化学：第四章《电化学基础》课件(新人教版选修4)

电化学基础把化学能转变为电能的装置叫

原电池要解决的问题：1.什么是原电池？2.原电池的工作原理？（电子的流向、电流的流向、离子的流向、形成条件、电极的判断、电极反应的写法）原电池及其工作原理：1.定义：

化学能转化为电能的装置为原电池。从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池；２.电极名称：原电池相对活泼的电极为负极相对不活泼的电极为正极3.电极反应：原电池负极：正极：失电子的氧化反应得电子的还原反应4.定向移动方向：电子、离子外电路——电子：负极→导线→正极内电路——离子：阳离子→正极阴离子→负极5.

原电池的形成条件(4)形成闭合回路。（1）能自发地发生的氧化还原反应：（2）电解质溶液：

（3）两个活性不同的电极：

例1.下列哪几个装置能形成原电池？ABCDEFMN

CuSO4√√√√例2.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D（２）盐桥的作用是什么？①形成闭合回路。②平衡电荷。６.双液原电池的工作原理（１）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出(3)双液原电池的优点：

能产生持续、稳定的

电流。例4.

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。盐桥XYACuSO4溶液电流计Ag请回答下列问题：(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是___________；(2)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____________________________；(3)外电路中的电子是从_______电极流向________电极。铜(或Cu)AgNO3溶液正Ag＋＋e－

=AgCu-2e－

=Cu2＋负(Cu)正(Ag)利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2

，设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。(+)(-)

G

ZnPtFeCl3溶液负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3++2e-=2Fe2+（还原反应）(+)(-)盐桥ZnCZnCl2溶液FeCl3溶液

G

强调：原电池的设计例5、判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。强调：电极的判断及电极反应式的书写AFeCl3溶液负极：Cu-2e－

→Cu2+

正极：2Fe3++2e-→2Fe2+－＋CuCMgAlA＋稀硫酸溶液NaOH溶液－（稀硫酸）负极:Mg-2e-→Mg2+

正极：2H++2e-→H2↑（NaOH溶液）负极：2Al+8OH--6e-→2AlO2-+4H2O

2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑正极：6H2O+6e-→3H2↑+6OH-二、化学电源Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2

2MnO２+2H２O+2e-=2MnO(OH)+2OH-

Zn+2MnO２

+2H２O=Zn(OH)2+2MnO(OH)负极：正极：总反应：1.碱性锌锰电池负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+，正极（石墨）:2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O干电池（NH4Cl糊状物为电解质）2.铅蓄电池PbO2+4H++SO42-+2e-

=PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O总反应式为：Pb+SO42--2e-

=PbSO4负极：正极：放电当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的物质的量为

0.5mol2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4

PbSO4+2H2O-

2e-

=PbO2+4H++SO42-

PbSO4+2e-=

Pb+SO42-

阳极：阴极：总反应充电补：2.铅蓄电池

电解液H2O3.氢氧燃料电池2e-2e-氢气氧气H+OH-A负极正极O2H2H2O3.氢氧燃料电池2H2+4OH-—4e-

=4H2OO2+2H2O+4e-

=4OH-总反应式：2H2+O2=2H2O碱性燃料电池KOHO2H2OH2H2O负极：正极：2H2

－4e-

=4H+O2+4e-+4H＋

=2H2O总反应式：2H2+O2=2H2O酸性H2SO4O2H2OH2OH2负极：正极：3.氢氧燃料电池4.甲烷燃料电池（电解质为KOH）负极：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-总反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O思考：甲醇燃料电池（电解质为KOH）5.锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：2Li-2e-=2Li+，正极：I2+2e-=2I-，总反应：2Li+I2=2LiI跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。6.银锌电池（电解质为KOH）负极：Zn+2OH-－2e-=Zn(OH)2正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

7.海水电池（电解质溶液为海水）负极：4Al-12e-=4Al3+，正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)31、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为

；正极发生的反应为

；反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为

Al-3e-=Al3＋Ag2S+2e-=2Ag+S2-3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑？思考2.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的熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2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+2CO32-

=4CO2+4e-正极反应式：

总电池反应：

2CO2+O2+4e-=2CO32-2CO+O2=2CO23.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：

1/2H2+NiO(OH)Ni(OH)2据此反应判断，下列叙述中正确的是（）A.电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原 D.电池放电时，H2是负极CD4.有人设计出利用CH4和O2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CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是()①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-②负极上CH4失去电子，电极反应式：

CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O③正极上是O2获得电子，电极反应式为：

O2+2H2O+4e-=4OH-④电池放电后，溶液pH升高

A.①②③B.①③④C.①②④D.①②③④A

5.“嫦娥一号”的成功发射，标志着我国航天技术已达到了一个新的领域。在航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+

，则其正极反应式为______________

_。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为____

________。O2+4e-+4H+=2H2O

2H2-4e-+4OH-=4H2O

[思维拓展]

以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液构成的原电池，人们普遍认为铝是负极。某研究性学习小组为探究该原电池究竟谁是负极，发生怎样的电极反应，进行了如下实验：如图，剪取约8cm的镁条及大小相近的铝片，用砂纸去膜，使镁条与铝片分别与量程为500μA的教学演示电表的“－”、“＋”端相连接，迅速将两电极插入盛有1mol/LNaOH溶液的烧杯中。开始，电表指针向右偏移约500μA，铝片表面有许多气泡，很快电流逐渐减小至0；随后，指针向左偏移，且电流逐渐增大至约400μA，此时，铝片表面气泡有所减少，但镁条表面只有极少量的气泡产生。根据以上实验现象，回答下列问题：MgAl－＋1mol/LNaOH溶液(1)开始阶段，原电池的正极是_______（填“Mg”或“Al”）片；铝片表面产生的气泡是__________；负极发生的反应是

。(2)随后阶段，铝片发生的电极反应式是______________________________；镁条表面只有极少量的气泡产生，其原因是：2H2O+2e-=H2↑+2OH-（极少），试判断此电极发生的主要反应是_________________________；铝片表面气泡有所减少，但未消失，产生这一现象的可能原因是

。Al

H2

Mg+2OH--2e-=Mg(OH)2Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O

O2+2H2O+4e-=4OH-

铝片中含有杂质，构成原电池。

三、金属的腐蚀与防护1.金属的腐蚀金属或合金跟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。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。化学腐蚀电化腐蚀条件现象本质联系（1）化学腐蚀与电化腐蚀1.金属的腐蚀：金属或合金跟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。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。化学腐蚀电化腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍（1）化学腐蚀与电化腐蚀2H++2e-

=H2

↑Fe-2e-

=Fe2+Fe+2H+=Fe2++H2↑思考与交流析氢腐蚀：负极：正极：电池反应：当钢铁处于酸性环境中析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀。练习：请你根据原电池原理，写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应式及电池反应方程式。2Fe-4e-

=2Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-2Fe+

O2+2H2O

=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O进一步反应：负极：正极：电池反应：（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极正极总反应式水膜酸性较强水膜酸性很弱或中性Fe-2e-

=Fe2+2H++2e-

=H2↑O2+2H2O+4e-

=4OH-Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2金属的腐蚀金属或合金跟周围到的气体或液体进行而腐蚀

的过程。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。接触化学反应损耗2.金属防护的几种重要方法（1）改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。（2）在金属表面覆盖保护层，使金属和周围物质隔离开来。（3）电化学保护法：利用电解池反应将需要保护的金属作为电解池的阴极而受到保护或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。还可以利用化学反应使金属钝化而受到保护上述各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是

。讨论与交流3.在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解池阳极的腐蚀＞原电池阴极的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀5、2、1、3、4思考与练习1.保利集团在香港拍卖会上购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是()A.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；B.环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；C.铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；D.它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；D2.下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（）A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；B.在氧化–还原反应中甲比乙失去的电子多；C.将甲乙作电极稀硫酸作电解质溶液组成原电池时甲是负极；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；C3.有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，试设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。MN盐酸若N产生气泡，则活泼性M＞N4.将锌片和铜片用导线连接置于稀硫酸溶液中,下列各叙述正确性的是()

A.锌片做负极，锌发生还原反应

B.铜片做正极，铜得电子

C.溶液中的PH值增大

D.锌片、铜片同时有气泡冒出，说明锌片不纯5.把a、b、c三种金属片浸泡在稀H2SO4中。若a、b相连时，a为负极；b、c相连时，c为负极；a、c相连时，c上有气泡冒出。则这三种金属的活动性顺序（）

A.a>b>c;B.a>c>bC.c>a>b;D.b>a>cCDB

5.a今有2H2+O2=2H2O反应,KOH为电解质溶液构成燃料电池,则负极应通入___气,正极通入___气,电极反应为:负极_______________

正极_____________b如把KOH改为H2SO4作导电物质则电极反应:负极____________正极____________a和b的电池液不同,反应进行后溶液的PH值各有何变化_________________c.如把H2改CH4,

KOH作导电物质则电极反应为:负极_______________

正极____________

总反应式______________氢氧2H2+4OH--4e-

=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-

=

4H+O2+4H++4e-=2H2Oa变小b变大CH4+10OH--8e-

=CO32-+7H2O2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O四、电解原理的应用（一）电解池的定义、构成条件(1)直流电源(2)两个电极（活性或惰性）(3)电解质溶液（或熔融电解质）(4)闭合回路

1.概念：电能转化为化学能的装置为电解池，它是一个非自发的氧化还原反应。2.构成条件：3.电极名称：与电源负极相连的电极为阴极与电源正极相连的电极为阳极电极的判断方法？4.带电粒子定向移动方向：“负极出电子，电子回正极”电解池必发生得电子的还原反应必发生失电子的氧化反应例1.判断下列装置的性质、现象、产物1.通电前，溶液中有哪些离子？运动情况如何？思考3.当离子定向移动到电极表面时，发生的是什么类型的反应？2.通电时，离子的运动情况有什么改变？CuCl2=Cu2++2Cl-H2O

H++OH-

阳离子：Cu2+、H+

移向阴极阴离子：SO42-、OH-移向阳极无规则运动定向运动氧化还原反应4.离子放电顺序活泼金属阳极>S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根（1）阳极上（氧化反应）(2)阴极上（还原反应）无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的金属其阳离子越难得到电子，但Fe3+氧化性较Cu2+强。K+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+H+Cu2+Ag+阳离子放电能力（得电子能力）逐渐增强阴离子放电（失电子）能力：逐渐减弱分析电解反应的一般思路（惰性电极电解时）明确溶液中存在哪些离子根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子说出下列装置中电解池的阴阳极，写出电极反应式及总反应的化学方程式、离子方程式。阳极：阴极：总反应：2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=

H2

↑2HCl==H2↑

+Cl2↑通电2H++2Cl-==H2↑

+Cl2↑通电（二）电极反应书写HCl溶液阳极：阴极：4H++4e-=2H2↑H2SO4溶液2H2O=2H2↑+O2↑通电总反应：4OH--4e-

=2H2O+O2

↑4H++4e-=2H2↑NaOH溶液阳极：阴极：总反应：2H2O==2H2↑+O2↑通电4OH--4e-=2H2O+O2

↑阳极：阴极：4H++4e-=2H2↑总反应：Na2SO4溶液2H2O==2H2↑+O2↑通电4OH--4e-

=2H2O+O2

↑阳极：阴极：总反应：2Cl--2e-

=Cl2↑2H++2e-=

H2

↑2NaCl+2H2O===2NaOH+H2

↑+Cl2↑通电2Cl-+2H2O====2OH-

+H2

↑+Cl2↑通电阳极：4OH--4e-=2H2O+O2

↑阴极：Cu2++2e-=Cu2CuSO4+2H2O==2H2SO4+O2↑+2Cu通电总反应：2Cu2++2H2O==4H++O2↑+2Cu通电（三）电解质溶液发生电解的类型1.分解溶质型

例：CuCl2

HCl

2.电解水型

例：NaOHH2SO4Na2SO43.放氢生碱型

例：NaCl

KBr4.放氧生酸型

例：CuSO4AgNO3（1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH

。（2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH

。（3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。①若为酸性pH

，②若碱性溶液，则溶液的pH

，③若为中性，则pH

。增大减小减小增大不变（四）电解过程中溶液pH的变化规律电解类型举例电极反应溶液pH变化

溶液复原方法

实例水电解H2SO4

NaOH

Na2SO4

溶质电解HCl

CuCl2

溶质和水同时电解NaCl

CuSO4

阳极：4OH--4e-=O2↑+2H2O阳极：4OH--4e-=O2↑+2H2O阴极：4H++4e-=2H2↑阳极2Cl--2e-=Cl2↑阴极：4H++4e-=2H2↑阳极：2Cl--2e-

=Cl2↑阴极：Cu2++2e-=Cu阳极2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2H++2e-=H2↑阴极：2Cu2++4e-=2Cu增大减小增大不变增大减小H2OCuCl2

HClHClCuO电解水型！分解电解质型！放氧生酸型！放氢生碱型！

【思考】“实验派”经过反复、多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时pH值的变化如下图曲线：（1）电解前氯化铜溶液的pH值处于A点位置的原因是什么？（2）“实验派”的实验结论是

，该观点的理由是（从化学原理上加以简述）:随着电解的进行,溶液的pH下降.生成的氯气溶于水使溶液酸性增强.氯化铜为强酸弱碱盐,铜离子水解使溶液呈酸性.电离

电解

条件过程特点联系

电解质溶于水或受热融化状态电解质电离后，再通直流电电解质电离成为自由移动的离子。CuCl2=Cu2++2Cl-通电阴阳离子定向移动，在两极上失得电子成为原子或分子。CuCl2==Cu+Cl2↑只产生自由移动的离子发生氧化还原反应生成了新物质电解必须建立在电离的基础上小结1电解与电离的区别与联系电解池与原电池的比较内容原电池电解池电极规定电极反应电子移动方向能量转变较活泼金属做负极阴极：连接电源负极的一极负极发生氧化反应阳极氧化负极流向正极阳极流向阴极化学能变为电能电能变为化学能小结2例.(2008江苏13)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1:2D.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1:1D想一想？如果要在某铁制品表面镀上一层银，请你选择合适的电极材料和电镀液，并写出电极反应方程式。阴极——某铁制品阳极——金属银电镀液——含有硝酸银的溶液阳极：Ag=

Ag++e-

阴极：Ag+＋e－=

Ag电解原理的应用--电镀1.定义：利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的过程。2.目的：4.电镀的特点：3.电镀材料的选择：阴极——镀件电镀液——含有镀层金属离子的溶液阳极——镀层金属使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。1）阳极本身参加电极反应2）电解质溶液的浓度保持不变电解原理的应用--铜的电解精炼阳极：Cu=Cu2++2e-阴极：Cu2++2e-

=Cu杂质比铜活泼的Zn、Fe等：Zn

=Zn2++2e-

Fe=

Fe2++2e-活泼性在铜之后的银、金等：还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单质的形式留在溶液中，成为阳极泥。电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。（08天津高考12）金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（）（已知：氧化性Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）A．阳极发生还原反应，其电极反应式：

Ni2++2e—=NiB．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+

和

Zn2+D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和PtD工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。电解原理的应用--氯碱工业想一想：在左面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间可能发生哪些化学反应？通电2NaCl+2H2O===2NaOH+Cl2↑+H2↑

（1）NaCl溶液中,NaCl电离出

，H2O电离出

。通电后，在电场的作用下，

向阴极移动，

向阳极移动。在阳极，由于

容易失去电子，被氧化生成

。阳极方程式：

;（2）在阴极，由于

容易得到电子被还原生成

．使H2O电离向右移动，因此阴极

浓度增大PH

。阴极方程式：

。2Cl--2e-=Cl22H++2e-=H2Na+、Cl-H+、OH-Cl-、OH-Cl-Cl2H+H2OH-增大Na+、H+氯碱工业总化学方程式：

;总离子方程式:

.(3)电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：

___________