高中电化学知识精选

通电第一章电解原理
1. NaCl的电解（熔融状态或溶液状态电解出的产物不同）
熔融NaCl中的Na+移向与直流电源负极相连接的铁电极, Cl -移向与电源正极相连接的石墨电极Na+ + e- == Na (还原反应, 阴极) 2Cl - - 2e- == Cl2 (氧化反应, 阳极)
NaCl ====== Na + Cl2↑
饱和NaCl溶液中的Na+和水电离出的H+移向阴极,
2H+ + 2e- == H2↑(还原反应, 阴极)
Cl-和水电离出的OH-移向阳极
Cl - - 2e- == Cl2↑(氧化反应, 阳极)
用隔膜阻止OH-移向阳极, 则阴极OH-浓度越来越大==>电解食盐水制碱
NaCl + 2H2O ====== NaOH + H2↑+ Cl2↑
阴极产物阳极产物
离子在电极表面得到或失去电子的过程也叫做“放电”
阴极上, 常见阳离子的放电顺序（由难到易）为：
K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Sn2+、Sb2+、H+、Cu2+、Fe3+、Ag+、Au+阳极(石墨)上, 常见阴离子的放电顺序（由难到易）为：
SO42-、OH -、Cl -、Br -、I -、S2-
2. 铜的电解精炼
粗铜作为阳极, 精铜作为阴极,
电解质溶液为硫酸酸化的CuSO4溶液
粗铜不断溶解,铜在阴极上不断析出,使粗铜变成精铜
粗铜中的Zn、Ni、Fe等比Cu活泼的金属也发生氧化
反应变成Zn2+、Ni2+、Fe2+进入溶液, 银金铂等金属在电
解过程中不发生反应, 最终沉积在电解池的底部与其它
不溶性杂质混在一起形成阳极泥。

2. 电镀
在被保护金属表面镀上一薄层金属或合金的方法：
阳极Cu - 2e- == Cu2+
阴极Cu2+- 2e- == Cu （在镀件上析出）
电镀过程中，电镀液里的SO42-、H +和OH -等不参加电极反应
利用阳极溶解提供镀层金属，也可以惰性电极材料作为阳极，镀层金属则由电镀液提供
电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液
第二章原电池原理
原电池实质：化学能转化为电能。

原电池构成前提：能在电解液中自发地发生氧化还原反应。

原电池的构成条件：
(1)活泼性不同的两个电极。

通电
(2)电解质溶液，一般能与较活泼金属自发地进行氧化还原反应。

(3)形成闭合回路。

在实验中金属锌与硫酸铜溶液发生了如下反应
Zn + CuSO4 == ZnSO4 + Cu
锌原子失去的电子经导线流向铜片, Zn2+进入溶液
溶液中的Cu2+获得电子生成的铜沉积在铜片上,
锌片是负极(阳极) ：失去电子；氧化反应；流出电子
铜片是正极(阴极) ：得到电子；还原反应；流入电子
锌片既是电极材料又参与了电极反应.
Zn - 2e- === Zn2+ (氧化反应，被氧化)
溶液外作为负极，溶液内作为阳极(失去电子成阳离子)
Cu2+ + 2e- === Cu (还原反应，被还原)
溶液外(电池外部电路)作为正极，溶液内(电池内部电路)作为阴极(得到电子成阴离子或金属单质) 另一种形式的铜锌原电池装置如右图
将热的饱和KCl或NH4NO3琼脂溶液
倒入U形管中, 即可得到盐桥
离子在盐桥中能够定向移动, 通过盐桥将两个
隔离的电解质溶液连接起来, 可使电流传导。

装置2的铜锌原电池可以用下式表示
(-) Zn∣ZnSO4‖CuSO4∣Cu (+)
“∣”表示电极材料与电解质溶液的界面;
“‖”表示盐桥 ; 负极在左, 正极在右
ZnSO4溶液和CuSO4溶液用盐桥连接, 构成离子
移动的电路(电池的内部电路)
两个电极反应彼此隔离, 锌与Cu2+不直接接触
1. 目前常见的锌锰干电池分为碱性与酸性两种
A. 酸性锌锰干电池,因其电解质溶液(氯化铵和
氯化锌混合液)用淀粉糊固定化,因此称为干电池
负极上发生的电极反应: Zn - 2e- === Zn2+
正极上发生的电极反应: 2NH4+ + 2e- =2 NH3 + H2
电池反应为: Zn + 2NH4Cl ==ZnCl2 + 2NH3 +H2
B. 碱性锌锰干电池以KOH代替氯化铵做电解质
其电极反应为:
负极Zn +2OH- - 2e- === ZnO + H2O
正极MnO2 + 2H2O + 2e- =Mn(OH)2 + 2OH-
电池反应为: Zn+ MnO2 + H2O = ZnO + Mn(OH)2
2. 铅蓄电池
以平行排列的铅、铅锡合金或铅钙合金栅板为主架，栅格中交替填充着作为负极和阳极的铅和二氧化铅，电解质溶液为30％H2SO4溶液，电极反应通常表示如下：
充电 放电 放电 充电
负极 Pb +SO 42- - 2e - PbSO 4
正极 PbO 2 + 4H + + SO 42- + 2e - PbSO 4 + 2H 2O 电池反应为: Zn+ MnO 2 + H 2O = ZnO + Mn(OH)2
放电时 二氧化铅电极上发生还原反应, 铅电极上氧化反应 Pb + PbO 2 + 2H 2SO 4 === 2PbSO 4 + 2H 2O
充电时 二氧化铅电极上发生氧化反应, 铅电极上还原反应
2PbSO 4 + 2H 2O === Pb + PbO 2 + 2H 2SO 4 3. 氢氧燃料电池 电极反应为
负极 2H 2 + 4OH - - 4e - === 4H 2O 正极 O 2 + 2H 2O + 4e - === 4OH - 电池反应为 2H 2 + O 2 === 2H 2O
燃料电池的特点是电池的正负极反应物气体分别储存在电池之外的容器 中, 两种气体不断输入电池的两极, 通过燃料气体在负极上发生的氧化反 应和氧气在正极上发生的还原反应, 实现一个相当于燃烧反应的电池反应, 燃料除了氢气外, 还有甲烷、甲醇和乙醇等.
不同条件下氢氧燃料电池的电极反应
负极上 氢气被氧化为H +, 如果反应是在碱性条件下进行的
生成的H +瞬即与溶液中大量存在OH -的结合成H 2O, 实际的电极反应H 2 + 2OH - - 2e - === 2H 2O 如果反应是在酸性或中性条件下进行的, 电极反应为H 2 - 2e - === 2 H +
正极上 氧气的O 被还原为-2价, 如果反应是在酸性条件下进行的, 还原生成的-2价氧原子与周围的H +结合成H 2O, 实际的电极反应O 2+ 4H ++ 4e - === 2H 2O
如果反应是在碱性或中性条件下进行的, -2价的氧主要存在于OH -中：O 2+ 2H 2O + 4e - === 4 OH -
第三章 金属的腐蚀与防护
金属电化学腐蚀原理: 铁铆钉与铜板直接相连,铁发生氧化反应: Fe - 2e - === Fe 2+ (电子可被氧气或H +吸收) 铁原子失去的电子传递到铜板上, 铜板上发生 还原反应,其产物主要由水膜的酸碱性决定 通常水膜的酸性不强, 铜板上主要发生水膜 中溶解的氧气被还原的反应, 电极反应为:
O 2+ 2H 2O + 4e - === 4 OH -
铁原子变成Fe 2+进入溶液, 与OH -结合成Fe(OH)2, 两极的电极反应组合起来形成一个原电池反应:
Fe+ O 2+ 2H 2O === 2Fe(OH)2
然后, Fe(OH)2 + O 2+ 2H 2O (空气) === 2Fe (OH)3 (棕红色) ; 进一步转化为铁锈 这种腐蚀过程主要消耗氧气, 铁生成含氧化合物, 因此也称为 “吸氧腐蚀”
在水膜酸性较高的环境下, 铜板上(正极)主要发生H+被还原成H2而析出
2H+ + 2e- === H2这时所发生的腐蚀称为“析氢腐蚀”
不论是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀, 铜只起到正极材料的作用,本身并不参与反应, 并没有被腐蚀,被腐蚀的是铁铆钉, 腐蚀的实质是被腐蚀的金属成为原电池的负极, 变成阳离子,进入溶液而损耗通常使用的金属都含有杂质, 如铁含有碳, 这些杂质可以充当正极材料,这样的金属暴露于潮湿的空气中, 会在表面的杂质周围形成微小的原电池而被腐蚀.
金属的防护原理: 涂层(隔离空气)与电镀
当金属镀层部分被损坏时, 如果镀层金属的还原性比被保护金属强, 镀层金属将作为负极发生氧化反应, 被保护金属作为正极而收到保护(牺牲阳极保护法, 航海船只的船底四周镶嵌锌块以保护船体);
反之, 被保护金属发生氧化反应, 腐蚀更加严重.
另外可以将被保护金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极(电源负极有高浓度电子, 可以阻止被保护金属失去电子而被氧化), 而将外加直流电源的正极接到一些废铁上(让废铁更容易输出电子), 使废铁成为阳极, 这种方法称为阴极电保护法, 化工厂中盛装酸性溶液的容器或管道, 通常采用这种方
法防止腐蚀
电化学知识总结与拓展
判断处理电化学问题总原则：
①先弄清楚电子由谁提供，电子的流向，（外部电路上）负极流出电子、正极吸引电子；
②（内部电路上）失去电子被氧化--阳极(氧化反应)，得到电子被还原--阴极(还原反应)。

③阳极单质溶解进入溶液，阴极沉积单质或冒气④电解质溶液离子种类, 谁参与反应
A. 原电池、电解池、电镀池的比较
B. 原电池正负极判断的方法：
①由组成原电池的两级材料判断，一般是活泼金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

这里的活泼和不活泼是相对于电解质溶液而言的.比如：铁的金属性比铜活泼,但是如果电解溶液是
浓硫酸的话,铁会钝化,这时候铜就是负极了(Fe被浓硫酸钝化)。

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内离子的定向移动方向，在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

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电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。

⑤ X极增重或减重：X极质量增加，说明溶液中的阳离子在X极(正极)接受电子，反之，X极质量减少，说明X极金属溶解，X极为负极。

⑥ X极有气泡冒出：发生可析出氢气的反应，说明X极为正极。

⑦X极负极pH变化：析氢或吸氧的电极发生反应后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，X极附近的pH增大，说明X极为正极
C. 原电池原理的应用：
(1) 根据形成原电池判断金属的活动性根据活动性强的金属为负极，而活动性弱的金属(或能导电的非金属)为正极，可通过组成原电池判断金属活动性。

若有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B 极上有气体放出，说明在原电池工作过程中，A被氧化成阳离子而失去电子作负极，B作正极，则金属A的金属活动性比B强。

(2) 形成原电池可以加快反应速率纯锌与稀H2SO4反应速率较慢，当加入CuSO4溶液以后，反应速率加快，因为Zn+Cu2+=Cu+Zn2+析出的Cu与Zn接触，在稀H2SO4中形成原电池，加快反应速率。

(3) 根据原电池原理可以判断电池的正负极、电解质溶液、判断溶液pH的变化
(4) 根据原电池原理可以保护金属不被腐蚀
要保护一个铁制闸门，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁制闸门作正极。

(5) 判断金属腐蚀程度的快慢
D．设计制作化学电源设计原电池时要紧扣构成原电池的条件：
(1) 首先要将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。

(2) 然后根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液：
①电极材料的选择在原电池中，选择较活泼的金属或还原性较强的物质作为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属或氧化性较强的物质作为正极。

一般，原电池的负极能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。

这里的活泼和不活泼是相对于电解质溶液而言的.比如：铁的金属性比铜活泼,但是如果电解溶液是浓硫酸的话,铁会钝化,这时候铜就是负极了.
②电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者能与电极产物发生反应。

但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。

如在铜-锌-硫酸铜构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2+的溶液中。

E. 给定一个反应怎样判断是原电池还是电解池的反应
不管是原电池反应还是电解池反应, 都是氧化还原反应.
氧化还原反应的规律是：如果没有外界干预,总是强氧化剂与强还原剂反应生成弱氧化剂和弱还原剂! 也就是说, 只要比较反应物中的氧化剂和产物中的氧化剂哪个更强；或者比较反应物中的还原剂与产物中的还原剂哪个更强,就可以判断是原电池反应和电解池反应.
反应物中的氧化剂和还原剂比生成物中的更强：==>原电池反应
反应物中的氧化剂和还原剂比生成物中的更弱：==> 电解池反应
当然,从能量角度来更准确：即正反应方向能量有利的：原电池反应, 反之则是：电解池反应.
如：2NaCl = 2Na + Cl2(反应物中Na+得到电子, ) Na+的氧化性远小于Cl2, 因此是电解反应ClO- + 2Fe2+ + H+ = Cl- + 2Fe3+ + H2O
反应物中ClO-的氧化性强于Fe3+的氧化性,因此可以做成原电池.（比较还原剂强弱是一样的）。