第四章 电化学工程概要..
第四章 电化学基础 章末归纳与整理-高二化学(人教版选修4)
【例题6】（2021·浙江·效实中学高二期中）利用膜技术和电化学原理
制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5，装置如图，下列说法正确的是（ B ）
A．甲装置将电能转化为化学能 B．每转移2mol电子，生成2mol N2O5 和1mol H2SO4 C．乙中电极d上发生氧化反应 D．c电极反应式为： N2O4 – 2e- ＋H2O＝N2O5＋2H＋
3．特别注意：书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子
表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。如用惰性
电极电解NaOH溶液，阳极发生氧化反应，电极反应式为4OH－－4e－＝
2H2O＋O2↑，阴极发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑，总反
应式表示为2H2O
2H2↑＋O2↑。
【对应训练】LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。清华大学首创三室 膜电解法制备氢氧化锂，其模拟装置如图所示。下列有关说法正确的是（ C ）
A．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜 B．a极为电源的负极，Y极上发生氧化反应 C．X极的电极反应式为2H2O－4e-＝4H+＋O2↑ D．每转移2 mol电子，理论上生成52 g LiOH
电池正极的电极反应式为O2＋2H2O－4e-＝4OH-
【对应训练】结合图示判断，下列叙述正确的是（ A ） A．K与N连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大 B．K与N连接时，X为氯化钠，石墨极电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑ C．K与M连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大 D．K与M连接时，X为氯化钠，石墨极电极反应式为4OH－－4e－＝ 2H2O＋O2↑
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
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防腐效果
差 一般
好 好 很好 很好 好
价格
便宜 便宜 中等 昂贵 中等 昂贵 中等
1．解释下列现象并写出有关原电池的电极反应：
(1)马口铁(镀Sn铁皮)做的罐头，打开后为什么极易 生锈?
(2) 轮船船壳的水线以下部分，为什么要装上一定 数量Zn块?
(3)在一块表面无锈的铁片上滴一滴含酚酞的食盐水， 放置一段时间后可以看到液滴周围逐渐呈现红色， 并慢慢形成红褐色的锈斑。
3、热分解法(Hg—Ag) 2HgO =△== 2Hg + O2↑
2AgNO3 ==△= 2Ag + 2NO2↑+ O2↑
第四章 电化学基础
第4节 金属的电化学腐蚀与防护
请比较下列现象的差异？ 铁与酸反应，铁被腐蚀。 腐蚀速率较慢。
铁作负极被腐蚀， 腐蚀速率较快。
பைடு நூலகம்
铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？
▪ 金属腐蚀还可能造成环境污染。
一、金属腐蚀的本质：
是金属或合金与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。
M - ne- = Mn+ 二、金属腐蚀的类型：
（1）化学腐蚀 金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的
腐蚀叫做化学腐蚀。
（2）电化学腐蚀 不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池
(4)烧过菜的铁锅未及时洗净(残液NaCl)，第二天便 出现红褐色锈斑。
2、下列制氢气的反应速率最快的是 C
A.纯锌和1mol/L 硫酸 B.纯锌和18 mol/L 硫酸 C.粗锌和1mol/L 硫酸 D.粗锌和18mol/L 硫酸
3、下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，D
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置 疑
1、若为原电池，写出正负极的电极反应式并确定 阴阳离子移动趋势。 2、为什么锌片上最后也全部被铜覆盖，且电流计 指针逐渐指向零? 3、用什么办法避免Cu2+在锌片上也还原析出铜， 以延长电池放电时间提高供电效率?
探究实验3
按下图所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的 CuSO4溶液分别通过导线与电流计连接，有什么现象?
锌片和铜片表面均明显有铜析出,但电流计指针不动。
3.上述装置构成了原电池吗？如果构成了原电池，为什 么电流计指针又不动而表现出无电流产生呢？ 4.若是原电池装置，就必须证明锌片和铜片之间确实有 电流通过，怎样证明呢?
探究实验2
将锌电极和铜电极分别通过导线与电流计连接，并使 锌电极和铜电极不接触，同时浸入到装有硫酸铜溶液 A 的烧杯中。 锌片 铜片 电流计指针偏转,指示电子是由锌极 流向铜极; 但随着时间的延续,锌片上也逐渐被 铜覆盖且电流计指针偏转角度逐渐变 小直至为零。 CuSO
1. 用还原性较强的物质(如：活泼金属)作负极，向外电路提供 电子；用氧化性较强的物质作正极，从外电路得到电子。 2. 原电池在放电时，负极上的电子经过导线流向正极，而氧 化性较强的物质从正极上得到电子，两极之间再通过盐桥及 池内溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路构成有稳定 电流的闭合回路。
练习：判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，说
(2)一个100万千瓦的火力发电厂,每年要烧煤大约250 万吨，燃烧后排放CO2约500万吨，SO2约10万吨，同 时要产生大量的废水和废渣，能量损失也很大，而 全国火电厂全年共耗煤要大约27亿吨……
(3)到2020年,我国耗煤总量将达34亿吨，产生CO2 270000万吨，SO2 5400万吨,多么可怕的数字!! (可喜的是:一个三峡工程相当于20个百万吨级的火 电厂,从而可大大节约耗煤量。)
化学：第四章《电化学基础》课件(新人教版选修4)
√
Zn Cu
B
H2SO4
C
H 2SO 4
Fe Cu
Zn Cu
D √
NaCl溶液
Zn
Cu
E √
F
Cu 2SO4 CuSO4
M
酒精
NaCl溶液
N
H2SO4 H2SO4
武宁一中化学教研组
8
例2. 在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用 导线连接的锌片和铜片，下列叙述正 D) 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
正极：
PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e - = PbSO4 + 2H2O 总反应式为： 当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的 物质的量为 0.5mol
武宁一中化学教研组
Pb + PbO2 + 2H2SO4 =2PbSO4 + 2H2O
26
补：2. 铅蓄电池
阳极： PbSO4 + 2H2O - 2e - = PbO2 + 4H+ + SO42阴极： PbSO4 + 2e - = Pb + SO42总反应
21
练习：
宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应 为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH，反应 保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正确的 是：（ BD ） A．H2为正极反应物，O2为负极反应物 B．电极反应（正极）： O2+2H2O+4e- = 4OHC．电极反应（负极）： 2H2+4OH- + 4e- = 4H2O D．负极发生氧化反应，正极发生还原反应
高中化学 第四章 电化学基础章末总结 新人教版选修4
第四章电化学基础章末总结热点聚焦专题一原电池和电解池的知识比较原电池电解池定义将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置装置举例形成条件①活动性不同的两电极(连接或接触)②电解质溶液③形成闭合回路④有自发进行的氧化还原反应①两电极连接直流电源②两电极插入电解质溶液中③形成闭合回路电极电极名称及判断负极：较活泼金属正极：较不活泼的金属(或能导电的非金属)(由电极本身性质决定)阳极：与电源正极相连的极阴极：与电源负极相连的极（由外加电源决定）电极反应负极：氧化反应，金属失电子正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子工作原理主要应用①金属的防护②加快反应速率③制造多种新的化学电源①电解食盐水(氯碱工业)②电冶金(冶炼Na、Mg、Al)③精炼铜④电镀⑤金属的防护实质使氧化还原反应中的电子通过导线定向移动形成电流使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♨特别提示：原电池、电解池、电镀池判定规律(1)若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判断。
主要思路是“三看”：先看电极：两极为导体且活泼性不同；再看溶液：两极插入电解质溶液中；后看回路：形成闭合回路或两极接触。
(2)若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。
当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其余情况为电解池。
【例❶】(2015·吉林长春市十一中高二)下列说法不正确的是( )A B C D通电一段时间后，搅拌均匀，溶液的pH增大甲电极上的电极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑Pt电极上的电极反应为：O2＋2H2O＋总反应的离子方程式为：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋4e－===4OH－解析：A项，电解的是水，一段时间后硫酸浓度增加，pH减小，故A错误；B项，甲电极上发生失电子的反应，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故B正确；C项，实质为铁的吸氧腐蚀，Pt电极为正极，故C正确；D项，构成原电池，明显正确；故答案选A。
高中化学选修4电化学知识点总结.doc
第四章电化学葙础一、原电池：1、概念：化学能转化为电能的装置叫做原电池。
2、组成条件：①两个活泼性不M的电极②电解质溶液③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路3、电子流向：外电路：负极——导线——正极内电路：盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，故桥屮阳离子移向正极的电解质溶液。
4、电极反应：以锌铜原电池为例：负极：氧化反应：Zn-2e=Zn2+（较活泼金属）正极：还原反皮：2H++2C=H2 t （较不'活汲余属）总反应式:Zn+2H+=Zn2++H2 t5、正、负极的判断：（1）从电极材料：一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。
（2）从电子的流动方向：负极流入正极（3）从电流方向：正极流入负极（4）根据电解质溶液内离了的移动方昀：阳离了•流昀正极，阴离了•流14负极（5）根据实验现象：①溶解的一极为负极②增重或有气泡一极为正极二、化学电池1、电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池2、化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置3、化学屯池的分类：一次屯池、二次电池、燃料屯池（一）一次电池1、常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、鯉电池等（二）二次电池1、二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使川，乂叫充电电池或蓄电池。
2、电极反应：铅蓄电池放电:负极（铅）:Pb-2e- =PbSO4 I正极（氧化铅）：PbO2+4H++2e- =PbSO4 1 +2H2O充电：叨极：PbSO4+2H2O-2e- =PbO2+4H+阳极：PbSO4+2e- =Pb两式川•以写成一个川•逆反应：PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4 I +2H2O3、目前已开发出新型蓄电池：银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池（三）燃料电池1、燃料电池：是使燃料与氧化剂反应且接产生电流的•-•种原电池2、电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相M,可根据燃烧反戍写出总的电池反疢，但不注明反皮的条件。
《工程化学》第四章电化学基础
2023年8月30日2时47分
2
单原子离子的氧化数等于离子所带的电荷，例如Al3+离
子的氧化数为 ＋3, 表示为 Al(+3)。
除过氧化物 ( 如H2O2 )、超氧化物 ( 如KO2 ) 和含有 F-O 键的化合物 ( 如OF2 ) 外，化合物中O 原子的氧化数均为 -2，例如 H2O 中的 O 原子。
➢半反应中与氧化态物质处于同一侧的所有物质称为氧化型 物质oxidation type matter ➢半反应中与还原态物质处于同一侧的所有物质称为还原型 物质reduction type matter
例如半反应： MnO4- + 8H＋+5e= Mn2＋+4H2O 电对：MnO4-(氧化态) /Mn2＋(还原态)
Cu棒
Zn棒
CuSO4 溶液
ZnSO4
1.10
溶液
V
负极 | 电解质溶液（浓度）| 正极
(-) Zn∣Zn2+ (l mol ·L-1) ‖ Cu2+ (l mol ·L-1) ∣Cu
面
桥
c2
界
面
2023年8月30日2时47分
20
书写原电池符号的规则：
➢负极“（-）”在左边，正极“（+）”在右边，盐桥用 “‖” 表示。 ➢半电池中两相界面用“|”分开，同一相的不同物质（以 及电极中的其他相界面）用“,”分开，溶液、气体要注明 cB、pB 。
第四章 电化学基础 electrochemistry
§4.1 氧化还原反应 redox reaction
氧化还原反应(Oxidization and reduction) 的重要特征是： 反应前后元素的化合价发生了变化。
物理化学课件：电化学
05
电化学应用
电解：在外部电流通过电解质时，电解质内部发生化学反应的过程。分直流电解和交流电解两种。直流电解应用：水溶液的电解、熔融无机电解。交流电解应用：电镀、电冶金。电镀：应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层另一种金属或合金的过程。阳极：镀层金属。阴极：被镀金属。镀层金属阳离子在阴极放电，转移到溶液中，然后结合到阴极表面。
影响因素
电化学反应速率及其影响因素
历程
电化学反应的历程是指从反应物到产物的过程中，各个中间步骤和相互转化的过程。
机理
电化学反应的机理是指反应过程中的热力学和动力学过程，包括电子转移、化学键断裂和形成等。
电化学反应的历程与机理
电化学反应的动力学方程是指描述电化学反应速率与反应物浓度、温度等因素之间的定量关系式。
20世纪以来，电化学在理论和实验方面都取得了重大进展：随着理论和实验技术的不断发展，电化学逐渐成为一门独立的学科，并在多个领域得到广泛应用。
电化学在能源领域有着广泛的应用
电化学在环境领域也有着重要的应用
电化学在材料领域同样有着广泛的应用
电化学的应用领域
02
电化学基础知识
电极
带电的物质表面或界面，具有载流子和电位；
电极过程
包括电荷传递过程和物质传递过程，前者涉及电子的转移，后者涉及反应物和产物的传递。
电极反应动力学与电极过程
电极反应的速率与影响因素
不同电极材料的表面结构、活性不同，对电极反应的速率有不同的影响。
电极材料
温度
电解质浓度
电流密度
提高温度可以加快电极反应速率，但也会导致副反应增加和能耗增加。
增大电解质浓度可以增加电极反应速率，但也会导致溶液电阻增加和副反应增加。
【人教版】高中化学选修4知识点总结：第四章电化学基础
第四章电化学基础一、原电池课标要求1、掌握原电池的工作原理2、熟练书写电极反应式和电池反应方程式要点精讲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。
只有氧化还原反应中的能量变化才能被转化成电能；非氧化还原反应的能量变化不能设计成电池的形式被人类利用，但可以以光能、热能等其他形式的能量被人类应用。
（2）原电池装置的构成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。
（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，简易记法：负失氧，正得还。
2、原电池原理的应用（1）依据原电池原理比较金属活动性强弱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，发生还原反应。
③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；②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。
注：外电路：电子由负极流向正极，电流由正极流向负极；内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
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。
选修4第四章《电化学基础》教材分析与教学建议
选修4 第四章《电化学基础》教材分析与教学建议广州市真光中学化学科王国强一、教材分析1、地位和作用（1）本章是高中化学基本理论知识体系中的一个重要内容，也是学生所学高中知识的难点之一。
有关电化学知识考点是高考考查的必考点、热点。
（2）本章在必修2教材“化学能与电能” 内容的基础上进一步拓宽和加深，并对氧化还原反应、离子反应等知识进行巩固和强化。
（3）本章知识在了解和掌握了原电池、电解池工作原理的基础上，通过对碱性锌锰干电池（一次电池）、铅蓄电池（二次电池）、燃料电池、电镀、金属精炼的分析，体会电化学知识与生产、生活、国防等工业的密切联系以及对人类社会发展和进步的重要作用。
其中涉及的“化学能与电能的相互转化”是选修4第一章“化学反应与能量”学习的延续。
（4）通过对金属腐蚀和防护原理和实验的探究，培养学生的实验技能和应用所学知识分析、解决实际问题的能力（理论联系实际）。
2、知识结构本章的知识结构为：二．课程标准、考试说明对本章的要求三、课时分配建议第一节原电池（含原电池的设计）2课时第二节化学电源【一、二次电池、燃料电池】2课时第三节电解池3课时第四节金属的电化学腐蚀与防护1课时复习2课时测验、评讲2课时合共12课时。
四、各节教学目标及教学建议第一节原电池1．教学目标（1）知识与技能：进一步了解原电池的工作原理，能够写出原电池的电极反应式和电池反应方程式（总反应方程式）。
（2）过程与方法：通过原电池原理的探究活动，培养学生的推理和分析问题的能力以及能用氧化还原反应原理解决问题的能力。
（3）情感、态度与价值观：通过一些实验和科学探究活动，使学生增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。
2．教学重点：进一步了解原电池的工作原理，能够写出原电池的电极反应和电池反应方程式（总反应式）。
3．教学难点：原电池的工作原理，盐桥的作用。
4．教学建议及教学案例（1）突破“盐桥的作用”教学难点的案例案例一1、为引导学生探究，先增加以下对照实验（装置如图1，同浓度和体积的CuSO4溶液和ZnSO4溶液，相同Zn、Cu电极），让学生观察现象，得出结论。
最新人教版高中化学《电化学基础》本章概要
第四章电化学基础
本章概要
原电池和电解池是重要的基础理论知识，是氧化还原反应的延伸，与能量转化等知识密切相关，是高考的重要内容。
历年来一直是高考的重点和热点。
本章集中介绍了化学能与电能之间的相互转化。
主要包括三个部分：(1)原电池和化学电源——将化学能转化成电能；(2)电解原理及其应用——电能转化成为化学能；(3)金属的腐蚀与防护。
在必修2的基础上，进行了拓宽和加深，进一步复习巩固了氧化还原反应，拓展了氧化还原反应。
本章重点：原电池的原理和应用，原电池原理方程式的书写；电解原理及应用，电镀；吸氧腐蚀的原理；金属防腐的方法。
本章难点：化学电源电极反应方程式的书写；电解反应方程式的书写和电极反应方程式；金属的电化学腐蚀。
学习策略
学习本章内容关键在于把握氧化还原反应中氧化剂和还原剂在原电池的正、负极、电解池的阴、阳极得失电子发生的氧化反应和还原反应。
注意原电池和电解池的区别和联系。
根据原电池原理分析金属发生电化学腐蚀的过程，依据电化学腐蚀过程分析金属防护应该采取的相应措施。
牢牢把握氧化还原反应原理，正确判断原电池的正、负极和电解池的阴、阳极。
金属和离子的放电顺序是分析原电池和电解过程的关键，也是书写电极反应和电池（电解）反应的基础。
在分析原电池和电解池的过程中，理解化学能和电能之间的转化过程。
人教版高中化学选修4第四章电化学基础知识归纳
电化学基础知识归纳（含部分扩展内容）（珍藏版）特点：电池总反应一般为自发的氧化还原反应，且为放热反应（△H<0）；原电池可将化学能转化为电能电极负极：一般相对活泼的金属溶解（还原剂失电子，发生氧化反应）正极：电极本身不参加反应，一般是电解质中的离子得电子（也可能是氧气等氧化剂），发生还原反应原电池原理电子流向：负极经导线到正极电流方向：外电路中，正极到负极;内电路中，负极到正极电解质中离子走向：阴离子移向负极，阳离子移向正极原电池原理的应用：制成化学电源（实用原电池）;金属防腐（被保护金属作正极）;提高化学反应速率；判断金属活性强弱一次电池负极：还原剂失电子生成氧化产物（失电子的氧化反应）正极：氧化剂得电子生成还原产物（得电子的还原反应）放电：与一次电池相同二次电池规则：正极接外接电源正极，作阳极;负极接外接电源负极，作阴极（正接正，负接负）充电阳极：原来的正极反应式反向书写（失电子的氧化反应）原电池阴极：原来的负极反应式反向书写（得电子的还原反应）化学电源电极本身不参与反应（一般用多孔电极吸附反应物），总反应相当于燃烧反应负极：可燃物（如氢气、甲烷、甲醇等）失电子被氧化（注意电解质的酸碱性）电极反应正极：O2得电子被还原，具体按电解质不同通常可分为4种燃料电池碱性介质：O2 + 4+ 2H2O 4酸性介质：O2 + 4+ 4 2H2O电解质不同时氧气参与的正极反应固体或熔融氧化物（传导氧离子）：O2+ 4 2O2-质子交换膜（传导氢离子）：O2 + 4+ 4 2H2O特殊原电池: 镁、铝、氢氧化钠，铝作负极 ;铜、铝、浓硝酸，铜作负极 ; 铜、铁、浓硝酸，铜作负极，等特点：电解总反应一般为不能自发的氧化还原反应；可将电能转化为化学能活性电极：阳极溶解（优先），金属生成金属阳离子阳极惰性电极一般为阴离子放电，失电子被氧化，发生氧化反应（接电源正极）（石墨、铂等）常用放电顺序是：>>高价态含氧酸根（还原性顺序），发生氧化反应，相应产生氯气、氧气电解原理电极反应阴极电极本身一般不参加反应，阳离子放电，得电子被还原，发生还原反应（接电源负极）常用放电顺序是：>2+>>活泼金属阳离子（氧化性顺序），相应产生银、铜、氢气电流方向：正极到阳极再到阴极最后到负极电子流向：负极到阴极，阳极到正极(电解质溶液中无电子流动，是阴阳离子在定向移动）离子流向：阴离子移向阳极（阴离子放电），阳离子移向阴极（阳离子放电）常见电极反应式阳极： 2- 22↑ , 4- 4 O2↑+ 2H2O或2H24 O2↑+4（来自水时适用）电解池阴极：+ , 2+ + 2 , 2 + 2 H2↑或2H222↑+2（来自水时适用）电解水型：强碱、含氧强酸、活泼金属的含氧酸盐，如：、、 H24、3、24溶液等电解溶质型：无氧酸、不活泼金属的含氧酸盐，如：、2溶液等常见电解类型电解溶质+水（放氢生碱型）：活泼金属的无氧酸盐，如：、、2溶液等电解溶质+水（放氧生酸盐）：不活泼金属的含氧酸盐，如：4、3溶液等氯碱工业的基础：电解饱和食盐水制取氯气、氢气和氢氧化钠铜的电解精炼：粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液电解原理的应用电镀（铜）：纯铜作阳极，待镀件作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液（电镀液）冶炼金属，如钠（电解熔融氯化钠）、镁（电解熔融氯化镁）、铝（电解熔融氧化铝）金属的电化学防腐（外接电源的阴极保护法）金属的腐蚀：分为化学腐蚀和电化学腐蚀，其中，后者是主要方式，且速率更大（因为电化学腐蚀时形成了大量微小原电池），电化学腐蚀包括吸氧腐蚀（中性、碱性环境等）以及析氢腐蚀（酸性较强时），吸氧腐蚀是主要形式，钢铁可以最终均形成红棕色的铁锈（2O3·2O）。
电化学工程
电化学工程（课程）教学大纲一、课程信息二、课程内容1、课程教学目标“电化学工程”是应用化学专业的专业任选课。
电化学工程学是现代化学工程科学中的新分支，萌发于20世纪40年代末，60年代末形成初步的理论框架，电化学工程学的问世，推动电化学工业进入崭新的发展时期。
通过本课程的学习，能较扎实地掌握电化学工程学的重要概念与原理，加强科学与工程原理的进一步融合，培养科学思维和利用基础理论知识解决实际问题的能力，了解和掌握工业电化学过程的开发、设计、操作与管理的重要概念，培养电化学工业生产的管理和设计能力，培养工业电化学过程的开发与研究能力。
2、教学内容基本要求（1）绪论：要求了解电化学工业的概况、特点与发展方向。
（2）电化学过程设计与优化：要求掌握工业电化学过程的设计、管理与经济优化的重要概念。
（3）电化学热力学与动力学：要求掌握膜电位、非反应物种吸附的影响和电催化作用与电极材料。
（4）物料衡算与能量衡算：要求掌握物料衡算、电压衡算、能量衡算的计算方法与影响因素。
（5）电化学体系的传输过程：要求掌握在三维电极、隔膜和离子交换膜中的传质过程。
（6）电流分布：要求了解三维电极中的电流和电位分布。
（7）电化学反应器设计：要求了解几种电化学反应器的结构及特点、结构设计和结构材料。
3、实践（含实验、上机等）环节要求本课程为课堂教学，不含实践环节。
4、能力培养要求（1）分析能力的培养培养学生能针对具体问题进行分析，结合电化学工程学原理和所学的基础理论知识，解决一些较为复杂的工业电化学过程中的现象和问题。
（2）自学能力的培养通过本课程的学习，培养和提高学生对所学知识和规律进行整理、归纳、总结和消化吸收的能力；能围绕教学内容，阅读参考书籍和资料，自我扩充知识的能力。
（3）表达能力的培养主要通过课堂作业和讨论，学会简明扼要的表达自己解决问题的思路和步骤的能力。
（4）工艺设计能力的培养培养学生学会独立思考，深入钻研各工业电化学过程与工艺的特点，经济合理地进行设计选择和正确计算。
高中化学 第四章 电化学基础本章整合课件 新人教版选修4
专题1 专题2 专题3 专题4 专题5
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【例题1】 关于如图所示装置的叙述,正确的是( )
A.铜是阳极,铜片上有气泡产生
B.铜片质量逐渐减少
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.氢离子在铜片表面被还原
答案:D
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点拨首先根据装置特点判断此装置为原电池;其次,根据两极材
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电解问题的解题步骤 1.明确电极反应规律 (1)阴极:得电子,还原反应。 ①(一般)电极本身不参加反应;②一定是电解质溶液中阳离子“争” 得电子。 (2)阳极:失电子,氧化反应。 ◆ 全书优质试题随意编辑 ◆ 课堂教学流程完美展示 ◆ 独家研发错题组卷系统 ①若为金属(非惰性,Au、Pt除外)电极,电极失电子;②若为惰性 电极,电解质溶液中阴离子“争”失电子。
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2.准确判断离子放电顺序 离子的放电顺序主要取决于离子的本性,还与离子的浓度、溶液 的酸碱性有关。 (1)阳离子放电顺序:
Ag+、Hg2+、Fe3+、Cu2+、H+、
(水溶液中只考虑此部分)
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料判断电极名称,依据原电池工作原理分析各选项。
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电解池的工作原理
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高中化学第四章电化学基础章末系统总结新人教版选修4
第四章电化学基础一、重知点识梳理二、实验专项探讨——金属侵蚀条件的实验探讨阻碍金属侵蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面，就金属的本性而言，金属越活泼，就越易失去电子被侵蚀。
介质对金属侵蚀的阻碍专门大，若是金属在潮湿的空气中，接触侵蚀性气体或电解质溶液，都容易被侵蚀。
即时训练某探讨小组用铁钉被侵蚀的快慢实验，来研究避免钢铁侵蚀的方式。
所用试剂有：材质相同无锈的铁钉数个，必然量的食盐水、碳酸水、植物油，实验温度为298 K或308 K，每次实验取用铁钉的数量相同，液体体积相同且足量，用大小相同的试管实验。
(1)请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：实验编号T/K试管内取用液体实验目的①298 食盐水(Ⅰ)实验①和②探究不同电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响(Ⅱ)实验①和________探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响(Ⅲ)实验①和________探究铁钉是否接触电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响②③④(2)请依照上述实验，判定下列有关钢铁制品防腐的说法正确的是________(填字母)。
A．在铁门、铁窗表面涂上油漆B．自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐方法，因此不需要停放在能遮雨的地址C．家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处D．把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且组成回路，可减少铁闸门的侵蚀速度解析：(1)实验Ⅰ探讨不同电解质对铁钉侵蚀快慢的阻碍，因此保证温度不变(仍为298 K)，改变电解质(选用碳酸水)。
实验Ⅱ探讨温度对铁钉侵蚀快慢的阻碍，因此保证电解质不变(仍为食盐水)，改变温度(选308 K)。
实验Ⅲ探讨铁钉是不是接触电解质溶液对铁钉侵蚀快慢的阻碍。
因此保证温度不变(仍为298 K)，改变试管内液体(选植物油)。
(2)A项涂油漆爱惜铁窗，使铁窗与周围物质隔开，正确；自行车放在干燥处，不易形成原电池，能降低侵蚀速度，B错误，C正确；D项挡水铁闸门应与直流电源的负极相连，使之作电解池的阴极，才能起到爱惜作用，D错误。
选修四第四章电化学资料
根据电极反应式，ｂ电极生成０ .１２５摩尔气体，为２ .８升；ｃ电极生成０ .２５摩尔铜，为１６ｇ。 甲丙烧杯都相当于电解水，乙烧杯相当于电解质和水都被电解了。则甲增大，因为相当于电解水；乙
减小， OH－放电， H ＋增多。丙不变，相当于电解水。
如果乙中的铜反应完了，水中的氢离子会继续放电，反应也就变成了电解水。
有外接电源，推知这是电解池。甲乙丙为串联电路。由
c 级质量增加，推知 c 为阴极，则Ｍ为电源正极，
Ｎ为电源负极。 ｂ与电源负极相连， ｂ为阴极， 电解 NaOH 相当与电解水， 电极反应式为 4OH－-4e －=2H2O+
O2 ↑。这是前两问，很基础。下面的两问设计计算，难度增加了，要求学生有一定的应变能力，对知识灵
铬离子。这样我们就可以联想到如果铁做金属阳极就可以失去电子变为亚铁离子，提供了还原剂。在电解
池的阴极， 根据放电顺序， 水电离的氢离子放电， 水的电离平衡向正反应方向移动， 氢氧根离子浓度增大，
pH 值增大。但要注意的是此题要求用电极反应解释，一定按要求答题。联系题中信息，亚铁离子做还原 剂本身被氧化为铁离子，所以生成的沉淀中应该还有氢氧化铁沉淀。
答案： （ 1）①正极 ② 4OH－-4e －=2H2O + O2↑。
③ 2.8L ④ 16g ⑤甲增大，因为相当于电解水；乙减小，
OH－放电， H ＋增多。丙不变，相当于电解水。
(2) 可以 因为 CuSO4 溶液已转变为 H2SO4 溶液，反应也就变为水的电解反应
例２
2011 年天津卷
10．（ 14 分）工业废水中常含有一定量的
负极： 正极：
总电极：
（ 2） 金属腐蚀快慢的顺序：
四、
电解池的阳极大于原电池的负极大于空气中放置大于原电池的正极大于电解池的阴极 重难点突破
第四章 电化学工程概要
第二节 电压衡算与能量衡算
一、电压衡算 电流通过电解槽时，槽电压U为
U Ed A K IR Ed U
ΔU为槽电压与理论分解电压之差，包括阳极过电位、 阴极过电位和电解槽内的欧姆电压降(电解液、隔膜、 电极、集流,等欧姆电压降)。 降低槽电压，需减少各项电压数值。ηA和ηK的大小与 电极材料、结构有关。Ed由电解反应的本质所决定。 例如隔膜法电解食盐水的阴极析氢反应，若用氧还原 反应代替，则理论分解电压降低50％。∑IR使部分能 量转变为热而损失掉。
(2)由传导、对流、辐射(高温要考虑)产生的热流量
q2 q传 q对 q辐
q传 A L(T1 T2 )
式中：A为面积，λ为热导率，L为平壁传导体的厚 度，(T1-T2)为温度差
q对 A (T液 T固 )
式中：a为热传递系数，T固为固相表面温度，T液为流 体相温度 4 4
dQ H UI ( )I dt nF
对于电解水： 总反应 阴极反应为 阳极反应为
1 H 2O H 2 O2 2
2H 2e H 2
1 2OH O2 H 2 o 2e 2
已知80℃时上述反应的
G o 222.8kJ mo 11 , H 283.7kJ mo 11
由此算出 Ed G / nF 222.8 103 / 2 96500 1.154 V
U tn H / nF 283.7 103 / 2 96500 1.470 V
采用铁作阴、阳极，在80℃、电流密度为500 A· m-2时， 从前面例子得知ηA=0.419 V，ηK=0.264 V。KOH溶液、 隔膜的电导率，极间距离，隔膜厚度也采用前面例子 的数据，依次为112 S· m-1，35 S· m-1，10mm,3mm。当 电解流为6000 A时，两电极的面积均为12 m2，用上述 数据算出槽电压U为2.027 V。因此电解槽要维持等温操 作，需要转移到环境的热为:
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图4.1的N0、N1和N2分别是盐水进料、越过隔膜的溶 液和阴极室排出液的体积流速(m3· s-1)；c0、c1和c2是 对应溶液中NaCl的浓度(mol· m-3)；Gl和G2为单位时间 内C12和H2的产量(kg· s-1)。 解：(1) 以整个电解槽为衡算体系，衡算时间为1s， 则可列出以下衡算式： 氯气(2C1-→Cl2+2e)的质量衡算：
I G1 ( ) 71 2F
.
(Cl2,71 g/mol) (H2,2 g/mol)
氢气(2H+→H2+2e)的质量衡算：
I G2 ( )2 2F
.
氯原子的摩尔数衡算:
I N 0 c0 N 2 c 2 F
钠原子的摩尔数衡算：
1 N 0 c0 N 2 c 2 (1 0.92) 总质量衡算：
N 2 N1 G
电解产物的生成速度G与通过的电流有关，根据 法拉第定律，G可表示为 I G nF V为电化学反应式中该物种的化学计量数，n 为反应电 子数。如果电极上有副反应，或产物在电解液中有二 次反应，则上式还要乘上电流效率。
图4.1 生产氯气的电解槽； 1-阳极；2-隔膜；3-阴极
(自阳极Cl-至阴极Cl-=自阴极Cl-至阳极Cl- + 排出液Cl-)
钠原子的摩尔数衡算：
I 1 N 1c1 (1 t ) N 2 C 2 (1 ) F 0.92
(自阳极至阴极Na+=排出液中的NaCl与NaOH之和)
已知 c0 , 0 , 1 , 2 , I , t ，而G1和G2可由可求， 因此，可以计算 N 0 , N1 , N 2 , c1 , c2 计算结果为:
物料衡算是指对一个生产过程或一个设备系统内所有 进入、离去、积累或耗损的物料，进行质量和组成方 面的衡算。其理论依据是质量守恒定律。化学生产过 程中，物料流动，体系与环境发生质量的交t
dm/dt为体系中某一物种的积累量随时间的变化，N1 和N2为单位时间内该物种进入和离开体系的质量， G为该物种在体系中生成(正值)或消耗负值)的速度 (单位为mol· s-1。)。在稳定条件下，dm/dt=0，于是
(排出NaOH，未反应 NaCl之和)
0 N 0 2 N 2 G1 (1 0.5) G2 (1 22)
(进料) (排出液) (Cl2(H2O)) (H2(H2O))
(2) 以阴极室为衡算体系(图中虚线)，衡算式如下： 氯原子的摩尔数衡算:
t I N1c1 N 2 c2 F
第二节 电压衡算与能量衡算
一、电压衡算 电流通过电解槽时，槽电压U为
U Ed A K IR Ed U
ΔU为槽电压与理论分解电压之差，包括阳极过电位、 阴极过电位和电解槽内的欧姆电压降(电解液、隔膜、 电极、集流,等欧姆电压降)。 降低槽电压，需减少各项电压数值。ηA和ηK的大小与 电极材料、结构有关。Ed由电解反应的本质所决定。 例如隔膜法电解食盐水的阴极析氢反应，若用氧还原 反应代替，则理论分解电压降低50％。∑IR使部分能 量转变为热而损失掉。
例：生产氯气用的隔膜 电解槽(图4.1为示意图) 为例，进行物料衡算。
已知：将65℃含有5.39 kmol· m-3 NaCl的溶液输入电解 槽中。阳极室温度为95℃，每kg氯气带走0.5kg水离开 阳极室。阴极室温度为100℃，每lkg氢气含22 kg水蒸 气离开阴极室。电解槽在150 kA电流下稳定工作，阴 极电解液中NaOH与NaCl的摩尔比为l:0.92。
电解液的电阻Rs服从欧姆定律，与反应器的构型有关。 平行板反应器中电极之间的溶液电阻为：
l R.s A
k为电导率，l为电极间的距离，A为面积。 圆柱状反应器中，两个同心圆筒电极之间的溶液电 阻为 r0 1 Rs ln( r ) i 2KL L为圆筒长度，r0和ri为外筒与内筒的半径。
当电解过程中有气体产生时，一方面气泡覆盖电极表 面，使有效反应面积减少，另一方面气泡分散在溶液 中，使表观电导率降低，引起槽电压的增加。 Bruggemann提出气液混合物的电导率有如下关系：
N0 5.536104 m3 s 1
N1 5.36010 m s
3
4
1
N 2 4.733104 m3 s 1
阳极液中NaCl浓度为254.2 kg· m-3, 阴极液中含176.5 kg· m-3 NaCl和131.3 kg· m-3 NaOH。 此外，通过衡算尚可求得氯气和氢气的产量均为 0.7772 mol· s-1。 由实验电解槽测得: 阳极液中含266.1 kg· m-3， 阴极液中含140 kg· m-3 NaOH， 进料速度为5.4×10-4 m3· s-1， 与计算值相当一致，表明上述简单模型很好地反映 工业电解槽的行为。
第四章 电化学工程概要
第一节物料衡算 使一个电化学反应变成电解产品，即进行 电化学工业生产，必需考虑电化学工程。 电化学工程的基本内容包括：基础(电化学 热力学、电化学动力学、物料衡算和能量 衡算原理、电化学传输过程、电流和电位 分布理论等)，应用(电化学反应器的理论 分析与设计、放大方法、过程的经济优化、 实验室与中试车间的实验技术、过程控制 等)。本章扼要介绍物料衡算和能量衡算、 主要的经济技术指标、电化学反应器的设 计。
试利用上述数据计算： ①进入电解槽，跨越隔膜和离开电解槽溶液的 体积流速(m3· s-1)； ②阳极电解液和阴极电解液的组成。 假设：(a)OH-不会迁移越过隔膜，Cl-的迁移数t-为 0.58；(b)离开电解槽的流速降低是由于水的蒸发和 反应的消耗，从而减小液体体积所致；(c)溶液进入 阳极室后温度立即变为与该室的温度相同；(d)阴、 阳极反应的电流效率均为100％；(e)各种溶液具有与 水相同的密度(kg· m-3)，即