电化学知识归纳总结.docx
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电化学知识归纳总结
电化学知识归纳总结
一、电解原理
1、电解
（1）电解的概念：
使电流通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。
电解质在电流的作用下发生氧化还原反应，是电能转化为化学能的过程，电解反应是非自发的。
阳极失去电子发生氧化反应，阴极得到电子发生还原反应。
（2）电解池的概念：
把电能转变为化学能的装置叫电解池或电解槽。
其中根直流电源或原电池的负极相连的电极是电解池的阴极；反之，跟直流电源或原电池的正极相连的电极是电解池的阳极。
构成电解池的条件是：
①直流电源；②两个电极，与电源的正极相连的电极叫阳极，与电源负极相连的电极叫阴极；③电解质溶液或熔融态电解质。
2、电解原理和规律
（1）电极分为惰性电极和活泼电极两种。
惰性电极在电解过程中只导电，电极本身不发生任何化学变化，电极材料为石墨、铂、金等；活泼电极是指除石墨、铂、金以外的导电材料做阳极时，金属原子失去电子时发生氧化还原反应的电极。
（2）放电顺序
①阳离子在阴极的放电顺序：
（H+）、Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+、（H+）、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Ag+
从左到右放电能力依次增强（越排在后面越容易先得电子）
注意：
a金属离子在阴极放电与否，既跟金属的活泼性有关，又跟离子浓度有关。
例如在一般盐溶液中氢离子浓度很小，放电顺序在Zn2+前，而在相同浓度或浓度相差不大时，放电顺序在Pb2+后。
bAl3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+在水中不放电，只在熔融时放电。
②阴离子在阳极（惰性电极）放电顺序：
OH-、Cl-、Br-、I-、S2-
放电能力依次增强（越排在后面越容易失去电子）
注意：
a阳极若为活泼电极，则是活泼电极自身溶解放电，此时不考虑阴离子的放电。
bF-及含氧酸根在水溶液中不放电。
3、电解精炼
电解精炼是利用电解原理提纯金属。
如电解精炼铜时，要把粗铜挂在电解槽的阳极，用硫酸铜溶液做电解液，阴极挂纯铜。
电解时阳极发生氧化反应，Cu失去电子变为Cu2+进入溶液，比铜活泼的金属也失去电子进入溶液；不如铜活泼的金属杂质不能失去电子而变成“阳极泥”被除去。
在阴极发生还原反应，Cu2+易得到电子被还原成Cu，而比铜活泼的杂质离子被留在电解液里，这样就达到了提纯的目的。
4、电镀铜
（1）电镀的涵义：
电镀是应用电解原理在某些金属表面上镀上一层其他金属或合金的过程。
（2）电镀的目的：
是金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。
（3）电镀铜原理的归纳：
电镀铜和电解精炼铜的原理是一致的。
电解时，一般都是用含有镀层离子的电解质配成电镀液；把待镀金属制品侵入电镀液中与直流电源的负极相连，作为负极；而用镀层金属作为阳极，与直流电源正极相连。
通入低压直流电，阳极金属溶解在溶液里成为阳离子，移向负极，这些离子在阴极上得到电子被还原成金属，覆盖在需要电镀的金属制品上。
例如电镀铜用铜板做阳极，硫酸铜溶液作电镀液，镀件要挂在阴极。
5、电解质导电的实质
对电解质溶液（或熔融状态的电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阳极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出并沿导线流回电源的正极。
这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融状态的电解质）里的阴阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融状态的电解质），所以电解质溶液（或熔融状态的电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融状态的电解质）的电解过程。
6、用惰性电极进行各种电解质溶液的电解规律
类型
实例
电极反应
电解质溶液的变化
溶液的pH变化
电解质溶液的复原
电解
水型
H2SO4
阴极：
4H++4e-=2H2↑
阳极：
4OH--4e-=2H2O+O2↑
浓度变大
变小
加水
NaOH
变大
加水
Na2SO4
不变
加水
只电
解电
解质
HCl
阴极：
2H++2e-=H2↑
阳极：
2Cl--2e-=Cl2↑
浓度变小
变大
通氯化氢气体
CuCl2
阴极：
Cu2++2e-=Cu
阳极：
2Cl--2e-=Cl2↑
浓度变小
加入氯化铜粉末
电解
电解质和
水型
NaCl
阴极：
2H++2e-=H2↑
阳极：
2Cl--2e-=Cl2↑
生成了碱
变大
通氯化氢气体
CuSO4
阴极：
2Cu2++4e-=2Cu
阳极：
4OH--4e-=2H2O+O2↑
生成了酸
变小
加氧化铜粉末
习题：
一、从NO3-、SO42-、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。
（1）两级分别放出氢气和氧气时，电解质的化学式可能是：
（2）若阴极析出金属，阳极放出氧气，电解质的化学式可能是：
（3）两级分别放出气体，且体积比为1：
1，电解质的化学式可能是：
答案：
（1）HNO3、H2SO4、Ba（NO3）2、Ba（OH）2、中的一种
（2）AgNO3、Cu（NO3）、CuSO4中的一种
（3）HCl、BaCl2中的一种
二、工业上为了处理含有Cr2O72-酸性工业废水，采用下面的处理方法：
往工业废水里加入适量的NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀生成，工业废水中的铬的含量以低于排放标准。
请回答下列问题：
（1）两级发生反应的电极反应式：
阳极阴极
（2）写出Cr2O72-变Cr3+为的离子方程式
（3）工业废水由酸性变为碱性的原因
（4）（填“能”或“不能”）改用石墨电极，原因是
答案：
（1）Fe-2e-==Fe2+;2H++2e-==H2↑
（2）Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O
（3）H+不断放电，Cr2O72-与Fe2+反应中消耗H+，打破了水的电离平衡，使溶液c（OH-）>c（H+）
（3）不能；因为用石墨做电极，阳极产生氯气，得不到Fe2+，缺少还原剂，不能使Cr2O72-→Cr3+→Cr（OH）3↓而除去。
三、X、Y、Z、M代表四种金属元素。
金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2+和Z2+离子共存溶液时，Y先析出；又如M2+离子氧化性强于Y2+离子。
则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为：
答案：
X>Z>Y>M
二、氯碱工业
1、电解饱和食盐水反应原理
（1）实验步骤装置见课本，在U形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒作阳极，一根铁棒做阴极。
同时在两边管中各滴入酚酞试液，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。
接通直流电源后，注意管内发生的现象。
（2）实验现象阳极上有气泡逸出，气体呈现黄绿色，有刺激性气味，使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色，阳极区溶液由无色变为黄绿色。
阴极上有气泡生成，气体无色无味。
阴极区溶液由无色变为浅红色、红色逐渐加深、区域逐渐扩大。
（3）实验结论用惰性材料做阳极，电解饱和食盐水，生成氯气、氢气、和氢氧化钠，化学方程式、离子方程式如下：
电解电解
2NaCl+2H2O===2NaOH+H2↑+O2↑2Cl-+2H2O===2OH-+H2↑+O2↑
电解饱和食盐水反应原理的解析与归纳。
通电前：
溶液中存在，有Na+、Cl-、H+、OH-四种离子，做无规则运动。
通电后：
阳离子向阴极定向移动并在电极上放电，由于H+得电子能力大于Na+、在阴极上得电子放电，生成H2。
其反应为：
2H++2e-==H2↑。
阴离子向阳极定向移动，由于Cl-失电子的能力大于OH-，在阳极失去电子放出Cl2，其反应为：
2Cl--2e-=Cl2↑
电解后：
由于阴极附近H+放电生成H2，是该区域的氢离子浓度降低，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，使水电离平衡向右移动，结果阴极区溶液里氢氧根浓度增大，使阴极区溶液呈显碱性，滴入酚酞时变红。
2、离子交换膜法制烧碱
（1）离子交换膜电解槽的组成
由阳极（金属钛网）、阴极（碳钢网）离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽有若干的单元电解槽并联组成或串联组成。
（2）阳离子交换膜的作用
将电解槽隔成阳极室和阴极室，它只允许阳离子（Na+）通过，而阻止阴离子（Cl-、OH-）和气体通过。
这样既防止阴极产生的氢气和阳极产生的氯气相混合引起爆炸，又能避免氯气和氢氧化钠作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
3、食盐的精制
（1）粗盐的成分：
粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。
（2）杂质的危害：
Ca2+、Mg2+、Fe3+等金属离子在碱性环境中会生成沉淀，破坏离子交换膜；此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。
（3）除杂质的过程：
粗盐水加入过量的氯化钡溶液用于除去硫酸根离子，再加入过量的氢氧化钠溶液除去镁离子、三价铁离子，再加入过量的碳酸钠溶液除去钙离子和钡离子，过滤除去沉淀和泥沙，最后加入过量的盐酸除去碳酸根，过量的盐酸可以通过加热除去。
注意：
①除杂质时所加试剂的顺序要求是：
a碳酸钠必须放在氯化钡之后，b过滤沉淀之后再加入盐酸。
②试剂加入顺序有多种选择，如：
a氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠、过滤、盐酸；b氯化钡、碳酸钠、氢氧化钠、过滤、盐酸；c氢氧化钠、氯化钡、碳酸钠、过滤、盐酸。
4、饱和食盐水在化学中的应用
（1）排饱和食盐水法收集氯气。
用排空气法收集氯气不纯，而氯气较易溶于水，不能用排水法，要用排饱和食盐水法收集。
在饱和食盐水中有足够的氯离子可抑制氯气与水的反应，从而降低氯气在水中的溶解度，收集到纯净的氯气。
（2）实验室制乙炔时，常用饱和食盐水（而不用水）与电石反应。
因为电石与水迅速剧烈反应，产生大量气泡影响乙炔气体的收集。
用饱和食盐水代替纯水可使反应平衡，气体慢慢放出，从而收集到较平稳的乙炔气流，实质上氯化钠起稀释水的作用。
三、原电池原理
1、原电池的构造：
理论上讲，活泼性不同的两种金属或金属与其他导电体（如石墨）相连，放入电解质溶液中都可以形成原电池。
（1）原电池中，电极名称叫做负极、正极，不叫阴极、阳极。
（2）原电池中，活泼金属作负极，不活泼金属或非金属材料作正极。
（3）如果使用乙醇等非电解质溶液，则不能形成原电池。
如果两电极间未用导线连接，也不能形成原电池。
概括：
两种活泼性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路。
2、原电池电极判断及电极反应方程式的书写
（1）原电池正负电极的判断方法
①由组成原电池两级的材料判断。
一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
②根据电流方向或电子流动方向判断。
电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。
③根据原电池里电解质溶液里的离子的流动方向判断。
在电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。
④根据原电池两级发生的变化来判断。
原电池的负极总是失去电子发生氧化反应，其正极总是得到电子发生还原反应。
⑤根据现象判断。
溶解的一级为负极，增重或有气体放出的一级为正极。
（2）原电池的电极反应式和总反应式的书写
原电池中，正极电子流入得电子发生还原反应
负极电子流出失电子发生氧化反应
注意：
①两级得失电子数相等。
②电极反应式常用“==”，不用“→”。
③电极反应中若有气体生成，需要加“↑”。
原电池的总的反应式：
一般把正极和负极的电极反应式相加而得。
若电解质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。
3、原电池的常见种类
（1）负极参加反应的原电池——典型的原电池
由活泼金属做电极材料构成的原电池是一类典型的原电池。
这类原电池工作时，负极发生氧化反应被腐蚀，正极通常被保护（或是不参与反应的惰性电极）。
（2）两级都参加反应的原电池——可充电电池
可充电电池是两个电极都参加反应的原电池，常见的有铅蓄电池、镍锌电池和银锌电池。
它们在放电时遵循原电池原理，给它们充电时遵循电解原理。
这类电池两级材料通常分别是活泼金属和具有强氧化性的金属氧化物（如Ag2O、PbO2等）
（3）两级都不发参加反应的原电池——燃料电池
用惰性材料做原电池的两级，若在两电极上引入适当的物质并使它们发生氧化还原反应，形成两电极都不参加反应的原电池。
如燃料电池。
电池名称
负极
正极
电解质溶液
电极反应
干电池
Zn
石墨（NH4+）
NH4Cl和淀粉糊
负极：
Zn-2e-=Zn2+
正极：
2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑
银锌电池
Zn
Ag2O
KOH
负极：
Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O
正极：
Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
铅蓄电池（放电
Pb
PbO2
H2SO4
负极：
Pb+SO42--2e-=PbSO4
正极：
PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O
氢氧燃料电池
Pt（H2）
Pt（O2）
KOH
负极：
2H2+4OH--4e-=4H2O
正极：
O2+2H2O+4e-=4OH-
4、金属的腐蚀及其防护
（1）化学腐蚀与电化腐蚀
化学腐蚀
电化腐蚀
含义
金属或合金直接与具有腐蚀性的
化学物质接触发生氧化还原而消
耗的过程。
不纯的金属或合金与电解液接触
发生原电池反应而消耗的过程。
电子得失
金属直接将电子转移给有氧化性
的物质。
活泼金属将电子间接转移给氧化
性较强的物质。
电流
无电流产生
有微弱的电流产生
腐蚀现象
金属单质
较活泼金属
实例
金属与氯气、氧气等物质直接反
应。
钢铁在潮湿的空气中被腐蚀。
（2）吸氧腐蚀与析氢腐蚀
类型
吸O2腐蚀
析H2腐蚀
条件
水膜呈弱酸性或中性
水膜呈酸性
正极反应（C）
O2+2H2O+4e-=4OH-
2H++2e-=H2↑
负极反应（Fe）
Fe-2e-=Fe2+
Fe-2e-=Fe2+
其他反应
Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓
4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3
Fe（OH）3失去部分水转化为铁锈
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