2023学年完整公开课版电化学基础

第四章电化学基础河北省宣化县第一中学栾春武一、原电池、电解池原理1.原电池：通过自发氧化还原反应把化学能转化为电能。2.电解：连接电源，使电流通过电解质溶液在阴阳两极上被迫发生非自发氧化还原反应，从而把电能转化为化学能。

阳极（内电路）

阴极（内电路）正极负极CuZnH2SO4溶液eeH+SO42–氧化反应:

Zn-2e-=Zn2+还原反应:2H++2e-=H2↑还原反应:2H++2e-=H2↑氧化反应:

4OH–+4e-

=O2↑+2H2O原电池电解池OH–CCH2SO4溶液阳极阴极+－ee电源H+SO42–OH–原电池电解池定义形成条件电极名称电极判断电极反应得失电子

电子流向化学能转变成电能的装置。将电能转变成化学能的装置。①活动性不同两电极

②自发的氧化还原反应③电解质溶液（有选择性）④两电极必须插入电解质溶液中（或两电极相靠）形成闭合回路①两电极接直流电源（两电极活动性可相同，也可不同）②电解质溶液或者熔融电解质③两电极必须插入电解质溶液中形成闭合回路负极：较活泼金属正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等)阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连负极（内电路为阳极）：发生氧化反应（失电子）正极（内电路为阴极）：发生还原反应（溶液中的阳离子移向正极得电子）阳极：发生氧化反应（电极或溶液中的阴离子移向阳极失电子）阴极：发生还原反应（溶液中的

阳离子移向阴极失电子）负极正极负极阴极；阳极正极池型

电解池电镀池（应用电解原理）铜的精炼池（应用电解原理）装置特征电极反应溶液的浓度阳极:M－ne－＝Mn+阴极:Mn++ne－＝M阳极、阴极和电解质溶液阳极:镀层金属(M)阴极：镀件电镀液：含镀层金属离子(Mn+)阳极:粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等)阴极:精铜电解液:CuSO4溶液阳极:氧化反应，失电子，化合价升高阴极:还原反应，得电子，化合价降低阳极:Cu－2e－＝Cu2+（Zn－2e－＝Zn2+

Fe－2e－＝Fe2+等）阴极:Cu2++2e－＝Cu（Ag、Pt、Au成为“阳极泥”）改变基本不变基本不变一、原电池原理的应用化学电池：1.普通锌锰电池2.碱性锌锰电池3.铅蓄电池4.燃料电池介质电池反应：2H2+O2=2H2O酸性负极正极碱性负极正极2H2

－4e－＝4H＋

O2+4H＋

+4e－＝4H2O2H2+4OH－－4e－＝4H2OO2+2H2O+4e－＝4OH－一次电池二次电池

1.普通干电池总反应：

Zn+2MnO2+2NH4Cl＝2MnOOH+ZnCl2+2NH3

负极(Zn)：Zn–2e－＝Zn2+

正极(MnO2和C)：

2MnO2+2NH4++2e－＝2MnOOH+2NH3表示方法：

(–)Zn│NH4Cl+ZnCl2│MnO2，C(+)2.碱性锌锰电池总反应：

Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

负极(Zn)：Zn+2OH-

－2e-

＝Zn(OH)2

正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e-＝2MnOOH+2OH-表示方法：(－)Zn│KOH│MnO2(+)放电过程总反应：

Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)充电过程总反应：

2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)①放电过程负极：氧化反应

Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极：还原反应

PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)②充电过程阴极(接电源负极)：还原反应

PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阳极(接电源正极)：氧化反应2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)(－)Pt│H2│H+│O2│Pt

(+)电池总反应：2H2+O2=2H2O负极(Pt)：2H2－

4e-

=4H+正极(Pt)：O2+4H++4e-

=2H2O(－)Pt│H2│OH-│O2│Pt

(+)电池总反应：2H2+O2=2H2O负极(Pt)：2H2－

4e-+4OH-=4H2O正极(Pt)：O2+2H2O+4e-=4OH-燃料电池——氢氧燃料电池电极名称：原电池相对活泼的电极为负极相对不活泼的电极为正极电解池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定向移动方向：电子、离子原电池“负极出电子，电子回正极”必发生失电子的氧化反应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AlCu浓硝酸AAlMg氢氧化钠溶液B思考：写出下列原电池的电极反应式。负极：Cu－2e－＝Cu2+正极：4H++2NO3－

+2e－＝2H2O+2NO2负极：2Al+8OH－－6e－＝2AlO2－+

4H2O正极：6H2O+6e－＝6OH－+

3H2ABFeC稀盐酸AFeC氯化钠溶液B思考：写出下列原电池的电极反应式。负极：Fe－2e－＝Fe2+正极：2H++2e－＝H2负极：Fe－2e－＝Fe2+正极：2H2O+O2+4e－＝4OH－AB析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜呈弱酸性或中性正极反应2H++2e－＝H22H2O+O2+4e－＝4OH－负极反应Fe－2e－＝Fe2+钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟氧化性物质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液及氧化剂接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程相互关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生化学腐蚀和电化学腐蚀的比较电极反应的书写①书写规律:原电池或电解池的两电极反应式之和即为总反应式；②书写方法:总反应式减去一电极反应式即为另一个电极反应式。对于较复杂的、陌生的反应可用该方法解题并检验；③书写注意事项:一看电极材料;二看环境介质;三看附加条件与信息。电解计算难点：燃料电池电极反应式的书写（如氢氧燃料电池）可充电电池电极反应式的书写（铅蓄电池）O2～2Cu～4Ag～4H＋～2H2～2Cl2～4OH－①.电子守恒法②.pH值的计算

阴极上析出1molH2，表示有2molH+离子放电，则溶液中增加2molOH－离子；若阳极上析出1molO2，表示溶液中4molOH－离子放电，则溶液中增加4molH+离子。阴极：2H++2e－＝H2阳极：2Cl－－2e－＝Cl2总反应：1.氯碱工业反应原理电解原理的应用2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2

2.电镀池阳极：镀层金属阴极：待镀金属制品(镀件）电镀液：含有镀层金属离子的电解质3.电解精炼反应原理粗铜中含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等阳极(粗铜)：Cu－2e－＝Cu2+（Zn－2e－＝Zn2+Fe－2e－＝Fe2+等）阴极(精铜)：Cu2+

+2e－＝Cu电解液：可溶性铜盐如CuSO4溶液Zn2+、Ni2+等阳离子得电子能力小于Cu2+而留在电解质溶液中，金属活动顺序排在Cu后的Ag、Pt、Au等失电子能力小于Cu，以金属单质沉积于阳极，成为阳极泥。纯铜粗铜二

、电解池中离子的反应（放电）顺序阴极:得电子，发生还原反应，常见阳离子放电顺序：阳极:失电子，发生氧化反应①当阳极为金属电极时，金属电极优先放电。(金属活动顺序表)②当阳极为惰性电极时，常见阴离子放电顺序：Ag+＞Fe3+＞Cu2+＞H+(由酸提供)＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+(由水提供)＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca+＞K+(只在熔融状态下放电)S2－＞SO32－＞I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子(NO3－、SO42－等）＞F－用惰性电极电解电解质溶液的变化情况

类型

电极反应特点

实例

被电解的物质

电解质溶液的浓度

PH电解质溶液复原

电解水型

电解电解质

放H2生碱型

放O2生酸型

用惰性电极电解电解质溶液的变化情况

类型

电极反应特点

实例

被电解的物质

电解质溶液的浓度

PH电解质溶液复原

电解水型

阴极：2H＋+2e-═H2↑阳极：4OH―–4e-═O2↑+2H2O

NaOH水增大↑

水H2SO4

水增大↓水Na2SO4

水增大—

水电解电解质

电解质电离出的阴、离子分别在两极放电HCl电解质减小↑HClCuCl2

电解质减小↑CuCl2

放H2生碱型

阴极：放出H2生成碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质↑HCl放O2生酸型

阳极：OH―放电生成酸阴极：电解质阳离子放电

CuSO4

电解质和水生成新电解质↓CuO练习1.（2012·海南高考3）下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是（）

A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2B.NaOH、CuSO4、H2SO4C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2

解析：电解时只生成氢气和氧气，则电解质所含的阳离子在金属活动性顺序表中铜之前，阴离子不能是简单离子；电解HCl的方程式为：2HClCl2↑+H2↑，A选项错；电解CuSO4溶液的方程式为：2CuSO4+2H2O

Cu+2H2SO4+O2↑，B选项错；电解NaBr溶液的方程式为：2NaBr+2H2O2NaOH+H2↑+Br2，D选项错。C用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3

后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)。则电解过程中共转移电子的物质的量为(

)

A.0.4molB.0.5molC.0.6molD.0.8molC例题1

解析：0.1mol

Cu2(OH)2CO3分解可得0.2molCuO、0.1molH2O和0.1molCO2相当于电解原溶液损耗0.2molCuO和0.1molH2O，故转移电子的物质的量为：2×0.2mol+2×0.1mol＝0.6mol点拨：出什么加什么就能恢复原状。某溶液中含有两种溶质－－氯化钠和硫酸，它们的物质的量之比3:1。用石墨做电极电解溶液时，根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述中不正确的是（）A.阴极析出氢气B.阳极先析出氯气后析出氧气C.电解最后阶段为电解水D.电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7D例题2解析：设氯化钠的物质的量为3mol，那么溶液中存在3molNa+、3Cl－mol、2H+mol、1molSO42－。在阴极H+放电，在阳极Cl－放电，当电解完2molHCl（盐酸）后，相当于再电解1molNaCl溶液，最后再电解硫酸钠溶液，实际上是电解水。因此最后溶液的pH大于7。将0.2molAgNO3、0.4molCu(NO3)2和0.6molKCl溶于水，配成100mL混合液，用惰性电极电解一段时间后，在一极上析出0.3mol铜，此时另一极上收集到的气体的体积为(标况)。（）

A.4.48LB.5.6LC.6.72LD.7.84L

B例题3解析：溶于水后，生成0.2molAgCl沉淀，溶液中存在1molNO3－、0.4molCu2+、0.6molK+

、0.4molCl－。当一极上析出0.3mol铜时，转移电子共0.6mol，所以另一极先放出0.2mol氯气，接着OH－放电，0.2molOH－放电生成0.05mol氧气，故另一极共收集到气体0.25mol，相当于标况下5.6L。三、电解池及原电池的应用----金属的防护1）金属腐蚀快慢的判断①电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐蚀措施的腐蚀②同一种金属的腐蚀：强电解质＞弱电解质＞非电解质2）金属的防护方法①改变金属内部结构②覆盖保护层③电化学保护法外加电源的阴极保护法牺牲负极的正极保护法电化学腐蚀Fe

①Sn

Fe

②Zn

Fe

③CuFe

④CuFe⑤CuFe

⑥练习2.如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是：______________⑤④②①③⑥解析：①铁为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，属于钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢。其电极反应为：负极：Fe－2e－＝Fe2+，正极：2H2O+O2+4e－＝4OH－。②③④均为原电池装置。③中铁为正极，被保护；②④中铁为负极，均被腐蚀。但铁和铜的金属活泼性差别较铁和锡大，故铁、铜原电池中铁被腐蚀的快；⑤是铁接电源正极作阳极，铜接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了铁的腐蚀；⑥是铁接电源负极作阴极，铜接电源正极作阳极，阻止了铁的腐蚀。因此，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。

原电池、电解池的区分关键看是否有外接电源；有外加电源的装置一定是电解池，无外加电源的装置一定是原电池。电解池、电镀池和精炼池的区分关键看阳极材料和电解质溶液。【说明】：多池组合时,一般是含有活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下工作的电解池；若最活泼的电极相同时，则两极间活泼性差别较大的是原电池，其余为电解池。2.多池组合判断：①无外电源：一池为原电池，其余为电解池；②有外电源：全部为电解池或电镀池、精炼池一.怎样区分原电池、电解池、电镀池和精炼池？常见题型：1.单池判断：（A）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe练习

3.

写出下列装置的电极反应，并判断A、B、C溶液pH值的变化。电解池原电池电解池电解池负极正极阴极阳极e-练习

4.

下列图一、图二是铁钉在水中被腐蚀的实验

数天后数天后图一图二（1）上述两装置中铁钉发生变化的共性是：（2）图一说明原溶液呈性，铁钉发生腐蚀，电极反应为：（3）图二说明原溶液呈性，铁钉发生腐蚀，电极反应为：发生了原电池反应中性或弱碱吸氧负极：Fe－2e=Fe2+；正极:2H2O+O2+2e－=4OH－

负极：Fe－2e－=Fe2+；正极：2H++2e－=H2↑较强酸性析氢1.原电池正、负极的确定(1)规律判断(2)活动性判断：一般针对简单原电池(3)本质判断：失电子一定是负极（电子从负极发出）化合价升高。分析方程式，由化合价的升降判断(4)现象：负极一般会溶解（质量减轻），还可以由气泡现象等

二、原电池与电解池电极的确定2.电解池阴、阳极的判断

可根据电极与电源两极相连的顺序判断：

阴极：与直流电源的负极相连接的电解池中的电极。

阳极：与直流电源的正极直接连接的电极。

①若是惰性电极（Pt、Au、C、Ti)，在该极上，溶液中还原性强的阴离子首先失去电子被氧化；②若是活性电极，电极材料参与反应，自身失去电子被氧化而溶入溶液中。

练习5.请观察下列实验装置图，指出各装置的名称。电解池电镀池

NaCl溶液硫酸溶液原电池CuZnCCuFeFe粗CuCuSO4溶液精Cu精炼池CuSO4溶液稀硫酸稀硫酸稀硫酸硫酸

ABCD

下列装置中属于原电池的是（）属于电解池的是（）

BCD

练习6.考点1原电池基本原理原电池的正负极的判断：①根据电子流动方向判断。在原电池中，电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极。②根据两极材料判断。一般活泼性较强的金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。③根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。④根据原电池两极发生的变化来判断。负极发生氧化反应；正极发生还原反应。⑤根据现象判断。溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。例1

根据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示，其中盐桥为琼脂－饱和KNO3盐桥。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，写出两电极的电极反应式：银电极：________________________________；X电极：_________________________________。Cu－2e－

==Cu2+

CuAgNO3溶液正2Ag++2e－==2AgBCuAg(3)外电路中的电子是从_____电极流向_____电极。(4)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是_____(填序号)。

A．K+B．NO3－

C．Ag+D．SO42－

例1

根据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示，其中盐桥为琼脂－饱和KNO3盐桥。考点2原电池电极反应式书写

一般电极反应式的书写(2)复杂的电极反应式的书写对于复杂的电极反应式可由电池反应减去正极反应而得到负极反应(或由电池反应减去负极反应而得到正极反应)。此时必须保证电池反应转移的电子数等于电极反应转移的电子数，即遵守电荷守恒和质量守恒和电子守恒规律。(1)如图为某实验小组依据氧化还原反应：(用离子方程式表示)________________________________。设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12g，导线中通过______mol电子。Fe+Cu2+==Cu+Fe2+0.2例2

某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。(2)其他条件不变，若将

CuCl2溶液换为NH4Cl

溶液，石墨电极反应式为______________________，这是由于NH4Cl溶液显______(填“酸性”、“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因：________________________________________，用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式：_________________________________，2H++2e－==H2↑2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl－酸性NH4++H2OH++NH3·H2O然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态”。如果+3价铁被氧化为FeO42－，试写出该反应的离子方程式：_________________________________________。(3)如图其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，如图所示，一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，现象是：___________________________。2Fe3++3Cl2+8H2O==2FeO42－

+6Cl－+16H+甲装置铜丝附近溶液变红电极反应为_______________________________；乙装置中石墨(1)为_____极(填“正”、“负”、“阴”或“阳”)，乙装置中与铜丝相连石墨电极上发生的反应式为：___________________，产物常用：___________________检验，反应的离子方程式为：_____________________，现象为：_______。Cl2+2I－==2Cl－+I2O2+2H2O+4e－==4OH－阴湿润淀粉碘化钾试纸

2Cl－－2e－

==Cl2变蓝

解析：(1)若一段时间后，两电极质量相差12g，消耗负极0.1molFe，同时正极生成0.1molCu，导线中通过0.2mol电子。

(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，由于NH4+水解，NH4++H2ONH3·H2O+H+，所以NH4Cl溶液显酸性，石墨电极上H+得到电子，电极反应式为2H++2e－==H2↑；铁电极反应为Fe－2e－

==Fe2+，用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，离子方程式为2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl－

解析：然后滴加几滴硫氰化钾溶液，由于存在Fe3+，所以溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，如果原因是+3价铁被氧化为FeO42－，则该反应的离子方程式为：

2Fe3++3Cl2+8H2O==FeO42－

+6Cl－+16H+。

(3)如图其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，则甲池为原电池，铁电极反应为：Fe－2e－==Fe2+，铜电极反应为：O2+2H2O+4e－

==4OH－；解析：乙池为电解池，石墨电极为阳极，电极反应为2Cl－－2e－

==Cl2↑，石墨(1)电极为阴极，电极反应为Cu2++2e－

==Cu；所以一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，溶液变红，乙装置中石墨电极产物可以用湿润淀粉碘化钾试纸检验，反应的离子方程式为Cl2+2I－

==2Cl－+I2，反应后试纸变蓝。

高考题欣赏1.（2012·福建9）.将右图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是

A.Cu电极上发生还原反应B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动C.片刻后甲池中c(SO42－)增大D.片刻后可观察到滤纸b点变红色解：K闭合时，Zn为负极，铜片为正极构成原电池，使得a为阴极，b为阳极，电解饱和硫酸钠溶液。A项：正确。B项：在电解池中电子不能流入电解质溶液中，错误；C项：甲池中硫酸根离子没有放电，所以浓度不变。错误；D项：b为阳极，OH－放电，使得b附近溶液显酸性，不能使试纸变红，错误。A2.（2012·四川11）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH–4e－

+H2O＝CH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是

A．检测时，电解质溶液中的H+向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则在标况下消耗4.48L氧气

C．电池反应的化学方程式为：

CH3CH2OH+O2＝CH3COOH+H2OD．正极上发生的反应为：O2+4e－

+2H2O＝4OH－解：该燃料电池的电极反应正极为：O2+4e－

+4H+

＝2H2O，负极为：CH3CH2OH－4e–+H2O＝CH3COOH+4H+。电解质溶液中的H+应向正极移动，A不正确，根据正极反应式，若有0.4mol的电子转移，消耗氧气为0.1mol，则在标准状况下体积时22.4L，B不正确；将电极反应式叠加的：CH3CH2OH+O2＝CH3COOH+H2O

，C正确；酸性电池不可能得到OH–

，正极反应应该是：4H++O2+4e–

＝2H2O，D项错误。C3．（2012·大纲版11）

①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池，①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极，②④相连时，②有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少，据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是

A.①③②④B.①③④②C.③④②①D.③①②④

解析：由题意知：①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池，①②相连时，外电路电流从②流向①，则①大于②；①③相连时，③为正极，则①大于