【精品】人教版高中化学电化学

第讲电化学
知识必备
一、原电池和电解池
1、池型的判断
①看是否有外接电源，有为电解池，没有为原电池。

②多池组合，两极活泼性差异最大的一池为原电池，其余为电解池。

2、电极的判断
（1）原电池
①根据电极材料判断：一个电极与电解质反应，一个不反应，则反应的电极为负极；两个电极都反应，则活泼的电极为负极。

（2）电解池
①与电源的正极相连的为阳极，与电源的负极相连的为阴极。

二、原电池电极反应的书写
1、原电池电极反应的书写
→负极：负极材料失电子
正极：电解质反应，电解质的离子得电子；电解质不反应，氧气得电子
→质量守恒
→电荷守恒
【特别提醒】
①电极反应生成的产物与电解质溶液中的粒子是否共存。

若不共存，则该粒子写入电极反应式；
②熟记电极反应
酸性中：4H++O2+4ｅ=2H2O
中性或碱性中：2H2O++O2+4ｅ=4OH-
2、燃料电池电极反应式的书写
①写出电池总反应式：燃料电池的总反应相当于燃料在燃烧，然后再看燃烧产物与电解质溶液是否发生反应，能反应的电解质离子参加反应，从而得总反应。

②写出电池的正极反应式：一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：
情况一酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O
情况二碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-
情况三固体电解质（高温下能传导O2-）环境下电极反应式：O2+4e-=2O2-
情况四熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境下电极反应式：O2+2CO2+4e－＝2CO 2
3
③写出电池的负极反应式：电池的总反应式—电池正极反应式（电子要相等）
【燃料电池负极书写技巧】
有机物中的碳生成CO2，氢生成H+，再看电解质中的离子与这些物质是否反应。

特别注意在中性条件下，氢不能生成H+，而是生成水。

三、电解池电极反应的书写
1、电解池中电极反应式的书写
→阳极：首先看阳极材料，若为金属（除Pt、Au），金属失电子；不为金属，则溶液中的阴离子失电子阴极：溶液中的阳离子得电子
→质量守恒
→电荷守恒
【特别提醒】
①熟记电极反应4OH--4ｅ=2H2O++O2↑
②电解池放电顺序的判断
（+）阳极失电子顺序：金属（Pt、Au）＞S2-＞SO32-＞I-＞Fe2+＞Br-＞Cl-＞OH-
（-）阴极得电子顺序：溶液中阳离子得电子Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Fe2+
四、电极反应与总反应的相互转化
1、电极反应写总反应
①电子相等相加
②看来源
③配平
2、总反应写电极反应
①确定电极和电极产物
②用质量守恒定律加入物质
③配平
五、常识
1、电镀
（1）电极要求：阳极——镀层金属，阴极——待镀金属 （2）电镀液——含有镀层金属离子的电解质溶液 2、金属的提纯
提纯的金属放在阴极，粗金属放在阳极 3、电池充电
电源的正极要连接原电池的正极
能力提升
一、电解池及原电池的应用——金属的防护
1、 金属腐蚀快慢的判断
电解原理引起的腐蚀﹥原电池引起的腐蚀﹥化学腐蚀﹥有防护措施的腐蚀
2、 金属的防护方法 ① 改变金属的内部结构 ② 覆盖保护层
③子的一边一边，牺牲的放在失电要保护得放在的电子的护法电解池保护法：阴极保正原电池保护法：牺阴护电化学保护法⎭⎬⎫⎩
⎨⎧
二、判断电解池溶液的PH 值变化
1、判断电极PH 变化：写出电极反应
2、判断溶液PH 变化
法一：写出总反应，判断PH 。

【特别提醒】若总反应为电解水，则看原溶液的酸碱性，原溶液是酸性，则PH 变小；原溶液时碱性，则PH 增大；原溶液时中性，则PH 不变。

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一、原电池、电解池中电极的判断
1、根据电化学的反应原理进行判断
原电池中，得电子为正极，失电子为负极 电解池中，得电子为阴极，失电子为阳极
2、根据实验现象进行判断
3、根据电解质溶液中离子的移动方向判断
【例1】分析图1中甲、乙各为什么装置，并判断出各装置中的电极。

【例2】某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验（图3）。

滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。

根据现象判断直流电源的正负极和电解池的阴阳极。

【例3】在图5中，溶液中的H +都是往右移动并在右边电极上产生H 2，试判
断各装置中的电极。

【变式训练】
1、分析图2是什么装置，并判断装置中的a 、b 电极。

2、图4为用惰性电极电解CuCl 2溶液并验证其产物的实验装置。

试判断a 、b 分别为电源的哪一极。

甲 图1 乙
图
图 3
图 5
KI 淀粉 溶液 CuCl 2
溶液
图4
二、电极反应式的书写
1、根据总反应书写电极反应
2、燃料电池的电极反应
3、常见金属腐蚀的电极反应
【例4】高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。

高铁电
池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，分别写出放电时的负极反应
和充电时的阳极反应。

【例5】以二甲醚(CH3OCH3)、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。

该电池中负极上的电极反应式是。

【例6】家中铁锅炒菜后常沾有少量盐水，放置一段时间后很快就会产生铁锈，这其中就是发生了电化学腐蚀。

，请写出相应的电极反应。

【变式训练】
1、科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。

电池负极反应为（）
A、H2 + 2OH— =2H2O+2e—
B、O2 + 4H+ + 4e— = 2H2O
C、H2 = 2H+ + 2e—
D、O2 + 2H2O + 4e— = 4OH—
2、图7是2004年批量生产的笔记本电脑所用甲醇燃料电池的结构示意图。

甲醇在催化剂作用下提供质子（H+）和电子，电子经外电路、质子经内电
路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O.
标出正负极并写出该电池的电极反应。

图7
3、一种新燃料电池，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（Z r O2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。

下列对该燃料说法正确的是（）
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
4、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混和物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混和气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。

完成有关的电池反应式：
总电池反应式；
负极反应式；正极反应式。

三、电化学的综合应用
【例7】工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。

电解槽内装有阳离子
交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图8所示。

①该电解槽的阳极反应式是 。

②通电开始后，阴极附近溶液pH 会增大，请简述原因 。

③除去杂质后氢氧化钾溶液从液体出口 （填写“A”或“B”）导出。

【例8】下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g 5.00%的NaOH 溶液、足量的CuSO 4溶液和100g 10.00%的K 2SO 4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K 2SO 4浓度为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？ 【例9】钒（V ）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域． （1）V 2O 5是接触法制硫酸的催化剂．
①一定条件下，2SO 与空气反映t min 后，2SO 和3SO 物质的量浓度分别为a mol/L 和b mol/L, 则2SO 起始物质的量浓度为 mol/L ；生成3SO 的化学反应速率为 mol/(L·min) ．
）
图
甲 乙 丙
②工业制硫酸，尾气
SO用_______吸收．
2
（2）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如题29图所示．
①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为．
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由色变为色．
③放电过程中氢离子的作用是和；充电时若转移的电子数为3.01 1023个，左槽溶液中n(H+)的变化量为．
【例10】下图是一个化学过程的示意图。

已知甲池的总反应式为：
（1）请回答图中甲、乙池的名称。

甲电池是装置。

（2）请回答下列电极的名称：A（石墨）电极的名称是。

（3）写出电极反应式：
通入CH3OH的电极的电极反应式是。

B（Ag）电极的电极反应式为，
（4）乙池中反应的化学方程式为。

（5）当乙池中B（Ag）极的质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2mL（标准状况下）；此时丙池某电极析出0.60g某金属，则丙池的某盐溶液可能是（填序号）
A．MgSO4B．CuSO4C．Na2SO4D．AgNO3
【变式训练】
1、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、在镀件上电镀锌，用锌作阳极
2、以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成然料电池。

该电池中负极上的电极反应式是：。

3、新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位，可用作节能环保电动汽车的动力电池。

磷酸亚铁锂（LiFePO4）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：
方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH3COO)2Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。

方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。

沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。

在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：
请回答下列问题：
（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。

其原因是
_______________________________________________________________________________。

（2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有_________________、
_________________、_________________（填化学式）生成。

（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为
_______________________________________________________________________________。

（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：
（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为
4、按右图电解氯化钠的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总反应方程式：。

将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中，观察到得现象是__________。

5、用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH)表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池。

电池充放电时的总反应为：
NiO(OH)+MH放电2+M
①电池放电时，负极的电极反应式为。

②充电完成时，Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。

若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极反应式为
强化训练
1、下列图示中关于铜电极的连接错误
．．的是（）
2、用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（）
A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:2
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:1
3、关于电解NaCI水溶液，下列叙述正确的是（）
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴人KI溶液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴人酚酞试液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后落液呈中性
4、把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氯化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、
镁、铝的物质的量之比为（）
A．1︰2︰3 B．3︰2︰1 C．6︰3︰1 D．6︰3︰2
5、下列用来表示物质变化的化学用语中，正确
．．的是（）A．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为：2Cl－－2e－= Cl2↑
B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2 + 2H2O+ 4e- =4OH－
C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为：Cu －2e－=Cu2+
D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe－2e－=Fe2+
6．可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。

下列说法正确的是
A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e-＝Al(OH)3↓
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
7．下列叙述不正确
．．．的是
A．铁表面镀锌，铁作阳极
B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀
C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：--
22
O+2H O+4e4OH
=
D．工业上电解饱和和食盐水的阳极反应：--
2
2Cl-2e=Cl↑
8．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放电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
9．据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在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，电解液中的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
10、如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。

将电源接通后，向乙中滴入酚酞液，在F极附近显红色。

试回答以下问题：
(1) 电源A极的名称是。

（2）甲装置中电解反应的总化学方程式是。

（3）如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是。

（4）欲用丙装置给铜镀银，G应该是，电镀液的主要成分是(填化学式)。

11、按下图装置进行实验，并回答下列问题
⑴判断装置的名称：
Zn C2
C
u
C1
A B
CuSO4溶液KCl酚酞溶液
A池为B池为
⑵铜极为__________极，电极反应式为
石墨棒C1为______极，电极反应式为
石墨棒C2附近发生的实验现象为
⑶当C2极析出224mL气体（标准状态时，锌的质量变化（增加或减少）g。

CuSO4溶液的质量变化了（增加或减少了）g
12、（1）肼(N2H4)又称联氨，在常温下是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。

已知在l0lkPa时，32．0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气和H2O，放出热量624kJ(25℃时)，N2H4完全燃烧的热化学方程式
是。

（2）肼一空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20％～30％的KOH溶液。

肼一空气燃料电池放电时：正极的电极反应式是；负极的电极反应式是。

（3）下图是一个电解过程示意图。

①锌片上发生的电极反应式是。

②假设使用肼一空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128g，则肼一空气燃料电池理论
上消耗标准状况下的空气L(假设空气中氧气体积分数为20％)。

（4）传统制备肼的方法是以NaClO氧化NH3，制得肼的稀溶液，该反应的离子方程式是。