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电化学

电化学基础知识整理

1.原电池

原电池是将化学能转化为电能的装置

1.1原电池原理

①、原电池：

将化学能转变成电能的装置

②、形成条件：

①活动性不同的两电极（连接）；②电解质溶液（插入其中并与电极自发反应）；③电极形成闭合电路④能自发的发生氧化还原反应.

③、电极名称：

负极：

较活泼的金属（电子流出的一极）

正极：

较不活泼的金属或能导电的非金属（电子流入的一极）

④、电极反应：

负极：

氧化反应，金属失电子

正极：

还原反应，溶液中的阴离子得电子或氧气得电子（吸氧腐蚀）

⑤、电子流向：

由负极沿导线流向正极

锌-铜电池，负极-Zn，正极-Cu。

负极：

Zn-2e=Zn2+，电解质溶液——稀硫酸。

正极：

2H++2e=H2↑

总反应：

2H++Zn=H2↑+Zn2+

原电池溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

注意：

如果在铜锌的导线中加一个电流计，电流计指针会发生偏转。

随时间的延续，电流计指针的偏转角度逐渐减小。

盐桥的作用：

盐桥起到了使整个装置构成通路的作用

例如:

铜锌原电池中用到了盐桥

现象:

⑴、检流计指针偏转，说明有电流通过。

从检流计指针偏转的方向可以知道电流的方向是Cu极→Zn极。

根据电流是从正极流向负极，因此，Zn极为负极，Cu极为正极。

而电子流动的方向却相反，从Zn极→Cu极。

电子流出的一极为负极，发生氧化反应；电子流入的一极为正极，发生还原反应。

一般说来，由两种金属所构成的原电池中，较活泼的金属是负极，较不活泼的金属是正极。

其原理正是置换反应，负极金属逐渐溶解为离子进入溶液。

反应一段时间后，称重表明，Zn棒减轻，Cu棒增重。

2.化学电源

化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。

它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。

（一）一次电池

一次电池的活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。

一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。

常用的有普通的锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌汞电池、镁锰干电池等。

例如；碱性锌锰干电池

负极：

Zn＋2OH——2e—＝Zn（OH）2

　　正极：

2MnO2＋2H2O＋2e—＝2MnOOH＋2OH—

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnOOH＋Zn（OH）2

银一锌电池

　　电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用的电池体积很小，有“纽扣”电池之称。

它们的电极材料是Ag2O和Zn，所以叫银一锌电池。

电极反应和电池反应是：

负极：

Zn＋2OH－—2e—＝Zn（OH）2

　　正极：

Ag2O＋H2O＋2e—＝2Ag＋2OH－

　　总反应：

Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn（OH）2＋2Ag

利用上述化学反应也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点。

这类电池已用于宇航、火箭、潜艇等方面。

锂－二氧化锰非水电解质电池

以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜，电极反应为：

　　负极反应：

Li＝Li＋＋e

　　正极反应：

MnO2＋Li＋＋e＝LiMnO2

　　总反应：

Li＋MnO2＝LiMnO2

　　该种电池的电动势为2.69V，重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维持其能力的90％，贮存性能好，已广泛用于电子计算机、手机、无线电设备等。

（二）二次电池

二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。

这类电池可以多次重复使用。

铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电介质是H2SO4.

铅蓄电池放电的电极反应如下：

　　负极：

Pb（s）＋SO42－（aq）－2e－＝PbSO4（s）（氧化反应）

　　正极：

PbO2（s）＋SO42－（aq）十4H＋（aq）＋2e－＝PbSO4（s）＋2H2O（l）（还原反应）

总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）＝2PbSO4（s）十2H2O（l）

铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：

阴极：

PbSO4（s）＋2e－＝Pb（s）＋SO42－（aq）（还原反应）

阳极：

PbSO4（s）＋2H2O（l）－2e－＝PbO2（s）＋SO42－（aq）十4H＋（aq）（氧化反应）

总反应：

2PbSO4（s）十2H2O（l）＝Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）2PbSO4（s）十2H2O（l）

（三）燃料电池

燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。

燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。

它工作时，燃料和氧化剂连续的由外部供给，在电极上不断的进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断的提供电能。

⑴氢氧燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂做电极，使用酸性电解质。

它的的工作原理：

负极：

2H2－4e－＝4H＋

正极：

O2十4H＋（aq）＋4e－＝2H2O

总反应：

2H2十O2＝2H2O

⑵以碱性氢氧燃料电池为例，它的燃料极常用多孔性金属镍，用它来吸附氢气。

空气极常用多孔性金属银，用它吸附空气。

电解质则由浸有KOH溶液的多孔性塑料制成，其电极反应为：

　负极反应：

2H2＋4OH－＝4H2O＋4e－

　　正极反应：

O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

　　总反应：

2H2＋O2＝2H2O

除氢气以外，烃、肼、甲醇、氨等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧外，空气中的氧气也可以做氧化剂。

（3）甲烷燃料电池（KOH做电解质）

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＝

＋7H2O；

正极：

4H2O＋2O2＋8e＝8OH。

电池总反应式为：

CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O

3.电解池

（一）电解原理

⑴．电解质溶液的导电

　　我们知道，金属导电时，是金属内部的自由电子发生的定向移动，而电解质溶液的导电与金属导电不同。

　　通电前电解质溶液中阴、阳离子在溶液中自由地移动；通电后在电场的作用下，这些自由移动的离子改作定向移动，带负电荷的阴离子由于静电作用向阳极移动，带正电荷的阳离子则向阴极移动。

　　电极名称：

电解池中与直流电源负极相连的电极叫阴极，与直流电源正极相连的电极叫阳极。

　　物质能否导电是由其内部能否形成定向移动的自由电荷所决定的，对金属就是自由电子，而对电解质溶液就是自由移动的阴阳离子。

⑵．电解

1概念：

使电流流过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。

②电子流动的方向：

电子从外接直流电源的负极流出，经导线到达电解池的阴极，电解池溶液中的阳离子移向阴极，并在阴极获得电子而被还原，发生还原反应；与此同时，电解池溶液中的阴离子移向阳极，并在阳极上失去电子（也可能是阳极很活泼而本身失去电子）而被氧化，发生氧化反应。

这样，电子又从电解池的阳极流出，沿导线而流回外接直流电源的正极。

③电极反应的类型：

阳极反应为氧化反应，阴极反应为还原反应，故而阴极处于被保护的状态，而阳极则有可能被腐蚀。

⑶．电解池与原电池的联系与区别

原电池

电解池

电极

正极、负极

阴极、阳极

电极确定

由电极材料本身的相对活泼性决定，较活泼的是负极，较不活泼的是正极

由外接直流电源的正、负极决定，与负极相连的是阴极，与正极相连的是阳极

电极反应

负极发生氧化反应

正极发生还原反应

阴极发生还原反应

阳极发生氧化反应

电子流向

电子由负极经导线流入正极

电子从电源负极流入阴极再由阳极流回电源正极

能量转变

化学能转变为电解

电能转变为化学能

反应自发性

能自发进行的氧化还原反应

反应一般不能够自发进行，需电解条件

举例

Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4

CuCl2

Cu+Cl2↑

装置特点

无外接直流电源

有外接直流电源

相似之处

均能发生氧化还原反应，且同一装置中两个电极在反应过程中转移电子总数相等。

重点出击：

原电池与电解池的判断

⑴判断下图是原电池、电解池还是电镀池，为什么？

（2）延伸

有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏的能源。

它依靠人体内含有一定浓度的溶解氧进行工作。

小结与反思：

原电池、电解池、电镀池判定规律：

若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定；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。

当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其余情况为电解池

4．实验分析：

电解CuCl2溶液

（1）电极材料

　　阴极可用惰性电极，甚至较活泼的金属，但阳极需使用惰性电极，否则会发生氧化反应而溶解。

（2）惰性电极一般指金、铂、石墨电极，银、铜等均是活性电极。

　　（3）实验现象：

通电后，电流表指针发生偏转，阴极石墨棒上析出一层红色固体，阳极表面有气泡放出，可闻到刺激性气味。

　　（4）淀粉碘化钾试纸的作用：

检验阳极产物是否为Cl2。

使用时应先润湿并缠于玻棒端或用镊子夹持，作用时间不宜太久，否则变蓝后会被Cl2漂白。

（二）、电解的应用

　I．电解饱和食盐水反应原理

　　　　　　注意：

铁棒不可作阳极，否则发生Fe－2e－=Fe2+；碘化钾淀粉试纸需事先用水润湿。

　　现象：

阴、阳两极均有气体放出，阳极气体有刺激性气味，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；阴极区域溶液变红。

说明阴极区域生成物为碱性物质与H2，阳极产物是Cl2。

　　2．电解饱和食盐水反应原理

　　饱和食盐水成分：

溶液存在Na+、Cl－、H+、OH－四种离子。

　　电极反应式：

阴极：

2H+＋2e－=H2↑（还原反应）；

　　阳极：

2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）。

　　实验现象解释：

（1）阴极区域变红原因：

由于H+被消耗，使得阴极区域OH－离子浓度增大（实际上是破坏了附近水的电离平衡，由于KW为定值，c（H+）因电极反应而降低，导致c（OH－）增大，使酚酞试液变红）。

（2）湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因：

氯气可以置换出碘化钾中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2使淀粉变蓝。

　　注意：

如果试纸被熏蒸的太久，蓝色会因为湿氯气的漂白作用而褪去。

　　电解饱和食盐水的总反应式：

　　该电解反应属于放氢生碱型，电解质与水均参与电解反应，类似的还有K2S、MgBr2等。

　　II、铜的电解精炼

　　1．原理：

电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜板作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。

　　CuSO4溶液中主要有Cu2+、

、H+、OH－，通电后H+和Cu2+移向阴极，并在阴极发生Cu2++2e－=Cu，OH－和

移向阳极，但阳极因为是活性电极故而阴离子并不放电，主要为阳极（活泼及较活泼金属）发生氧化反应而溶解，阳极反应：

Cu－2e－=Cu2+。

　　电解过程中，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而溶解，此时阴极仍发生Cu2++2e－=Cu，这会导致电解液浓度不发生变化；Ag、Au不如Cu易失电子，Cu溶解时它们以阳极泥沉积下来可供提炼Au、Ag等贵金属。

　　该过程实现了提纯铜的目的。

　　离子在电极上得失电子的能力与离子的性质、溶液的浓度、电流的大小、电极的材料等都有关系。

中学阶段我们一般只讨论电极材料的性质、离子的氧化性强弱和还原性强弱对它们得失电子能力的影响

　　　　III、电解冶炼铝

　　工业上，用纯净的氧化铝为原料，采用电解的方法制取铝。

　　纯净的氧化铝熔点很高（2045℃），很难熔化，现在都用熔化的冰晶石（Na3AlF6）作熔剂，使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石里，成为冰晶石和氧化铝的熔融体，然后进行电解。

　　电极反应式：

　　阴极：

　4Al3+＋12e-＝4Al

　　阳极：

　6O2－＋12e-＝3O2↑

　　总反应式：

2Al2O3

4Al＋3O2↑（只能电解Al2O3，不能是AlCl3）

　　在冶炼铝时，阳极产生氧气，石墨阳极在如此高温条件下，将不断被氧气氧化而消耗，因而需不断补充石墨阳极。

（三）、电镀铜

　　1．原理：

电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，并在阴极上被还原成金属析出。

　　电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液基本不变”。

　　工业上电镀常使用有毒电镀液，因此电镀废水应回收有用物质、降低有害物质含量后，达标排放，以防污染环境。

　　2．实验分析：

电镀铜实验

（1）待镀件需酸洗去除表面的锈。

（2）电镀液CuSO4中加氨水制成铜氨溶液以降低Cu2+浓度使镀层光亮。

1解题步骤方法

1判断两池（原电池还是电解池）—②标注电极名称—③写出电极反应式—（根据电极产物、溶液成分变化）—④描述或解释现象或进行有关计算。

1、把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中（如图所示平面图），经过一段时间后，首先观察到溶液变红的区域是（）

A、Ⅰ和Ⅲ附近B、Ⅰ和Ⅳ附近

C、Ⅱ和Ⅲ附近D、Ⅱ和Ⅳ附近

2、如图甲乙两池分别以碳棒、铂条、铝条、镁条为电极，并用导线相连接，以NaCl、NaOH溶液为电解溶液，有关该装置的描述正确的是（）

A.乙池中,Mg极的电极反应是Mg-2e-=Mg2+

B.甲池中,Pt极的电极反应是2Cl—2e-=Cl2↑

C.随着反应的进行.乙池中n（NaOH）保持不变

D.反应过程中,甲池中两极附近溶液PH（C）

3、如图A、B为两个串联的电解池，已知B池中c为铁，d为石墨，电解质溶液为NaCl溶液。

试回答：

（1）若A池为用电解原理精练铜装置，则a电极名称为极，电极材料是，电极反应式为，电解质溶液可以是。

（2）B池中c极（Fe）电极反应式为，若在B池中加入少量酚酞试液，开始电解一段时间，铁极附近呈色。

4、铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：

Pb+PbO2+4H++2SO2-4

2PbSO4+2H2O

请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）:

（1）放电时：

正极的电极反应式是______________;电解液中H2SO4的浓度将变________;当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。

（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按题27图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成__________、B电极上生成________,此时铅蓄电池的正负极的极性将________________________。

2、电极名称判断法

说明：

化学上规定，凡发生氧化变化的电极均为阳极，而发生还原的电极均为阴极。

据此，从发生的化学变化角度看，原电池中的负极（-）又叫阳极，正极（+）又叫阴极。

5、x，y分别为直流电源的两极，通电后，发现a极质量加，b极处有无色无味气体放出，符合此情况的是：

（A）

备选项

a电极

B电极

x电极

溶液

A

锌（Zn）

石墨（C）

负

CuSO4

B

石墨（C）

石墨（C）

负

NaOH

C

银（Ag）

铁（Fe）

正

AgNO3

D

铜（Cu）

石墨（C）

负

CuCl2

3、电极反应式写法

[电解池电极反应式写法要领]阳极，首先看为何材料，若为金属（除Au、Pt外），则阳极金属本身优先被氧化，此时不必考虑溶液中阴离子放电；若阳极为惰性材料，则分析溶液中阴离子及放电顺序，还原性强者优先在阳极失电子发生氧化反应。

阴极，不必考虑电极为何材料，只要看溶液中有何离子及其放电顺序，氧化性强者优先得电子发生被还原反应。

[原电池电极反应式写法要领]①负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应，两电极转移的电子数要相等；②负极和正极两电极反应式相加则得到原电池的总反应式；③若溶液中OH- 有参与电极反应必发生在负极。

若结果H+有增加，酸性增强，PH降低，必在负极区；若溶液中H+ 有参与电极反应必发生在正极;若结果OH-有增加，碱性增强，PH升高，必在正极区。

6、以铂为电极，在两极上分别通入H2和O2，可组成氢氧燃烧电池。

分别写出以硫酸为电解质和KOH为电解质溶液中的有关电极反应式。

7、将两块铂片连接后插入KOH溶液中作电极，并在两极片上分别通入甲烷和氧气从而组成了碱性燃烧电池，试写出有关电极反应式，并说明溶液PH变动情况。

8、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混和物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混和气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。

完成有关的电池反应式：

负极反应式：

2CO+2CO32-－4e－＝4CO2

正极反应式：

总电池反应式：

9、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为

3Zn+2K2FeO4+8H2O　　　3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH

下列叙述不正确的是（）

A．放电时负极反应为：

3Zn—6e—+6OH—=3Zn（OH）2

B．充电时阳极反应为：

2Fe（OH）3—6e—+10OH—=2FeO42—+8H2O

C．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化

D．放电时正极附近溶液的碱性增强

4金属腐蚀速率快慢比较法

10、下列各装置中都盛有0.1mol/L的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同锌片，腐蚀速度由快到慢的正确顺序是（D）

A.③①④②B.①②④③C.①②③④D.②①④③

5判断金属活动性顺序

11、将a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两连接组成原电池。

若a、b连接时a为负极；c、d连接时，电流由d到c；a、c连接时，c极上产生大量气泡；b、d连接时，b上有大量气泡产生。

则四种金属的活动性由强到弱的顺序是（B）

A．a>b>c>dB．a>c>d>bC.c>a>b>dD.b>d>c>a

12、25℃时，将两个铂电极插入一定质量的硫酸钠饱和溶液中进行电解。

通电一段时间后，阴极上逸出amol气体，同时有WgNa2SO4·10H2O晶体析出。

若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数为（）

　A、

×100％　　　B、

×100％　

　C、

％　　　D、

％

习题：

一、选择题

1.下列各烧杯中均盛着海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（）。

A.①②③④⑤　B.②①③④⑤C.④②①③⑤　　D.④⑤①②③

2.钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应是（）。

A.

B.

C.

D.

3.镍镉

可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：

由此可知，该电池放电时的负极材料是（）。

A.

B.

C.

D.

4.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.用铜板做电极电解

溶液，阴极铜板质量增加

C.把铜片插入

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

溶液，气泡放出速率加快

5.蓄电池放电时是起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。

下式是爱迪生蓄电池分别在充电、放电时的反应：

下列有关爱迪生电池的各种推断中错误的是（）。

A.放电时铁做负极，

做正极

B.充电时阴极上的电极反应为：

C.放电时，电解质溶液中的阴离子是向正极方向移动

D.蓄电池的两个电极必须浸入在碱性溶液中

二、填空题

6、铅蓄电池的正极材料为

，负极材料为海绵状的金属铅，用一定浓度的硫酸作为电解质溶液，请写出电极反应式____________________________。

实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制氯气。

今若制得

，这时电池内消耗的

的物质的量至少是____________________。

7、.在25℃时，用石墨电极电解

，

溶液，如有

电子发生转移，试回答下列问题：

（1）阴极发生_____________反应，电极反应为_____________________________________。

（2）阳极发生______________反应，电极反应为___________________________________。

7．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，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则

①电解池中X极上的电极反应式为___________________________________________。

在X极附近观察到的现象是____________________________________________________。

②Y电极上的电极反应式为_______________________________________，检验该电极反应产物的方法是______________________________________

（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则

①X电极的材料是_____________，电极反应式是___________________________________。

②Y电极的材料是______________，电极反应式是___________________________________。