原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是 氧化还原反应 。

2 ． 原电池的构成条件

(1) 一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生 ( 一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应 ) 。

(2) 二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

(3) 三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ① 电解质溶液； ② 两电极直接或间接接触； ③ 两电极插入电解质溶液中。

3 ． 工作原理

以锌铜原电池为例

(1) 反应原理

(2) 盐桥的组成和作用

① 盐桥中装有饱和的 KCl 、 KNO 3 等溶液和琼胶制成的胶冻。

② 盐桥的作用： ① 连接内电路，形成闭合回路； ② 平衡电荷，使原电池不断产生电流。

(3) 图 Ⅰ 中 Zn 在 CuSO 4 溶液中直接接触 Cu 2 ＋ ，会有一部分 Zn 与 Cu 2 ＋ 直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。

图 Ⅱ 中 Zn 和 CuSO 4 溶液分别在两个池子中， Zn 与 Cu 2 ＋ 不直接接触，不存在 Zn 与 Cu 2 ＋ 直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。

关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。

【深度思考】

1. 原电池正、负极判断方法

说明 原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成 “ 活泼电极一定作负极 ” 的思维定势。

2 ．当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。

考点二　原电池原理的“四”个基本应用

1 ． 用于金属的防护

使被保护的金属制品作原电池 正极 而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

2 ． 设计制作化学电源

(1) 首先将氧化还原反应分成两个半反应。

(2) 根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

3 ． 比较金属活动性强弱

两种金属分别作原电池的两极时，一般作 负极 的金属比作 正极 的金属活泼。

4 ． 加快氧化还原反应的速率

一个 自发 进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率 增大 。例如，在 Zn 与稀 H 2 SO 4 反应时加入少量 CuSO 4 溶液能使产生 H 2 的反应速率加快。

1 ． 将过量的两份锌粉 a 、 b 分别加入定量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量的 CuSO 4 溶液，请画出产生 H 2 的体积 V (L) 与时间 t (min) 的关系图像。

【反思归纳】

改变 Zn 与 H ＋ 反应速率的方法

(1) 加入 Cu 或 CuSO 4 ，形成原电池，加快反应速率，加入 Cu 不影响 Zn 的量，但加入 CuSO 4 ， Zn 的量减少，是否影响产生 H 2 的量，应根据 Zn 、 H ＋ 的相对量多少判断。

(2) 加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与 H ＋ 反应，使 c (H ＋ ) 减小，反应速率减小，但不影响生成 H 2 的量。

“ 装置图 ” 常见失分点提示

1 ．不注明电极材料名称或元素符号。

2 ．不画出电解质溶液 ( 或画出但不标注 ) 。

3 ．误把盐桥画成导线。

4 ．不能连成闭合回路。

考点三　化学电源

1 ． 日常生活中的三种电池

(1) 碱性锌锰干电池 —— 一次电池

正极反应： 2MnO 2 ＋ 2H 2 O ＋ 2e － == = 2MnOOH ＋ 2OH － ；

负极反应： Zn ＋ 2OH － － 2e － == = Zn(OH) 2 ；

总反应： Zn ＋ 2MnO 2 ＋ 2H 2 O == = 2MnOOH ＋ Zn(OH) 2 。

(2) 锌银电池 —— 一次电池

负极反应： Zn ＋ 2OH － － 2e － == = Zn(OH) 2 ；

正极反应： Ag 2 O ＋ H 2 O ＋ 2e － == = 2Ag ＋ 2OH － ；

总反应： Zn ＋ Ag 2 O ＋ H 2 O == = Zn(OH) 2 ＋ 2Ag 。

(3) 二次电池 ( 可充电电池 )

铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是 Pb ，正极材料是 PbO 2 。

① 放电时的反应

a ．负极反应： Pb ＋ SO 42－ － 2e － == = PbSO 4 ；

b ．正极反应： PbO 2 ＋ 4H ＋ ＋ SO 42－ ＋ 2e － == = PbSO 4 ＋ 2H 2 O ；

c ．总反应： Pb ＋ PbO 2 ＋ 2H 2 SO 4 == = 2PbSO 4 ＋ 2H 2 O 。

② 充电时的反应

a ．阴极反应： PbSO 4 ＋ 2e － == = Pb ＋ SO 42－ ；

b ．阳极反应： PbSO 4 ＋ 2H 2 O － 2e － == = PbO 2 ＋ 4H ＋ ＋ SO 42－ ；

c ．总反应： 2PbSO 4 ＋ 2H 2 O == = Pb ＋ PbO 2 ＋ 2H 2 SO 4 。

注：可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。

2 ． “ 高效、环境友好 ” 的燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

【 深度思考 】

1 ． 化学电源中电极反应式书写的一般步骤

“ 加减法 ” 书写电极反应式

(1) 先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。

(2) 注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是 O 2 ，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且 O 2 生成 OH － ，若电解质溶液为酸性，则 H ＋ 必须写入正极反应式中， O 2 生成水。

(3) 正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。

(4) 燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能出现 OH － ，碱性溶液中不能出现 H ＋ ，水溶液中不能出现 O 2 － ，而熔融电解质中 O 2 被还原为 O 2 － 。

2 ． 锂离子电池充放电分析

常见的锂离子电极材料

正极材料： LiMO 2 (M ： Co 、 Ni 、 Mn 等 )

LiM 2 O 4 (M ： Co 、 Ni 、 Mn 等 )

LiMPO 4 (M ： Fe 等 )

负极材料：石墨 ( 能吸附锂原子 )

负极反应： Li x C n － x e － == = x Li ＋ ＋ n C

正极反应： Li 1 － x MO 2 ＋ x Li ＋ ＋ x e － == = LiMO 2

总反应： Li 1 － x MO 2 ＋ Li x C n 放电n C ＋ LiMO 2 。

考点 四 电解的原理

1 ． 电解定义

在 电流 作用下，电解质在两个电极上分别发生 氧化反应 和 还原反应 的过程。

2 ． 能量转化形式

电能转化为 化学能 。

3 ． 电解池

(1) 构成条件

① 有与 电源 相连的两个电极。

② 电解质溶液 ( 或 熔融盐 ) 。

③ 形成 闭合回路 。

(2) 电极名称及电极反应式 ( 如图 )

(3) 电子和离子的移动方向

特别提醒 电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。

4 ． 分析电解过程的思维程序

(1) 首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。

(2) 再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组 ( 不要忘记水溶液中的 H ＋ 和 OH － ) 。

(3) 然后排出阴、阳两极的放电顺序

阴极：阳离子放电顺序： Ag ＋ >Fe 3 ＋ >Cu 2 ＋ >H ＋ ( 酸 )>Fe 2 ＋ >Zn 2 ＋ >H ＋ ( 水 )>Al 3 ＋ >Mg 2 ＋ >Na ＋ >Ca 2 ＋ >K ＋ 。

阳极：活泼电极 >S 2 － >I － >Br － >Cl － >OH － > 含氧酸根离子。

注意 ① 阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液 ( 或熔融电解质 ) 中的阳离子放电。 ② 最常用、最重要的放电顺序：阳极： Cl － >OH － ；阴极： Ag ＋ >Cu 2 ＋ >H ＋ 。 ③ 电解水溶液时， K ＋ ～ Al 3 ＋ 不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到 K 、 Ca 、 Na 、 Mg 、 Al 等金属。

(4) 分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。

(5) 最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。

1 ． 用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律 ( 用惰性电极电解 ) 。

(1) 电解水型

① 电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？举例说明。

答案 不一定，如用惰性电极电解饱和 Na 2 SO 4 溶液，一段时间后会析出 Na 2 SO 4 ·10 H 2 O 晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。

② 用惰性电极电解饱和 Na 2 SO 4 溶液，一段时间后，析出 w g Na 2 SO 4 ·10 H 2 O 晶体，阴极上放出 a g 气体，则饱和 Na 2 SO 4 溶液的质量分数为 __________ 。

答案 161(w＋9a)71w × 100%

解析 2H 2 O 电解===== 2H 2 ↑ ＋ O 2 ↑

2a mol 2a mol

被电解的水的质量为 9 a g

被电解的水与 w g 晶体组成该温度下的饱和溶液

其质量分数为 322 × 100% ＝ 161(w＋9a)71w × 100% 。

(2) 电解电解质型

(3) 放 H 2 生碱型

要使电解后的 NaCl 溶液复原，滴加盐酸可以吗？

答案 不可以，电解 NaCl 溶液时析出的是等物质的量的 Cl 2 和 H 2 ，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。

(4) 放 O 2 生酸型

1. 做到 “ 三看 ” ，正确书写电极反应式

(1) 一看电极材料，若是金属 (Au 、 Pt 除外 ) 作阳极，金属一定被电解 ( 注： Fe 生成 Fe 2 ＋ ) 。

(2) 二看介质，介质是否参与电极反应。

(3) 三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。

2 ． 规避 “ 三个 ” 失分点

(1) 书写电解池中电极反应式时，一般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。

(2) 要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件 “ 电解 ” 。

(3) 电解水溶液时，应注意放电顺序中 H ＋ 、 OH － 之后的离子一般不参与放电。

考点 五 电解原理的应用

1 ． 电解饱和食盐水

(1) 电极反应

阳极反应式： 2Cl － － 2e － == = Cl 2 ↑ ( 氧化 反应 )

阴极反应式： 2H ＋ ＋ 2e － == = H 2 ↑ ( 还原 反应 )

(2) 总反应方程式

2NaCl ＋ 2H 2 O 电解===== 2NaOH ＋ H 2 ↑ ＋ Cl 2 ↑

离子反应方程式： 2Cl － ＋ 2H 2 O 电解===== 2OH － ＋ H 2 ↑ ＋ Cl 2 ↑

(3) 应用：氯碱工业制 烧碱 、 氯气 和 氢气 。

2 ． 电镀

右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：

(1) 镀件作 阴 极，镀层金属银作 阳 极。

(2) 电解质溶液是 AgNO 3 溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液 。

(3) 电极反应：

阳极： Ag － e － == = Ag ＋ ；

阴极： Ag ＋ ＋ e － == = Ag 。

(4) 特点： 阳 极溶解， 阴 极沉积，电镀液的浓度 不变 。

3 ． 电解精炼铜

(1) 电极材料：阳极为 粗铜 ；阴极为 纯铜 。

(2) 电解质溶液：含 Cu 2 ＋ 的盐溶液。

(3) 电极反应：

阳极： Zn － 2e － == = Zn 2 ＋ 、 Fe － 2e － == = Fe 2 ＋ 、 Ni － 2e － == = Ni 2 ＋ 、 Cu － 2e － == = Cu 2 ＋ ；

阴极： Cu 2 ＋ ＋ 2e － == = Cu 。

4 ． 电冶金

利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属 Na 、 Ca 、 Mg 、 Al 等。

(1) 冶炼钠

2NaCl( 熔融 ) 电解===== 2Na ＋ Cl 2 ↑

电极反应：

阳极： 2Cl － － 2e － == = Cl 2 ↑ ；阴极： 2Na ＋ ＋ 2e － == = 2Na 。

(2) 冶炼铝

2Al 2 O 3 ( 熔融 ) 电解===== 4Al ＋ 3O 2 ↑

电极反应：

阳极： 6O 2 － － 12e － == = 3O 2 ↑ ；阴极： 4Al 3 ＋ ＋ 12e － == = 4Al 。

考点 六 应对电化学定量计算的三种方法

1 ． 计算类型

原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液 pH 的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。

2 ． 三种方法

(1) 根据总反应式计算

先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

(2) 根据电子守恒计算

① 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

② 用于混合溶液中电解的分阶段计算。

(3) 根据关系式计算

根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过 4 mol e － 为桥梁可构建如下关系式：

( 式中 M 为金属， n 为其离子的化合价数值 )

该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

提示 在电化学计算中，还常利用 Q ＝ I · t 和 Q ＝ n (e － ) × N A × 1.60 × 10 － 19 C 来计算电路中通过的电量。

串联装置图比较

图甲中无外接电源，二者必有一个装置是原电池 ( 相当于发电装置 ) ，为电解装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，即左图为原电池装置，右图为电解装置。图乙中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过的电流相等。

考点七　金属的腐蚀和防护

1 ． 金属腐蚀的本质

金属原子 失去电子 变为 金属阳离子 ，金属发生 氧化反应 。

2 ． 金属腐蚀的类型

(1) 化学腐蚀与电化学腐蚀

1 ．判断金属腐蚀快慢的规律

(1) 对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀 > 原电池原理引起的腐蚀 > 化学腐蚀 > 有防腐措施的腐蚀。

(2) 对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中 > 弱电解质溶液中 > 非电解质溶液中。

(3) 活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。

(4) 对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。

2．两种保护方法的比较

外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。

3 ． 根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀

正确判断 “ 介质 ” 溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀； NH 4 Cl 溶液、稀 H 2 SO 4 等酸性溶液发生析氢腐蚀。

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