20专题二十：原电池与电解池以及金属的腐蚀

潘老师讲化学之高考专题精讲
专题二十：原电池与电解池以及金属的腐蚀
第一部分：基础知识部分
一、原电池
1.原电池：把化学能转化为电能的装置。

2.构成条件及判断
⑴具有两个活性不同的电极（金属和金属或金属和非金属）。

（2）具有电解质溶液。

（3）形成闭合电路（或在溶液中相互接触）。

★ ☆判断
而前活惬件不同的金嵋或小盒属导休f燃料电
皿一池的电极•眼为情用11国1
邈|——两楣插入巾廨垠溶酒中
丽——旧成冏台mi路
硒——有无轼止压用反应发生
3.原电池工作原理示意图
原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：
『橘中找楮通,有电窿产生
班加任辞濮:
【说明】
①在原电池装置中，电子由负极经导线流向正极，阳离子在正极上获得电子，通过电路中的电子和溶液中的离子的移动而形
成回路，传导电流，电子并不进入溶液也不能在溶液中迁移。

②原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，一般将两个电极反应中得失
电子的数目写为相同，相加便得到总反应方程式。

③阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。

这是因为：负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量
正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电
荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。

④不参与电极反应的离子从微观上讲发生移动，但从宏观上讲其在溶液中各区域的浓度基本不变。

4.原电池的两极及判断
负极：活泼性里的金属，发生氧化反应。

正极：活泼性d的金属或导体，发生还原反应。

★☆原电池正负极判断
（1）根据电极材料判断
负极一一活泼性较强的金属正极一一活泼性较弱的金属或能导电的非金属
注：活泼金属不一定做负极，如Mg、Al在NaOH溶液中，Al做负极。

⑵根据电子流动方向或电流方向或电解质溶液内离子的定向移动方向判断
负极一一电子流出极，电流流入极或阴离子定向移向极正极一一电子流入极，电流流出极或阳离子定向移向极
⑶根据两极发生的变化判断
负极一一失去电子，化合价升高，发生氧化反应正极一一得到电子，化合价降低，发生还原反应（4）根据反应现
象判断
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负极一一会逐渐溶解，质量减小正极一一有气泡逸出或质量增加
【特别提示】原电池正负极判断的基础是氧化还原反应。

如果给出一个方程式让判断正、负极，可以直接根据化合价的升降变化来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。

5.电极反应式书写
原电池反应的基础是氧化还原反应，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，据此书写电极反应式的步骤如下：
(1)确定原电池的正、负极，以及两电极上发生反应的物质。

在原电池中，负极是还原性材料失去电子被氧化，发生氧化反应。

正极反应要分析电极材料的性质：若电极材料是强氧化性材料，则是电极材料得电子被还原，发生还原反应；若电极材料是惰性的，再考虑电解质溶液中的阳离子是否能与负极材料反应。

能发生反应则是溶液中的阳离子得电子，发生还原反应；若不能与负极材料反应，则考虑空气中的氧气，氧气得电子，发生还原反应。

(2)弱电解质、气体或难溶解物均以化学式表示，其余以离子符号表示，保证电荷守恒，质量守恒及正、负极得失电子数相等的规律，一般用“=”而不用“一->”。

(3)正负极反应式相加得到原电池总反应式，通常将总反应式减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。

6.原电池的应用
(1)加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。

例如，在Zn与稀H
sO,反应时加入少量CUSO4溶液能使产生H2
2
的反应速率加快。

(2)比较金属活动性强弱
两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼。

(3)用于金属的防护
使被保护的金属制品做原电池正极而得到保护。

例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌做原电池的负极。

【特别提示】判断金属腐蚀的快慢，首先要确定金属腐蚀的类型及该金属在“两池”中所作的电极种类，并按下列规律进
行判断。

(1)金属腐蚀由快到慢的规律为：
电解池阳极〉原电池负极〉化学腐蚀》原电池正极〉电解池阴极
⑵同一种金属在相同浓度的不同电解质溶液中的腐蚀快慢规律为：
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强电解质溶液〉弱电解质溶液〉非电解质溶液；
对于同一种电解质来说，电解质溶液浓度越大腐蚀越快；构成原电池时，活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，作 负极的金属腐蚀越快。

（4）设计制作化学电源
★ ☆设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。

具体方法是： （1）首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；
（2）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，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。

并且，原电池的电极必须导电。

电池 中的负极必须能够与电解质溶液反应。

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，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。

但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则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。

如在铜一一锌一一硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zm +的电解质溶液中，而正极铜浸泡在 （3）按要求画出原电池装置图。

【特别提醒】 应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池，但有的电流相当微弱。

同时要注意电解质溶液不 一定参与反应，如燃料电池，水中一般要加入NaOH 、H 2sO ,或Na 2sO ,等。

二、常见的化学电源
1 .化学电源是能够实际应用的原电池。

作为化学电源的电池有一次电池、二次电池和燃料电池等。

2 .几种常用的干电池（一次电池）
（1）锌银电池 锌银电池的负极是Zn,正极是Ag 2O,电解质是KOH,其电极反应式：
负极：Zn + 2OH - - 2e -=====Zn （OH ）
2
正极：Ag O + H O + 2e - ====2Ag + 2OH -
22
总反应式：Zn + Ag 2O + H 2O ==== Zn （OH ） 2
（2）锂电池（锂电池用金属理做负极，正极可以是MnO 2, CuO 、FeS 2等），电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl ,）溶液在亚硫 酰氯（SOClJ 中组成，其电极反应式为：
负极：8Li - 8e - ====== 8Li +
正极：3SOC1 + 8e - ====== SO 2-+ 2S + 6Cl - 2 3 总反应式：8Li + 3SOCl 2 ===== 2S + 6LiCl + Li 2SO 3
（3）锌猛干电池
负极：Zn - 2e -=====Zn 2+
正极：Zn + 2NH ++ 2MnO ==== Mn O + 2NH + HO 4
2
2 3
3
2
总反应：2NH 4 Cl + 2MnO 2 + Zn ==== Mn 2O 3 + 2NH 3 + H 2O + ZnCl 2
（4）碱性锌猛干电池
负极：Zn + 2OH - - 2e -=====Zn （OH ）
2
正极：2H 2O+ 2MnO 2 + 2e - ====2MnOOH （氢氧化氧锰）+ 2OH - 总反应：2Zn+ 2MnO 2 + 2H 2O ==== MnOOH + Zn （OH ） 2
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3.铅蓄电池是一种二次电池，它的负极是皿，正极是曲O ，电解质溶液是30%的H2SO4溶液，它的电池反应式为（放电）
2
负极：Pb （s ） + SO 2-（aq ）- 2e - ===== PbSO （s ） 4 4
正极：PbO + 4H + （aq ） + SO 2-（aq ） + 2e- ====PbSO4 （s ） 24 总反应式：Pb + PbO 2 + 2H 2SO 4 = 2PbSO 4 +2H 2O 4 .
5.有机物燃料电池
(2)NH —土~+ N 电极反应式：NH - 4e - + 4OH - ===== N + 4H O
24
2 24 2 2
三、电解池
1 .定义：使电流通过 电解质溶液 而在阴阳两极上引起 氧化还原反应 的过程。

2 .电解池：把电能转化为化学能的装置（电解槽）。

3 .装置特点：借助于 电流引起氧化还原反应的装置。

4 .电解池的形成条件：（1）与电源相连的两个电极：阳极连电源的正极；阴极连电源的负极。

（2）电解质溶液（或 熔融的电
解质）。

（3）形成闭合的回路。

5 .电极反应：阳极上发生失 电子的氧化反应，阴极上发生得 电子的还原反应。

电子的流向从电源的 负 极到电解池的 阴极，再从电解池的阳 极到电源的正 极。

★☆电解池和原电池比较
⑴哽
-20e —
, 3CO +6OH
3CO 32-
6.电解产物的判断
(1)阳极产物的判断
首先看电极，若是活性电极(一般是除Au、Pt外的金属)，则电极材料本身失电子，电极被溶解形成阳离子进入溶液；若是惰性电极(如石墨、铂、金等)，则根据溶液中阴离子放电顺序加以判断。

阳极放电顺序：
金属(一般是除Au、Pt外)内2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。

(2)阴极产物的判断
直接根据溶液中阳离子放电顺序加以判断。

阳离子放电顺序：
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。

【提示】(1)处理有关电解池两极产物的问题，一定要先看电极是活性电极还是惰性电极。

活性电极在阳极放电，电极溶解生成相应的金属离子，此时阴离子在阳极不放电。

对于惰性电极，则只需比较溶液中定向移动到两极的阴阳离子的放电顺序即可。

(2)根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：
①阳离子放电顺序表中前一个c(H+)与其他离子的浓度相近，后一个c(H+)很小，来自水的电离；
②Fe3+得电子能力大于Cu2+,但第一阶段只能被还原到Fe2+；
③Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3+、
Mg2+、Na+、Ca2+、K+只有在熔融状态下放电。

【例6】
①当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H+或OH-放电，但在书写总反应式时要将反应物中的H+或OH -均换成水，在生成物中出现的是碱或酸，同时使阴极、阳极反应式得失电子数目相同，将两个电极反应式相加，即得到总反应的化学方程式。

②两惰性电极电解时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原贝U, 一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。

7.电解的应用
（一）电解饱和食盐水制取氯气和烧碱（氯碱工业）
（1）氯碱工业的主要原料是食盐，由于粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、SO 2-等杂质离子，对生产设备造成损坏，影响产品4的质量，故必须进行精制。

①化学方法
a：依次加入沉淀剂BaCl/Na
2
cO「NaOH溶液，每次所加试剂都必须稍稍过量以便使相应离子完全沉淀。

b.过滤。

c.滤液中加盐酸：调节溶液pH值为4〜6, CO 2- + 2H+=CO t+HO。

3 2 2
②离子交换法：对于上述处理后的溶液，需送入离子交换塔，进一步通过阳离子（
Na+）交换树脂除去残存的Ca2+、Mg2+,以达到技术要求。

（2）精制的饱和食盐水中存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子，用石墨作电极，通电时H+和Cl-优先放电，电极反应式为阳极：2Cl--2e-=Cl t,
2
阴极：2H+ + 2e-=H
2
t
总反应：2NaCl+2H〜=2NaOH+H
2
t +C」t。

（二）电镀
（1）概念：电镀是利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）形成条件：①电解时，镀层金属作阳极；②镀件作阴极；③含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；④用直流电源。

（3）特征：①阳极本身放电被氧化；②宏观上看无新物质生成；③电解液的总量、浓度、pH均不变。

（三）电冶炼
电解熔融电解质，可炼得活泼金属。

如：电解熔融NaCl时，
电极反应式为：阳极：2Cl--2e-=Cl t ,
2
阴极：2Na+ + 2e-=2Na ,
总反应式为：2NaCl = 2Na+C1
2
t 。

（四）电解精炼
电解精炼粗铜时，阳极材料是一一粗铜，阴极材料是一一精铜，电解质溶液是CuSO
4溶液（或Cu（NO）
2
溶液）。

长时间电
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解后，电解质溶液必须补充。

第二部分：习题多多练
1. 用铜片、银片、Cu （NO ）2溶液、AgNO 3溶液、导线和盐桥（装有琼脂一KNO 3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（C ） 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将铜片侵入AgNO 3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
2. 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（C ） A. CH 3OH(g) +O 2(g) -2e -=H 2O(l) +CO 2(g) +2H + (aq) B. O 2(g) +4H + (aq) +4e -=2H 2O(l) C. CH 30H(g)+H 2O(l)-6e -=CO 2(g)+6H +(aq) D. O 2(g)+2H 2O(l)+4e -=4OH -
3.根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl 3+Fe=3FeCl 2
要求：(1)画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯和盐桥。

⑵注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。

（3）写出两个电极上发生的电极反应。

〖答案〗（1）装置图如下： ⑵电池的正负极及外电路中电子的流向如图所示。

（3）负极（Fe ）： Fe-2e -=Fe 2+ 正极（C 或 Ag ） ： 2Fe 3+ + 2e -=2Fe 2+
4.铅蓄电池的工作原理为：Pb+PbO 2+2H 2sO 「2PbSO 4+2H 2O 研读右图，下列判断不正确的是C A. K 闭合时，d 电极反应式：PbSO +2H O-2e -==PbO+4H ++SO 2- 42 2 4 B.当电路中转移0.2mol 电子时，I 中消耗的H 2sO 4为0.2 mol C. K 闭合时，II 中SO 2响c 电极迁移
4
D. K 闭合一段时间后，II 可单独作为原电池，d 电极为正极 30%H 2s
5.某固体酸燃料电池以CaH SO 4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：2H 2 + O 2 = 2H 2O,下列有关说 法正确的是D 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：O 2 + 2H,+4e - = 4OH - 自，身」式 门，痂 C.每转移0.1 mol 电子，消耗1.12 L 的H D. H +由a 极通过固体酸电解质传递到b 极
6.右图为直流电源电解稀Na 2s O ,水溶液的装置。

通电后在石墨电极a 和b 附近分别滴加一滴石蕊溶 液，下列实验现象中正确的是 （D ） A.逸出气体的体积，a 电极的小于b 电极的
B. 一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C. a 电极附近呈红色，b 电极附近呈蓝色
D. a 电极附近呈蓝色，b 电极附近呈红色 7.用石墨做电极电解1 mol/L CUSO 4溶液，当c （Cu 2+）为0.5 mol/L 时，停止电解，向剩余溶液中加入下列何 种物质可使电解质溶液恢复至原来的状态（B ） A.CuSO
4
B.CuO
C.Cu(OH)
2
D. CuSO ・5H O。