1、高考资源网（） 您身边的高考专家电化学原理及其应用知识网络两个活泼性不同的电极形成条件 电解质溶液形成闭合回路反应原理电化学原电池 化学能转化为电能电极反应式（关注金属活动性强弱的比较）正极得电子，发生还原反应负极失电子，发生氧化反应负极（Zn）：Zn2eZn2+应用一次电池（如干电池） 正极（C）：2NH4+2e2NH3H2 化学电源总反应：Zn2NH4+Zn2+2NH3H2负极（Pb）：PbSO422ePbSO4二次电池（如铅蓄电池） 正极（PbO2）：PbO24HSO422ePbSO42H2O总反应：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O负极（Pt）：2H24OH4e4H2O燃料电
2、池（如氢氧KOH溶液燃料电池） 正极（Pt）：O22H2O4e4OH总反应：2H2O22H2O直流电源形成条件电能转化为化学能 两个活泼性不同的电极和电解质溶液形成闭合回路电解池反应原理 电极反应式（注意电极材料）阴极得电子，发生还原反应阳极失电子，发生氧化反应阳极（C）：2Cl2eCl2氯碱工业（电解饱和食盐水） 阴极（Fe）：2H+2eH2应用 总反应：2Cl2H2OCl2H22OH电镀（如在铁器上镀铜）阳极（Cu）：Cu2eCu2+阴极（Fe）：Cu2+2eCu电解精炼（如精炼铜）阴极（精铜）：Cu2+2eCu阳极（粗铜）：Cu2eCu2+化学腐蚀金属腐蚀的类型 析氢腐蚀金属的电化学腐蚀
3、与防护电化学腐蚀 吸氧腐蚀改变金属的内部结构（如制合金）牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法防护方法 在金属表面覆盖防护层电化学保护法【能力要求】1体验化学能与电能相互转化的探究过程。2理解原电池和电解池的工作原理，能够正确分析和判断电化学中的电极反应，正确书写电极反应式。3了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。4能解释金属发生电化学腐蚀的原因，联系生产、生活中的金属腐蚀现象，会分析和区别化学腐蚀和电化学腐蚀5了解一般防腐蚀的方法，并能运用原电池的基本原理解释简单的防腐蚀等生产实际问题。6铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业等是电解原理的具体应用，要了
4、解和熟悉这些反应原理。7掌握原电池和电解池中有关计算。考点提示一、原电池1原电池的定义和化学原理从能量转变看，原电池是将化学能转变为电能的装置；从化学反应来看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂，使氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行。一般来说，能自发进行的氧化还原反应，在理论上都可以组成原电池。2构成原电池的条件 电极材料应是两种金属活动性不同的金属或由金属和其他能导电的材料（如非金属等）组成； 两电极必须浸在电解质溶液中； 形成闭合回路。注意： 极活泼金属不能做原电池的负极，如钾、钠等； 原电池的负极不一定要与电解质溶液中的某种成分反应； 氧化反应和还原反
5、应分别在两极上进行后，使得氧化还原反应更易进行。3原电池的电极反应式和总反应式的书写在原电池中：负极（电子流出的极）失去电子，发生氧化反应； 正极（电子流入的极）得到电子，发生还原反应。以铜、锌和稀硫酸组成的原电池为例：负极（Zn）：Zn 2eZn2+（氧化反应）； 正极（Cu）：2 H+ + 2eH2（还原反应）以上两个反应是在电极与界面上发生的氧化反应或还原反应，称为电极反应。注意： 电极反应式中常用“”，不用“”； 电极反应式中若有气体生成，需加“”； 两极得失电子数应相等。原电池的总反应式一般是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。例
6、如：铜、锌和稀硫酸组成的原电池的总反应式为：Zn +2H+Zn2+ +H2；铜、锌和醋酸溶液组成的原电池的总反应式为：Zn + 2CH3COOHZn2+ +2CH3COO+H24原电池的正负极的判断方法 根据组成原电池的两极电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 据电子流动方向或电流方向判断。电子流动方向：由负极正极；电流方向：由正极负极。 根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。 根据原电池两极发生的变化判断。原电池的负极总是失电子，发生氧化反应；而正极总是得电子，发生还原反应。5原电
7、池原理的应用 制作化学电源。例如： 锌-锰干电池（锌-锰干电池反应原理及示意图请看高二化学教材P99） 铅蓄电池：Pb作电池的负极，PbO2作电池的正极，电解质溶液是稀硫酸（30 %左右）。电极反应式：（负极）Pb + SO42 2ePbSO4 ；（正极）PbO 2 + 4H+ + SO42+ 2ePbSO4 +2H2O；总反应式：Pb + PbO 2 + 4H+ + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O注意：蓄电池在放电时起原电池的作用，将化学能转变为电能；充电时起电解池的作用，将电能转变为化学能。 新型燃料电池：燃料电池与前几种电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮存在电池内，而是在
8、工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池，例如氢氧燃料电池等。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应式均为：2 H2 +O2H2O。酸式氢氧燃料电池中的电解质是酸（如稀H2SO4溶液），电极为多孔的用铂充分浸汲过的石墨电极。其电极反应式：负极：2 H2 4e4H+ ；正极：O2 + 4H+ + 4e2H2O。碱式氢氧燃料电池中的电解质是碱（如30 %的KOH溶液），电极为多孔的Ni电极。其电极反应式：负极：2 H2 + 4OH 4e4H2O ；正极：O2 + 2 H2O + 4e4OH。 加快反应速度。例如，实验室用Zn和稀硫酸（或稀盐酸）反应制H2时，常用粗Zn，而不
9、用纯Zn；若用纯Zn，须在稀硫酸中加入数滴CuSO4溶液。其原因是Zn与Cu2+发生反应生成Cu，Zn再与Cu（或粗Zn中的杂质）在酸溶液中形成原电池，加快了产生H2的速率。 根据原电池判断金属活动性的强弱。二、金属的腐蚀和防护1. 金属的腐蚀 概念： 金属的腐蚀是指金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。金属腐蚀的实质金属原子失去电子被氧化而消耗：M ne M n+金属的腐蚀种类化 学 腐 蚀电 化 学 腐 蚀原理金属和非电解质或其他物质接触而直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而消耗区别金属直接与其
10、他物质发生化学反应而消耗不纯金属在电解质溶液中发生原电池反应而消耗腐蚀过程中无电流产生腐蚀过程中有微弱电流产生金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀 电化学腐蚀的分类（以钢铁腐蚀为例） 吸氧腐蚀： 吸氧腐蚀的条件为中性溶液或酸性很弱的溶液。电极反应式：负极（Fe）2 Fe 4e2Fe2+；正极（C）O2 + 2H2O + 4e4OH；总反应式：2 Fe + O2 + 2 H2O2Fe (OH)2 。 析氢腐蚀： 析氢腐蚀的条件为酸性溶液。电极反应式：负极（Fe）Fe 2eFe2+ ；正极（C）2 H+ + 2eH2；总反应式： Fe +2 H+ Fe2+ + H2注意： 在上述两种电化学腐蚀中，吸氧腐蚀是
11、主要的。 当两极均不能与电解质溶液直接反应时，发生的即为吸氧腐蚀。如铁钉、铜片等在食盐水中发生的腐蚀即为吸氧腐蚀。2. 金属腐蚀快慢的规律 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀（通常）有防腐措施的腐蚀 对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液 对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 一般来说，活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。3. 金属的防护 影响金属腐蚀的因素有金属的本性（内因）和外界条件（外因）两个方面。金属防护的常用方法有以下几种： 改变金属内部组成结构而增强抗蚀能力。如不锈钢等。 金属表面覆盖保护层。如 涂矿物性油脂、油漆以
12、及覆盖搪瓷或塑料； 镀抗蚀金属电镀、热镀、喷镀法； 用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜。 电化学保护法。如 外加电流的阴极保护法（电解原理）； 牺牲阳极（即负极）的阴极（即正极）保护法（原电池原理）。三、电解1.概念 电解：使直流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。注意： 不用交流电； 电解质溶液可以电解，熔化状态下的离子化合物也可以电解； 电解与电离的区别和联系（以NaCl为例）： 电解池（或电解槽）：把电能转变为化学能的装置。外加直流电构成条件 电解质溶液或熔化状态下的离子化合物两个电极 阳极 阴极2. 电解原理从能量转变看，电解是将电能转变为化学能的过程；从化学反应
13、来看，电解的原理是在外加电流的作用下使不能自发进行的氧化还原反应分别在两个电极上进行（阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应）。电解时，电流依靠溶液里阴、阳离子的定向移动而通过溶液，所以电解质溶液的导电过程，就是该溶液的电解过程。3. 电解池的电极反应式和总反应式的书写在电解池中：阴极（电子流入的极）溶液里的阳离子得到电子，发生还原反应； 正极（电子流出的极）溶液里的阴离子失去电子，发生氧化反应。以电解氯化铜溶液为例：阴极：Cu2+ + 2e Cu （还原反应）电解 阳极：2 Cl 2e Cl2 （氧化反应）电解 总反应式为：化学方程式 CuCl2 Cu + Cl2 图 2离子方程式 Cu2+
14、 + 2Cl Cu + Cl2电解池的总反应式一般是把阳极和阴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。注意：总反应式中必须注明反应条件。没有电解条件，反应根本不发生。4. 电解时电极产物的判断 阴极产物：根据溶液里的阳离子得电子能力强弱来判断。阳离子的放电顺序一般是：Ag+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 阳极产物：根据溶液里的阴离子失电子能力强弱来判断。阴离子的放电顺序一般是：S2IBrClOH含氧酸根F5.电解池的阴阳极的判断方法 根据所连接的外加电源判断。与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负
15、极相连的为阴极。 据电子流动方向判断。电子流动方向为：电源负极阴极阳极电源正极 根据电解池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断。在电解池的电解质溶液内，阳离子向阴极移动，而阴离子向阳极移动。 根据电解池两极产物判断。一般情况下，阴极上的现象是：析出金属（质量增重）或有无色气体（H2）放出；阳极上的现象是：有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2或电极质量减轻（活性电极作阳极）。6. 电解原理的应用 用惰性电极电解酸、碱、盐溶液主要解决以下问题： 电极反应的确定； 电解产物的判断； 电解反应方程式（化学方程式和离子方程式）的书写； 电解前后溶液的组成、浓度及pH的变化等。 请按下表的项目，参照含
16、氧酸的小结完成下表。电解质类型电极反应式电解反应方程式电解质的浓度电解后溶液的pH阳极阴极含氧酸（如H2SO4）增大减小无氧酸（如HCl）可溶性碱（如NaOH）活泼金属含氧酸盐（如Na2SO4）不活泼金属含氧酸盐（如CuSO4）活泼金属无氧酸盐（如NaCl）不活泼金属无氧酸盐（如CuCl2） 电解原理在氯碱工业中的应用 电镀 利用电解的原理在金属（非金属）制品的表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀的目的是增强制品的抗腐蚀性或表面硬度，使制品更加美观耐用。例如，在铁制品表面镀铜时，铁制品作阴极，镀层金属铜作阳极，硫酸铜溶液作电镀液。其电极反应式为： 阴极： Cu2+ + 2e Cu； 阳极：
17、Cu 2e Cu2+ 注意： 在电镀过程中，极板上发生的反应受多种因素的影响，主要靠控 制离子的浓度等条件而使电镀液中的H+ 和OH不放电。 电解和电镀的比较 相 同 点不 同 点阳极材料电解液电解液浓度电解在直流电作用下，两极发生氧化、还原反应惰性电极一般为电解质溶液一般发生变化电镀活动电极（镀层金属）电镀液中必须含镀层金属阳离子基本上不发生变化 电解精炼精炼铜 精铜作阴极，粗铜作阳极，硫酸铜溶液为电解液。通电后，阴极（精铜）：Cu2+ + 2eCu ，阳极（粗铜）：Cu 2eCu2+；粗铜中的杂质（较活泼的金属）失电子变成阳离子进入电解液，比铜不活泼的金属沉积在电解槽阳极底部。通电 电冶
18、活泼金属（如钠、镁、铝等）的离子不易得电子，不能用一般还原剂法进行冶炼，而用电解法，称为电冶。例如，用石墨电极电解熔融的氧化铝：2 Al2O3 4Al +3O2一、选择题（每小题只有一个选项符合题意。每小题4分，共48分。）1有关右图装置的叙述不正确的是（ ）A这是一个原电池装置B该装置中Pt为正极，电极反应为：O2 2H2O4eOHC该装置中Fe为阴极，电极反应为：Fe2e2OHFe(OH)2D溶液中会出现红褐色的沉淀2（2006年，四川）下列描述中，不符合生产实际的是（ ）A电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D在镀
19、件上电镀锌，用锌作阳极3我国镍氢电池居世界先进水平，我军潜艇将装备国产大功率镍氢动力电池。常见镍氢电池的某极是储氢合金LaNi5H6（LaNi5H6中各元素化合价均为零），电池反应通常表示为：LaNi5H66NiO(OH)LaNi56Ni(OH)2下列说法正确的是（ ）A放电时储氢合金作正极B充电时储氢合金作阳极C充电时阳极周围c(OH)增大D放电时负极反应：LaNi5H66OH6eLaNi56H2O4将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%（一般柴油发电机只有40%左右），产物
20、污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是（ ）A上述燃料电池的负极反应材料是氢气、甲烷、乙醇等物质B氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用C乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为：C2H5OH12e2CO23H2OD甲烷燃料电池的正极反应为：O22H2O4e4OH5能够使反应Cu2H2OCu(OH)2H2发生，且Cu(OH)2能在电极上析出的是（ ）A铜片作原电池的负极，碳棒作原电池的正极，氯化钠溶液作电极质溶液B用铜片作阴、阳极，电解硫酸钠的水溶液C用铜片作阴、阳极，电解氢氧化钠的水溶液D用铜片作阴、阳极，电解硫酸铜的水溶液6TiO2
21、在光照射下可使水分解：2H2O2H2O2，该过程类似植物的光合作用。右图是光照射下TiO2分解水的装置示意图。下列叙述正确的是（ ）A该装置可以将光能转化为电能，同时也能转化为化学能B铂电极上发生的反应为：H22e2HC该装置工作时，电流由TiO2电极经R流向铂电极D该装置工作时，TiO2电极附近溶液的pH变大7如下图所示，下列叙述正确的是（ ）AY为阴极，发生还原反应BX为正极，发生氧化反应CY与滤纸接触处有氧气生成DX与滤纸接触处变红8下图4种装置中，盛100 mL CuSO4溶液 盛200 mL 0.01 molL1 H2SO4溶液 盛200 mL ZnCl2溶液 盛200 mL NaC
22、l饱和溶液，工作一段时间后，测得导线上均通过了0.002 mol电子，此时溶液的pH由大到小的排列排序为（不考虑盐的水解和溶液体积变化）ABCD9当电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和碳酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法正确的是（ ）A当电池负极消耗m g气体时，电解池阳极同时有m g气体生成B电池的正极反应式为：O22H2O4e4OHC电解后c(Na2CO3)减小，溶液中有晶体析出D电池中c(KOH)不变；电解池中溶液pH变大10（1992年上海）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
23、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11三氧化二镍（Ni2O3）可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加放适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是（ ）A可用铁作阳极材料B电解过程中阳极附近溶液的pH升高C阳极反应方程式为：2Cl2eCl2D1mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1mol电子。12用两支惰性电极插入500 mL AgNO3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
24、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（ ）A27 mgB54 mgC108 mgD216 mg二、填空题（本题共有6个小题，共52分）13将洁净的金属片A、B 、C、D分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧(如图所示)。在每次实验时，记录电压指针的移动方向和电压表的读数如右表所示： 已知，构成原电池两电极的金属活动性相差越大，电压表读数越大。请判断：（1）A、B、C、D四种金属中活泼性最强的是_(用字母表示)（2）若滤纸改用NaOH溶液浸润一段时间后，则在滤纸上能看到有白色物质析出，后迅速变为灰绿色，最后变成褐色。则滤纸上方的金属片为_(用字母表示)，此时
25、对应的电极反应式为：负极_；正极_。14为省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液；直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器（用品），以巧妙的构思，“接力”的方式，设计了比较铜与锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：（1）甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部（铜与锌不接触），小心向烧杯中加入稀硫酸，观察到的现象是 。甲同学的设计思路是 。（2）乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加 溶液，进而观察到的现象是 ， 。乙同学做出锌、铜金属活动性相对强弱所依据的原理是 ， 。（3）丙同学使用直流电源、石墨电极组装好电解装置，向乙同学实验后的溶
26、液中补充了必要的试剂（作为电解液）。反应在调控下随即开始，实验中有关化学反应方程式为 。获得的实验明显现象是 。（4）请你再单独设计一个简单的实验（试剂、仪器自选），探究和证实锌和铜的金属活动性的相对强弱（简要说明操作和现象） 。15已知反应AsO432IH+AsO33I2H2O是可逆反应。设计如图装置，进行下述操作：（）向（B）烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现微安培表指针偏转；（）若改往（B）烧杯中滴加40NaOH溶液，发现微安培表指针向前述相反方向偏转试回答：（1）两次操作过程中指针为什么会发生偏转？ 。（2）两次操作过程中指针偏转方向为什么会相反?试用平衡移动原理解释此现象 。（3）（）操作过
27、程中C1棒上发生的反应为 。（4）（）操作过程中C2棒上发生的反应为 。16化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。（1）目前常用的镍镉（NiCd）电池，其电池总反应可以表示为：Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2已知Ni(OH)2和Cd（OH）2均难溶于水但能溶于酸，以下说法正确的是（ ）以上反应是可逆反应以上反应不是可逆反应充电时化学能转变为电能放电时化学能转变为电能ABCD（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使1 m2面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重，这是因为_。（3）另一种常用的电池锂电池，由于
28、它的比容量（单位质量电极材料所能转换的电能）特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年，它的负极用金属锂制成，电池总反应可表示为：Li+MnO2LiMnO2。试回答：锂电池中的电解质溶液需用非水溶液配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因_。17用下图所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。则：A B （1）A中发生反应的化学方程式为_。（2）在B中观察到的现象是_、_、_。（3）室温下，若从电解开始到时间t s，A、B装置中共收集到标准状况下的气体0.168 L，若电解过程中无其他副反应发生，经测定电解后A中溶液体积恰为10
29、00 mL，则A溶液的pH为_。参考答案一、选择题（每小题只有一个选项符合题意。每小题4分，共48分。）1C 2A 3D 4C 5C 6A 7D 8A 9B 10A 11C 12B二、非选择题13（8分）（1）c（2分） （2）b（2分） Fe2eFe2+（2分） O22H2O4e4OH（2分）14（12分）（1）锌片上有气泡产生，铜片上无气泡。（1分） 锌能置换出酸中的氢而铜不能。（1分） （2）CuSO4溶液。（1分） 锌片上有红色铜析出（1分），锌片上产生气泡的速率明显加快（1分）。 活泼金属可不活泼金属从其盐溶液中置换出来（1分），Zn、Cu，稀硫酸组成原电池，Zn为负极。（1分） （
30、3）2CuSO42H2O2CuO22H2SO4 （2分） 阴极上有红色铜析出（1分）。 （4）分别取一小片铜片与锌片于试管中，向试管中加入少量的棕黄色的溶液，稍待，溶液的棕黄色褪去得一近乎无色溶液。（2分）15（10分）（1）这是原电池，指针偏转是由于电子流过电流表；（2分） （2）B中加盐酸，AsO43发生得电子反应（2分）；而当加入NaOH后，AsO33发生失电子反应，为负极；（2分） （3）2I2e I2；（2分） （4）AsO332eH2OAsO432H+。（2分）16（7分）（1）B（2分） （2）Cd(OH)2和Ni(OH)2能溶于酸性溶液生成有毒的重金属等（2分） （3）锂的摩尔质量小（1分） 2Li2H2O2LiOHH2（2分）17（7分）（1）4AgNO32H2O4AgO24HNO3（2分） （2）Cu电极附近溶液颜色变蓝（1分） 石墨电极上有气体产生（1分） 溶液中有蓝色沉淀生成（1分） （3）2（2分）w.w.w.k.s.5.u.c.o.m- 13 - 版权所有高考资源网