.Zn（OH）2C.Ag2OD.Zn
9、将等质量的两份锌粉a和b，分别加入两个盛过量的稀硫酸的烧杯中，并向加入a的烧杯中再加入少量CuO粉末。
下列各图表示氢气体积V（H2）与反应时间t的关系，其中正确的是
10、对于锌－铜－稀H2SO4组成的原电池装置中，当导线中有1mol电子通过时，理论上的电极变化（）
①锌片溶解了32．5g②锌片增重32．5g③铜片上析出了1gH2④铜片上析出1molH2
A.①③B.①④C②③D.②④
11．（12分）依据氧化还原反应：
2
Ag＋（aq）＋Cu（s）===Cu2＋（aq）＋2Ag（s）设计的原电池如图所示．
请回答下列问题
（1）电极X的材料是______；电解质溶液Y是______；
（2）银电极为电池的______极，发生的电极反应为____________________________；X电极上发生的电极反应为____________________________________；
（3）外电路中的电子是从______电极流向______电极．
第二节化学电池
1、电池的分类：
化学电池、太阳能电池、原子能电池
2、化学电池：
借助于化学能直接转变为电能的装置
3、化学电池的分类：
一次电池、二次电池、燃料电池
一、一次电池
1、常见一次电池：
碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等
二、二次电池
1、二次电池：
放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。
2、电极反应：
铅蓄电池
放电：
负极（铅）：
Pb＋
－2e-＝PbSO4↓
正极（氧化铅）：
PbO2＋4H+＋
＋2e-＝PbSO4↓＋2H2O
充电：
阴极：
PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H+＋
阳极：
PbSO4＋2e-＝Pb＋
两式可以写成一个可逆反应：
PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O
3、目前已开发出新型蓄电池：
银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池
三、燃料电池
1、燃料电池：
是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池
2、电极反应：
一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。
，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。
以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。
当电解质溶液呈酸性时：
负极：
2H2－4e-=4H+正极：
Ｏ2＋4e-4H+=2H2O
当电解质溶液呈碱性时：
负极：
2H2＋4OH-－4e-＝4H2O正极：
Ｏ2＋2H2O＋4e-＝4OH-
另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷燃料和氧气氧化剂。
电极反应式为：
负极：
CH4＋10OH-－8e-＝CO32-+＋7H2O；
正极：
4H2O＋2O2＋8e-＝8OH-。
电池总反应式为：
CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
3、燃料电池的优点：
能量转换率高、废弃物少、运行噪音低
四、废弃电池的处理：
回收利用
练习：
1．日常所用的干电池的电极分别为碳棒和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质（其中加入MnO2氧化吸收H2）,电极反应可简化为：
Zn－2e－==Zn2+；2NH4++2e－=NH3+H2,根据上述叙述判断下列说法正确的是
A.干电池中锌为正极，碳为负极
B.干电池工作时，电子由锌极经外电路流向碳极
C.干电池长时间连续工作时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器
D.干电池可实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化
2．据报到，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量大，而且没有铅污染。
其电池反应为：
2Zn＋O2＝2ZnO原料为锌粒，电解液和空气。
下列叙述正确的是
A.锌为正极，空气进入负极反应B.负极反应为Zn－2e－＝Zn2＋
C.正极发生氧化反应D.电解液肯定不是强酸
3．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因此得到广泛应用。
锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：
Zn（s）＋2MnO2（s）＋H2O（l）＝Zn（OH）2＋Mn2O3（s）。
下列说法错误的是（）
A.电池工作时，锌失去电子
B.电池负极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－＝Zn（OH）2
C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0．2mol电子，锌的质量理论上减小6．5g
4.阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为：
2H2＋O2＝2H2O，电解质溶液为KOH溶液，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，则下列叙述中正确的是A．此电池能发生蓝色火焰B．H2为正极，O2为负极
C．工作时，电解质溶液的PH不断减小
D．电极反应为负极：
2H2＋4OH――4e－＝4H2O；正极：
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
5．物体中细胞膜内的葡萄糖，细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成型的生物原电池，下列有关判断正确的是（）
A.正极的电极反应可能是O2+4e－+2H2O→4OH－
B.负极的电极反应可能是O2+4e－+2H2O→4OH－
C.负极的反应主要是C6H12O6（葡萄糖）生成CO2或HCO3－
D.正极的反应主要是C6H12O6（葡萄糖）生成CO2或HCO3－
6．设想通过原电池反应以H2和Cl2为原料生产盐酸。
关于这种原电池的设想正确的是（）
A．正极反应为H2－2e－=2H+B．在电池工作时，H+移向负极
C．电池正极发生氧化反应
D．以盐酸作为电解质，并不断补充蒸馏水，以维持溶液一定的pH
7．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体，电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2－。
下列对该燃料的说法正确的是
A.在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B.电池的总反应是：
2C4H10＋13O2→8CO2＋10H2O
C.通入空气的一极是正极，电极反应为：
O2＋4e－＝2O2－
D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：
C4H10＋26e－＋13O2－＝4CO2↑＋5H2O
8．右图是2004年批量生产的笔记本电脑所用甲醇燃料电池的结构示意图。
甲醇在催化剂作用下提供质子（H+）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH30H+302→2C02+4H20。
下列说法正确的是（）
A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B．右电极为电池的负极，b处通入的物质是空气
C．负极反应式为：
CH30H+H20-6e-→CO2+6H+
D．正极反应式为：
02+2H20+4e-→40H—
9．某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液．下列有关该电池的叙述不正确的是（ ）
A．正极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变
C．该燃料电池的总反应方程式为：
2
H2＋O2===2H2O
D．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2（标准状况）时，有0.1mol电子转移
10．（2010·长沙一中期末）一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2－.下列对该项燃料电池说法正确的是（ ）
A．在熔融电解质中，O2－移向正极
B．电池总反应式是：
2C4H10＋13O2―→8CO2＋10H2O
C．通入空气的一极是正极，电极反应为：
O2＋4e－===2O2－
D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：
C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O
11．（2010·淮北统考）生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是
2PbSO4＋2H2O
PbO2＋Pb＋2H2SO4
下列对铅蓄电池的说法错误的是（ ）
A．需要定期补充硫酸B．工作时铅是负极，PbO2是正极
C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－＋SO
===PbSO4D．工作时电解质的密度减小
12（2010·信阳高二检测）
（1）今有反应2H2＋O2
2H2O，设计成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是________，电极反应式为：
________________
（2）若把KOH改为H2SO4作电解质，即：
2H2＋O2
2H2O，则电极反应式应为负极：
__________________，正极：
__________________.
（1）
（2）的介质不同，反应后各溶液的pH变化依次为________，________（填“变大”“变小”或“不变”）．
（3）若把H2改为CH4，KOH作电解质，则负极反应式为：
__________________________.
13．（16分）（2009·天津高考）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置，右图为电池示意图，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____________________________________________________．
（3）电极表面镀铂粉的原因为__
_________________________________________．
第三节电解池
一、电解原理
1、电解池：
把电能转化为化学能的装置也叫电解槽
2、电解：
电流（外加直流电）通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应（被动的不是自发的）的过程
3、放电：
当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程
4、电子流向：
（电源）负极—（电解池）阴极—（离子定向运动）电解质溶液—（电解池）阳极—（电源）正极
5、电极名称及反应：
阳极：
与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应
阴极：
与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应
6、电解CuCl2溶液的电极反应：
阳极：
2Cl--2e-=Cl2（氧化）阴极：
Cu2++2e-=Cu（还原）→总反应式：
CuCl2=Cu+Cl2↑
7、电解本质：
电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程
☆规律总结：
电解反应离子方程式书写：
放电顺序：
阳离子放电顺序:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸电离的）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
阴离子的放电顺序:
是惰性电极时：
S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-（等含氧酸根离子）>F-（SO32-/MnO4->OH-）
是活性电极时：
电极本身溶解放电
注意先要看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极（Fe、Cu）等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性材料，则根据阴阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。
电解质水溶液点解产物的规律
类型
电极反应特点
实例
电解对象
电解质浓度
pH
电解质溶液复原
分解电解质型
电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
HCl
CuCl2
CuCl2
放H2生碱型
阴极：
水放H2生碱
阳极：
电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新电解质
增大
HCl
放氧生酸型
阴极：
电解质阳离子放电
阳极：
水放Ｏ2生酸
CuSO4
电解质和水
生成新电解质
减小
氧化铜
电解水型
阴极：
4H++4e-=2H2↑
阳极：
4OH--4e-=Ｏ2↑+2H2O
NaOH
水
增大
增大
水
H2SO4
减小
Na2SO4
不变
上述四种类型电解质分类：
（1）电解水型：
含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐
（2）电解电解质型：
无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）
（3）放氢生碱型：
活泼金属的无氧酸盐
（4）放氧生酸型：
不活泼金属的含氧酸盐
二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气
（1）、电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法
（2）、电极、电解质溶液的选择：
阳极：
镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液M—ne—==Mn+
阴极：
待镀金属（镀件）：
溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，附着在金属表面Mn++ne—==M
电解质溶液：
含有镀层金属离子的溶液做电镀液
镀铜反应原理
阳极（纯铜）：
Cu-2e-=Cu2+，阴极（镀件）：
Cu2++2e-=Cu，
电解液：
可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液
（3）、电镀应用之一：
铜的精炼
阳极：
粗铜；阴极：
纯铜电解质溶液：
硫酸铜
3、电冶金
（1）、电冶金：
使矿石中的金属阳离子获得电子，从它们的化合物中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝
（2）、电解氯化钠：
通电前，氯化钠高温下熔融：
NaCl==Na++Cl—
通直流电后：
阳极：
2Na++2e—==2Na
阴极：
2Cl——2e—==Cl2↑
规律总结：
原电池、电解池、电镀池的判断规律
（1）若无外接电源，又具备组成原电池的三个条件即为原电池
1有活泼性不同的两个电极；
2两极用导线互相连接成直接插入连通的电解质溶液里；
③较活泼金属与电解质溶液能发生氧化还原反应（有时是与水电离产生的H+作用）。
（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属离子属同种元素时，则为电镀池。
（3）若多个单池相互串联，又有外接电源时，则与电源相连接的装置为电解池成电镀池。
若无外接电源时，先选较活泼金属电极为原电池的负极（电子输出极），有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。
原电池，电解池，电镀池的比较
性质类别
原电池
电解池
电镀池
定义
（装置特点）
将化学能转变成电能的装置
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一侧层其他金属
反应特征
自发反应
非自发反应
非自发反应
装置特征
无电源，两级材料不同
有电源，两级材料可同可不同
有电源
形成条件
活动性不同的两极
电解质溶液
形成闭合回路
两电极连接直流电源
两电极插入电解质溶液
形成闭合回路
1镀层金属接电源正极，待镀金属接负极；2电镀液必须含有镀层金属的离子
电极名称
负极：
较活泼金属
正极：
较不活泼金属（能导电非金属）
阳极：
与电源正极相连
阴极：
与电源负极相连
名称同电解，但有限制条件
阳极：
必须是镀层金属
阴极：
镀件
电极反应
负极：
氧化反应，金属失去电子
正极：
还原反应，溶液中的阳离子的电子或者氧气得电子（吸氧腐蚀）
阳极：
氧化反应，溶液中的阴离子失去电子，或电极金属失电子
阴极：
还原反应，溶液中的阳离子得到电子
阳极：
金属电极失去电子
阴极：
电镀液中阳离子得到电子
电子流向
负极→正极
电源负极→阴极
电源正极→阳极
同电解池
溶液中带电粒子的移动
阳离子向正极移动
阴离子向负极移动
阳离子向阴极移动
阴离子向阳极移动
同电解池
联系
在两极上都发生氧化反应和还原反应
练习：
1.在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（）
A．原电池正极和电解池阳极所发生的反应B．原电池正极和电解池阴极所发生的
C．原电池负极和电解池阳极所发生的反应D．原电池负极和电解池阴极所发生的反应
2、关于原电池和电解池的叙述正确的是（）
A．原电池失去电子的电极称为阴极
B．电解池的阳极、原电池的负极都发生氧化反应
C．原电池的两极，一定要由活动性不同的两种金属组成
D．电解时电解池的阳极一定是阴离子放电
3．用石墨作电极，电解1mol·L－1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是（）
A．HClB．NaOHC．Na2SO4D．NaCl
4．在铁制品上镀上一定厚度的锌层，以下设计方案正确的是（）
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子D．锌用阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
5、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。
氢镍电池的总反应式是
。
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值不断增大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，H2是负极
6．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2Ag+Zn（OH）2
Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）
A．AgB．Zn（OH）2C．Ag2OＤ．Zn
7．用惰性电极电解M（NO3）ｘ的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气（标准状况），从而可知M的相对原子质量是（）
A.
B.
C.
D.
8．100mL浓度为2mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（）
A.加入适量的6mol·L－1的盐酸B.加入数滴氯化铜溶液
C.加入适量蒸馏水D.加入适量的氯化钠溶液
9．下列关于实验现象的描述不正确的是（）
A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B.用锌片做阳极，铁片做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌
C.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
10．用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。
当电解液的pH从6.0变为3.0时（设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略），电极上析出银的质量大约是
A.27mgB.54mgC.108mgD.216mg
11.氢镍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镉镍电池。
氢镍电池的总反应式是：
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
12.右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，合这一情况的是
a极板
b极板
x电极
Z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
13.电解原理在化学工业中有广泛应用。
右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。
请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时
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