准高三官化学 电化学基础总复习原电池.docx

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准高三官化学电化学基础总复习原电池

年级化学科辅导讲义（第讲）

学生姓名：

授课教师：

授课时间：

专题

电化学基础

目标

1、了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

了解常见的化学电源的种类及工作原理。

2、理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。

重难点

了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

了解常见的化学电源的种类及工作原理。

电化学基础总复习：

原电池

1、原电池

1．能量的转化

　　原电池：

将化学能转变为电能的装置。

　　电能是现代社会应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。

2、2．工作原理

　　原理：

　　设计一种装置，使氧化还原反应所释放的能量直接转变为电能，即将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并电子转移经过导线，在一定条件下形成电流。

　　说明：

（1）形成原电池需要有自发的氧化还原反应。

（2）原电池中两极活泼性相差越大，电池电动势就越高。

3．组成条件

（1）两个活泼性不同的电极，分别发生氧化和还原反应。

（2）电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动成内电路

（3）导线将两电极连接，形成闭合回路。

4．几种常见的电池

　　电池的评价

　　比能量：

电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。

　　比功率：

电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。

　　质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要

（1）一次电池：

放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。

　　干电池：

一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动。

　　碱性锌锰电池

　　构成：

负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH

　　负极：

Zn+2OH－－2e－=Zn（OH）2；

　　正极：

2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－

　　总反应式：

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2

　　特点：

比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电。

（2）二次电池

　　①铅蓄电池

　　放电电极反应：

　　负极：

Pb（s）+SO42－（aq）－2e－＝PbSO4（s）；

　　正极：

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

　　总反应式：

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

　　充电电极反应：

　　阳极：

PbSO4（s）+2H2O（l）－2e－=PbO2（s）+4H+（aq）+SO42－（aq）；

　　阴极：

PbSO4（s）+2e－=Pb（s）+SO42－（aq）

　　总反应：

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

　　总反应方程式：

　　Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）+2H2O（l）

　　②镍一镉碱性蓄电池

　　负极：

Cd+2OH－－2e－=Cd（OH）2；

　　正极：

2NiO（OH）+2H2O+2e－=2Ni（OH）2+2OH－

　　总反应式：

Cd+2NiO（OH）+2H2O

2Ni（OH）2+Cd（OH）2

　（3）燃料电池

电池

电极反应

酸性电解质

碱性电解质

氢氧燃料电池

负极

2H2－4e－＝4H+

2H2+4OH－－4e－＝4H2O

正极

O2+4H++4e－＝2H2O

O2+2H2O+4e－＝4OH－

总反应

2H2+O2＝2H2O

2H2+O2＝2H2O

甲烷燃料电池

负极

CH4+2H2O－8e－=CO2+8H+

CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O

正极

2O2+8H++8e－＝4H2O

2O2+4H2O+8e－=8OH－

总反应

CH4+2O2=CO2+2H2O

CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

甲醇燃料电池

负极

2CH3OH+2H2O－12e－=2CO2+12H+

2CH3OH+16OH－－12e－=2CO32－+12H2O

正极

3O2+12H++12e－＝6H2O

3O2+6H2O+12e－=12OH－

总反应

2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O

除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧气外，空气中的氧气也可作氧化剂。

　　燃料电池的能量转化率高于80％，远高于燃烧过程（仅30％左右），有利于节约能源。

燃料电池有广阔的发展前途。

5．正确书写电极反应式

（1）列出正、负电极上的反应物质，在等式的两边分别写出反应物和生成物。

（2）标明电子的得失。

　　（3）使质量守恒。

　　电极反应式书写时注意：

　　①负极反应生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。

若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应该写入负极反应式；

　　②若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式，且生成物为OH－；若电解液为酸性，则H+必须写入反应式中，生成物为H2O。

　　③电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求。

　　（4）正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。

若能写出总反应式，可以减去较易写出的电极反应式，从而写出较难书写的电极方程式。

注意相加减时电子得失数目要相等。

6．实用电池的特点

（1）能产生比较稳定而且较高电压的电流；

（2）安全、耐用且便于携带，易于维护；

　　（3）能够适用于各种环境；

　　（4）便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小；

　　（5）能量转换率高。

7．原电池原理的应用

（1）制造各类电池

（2）金属的腐蚀与防护

　　（3）判断金属的活泼性

　　（4）加快反应速率

【经典例题】

　　1．右图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。

电池的一个电极由有机光敏燃料（S）涂覆在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的

反应为：

（激发态）

　　下列关于该电池叙述错误的是：

　　A．电池工作时，是将太阳能转化为电能　B．电池工作时，I－离子在镀铂导电玻璃电极上放电

　　C．电池中镀铂导电玻璃为正极　D．电池的电解质溶液中I－和I3－的浓度不会减少

2．Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：

2Li++FeS+2e-＝Li2S+Fe有关该电池的下列说法中，正确的是

　　A.Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价

　　B.该电池的电池反应式为：

2Li+FeS＝Li2S+Fe　　C.负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+

　　D.充电时，阴极发生的电极反应式为：

3．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：

　　2H2＋O2＝2H2O，下列有关说法正确的是

A．电子通过外电路从b极流向a极　　

B．b极上的电极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－＝4OH

C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2

D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

4．根据下列实验事实：

（1）X+Y2+=X2++Y　　

（2）Z+2H2O

Z（OH）2+H2↑

　　（3）Z2+离子的氧化性比X2+弱（4）由Y、W作电极组成的原电池负极反应为：

Y—2e－=Y2+　　由此可知，X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是

　　A．X＞Y＞Z＞W　　B．Y＞X＞W＞Z

　　C．Z＞X＞Y＞W　　D．Z＞Y＞X＞W

5．Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。

（1）该电池的负极材料是___________。

电池工作时，电子流向___________（填“正极”或“负极”）

（2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是___________。

欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的___________（填代号）。

a.NaOH　　　　b.Zn　　　　c.Fe　　　　d.NH3·H2O

（3）MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。

阴极的电极反应式是

___________。

若电解电路中通过2mol电子，MnO2的理论产量为___________。

【课堂练习】

　　1、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。

若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为（）

　　A．a＞b＞c＞d　　B．a＞c＞d＞b

　　C．c＞a＞b.＞d　　D．b＞d＞c＞a

　　2.将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即构成甲烷燃料电池。

已知通入CH4的一极，其电极反应式是：

CH4+10OH――8e=CO32－+7H2O；通入O2的另一极，其电极反应式是：

O2+2H2O+4e=4OH－，下列叙述不正确的是

　　A．通入CH4的电极为负极　　B．正极发生氧化反应

　　C．此电池工作时溶液中阴离子向负极移动　　D．该电池使用一段时间后应补充KOH

　3．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是

　A两烧杯中铜片表面均无气泡产生　　B甲中铜片是正极，乙中铜片是负极

　C两烧杯中溶液的pH均增大　D产生气泡的速度甲比乙慢

　4．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是

　　A．正极附近的SO42—离子浓度逐渐增大　　

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

　　5．镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

　　Cd+2NiOOH+2H2O

Cd（OH）2+2Ni（OH）2有关该电池的说法正确的是

　　A．充电时阳极反应：

Ni（OH）2－e—+OH-==NiOOH+H2O

　　B．充电过程是化学能转化为电能的过程

　　C．放电时负极附近溶液的碱性不变　D．放电时电解质溶液中的OH-向正极移动

　　6．关于铅蓄电池的说法正确的是：

　　A．在放电时，正极发生的反应是Pb（s）+SO42—（aq）+2e—=PbSO4（s）

　　B．在放电时，该电池的负极材料是铅板

　　C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小

　　D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4（s）+2e—=Pb（s）+SO42—（aq）

　　7.用铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。

以下有关该原电池的叙述正确的是

　　①在外电路中，电流由铜电极流向银电极　　②正极反应为：

Ag++e-=Ag

　　③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作

　　④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

　　A.①②　　　　　　B.②③　　　　　　C.②④　　　　　　D.③④

　8．一种燃料电池中发生的化学反应为：

在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。

该电池负极发生的反应是

　　A．CH3OH（g）+O2（g）-2e-=H2O

（1）+CO2（g）+2H+（aq）

　　B．O-2（g）+4H+（aq）+4e-=2H2O

（1）

　C．CH3OH（g）+H2O

（1）-6e-=CO2（g）+6H+（aq）　

D．O2（g）+2H2O

（1）+4e-=4OH-

　　9.铜锌原电池（如图9）工作时，下列叙述正确的是

A正极反应为：

Zn—2e-=Zn2+　B电池反应为：

Zn+Cu2+=Zn2++C　　

C在外电路中，电流从负极流向正极　D盐桥中的K+移向ZnSO4溶液

　　10.据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运会期间为运动员提供服务。

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：

2H2+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

　　11.下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是

　　A.a电极是负极　　B.b电极的电极反应为：

　　C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

　　D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

　　12．一种新型燃料电池，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—。

下列对该燃料电池说法正确的是

　　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

二、电解池

1．能量转化：

　　将电能转变为化学能的装置。

　　电解：

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。

　　电解是最强有力的氧化还原手段。

2．电解池的构造和阴阳极的判断

（1）电解池的构造　　　　　　　　　　　　

（2）阴阳极的判断

3．电解反应的规律

　　阴阳离子放电顺序

　　说明：

①阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律。

　　②电解过程中析出物质的物质的量（或析出物质的质量）：

在电解若干串联电解池中的溶液时，各阴极或阳极所通过的电量相等，析出物质的量取决于电路中通过的电量。

（1）惰性电极：

电极只导电不参加反应

（2）非惰性电极：

主要是指金属活动性顺序表中排在Pt前的金属（K、Ca、Na）除外的金属单质，常考的有：

FeCuAg等，当它们做阳极时，电极本身失电子，参加反应，质量减少。

4．电解原理的应用

电解食盐水

电镀

电解精炼铜（含Fe、Ag、Zn）

电冶金

装置示意图

－

阴极反应

2H++2e－=H2↑

Zn2++2e－=Zn

Cu2++2e－=Cu

（精铜）

2Na++2e－=2Na

阳极反应

2Cl－－2e－=Cl2↑

Zn－2e－=Zn2+↑

Cu－2e－=Cu2+

（粗铜）

Fe－2e－=Fe2+

Zn－2e－=Zn2+

Ni－2e－=Ni2+

2Cl－-2e－=Cl2↑

电解总反应

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

－

－

2NaCl（熔融）

2Na+Cl2↑

说明

（1）阴极室与阳极室应用阳离子交换膜分开，只允许阳离子Na+通过，而阻止阴离子（Cl－、OH－）和分子Cl2通过，这样既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。

（2）食盐水需经净化，除Mg2+、Ca2+、Fe3+、SO42-等离子。

（1）镀件必须作阴极。

镀层金属作阳极。

（2）用含镀层阳离子的溶液作电镀液。

（3）电镀液的浓度保持不变

（1）粗铜作阳极，溶解下来。

（2）精铜作阴极。

（3）阳极泥包括Ag和Au，电解质溶液中c（Cu2+）会不断减少，应定期的更换电解质溶液，阳极减少Cu的质量小于阴极增加铜的质量。

（1）制备金属钠电解熔融的NaCl

（2）制备金属铝

电解熔融的Al2O3

5．原电池和电解池的区别和联系

原电池

电解池

区分依据

无外电源

有外电源

能量转化

化学能→电能

电能→化学能

反应特征

自发进行反应

非自发进行反应

电极的判断

正极

负极

阴极

阳极

相对不活泼电极

相对较活泼电极

与负极相连

与正极相连

反应物质

阳离子

或氧化剂

电极或

还原剂

阳离子

电极或阴离子

得失电子

得电子

失电子

得电子

失电子

电极反应

还原反应

氧化反应

还原反应

氧化反应

电子流动方向

溶液中离子流向

可逆电池

三、金属的腐蚀与防护

1．化学腐蚀和电化学腐蚀

　　金属的腐蚀：

金属单质失去电子成为金属阳离子的过程。

　　金属腐蚀的危害：

使机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废；使桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成坍塌，地下金属管道发生泄漏，轮船船体损坏等。

化学腐蚀

电化学腐蚀

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反应而消耗的过程。

不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程。

发生的条件

金属

纯金属或合金

不纯金属或合金

氧化剂

非电解质为主（如O2、Cl2、C2H5OH）

电解质溶液中的溶质

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

电流现象

无电流产生

有微电流产生

腐蚀对象

金属单质

较活泼的金属

相互关系

化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时存在，以电化学腐蚀为主

2．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的比较

吸氧腐蚀

析氢腐蚀

电解液的性质

中性或弱酸性

酸性较强

负极反应式

Fe－2e－=Fe2+

Fe－2e－=Fe2+

正极反应式

O2+2H2O+4e－=4OH－

2H++2e－=H2↑

总反应

2Fe+O2+2H2O＝2Fe（OH）2

4Fe（OH）2+O2+2H2O＝4Fe（OH）3

Fe+2H+=Fe2++H2↑

相互关系

自然现象中吸氧腐蚀和析氢腐蚀通常是同时存在的，以吸氧腐蚀为主

3．金属腐蚀的一般规律

（1）在同一电解质溶液中，电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀。

（2）在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。

　　（3）有保护措施的条件下，无防护条件的腐蚀＞有一般防护条件下的腐蚀＞牺牲阳极的阴极保护法条件下的腐蚀＞外接电源的阴极保护法条件下的腐蚀。

　　（4）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。

　　（5）由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀。

4．金属的防护

（1）改变金属的内部结构（如把钢中加Cr、Ni制成不锈钢）

（2）在金属表面覆盖保护层

　　①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质；

　　②用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属；

　　③用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜（表面钝化）。

　　（3）电化学保护法

　　①外加电流的阴极保护法（把被保护的设备与外接电源的负极相连）

　　电解装置

　　②牺牲阳极的阴极保护法（被保护的设备与活泼的金属相连接）

【经典例题】

　　【例题解析】

　　1．将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g（假设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化），此时溶液中氢离子浓度约为

　　A．4×10-3mol/L　　　　　　　　　　B．2×10-3mol/L

　　C．1×10-3mol/L　　　　　　　　　　D．1×10-7mol/L

2．

右图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。

下列有关描述错误的是

A．生铁块中的碳是原电池的正极　

B．红墨水柱两边的液面变为左低右高

C．两试管中相同的电极反应式是：

Fe－2e－＝Fe2+

D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀

3．下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。

（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。

据此回答问题：

　　①电源的N端为__________极；

　　②电极b上发生的电极反应为__________；

　　③列式计算电极b上生成的气体在标准状态下的体积：

__________；

　　④电极c的质量变化是__________g；

　　⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：

　　甲溶液__________；　乙溶液__________；　　丙溶液__________；

（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？

　　4．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。

（1）以下为铝材表面处理的一种方法：

　　①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_________________（用离子方程式表示）。

为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的______。

　　a．NH3　　　　　　b．CO2　　　　　c．NaOH　　　　　　d．HNO3

　　②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为________。

取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是________________________________。

（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是______________________。

　　（3）利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。

若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于______处。

若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_________________________。

【课堂练习】

　　1．X、Y、Z、M代表四种金属，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