电化学基础

电化学基础
一.考点解析
考点1：原电池
⑴定义：原电池——将化学能转化为电能的装置。

⑵组成条件：
①两个活泼性不同的电极。

通常用活泼金属做负极，用不活泼金属或可以导电的非金属
做正极。

②电解质溶液：一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应或做氧气的载体。

③通过导线连接电极（或电极相互接触），形成闭合回路。

④(实质条件)：通过自发的氧化还原反应中的电子转移，在外电路上形成电流。

(3)、原电池中的几个判断
①正极负极的判断：
正极：活泼的一极负极：不活泼的一极
②.电流方向与电子流向的判断
电流方向：正→负电子流向：负→正
电解质溶液中离子运动方向的判断
阳离子:向正极区移动阴离子:向负极区移动
⑷电极反应的书写方法：
①首先确定氧化还原反应的总化学方程式；
②根据化学反应确定原电池的正、负极，发生氧化反应的一极为负极。

③由反应物和生成物结合电解质溶液写出负极的电极反应。

④较繁电极反应式=总反应式-简单电极反应式.一般情况下用总反应方程式减去负极反应，
根据得失电子数目相同的原理写出正极反应的电极反应。

⑸应用：金属的腐蚀与防护
考点2：电解池
⑴将电能转化为化学能的装置。

⑵组成条件：
①外电源——提供电能
②导线——形成闭合回路
③电解质溶液——帮助实现能量转化
⑶实质：通过外加电源使不能自发进行的氧化还原反应得以实现。

⑷电解池中离子的放电顺序：
①阴离子氧化顺序为：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧根离子
②阳离子的还原顺序为：Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > > H+（与金属活动性顺序相反）
注意：书写阳极反应时，首先要注意观察电极材料，当电极为C、Pt、Au等惰性电极时，根据阴离子放电顺序考虑溶液中的阴离子放电，若阳极本身为活泼金属材料，则首先考虑电极反应。

而阴极无论什么材料都不参与电极反应。

⑸用惰性电极电解电解质溶液的基本规律：
①电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4溶液等）的电解
阴极：4 H+ + 4 e—= H2↑阳极：4 OH—- 4 e—= 2 H2O + O2↑
总反应：2 H2O 电解2H2↑+ O2↑
②分解电解质型：无氧酸（除HF外），不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（CuCl2、HCl溶液）的电解（以CuCl2为例）
阴极：Cu2+ + 2 e—= Cu 阳极：2 Cl—- 2 e—= Cl2↑
总反应：CuCl2
电解
Cu +Cl2↑
③放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）（如NaCl、MgBr等溶液）的电解。

例NaCl溶液的电解
阴极：2 H2O + 2 e—= H2↑+ 2 OH—阴极：2 Cl—- 2 e—= Cl2↑
总反应：2 NaCl + 2 H2O 电解H2↑+ Cl2↑+ 2 NaOH
④放氧生酸性：不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4、AgNO3等溶液）的电解；以CuSO4溶
液为例：
阴极：2 Cu2+ + 4 e—= 2 Cu 阳极：4 OH—- 4 e—= 2 H2O + O2↑
总反应：2 CuSO4 + 2 H2O 电解O2↑+ 2 Cu + 2 H2SO4
⑹电解原理的应用：
①氯碱工业：2 Cl—+ 2 H2O
电解
H2↑+ Cl2↑+ 2 OH—
②电镀
考点3:金属的腐蚀：
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。

一般分为化学腐蚀（金属与接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀）和电化学腐蚀（不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而氧化而引起的腐蚀）。

电化学腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
②金属的防护措施
改变金属的内部结构（钢→不锈钢，在钢中加入镍和铬）
覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）
电化学保护①做原电池的正极
②做电解池的阴极
二．考查角度：
⑴理解原电池原理，初步了解化学电源；
⑵了解化学腐蚀与电化学腐蚀以及一般的防护方法；
⑶理解电解原理。

⑷了解铜的精炼、镀铜、氯碱工业反应原理。

⑸根据电化学反应判断电解质溶液的变化
⑹新型电池的反应原理以及它们的优势。

三、经典例题剖析
例1．(2007年高考全国理综卷II 10题)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
【解析】由题意可判断本题涉及的是原电池的知识，发生的总反应为Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑，活泼金属锌为原电池的负极，失去的电子沿导线流向铜片，H+在作为正极的铜片上得到电子后生成氢气，因此B、C项错误，所以H+向正极移动，而SO42—向负极移动，则负极附近的SO42－离子浓度逐渐增大。

【答案】 D
【点评】原电池中电子是由负极流向正极，电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

例2．(2007年高考广东理基25题)钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe ＋2H2O＋O2 = 2Fe2＋＋4OH－。

以下说法正确的是( )
A．负极发生的反应为：Fe－2e－= Fe2＋
B．正极发生的反应为：2H2O＋O2＋2e－
= 4OH－
C．原电池是将电能转变为化学能的装置
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
【解析】本题考查了学生对于电化学腐蚀的一般规律。

由原电池反应的化学方程式可知，属于铁在中性、弱酸性或碱性溶液条件下的腐蚀，为吸氧腐蚀，所以腐蚀的条件为有水以及与氧气接触，所以D项错误。

书写的电极方程式应该满足质量守恒、电荷守恒以及得失电子守恒。

B项的得失电子不守恒，错误。

原电池是将化学能转化为电能的装置，C项错误。

【答案】 A
【点评】电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍。

金属的腐蚀过程中金属为负极失去电子。

铁如果发生电化学腐蚀，失去电子只能生成Fe2+后，再被空气中氧气氧化为+3价的化合物。

进而生成铁锈。

例3．(2007年高考江苏卷11题)某同学按图所示的装置进行电解实验。

下列说法正确的是( )
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为：Cu＋H2SO4
电解
CuSO4＋H2↑
C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
【解析】本题考查的是电解池发生反应的情况。

由外电源的正极可以判断Cu为阳极，金属做阳极则发生氧化反应，Cu – 2e—= Cu2+，阴极上发生还原反应，电解质中的H+得到电子生成氢气，所以A、C项错误，B项正确；当溶液中溶解铜后含有Cu2+时，由于Cu2+的氧化性大于H+稀
H2
的氧化性，所以Cu2+在阴极发生还原反应，在碳棒上析出铜单质。

【答案】BC
【点评】电解池中若阳极为惰性金属或非金属时，则电极不发生反应，若电极为金属，则首先考虑到电极的反应。

例4．(2007年高考广东化学卷20题)三氧化二镍(Ni2O3)可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加放适量硫酸钠后进行电解。

电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍氧化为三价镍。

以下说法正确的是( )
A．可用铁作阳极材料
B．电解过程中阳极附近溶液的pH升高
C．阳极反应方程式为：2Cl－－2e－＝Cl2
D．1 mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了1 mol电子。

【解析】本题考查了电解后溶液的变化以及电子转移的情况。

根据题意电解时产生了Cl2，发生的是氧化反应，所以推断这一反应发生在阳极，所以A项错误，C项正确；阳极生成的Cl2与OH—反应生成ClO时要消耗OH—，所以pH降低，B项错误。

由得失电子与化合价的关系可知D项也正确。

【答案】CD
【点评】电解池中氧化反应与还原反应得失电子的数目相同，氧化反应发生在阳极，还原反应发生在阴极。

例5．(2007年高考理综天津卷13题)天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。

锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2)，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌
入电池负极材料碳(C6)中，以LiC6表示。

电池反应为LiCoO2＋C6充电CoO2＋LiC6，下列说
法正确的是( )
A．充电时，电池的负极反应为LiC6－e－= Li＋＋C6
B．放电时，电池的正极反应为CoO2＋Li＋＋e－= LiCoO2
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低
【解析】本题考查了电解池和原电池的综合应用能力。

充电时，Li被氧化，为电解池的阳极，所以A项错误；在整个电极反应过程中，Li+起着转移电子的作用，但如果电解质溶液中含有H+，H+得电子能力大于Li+，则首先放电的是H+，所以C项错误。

由于金属Li的密度小，所以单位质量的Li失去电子的物质的量大，因此其比能量比其他金属大。

当电池放电的情况下，正极得到电子，Li+得到电子进入到CoO2中。

【答案】 B
【点评】当电池充电时表现为电解池，发生氧化反应的一极为阳极，放电时表现为原电池，负极失去电子发生氧化反应。

例6．(2007年高考海南化学卷14题) 依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。

请回答下列问题：
⑴电极X的材料是________；电解质溶液Y是___________；
⑵银电极为电池的________极，发生的电极反应为______________________________；
X电极上发生的电极反应为____________________________；
⑶外电路中的电子是从_______电极流向________电极。

【解析】由2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)可知，Cu发生氧化反应，为原电池的负极，所以X应该是铜单质；而正极材料不发生化学反应，所以还原反应应该发生在电解质溶液的阳离子上。

原电池的电子流向为负极到正极。

【答案】⑴铜(或Cu)；AgNO3溶液。

⑵正，Ag＋＋e－= Ag；Cu－2e－= Cu2＋。

⑶负(Cu)；正(Ag)
【点评】根据自发进行的氧化还原反应来设计电池时，要注意以下问题：电极材料、电解质溶液、电解质溶液的变化等。

四、强化训练及解答技巧
㈠选择题：
1．下列关于原电池的叙述正确的是（）
A．构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B．原电池是将化学能转变为电能的装置
C．原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原
D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
2．家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生
．．．的化学反应A．4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝4Fe(OH)3↓B．2Fe＋2H2O＋O2＝2Fe(OH)2↓
C．2H2O＋O2＋4e＝４OH－D．Fe－3e＝Fe3＋
3．1L 0.1mol/L的AgNO3溶液在以Ag作阳极，Fe作阴极的电解槽中电解，当阴极上增重
2.16g时，下列判断正确的是
A．电解质溶液的浓度变为0.08mol/L B．阳极上产生112mLO2(标况)
C．转移1.204×1022个电子D．反应中有0.01mol的Ag被氧化
Y
CuSO4溶液
4．如右图所示，○
A 为电流表，下列说法正确的是 A ．电流表○
A 的指针不发生偏转
B ．Al 是原电池的负极
C ．Mg 逐渐溶解
D ．随着反应的进行，电解质溶液的的PH 值增大
5．有人设计出利用CH 4和O 2的反应，用铂电极在KOH 溶液
中构成原电池。

电池的总反应类似于CH 4在O 2中燃烧，则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1molCH 4可以向外电路提供8mole -
②负极上CH 4失去电子，电极反应式CH 4+10OH -
－8e -=CO 32-+7H 2O ③负极上是O 2获得电子，电极反应式为 O 2+2H 2O+4e -=4OH -
④电池放电后，溶液PH 不断升高
A.①②
B.①③
C.①④
D.③④ ㈡填空题
1．如右图所示装置为在直流电的作用下电解CuSO 4溶液图，其中A 、B 为石墨电极，a 、b 为电源的两极，当接通电源后，通电一段时间后，将B 电极取出洗干净并干燥后称量其质量增加了3.2g ，则：
⑴a 为电源的 极。

⑵写出电极反应方程式：A ，B 。

⑶如果想使反应溶液恢复到原来状态，应该加入 ，加入 g 。

2．熔融盐燃料电池具有高的发电效率，可用Li 2CO 3和Na 2CO 3的熔融盐混合物作电解质，CO 为阳极燃气，空气与CO 2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。

完成有关的电池反应式：
负极反应式：2CO+2CO 32--4e -→4CO 2 正极反应式： 总反应式：
㈢实验题
有甲、乙两位学生均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均使用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol·L －1H 2SO 4溶液中，乙同学将电极放入6mol/L 的NaOH 溶液中，如下图：
⑴写出甲池中正极的电极反应式： ； ⑵写出乙池中负极的电极反应式和总反应的离子方程式： 负极： ；
总反应的离子方程式： 。

⑶如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属
应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出 活动性更强，而乙会判断出
活动性更强(填元素符号)。

⑷由此实验，可得到如下哪些正确结论？( )
A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质。

B.镁的金属性不一定比铝的金属性强。

C.该实验说明金属活动顺序表已过时，已设有实用价值。

D.该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析。

⑸上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动性顺序表 判断原电池中的正负极”这种做
法 (可靠，或不可靠)。

如不可靠，请你提出另一个判断原电池正负极的可行实验方案 (如可靠，此空可不填)。