高中化学选修四《专题五、电化学基础》讲义

高中化学选修四《专题五、电化学基础》讲义

一、原电池

1、概念：把化学能转化为电能的装置

举例：铜锌原电池

分析：该电池工作过程

2、构成条件

（1）利用能自发进行的氧化还原反应（放热反应）

举例：锌与硫酸反应、锌与硫酸铜溶液反应、FeCl3与Fe反应、Cu与浓硝酸反应等问题：能不能用盐酸和NaOH反应来设计原电池呢？

（2）电极材料

Zn、Cu、Fe、Ag、C（石墨）、Pt等

正、负极材料有可能参与放电，也可能均不参与

举例：（书写电极反应式）

铜锌原电池：Zn—Cu—H2SO4(aq)

氢氧燃料电池：Pt(H2)—Pt(O2)—H2SO4(aq)

铅蓄电池：Pb—PbO2—H2SO4(aq)

（3）电解质

电解质溶液

Cu—石墨—稀HNO3

熔融盐电解质（高温）

CO—O2(混有CO2)—熔融K2CO3

NO—O2(混有N2O5)—熔融KNO3（总反应生成N2O5）

固体电解质（允许某些离子穿过）

H2—O2—固体膜（允许O2-穿过）

（4）闭合回路

外电路：电子移动，也可能是电极材料直接接触（铁的腐蚀）

内电路：离子移动，电解质内可用盐桥或离子交换膜

电荷移动方向一致，形成闭合回路。

3、工作原理：负氧正还

负极反应：失电子发生氧化反应

正极反应：得电子发生还原反应

电子：负极移出、正极移入（外电路）

电流：外电路：正极→负极；内电路：负极→正极

离子：通常阳离子移向正极、阴离子移向负极（内电路）

4、电极反应式书写

总反应式=正极反应式+负极反应式（保证电子相等）

练习：

Zn—Fe—稀硫酸

Fe—石墨—CuSO4溶液

Cu—石墨—稀硝酸

Fe—石墨—FeCl3溶液

Al—Mg—NaOH溶液

Cu—Ag—AgNO3溶液

H2—O2—H2SO4(aq)

H2—O2—NaOH(aq)

H2—O2—固体膜(允许O2-穿过)

CO—O2(混有CO2)—熔融K2CO3

NO—O2(混有N2O5)—熔融KNO3（总反应生成N2O5）

5、双液原电池

盐桥：一般在U形管中装有用浸有饱和KCl溶液的琼脂作为盐桥。工作时，盐桥中的钾离子向正极移动，氯离子向负极移动。

举例：

练习：

二、电解池

1、概念：把电能转化为化学能的装置。

举例：用惰性电极电解CuCl2溶液

总反应：Cu2++2Cl- 通电Cu+Cl2↑

2、电解原理：阳氧阴还

阳极：接电源正极，失电子氧化

阴极：接电源负极，得电子还原

离子移动：通常阳离子移向阴极、阴离子移向阳极电子移动：负极→阴极，阳极→正极

3、放电顺序

阳极：金属(Ag及以前) >S2->I->Br->Cl->OH-(水)>其他含氧酸根离子

注意：阳极Fe放电通常只生成Fe2+

其他离子是否放电，可根据题意来分析（如SO32-、Fe2+等）

阴极：Ag+(>Fe3+)>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)

注意：（1）注意阳极是活性材料还是惰性材料。

（2）看清电解质是水溶液还是熔融物。Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只有在熔融状态下才放电。

举例：（1）以Fe为电极，电解NaCl溶液

（2）用惰性电极电解NaCl溶液

（3）用惰性电极电解熔融NaCl

4、用惰性电极电解水溶液类型

（1）电解溶质型

电解CuCl2溶液

（2）电解水型

电解Na2SO4溶液（或H2SO4、NaOH）

（3）放氢生碱型

电解NaCl溶液

（4）放氧生酸型

电解CuSO4溶液

5、电解原理的应用

（1）氯碱工业（阳离子交换膜）

阳极材料：石墨

阴极材料：铁

阳极反应：

阴极反应：

离子移动：

（2）电镀

铁表面镀铜（也可镀锌）

（3）电解精炼铜

阳极材料：粗铜（混有少量金银铁锌等金属）阴极材料：纯铜

阳极反应：

阴极反应：

阳极泥：

（4）电冶金

冶炼Na、Ca、Mg、Al等活泼金属

电解熔融的NaCl、CaCl2、MgCl2、Al2O3

6、书写电极反应式举例

（1）惰性电极电解MgCl2溶液

阳极：__________________________

阴极：_____________________________

总反应式__________________________

（2）电解MnSO4溶液制MnO2

阳极：____________________________

（3）电解Pb(NO3)2和Cu(NO3)2混合溶液来制备PbO2

阳极：__________________

若不加Cu(NO3)2会导致PbO2产率降低，原因是________________ （4）（2017江苏单科卷）

阳极电极反应式____________________________，

阴极产物A是____________

（5）（2015山东理综卷）