第四章电化学基础.docx

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第四章电化学基础

电化学

一、原电池

1、原电池的工作原理

（1）原电池概念：

化学能转化为电能的装置，叫做原电池。

若化学反应的过程中有电子转移，我们就可以把这个过程中的电子转移设计成定向的移动，即形成电流。

只有氧化还原反应才能形成电能；非氧化还原反应的能量变化不能设计成电池。

（2）原电池装置的构成条件

①有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极。

②电极材料均插入电解质溶液中。

③两极相连形成闭合电路。

④自身能发生氧化还原反应

（3）原电池的工作原理

原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。

负极发生氧化反应，正极发生还原反应

负极：

电子流出一方正极：

电子流入一方

（1）正负极变化

①电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而电流方向是由正极流向负极，二者是相反的。

②在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，正极发生还原反应。

注:

1.简易记法：

负失氧，正得还。

2.原电池的正极通常有气体生成，或质量增加；负极通常不断溶解，质量减少。

（2）原电池中离子移动的方向

①原电池的外电路电子从负极流向正极，电流从正极流向负极

②构成原电池后，原电池溶液中的阳离子向原电池的正极移动，溶液中的阴离子向原电池的负极移动；

注：

阳离子和电流的移动方向相同阴离子和电子的移动方向相同

3、原电池正、负极的判断方法：

（1）由组成原电池的两极材料判断

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。

电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。

（3）根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

（4）根据原电池两极发生的变化来判断

原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。

（5）根据电极质量增重或减少来判断。

工作后，电极质量增加，说明有金属产生，电极为正极，

电极质量减小，说明电极金属溶解，电极为负极。

（6）根据有无气泡冒出判断

电极上有气泡冒出，是因为发生了析出H2的电极反应，说明电极为正极。

本节知识树

原电池中发生了氧化还原反应，把化学能转化成了电能。

二、化学电源

课标要求

1、了解常见电池的种类

2、掌握常见电池的工作原理

要点精讲

1、一次电池

（1）普通锌锰电池

锌锰电池是最早使用的干电池。

锌锰电池的电极分别是锌（负极）和碳棒（正极），内部填充的是糊状的MnO2和NH4Cl。

电池的两极发生的反应是：

（2）碱性锌锰电池

用KOH电解质溶液代替NH4Cl作电解质时，无论是电解质还是结构上都有较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。

它的电极反应如下：

（3）银锌电池——纽扣电池

该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。

其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。

其电极反应式为：

（4）高能电池——锂电池

该电池是20世纪70年代研制出的一种高能电池。

由于锂的相对原子质量很小，所以比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大，使用寿命长。

如作心脏起搏器的锂碘电池的电极反应式为：

2、二次电池

原理：

充电电池在放电时进行的氧化还原反应在充电时又逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电放电可在一定时期内循环进行。

铅蓄电池

构成：

该电池以Pb和PbO2作电极材料，硫酸作电解质溶液。

放电时二氧化铅电极上发生还原反应，铅电极上发生氧化反应。

充电时二氧化铅电极上发生氧化反应，铅电极上发生还原反应。

3、氢氧燃料电池

（1）氢氧燃料电池的构造

在氢氧燃料电池中，电解质溶液为KOH溶液。

石墨为电极，H2和O2或空气）源源不断地通到电极上。

（2）氢氧燃料电池的优点是产物只有水，不产生污染物。

本节知识树

根据原电池的工作原理，设计了各种用途的原电池产品。

需要了解常见电池的基本构造、工作原理、性能和使用范围。

三、电解池

课标要求

1、掌握电解池的工作原理

2、能够正确书写电极反应式和电解池反应方程式

3、了解电解池、精炼池、电镀池的原理

要点精讲

1、电解原理

（1）电解的含义：

使电流通过电解质溶液（或熔化的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解，这种把电能转变成化学能的装置叫做电解池。

（2）构成电解池的条件

①直流电源。

②两个电极。

其中与电源的正极相连的电极叫做阳极，与电源的负极相连的电极叫做阴极。

③电解质溶液或熔融态电解质用石墨、金、铂等制作的电极叫做惰性电极，因为它们在一般的通电条件下不发生化学反应。

用还原性较强的材料制作的电极叫做活性电极，它们作电解池的阳极时，先于其他物质发生氧化反应。

（3）阴、阳极的判断及反应原理

与电源的正极相连的电极为阳极。

阳极如果是活泼的金属电极，则金属失去电子生成金属阳离子；阳极如果不能失去电子，则需要溶液中能失去电子（即具有还原性）的离子在阳极表面失去电子，发生氧化反应。

与电源的负极相连的电极为阴极。

阴极如果是具有氧化性的物质，则阴极本身得到电子，发生还原反应，生成还原产物；阴极如果不能得到电子，则溶液中的离子在阴极表面得电

子，发生还原反应（如下图所示）

2、电解原理的应用

（1）电解饱和食盐水以制备烧碱、氯气和氢气

①电解饱和食盐水的反应原理

②离子交换膜法电解制烧碱的主要生产流程

（2）电镀

①电镀的含义：

电镀是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过程。

②电镀的目的：

电镀的目的主要是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。

③电镀特点：

“一多、一少、一不变”。

一多指阴极上有镀层金属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解，一不变指电解液浓度不变。

（3）电镀的应用——铜的电解精炼

①电解法精炼铜的装置

②电解法精炼铜的化学原理

电解精炼是一种特殊的电解池。

电解精炼中的两个电极都是同种金属单质，阳极是纯度较低的金属单质，阴极是纯度较高的金属单质。

（3）电冶金

原理：

化合态的金属阳离子，在直流电的作用下，得到电子，变成金属单质。

本节知识树

化学能与电能可以相互转化。

电能转化为化学能的反应为电解反应，实现电能转化成化学能的装置叫电解池。

原电池与电解池比较

四、金属的电化学腐蚀与防护

课标要求

①能够解释金属电化学腐蚀的原因

②了解金属腐蚀的危害

③掌握金属腐蚀的防护措施

要点精讲

1、金属的腐蚀

（1）定义：

金属的腐蚀是指金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

（2）分类：

由于金属接触的介质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

①化学腐蚀：

金属跟接触到的物质直接发生反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。

化学腐蚀过程中发生的化学反应是普通的氧化还原反应，而不是原电池反应，无电流产生。

②电化学腐蚀：

不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应。

比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

（3）电化学腐蚀

电化学腐蚀，实际上是由大量的微小的电池构成微电池群自发放电的结果。

①析氢腐蚀

钢铁在潮湿的空气中表面会形成一薄层水膜，在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜，与钢铁里的铁和少量的碳恰好形成了原电池。

这无数个微小的原电池遍布钢铁表面，在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。

若电解质溶液酸性较强则发生析氢腐蚀。

②吸氧腐蚀

金属表面酸性较弱或呈中性时，溶解在溶液中的氧气与水结合，生成OH-，消耗了氧气，从而使得溶液不断吸收空气中的氧气而发生吸氧腐蚀。

2、金属的防护

金属防护的目的就是防止金属的腐蚀。

金属的防护要解决的主要问题就是使金属不被氧化。

（1）牺牲阳极的阴极保护法

将被保护的金属与更活泼的金属连接，构成原电池，使活泼金属作阳极被氧化，被保护的金属作阴极。

（2）外加电源的阴极保护法

利用外加直流电，负极接在被保护金属上成为阴极，正极接其他金属。

（3）非电化学防护法

①非金属保护层②金属保护层③金属的钝化

3、判断金属活动性强弱的规律

（1）金属与水或酸的反应越剧烈，该金属越活泼。

（2）金属对应的最高价氧化物的水化物的碱性越强，该金属越活泼。

（3）一种金属能从另一种金属的盐溶液中将其置换出来，则该金属比另一种金属更活泼。

（4）两金属构成原电池时，作负极的金属比作正极的金属更活泼。

（5）在电解的过程中，一般地先得到电子的金属阳离子对应的金属单质的活泼性比后得到电子的金属阳离子对应的金属单质的活泼性弱。

本节知识树

在揭示金属腐蚀的严重性和危害性的基础上，分析发生金属腐蚀的原因，探讨防止金属腐蚀的思路和方法。

本章知识网络

金属冶炼方法总结