电化学基础专题讲座

右玉一中
知识点要求
1. 了解原电池、电解池的工作原理，了解常见化 学电源的种类及其工作原理。 2．能写出电极反应式和电池反应式。 3．了解电解原理的实际应用。 4．理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的 危害及防止金属腐蚀的措施。
重点知识整合
一、原电池、电解池电极反应式及总反应式的书写
分析电极材料
【例 3】 (2010·江苏，11)下图是一种航天器能量储存系统
原理示意图。下列说法正确的是
(C )
A．该系统中只存在 3 种形式的能量转化 B．装置 Y 中负极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－
===4OH－ C．装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置 X、Y 形成的子系统能实现物质的零排放，并能
1．只有氧化还原反应才有电子的得失，只有自发 的氧化还原反应才可能被设计成原电池如 Fe＋Cu2＋ ===Fe2＋＋Cu，非自发氧化还原反应可能被设计成电
电解 解池如 Cu＋2H2O ===== Cu(OH)2＋H2↑。
[例6] (2010·北京理综)下列有关钢铁腐蚀与防
护的说法正确的是( B )
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐 蚀
D ． 钢 铁 发 生 析 氢 腐 蚀 时 ， 负 极 反 应 是 Fe － 3e － ===Fe3＋
惰性电极电解规律：
类型 电极反应特点
实例
电解 电解质 对象 浓度
PH
电解质溶 液复原
电解 水型
阴:4H++4e-=2H2↑ NaOH
阳:4OH--4e-
H2SO4
水
=O2↑+2H2O
Na2SO4
电解质电离出的 电解电 阴阳离子分别在
HCl 电解 质本
解质型 两极放电
CuCl2 身
增大
①有氢 有氧增 原性; ②无氢 无氧减 原性; ③有氢
确定电
分析电 质量守恒
和溶液介质 ―→ 极名称 ―→ 极反应 电―荷―守→恒
写出电极
写出总
反应式 ―→ 反应式
1．原电池的电极反应式和总反应式的书写方法 (1)确定正、负极的方法如下：
(2)书写步骤
一、关注新型化学电源的高考命题角度 新型电池一般具有高能环保，经久耐用，电压稳定，比能量高 等特点，取材于这些新型电池的试题，既能体现化学的实用性， 又能体现化学命题的时代性、新颖性，使试题在考查电化学知 识的同时，又能较好地考查学生分析、灵活解答问题的能力， 预测该种命题情景趋势将会继续。 1．可充电电池放电时电极极性判断及充电时与电源的连接 (1)放电时新型电池中正负极极材材料料元元发发素素生生化化氧还合合化原价价反反降升应应低高的的的的物物物物质质质质 (2)可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极 相连，原电池的正极与外电源的正极相连。
Ⅰ
Ⅱ
阳极：活泼电极>S2->I->Br->Cl-> OH- > 含氧酸根
阴极：Ag+>Fe3+&g3;>H+>Al3+>Mg2+>Na+
Ⅲ (大量，来 自于酸)
（少量，来
Ⅳ
自于水）
Ⅰ与Ⅲ区结合：电解电解质型 如CuCl2 Ⅰ与Ⅳ区结合：放氢生碱型 如NaCl Ⅱ与Ⅲ区结合：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3 Ⅱ与Ⅳ区结合：电解水型 如Na2SO4 H2SO4 NaOH
[例8]下图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分 别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一
段时间。下列有关描述错误的是( B )
A．生铁块中的碳是原电池的正极 B．红墨水柱两边的液面变为左低右高 C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－ 2e－===Fe2＋ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发 生了析氢腐蚀
2Ni(OH)2 下列有关该电池的说法不正确的是
(C)
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为 Ni2O3、负极为 Fe B．电池放电时，负极反应为 Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 C．电池充电过程中，阴极附近溶液的 pH 降低
D．电池充电时，阳极反应为 2Ni(OH)2＋2OH－－2e－ ===Ni2O3＋3H2O
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl B．每生成 1 mol Na2Mn5O10 转移 2 mol 电子 C．Na＋不断向“水”电池的负极移动 D．AgCl 是还原产物
(B )
【例 2】 (2011·新课标全国卷，11)铁镍蓄电池又称爱迪生电
池，放电时的总反应为 Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋
(2)若 ZnCl2－NH4Cl 混合溶液中含有杂质 Cu2＋，会加速某
电极的腐蚀，其主要原因是_锌__与__还__原__出__来__的__C_u_构__成__铜_____ _____锌__原__电__池__而__加__快__锌__的_腐__蚀__。
欲除去 Cu2＋，最好选用下列试剂中的____b____(填代号)。
a．NaOH
b．Zn
c．Fe
d．NH3·H2O
(3)MnO2 的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的 MnSO4 溶液。阴极的电极反应式是__2_H__＋_＋__2_e_－_=_=_=_H__2_↑_。
若电解电路中通过 2mol 电子，MnO2 的理论产量为_8_7__g。
【例 5】 (2010·大纲全国卷Ⅱ，29)右图是 一个用铂丝作电极，电解稀的 MgSO4 溶液的装置，电解液中加有中性红指示 剂，此时溶液呈红色。(指示剂的 pH 变 色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色— 黄色)
Fe2O3 ·nH2O （铁锈）
联 系
通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。
2．判断金属腐蚀快慢的规律
(阳1)电极解原腐理蚀引起>的负腐蚀极>原腐电池蚀原理>引起化的学腐蚀腐>化蚀学腐 蚀理>的>正有防防护极护)。腐腐蚀蚀措施>的阴腐蚀极(电腐解原蚀理的防护>原电池原
(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：
列比例求算。如：e－～H＋～OH－～Cl－等。
【例 4】 (2009·山东理综，29)Zn－MnO2 干电池应用广泛，
其电解质溶液是 ZnCl2－NH4Cl 混合溶液。 (1)该电池的负极材料是__Z__n_(或__锌__)___。电池工作时，电子
流向____正__极________(填“正极”或“负极”)。
(3)方程式法
根据电极反应式或电解总反应的化学方程式进行
相关计算。混合溶液的电解要分清阶段，理清两
极电解过程中的电子守恒。如电解CuSO4溶液开
始2CuSO4＋2H2O
2Cu＋2H2SO4＋O2↑，后
来2H2O
2H2↑＋O2↑。
(4)关系式法：借得失电子守恒关系建立已知量与
未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式，再
实现化学能与电能间的完全转化
➢电解池中电子的移动方向
e-
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e-
e-
e-
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电解氯化铜溶液微观模拟
2．电解池的电极反应式和总反应式的书写方法 (1)检查阳极电极材料并确定溶液中的离子种类。 (2)由放电顺序确定放电产物和电极反应。 ①阳极产物的判断 a．如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前， 包括Ag)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液 中的阴离子不能失电子；
条 件
水膜呈酸性
吸氧腐蚀 水膜呈中性或酸性很弱
负极Fe(- ) Fe-2e=Fe2+
2Fe-4e=2Fe2+
电 极
正极C(+)
2H++2e=H2↑
O2+2H2O+4e=4OH-
反 总反应: Fe+2H+=Fe2++H2↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2
应
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
(3)写出 B 管中发生反应的反应式：_4_O_H__－_－__4_e－_=_=_=_2_H__2O__＋_O__2↑_；
H 的常用检验方法是“爆鸣” (4)检2验
a
管中气体的方法是___用_拇__指__按__住_管__口__，__取__出_试__管__，____
管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声
法 ___________________________________________________；
回答下列问题：
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确
的是__①__④____(填编号)；
①A 管溶液由红变黄；② B 管溶液由红变黄；③ A 管溶液不
变色；④B 管溶液不变色
2H＋＋2e－===H2↑
(2)写出 A 管中发生反应的反应式：M__g2_＋_＋__2_O_H__－__=_=_M__g_(O__H_)_2↓；
O 的常用检验方法是木条复燃法 (5)检验 b 管中气体的方法是__用__拇_指__按__住__管_口__，__取__出__试_管__正__立__，
___2________放_开__拇__指__，_将__带__有__火__星_的__木__条__伸_入__试__管__内_会__复__燃_____；
(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到 的现象是_____溶__液__呈__红__色__，__白__色__沉__淀_溶__解_________________。
三、金属的腐蚀与防护
1. 金属腐蚀
实质： M－ne- = M n+（金属耗损）
类型： 化学腐蚀
电化学腐蚀
条件： 金属＋氧化剂接触 不纯金属＋电解质溶液
反应： 直接的氧化还原 反应，无电流
实例： 钢铁与Cl2接触 结果： 金属耗损
原电池反应，有电流 钢铁在潮湿空气里 较活泼金属耗损
电化学腐蚀
析氢腐蚀
b．如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶 液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电 顺序加以判断，常见阴离子放电顺序：S2－>I－ >Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F － 。 ②阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放 电顺序与金属活动性顺序相反，其中需注意： Ag＋>Fe3＋>Cu2＋。 (3)根据实际反应物写总电解方程式。
3．对溶液中离子的移动方向判断 放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴 离子移向阳极，阳离子移向阴极。
【例 1】 (2011·安徽理综，12)研究人员最近发明了一种 “水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别
进行发电，在海水中电池总反应可表示为 5MnO2＋2Ag ＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl 下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是
2．可充电电池电极反应式的书写方法 书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极 反应式。书写放电的电极反应式时，一般要遵守三步：第 一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出 参与负极和正极反应的物质；第二，写出一个比较容易书 写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解 质溶液共存)；第三，在电子守恒的基础上，总反应式减 去写出的电极反应式即得另一电极反应式。 充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极 反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负 极反应的逆过程。
强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐 蚀越快。
3.金属防腐方法
(1)改变金属的内部结构（制成防腐的 合金， 如不锈钢） （2）覆盖保护层（如喷油漆、电镀等） （3）电化学保护
a. 牺牲阳极的阴极保护法; b.外加电流的阴极保护法）
[例7]下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( C )
①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 ②当镀 锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作 用 ③海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了 牺牲阳极的阴极保护法 ④可将地下输油钢管与外加 直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
A．①② B．②③ C．①③ D．①④
“出什 么加什 么”( 加入阴 阳两极 逸出或
放H2生 碱型
阴:水放H2生碱 阳:电解质阴离 子放电
NaCl
电解
减小
无氧增 碱性;
析出) 物质所
质和
④有氧 对应的
阴:电解质阳离子
放O2生 放电 酸型 阳:水放O2生酸
CuSO4
水
无氢增 化合物
酸性.
2.主要计算方法 (1)电子守恒法 阴、阳两极转移电子的物质的量相等，若多个电 解池串联，则各电极转移电子的物质的量相等。 (2)电荷守恒法 电解质溶液中阳离子所带正电荷总数与阴离子所 带负电荷总数相等。要特别注意守恒关系式中换 算单位的统一，防止计算错误。