电化学原理及应用教案

电化学原理及应用考点一：原电池1.原电池的基本概念（1）原电池：将化学能转化为电能的装置。（2）原电池的电极负极：电子流出——活动性较强——发生氧化反应正极：电子流入——活动性较弱——发生还原反应（3）形成原电池的基本条件①能发生氧化还原反应。②具有活动性不同的两个电极（金属和金属或金属与非金属）。③形成闭合回路或在溶液中相互接触。2.原电池的工作原理左边烧杯中锌片上的Zn原子失去电子被氧化为Zn2+进入溶液，电子通过导线流向铜片；右边烧杯中溶液里的Cu2+从通篇上得到电子被还原为Cu。左边烧杯中Zn转化为Zn2+使溶液正电性增强，右边烧杯中Cu2+转化为Cu使溶液负电性增强，盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液，K+会移向CuSO4溶液，使电极名称负极正极电极材料ZnCu电极反应Zn-2Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由负极沿导线流向正极电池反应式Zn+CuSO4Zn+Cu2+注意：（1）一般条件下，较活泼的金属材料作负极，失去电子，电子经外电路流向正极，再通过溶液中的离子形成的内电路构成环路。①在原电池中，电极可能与电解质反应，也可能不与电解质反应；不发生反应的可以看做金属发生吸氧腐蚀。②闭合回路的形成也有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两个电极接触。（2）在原电池中，电流的流动方向与电子流动方向相反。（3）原电池的判定：一看有无外接电源，若有外接电源则为电解池，若无外接电源则可能为原电池；二看电极是否用导线相连并与电解质溶液形成闭合回路；三看电极与电解质溶液是否能发生自发的氧化还原反应。3.原电池的表示-考点二：常见的化学电池1.干电池普通锌锰电池碱性锌锰电池装置电极反应负极：Zn-2正极：2NH总反应：Zn+负极：Zn+2正极：2Mn+2总反应：Zn+2Mn2MnOOH+Zn(OH特点优点：制作简单，价格便宜缺点：新电池会发生自动放电，使存放时间缩短，放点后电压下降较快优点：克服了普通锌锰电池的缺点，单位质量所输出的电能多且存储时间长，适用于大电流和连续放点2.银锌电池负极：Zn+2正极：Ag总反应：Zn+3.铅蓄电池（可充电电池）（1）放电时的电极反应负极：Pbs正极：PbO2s总反应：Pb（2）充电时的电极反应阴极：PbSO阳极：PbSO总反应：2Pb注意：（1）充电电池是即能将化学能转化为电能（放电）又能将电能转化为化学能（充电）的一类特殊电池，充电、放点不能理解为可逆反应。连接（2）书写电极方程时必须先识别是“充电”还是“放电”。连接（3）电极的连接方式放点连接连接4.燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料与氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池。如氢氧燃料电池：装置电池总反应2介质酸性负极：2H正极：O中性负极：2H正极：O碱性负极：2正极：O燃料电池电极反应书写的注意事项（1）燃料电池的负极是可燃性气体，失去电子发生氧化反应；正极多为氧气或空气，得到电子发生还原反应，可根据电荷守恒来配平。（2）燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。（3）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O2-，而熔融电解质中（4）正负两极的电极反应在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加。考点三：电解原理及应用1.电解：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。2.电解池（1）定义：借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转化为化学能的装置。（2）阴极与阳极阳极：与电源正极相连的电极叫阳极，发生氧化反应。阴极：与电源负极相连的电极叫阴极，发生还原反应。（3）电解池构成的条件与直流电源相连的两个电极：阴极和阳极；电解质溶液（或熔融电解质）；形成闭合回路。（4）电解池的工作原理如图表示的是一个电解池，按此方法对CuCl2溶液进行电解，电解的化学反应原理如下：在CuCl2溶液中，CuCl2和H2O发生如下电离：CuCl2=Cu2+通电之前这些离子呈自由移动状态。通电后，有电子由直流电源的负极流向电解池的阴极，使负极显负电性，有电子由电解池的阳极直流电源的正极，使阳极显正电性，在电源作用下，Cu2+和H+移向阴极，Cl-Cu2+比H+氧化性强，Cu2+在阴极上得到电子被还原为Cu;Cl-比OH-还原性强，阴极反应式：Cu2++2e化学方程式：CuCl2═说明：在电解池的电极中，用C（石墨）、Au、Pt等极不活泼的材料制作的电极叫做惰性电极，它不能发生化学反应；用Ag、Cu、Fe等活泼或较活泼材料制作的电极叫活泼电极，当它做电解池的的阳极时会发生氧化还原反应。（5）电解质离子的放电顺序用惰性电极电解电解质溶液时，由于电解质溶液里往往含有多种阳离子和多种阴离子，所以要判断出离子放电（离子发生氧化反应或还原反应）的顺序，以便确定发生化学反应的离子。常见的离子的放电顺序如下：阳离子的放电顺序：Ag+阴离子的放电顺序：I-3.电解原理的应用（1）电解饱和食盐水——制取烧碱、氯气和氢气阳极（石墨）：2Cl-阴极（铁或石墨）：2H总反应：2NaCl+2（2）电解法精炼铜粗铜做阳极，和外加电源的正极相连，纯铜做阴极，和外加电源的负极相连。用硫酸铜或硝酸铜溶液做电解质溶液。阳极（粗铜）：Cu-2e-═Cu2+（Fe-2阴极（纯铜）：Cu注意：①粗铜中不活泼的杂质（金属活动性顺序中位于铜之后的金、银等），在阳极上难以失去电子变成阳离子，当阳极上的铜失去电子变成离子后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，称为阳极泥。②活泼的金属（金属活动性顺序中位于铜之前的铁、镍等），当铜在阳极不断溶解时，它们也同时失去电子变成阳离子，但它们的阳离子比铜离子难还原，故不能在阴极获得电子而析出，只能留在电解液中。通过电解在阴极得到纯度很高的金属铜。（3）电镀镀层金属或惰性电极作阳极，和外加电源的正极相连；镀件金属作阴极，和外接电源的负极相连。选择含有镀层金属离子的溶液作电镀液。若镀层金属作阳极，电镀过程中溶液中的阳离子浓度不变；若用惰性电极作阳极，电镀过程中溶液中的阳离子浓度变小。实例——电镀铜阳极（铜片）：Cu-2阴极（待镀铁件）：Cu电解饱和食盐水铜的精炼电镀（4）电解冶炼金属①电解熔融NaCl制取金属钠NaCl在高温下熔融，并发生电离：NaCl通直流电后，阴极：2Na++2e-═2Na②电解熔融MgCl阴极：Mg2++2e-═③电解熔融Al2阴极：4Al3++12e-考点四：金属的腐蚀与防护1.金属的腐蚀（1）金属腐蚀是指金属或合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程。（2）金属腐蚀的实质金属失去电子而被损耗M-n（3）金属腐蚀的类型化学腐蚀电化学腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀条件金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗不纯金属或合金与酸性极弱（或中性）的电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程不纯金属或合金与酸性较强的电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程现象无电流产生有微弱电流产生腐蚀对象金属较活泼金属联系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，电化学腐蚀更普遍举例Fe+3负极：2Fe-4正极：O负极：Fe-2正极：2H注意：（1）判断一种金属腐蚀是否为电化学腐蚀，应看是否符合原电池的构成条件：活泼性不同的两个电极、电解质溶液、构成闭合回路且能自发进行氧化还原反应。（2）金属发生电化学腐蚀时，是属于吸氧腐蚀还是属于析氢腐蚀，取决于电解质溶液的酸性强弱。2.金属腐蚀的防护（1）改变金属的内部组织结构例如把铬、镍等加入普通钢制成不锈钢（2）在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。（3）电化学防护①牺牲阳极的阴极保护法（原电池原理）：形成原电池时，被保护金属作为正极，不反应受保护；活泼金属作为负极，发生反应受到腐蚀，负极要定期更换。如船壳上钉上锌块。②外加电流的阴极保护法（电解池原理）：将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极，被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。主要用来保护土壤、海水以及水中的金属设备。题型一：原电池工作原理及正、负极的判断1.原电池的工作原理2.原电池正负极的判断总原则：负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应；负极上有电子流出，正极上有电子流入，阳离子向正极定向移动，阴离子向负极定向移动。（1）根据组成电极的材料判断：一般活动性较强的金属作负极；活动性较弱的金属或能导电的非金属作正极。（2）根据电子的流动方向判断：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。（3）根据原电池内离子的定向移动方向判断：在原电池电解质溶液中，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：负极上发生氧化反应；正极上发生还原反应。（5）根据显像判断：溶解的一极作负极；质量增加或放出气体的一极作正极。（6）若两极都是惰性电极（如燃料电池），则可以通过电池反应来分析。如碱性甲醇燃料电池，其总反应为2CH3OH+3O例1:下列关于下图所示原电池的说法正确的是()A.当a为Cu，b为含有碳杂质的Al，c为稀硫酸时,b极上观察不到气泡产生

B.当a为石墨，b为Fe，c为浓硫酸时,不能产生连续的稳定电流

C.当a为Mg，b为Al，c为NaOH溶液时，根据现象可推知Al的活动性强于Mg的

D.当a为石墨，b为Cu，c为FeCl3溶液时，a、b之间没有电流通过思路分析：本题从不同角度考查对原电池原理、构成条件的理解。在分析原电池试题时一定要注意电解质溶液对电极反应或所产生的现象的影响。解析：答案为BA项,因为b为含有碳杂质的Al，C、Al、稀硫酸可构成原电池,溶液中的H+在该极上获得电子而产生H2，所以在b极上可观察到气泡产生。B项,开始时,能形成原电池,有短暂的电流产生,但Fe被浓硫酸钝化后,铁表面生成致密的氧化膜,内部的铁不再失去电子而不能形成电流。C项,由于Al可与NaOH溶液反应,所以Al为原电池的负极,实际上,Mg的活动性强于Al的,故不能据此判断Al的活动性强于Mg的。D项,Cu能与FeCl3发生氧化还原反应,形成原电池而产生电流。例2：用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO①在外电路中，电流由铜电极流向银电极

②正极反应为：Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNOA:①②B:②③C:②④D:③④注：判断原电池电极时，不能仅依靠金属的活动性来判断，根据反应的具体情况，结合电解质溶液综合考虑，如冷的浓硝酸作为电解质溶液，铁或铝与铜作电极时，铁或铝在冷的浓硝酸中钝化，活动性较弱的铜与浓硝酸发生氧化还原反应，作为负极；再如NaOH溶液作为电解质溶液，镁与铝作为电极时，因为铝能与NaOH溶液反应，作为负极，而活动性较强的镁作为正极。题型二：原电池原理的应用1.比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性较弱（或石墨）的金属作正极。现有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入稀硫酸中，，一段时间后，观察到A极溶解，而B极上有气体放出，说明在原电池工作过程中，A失去电子作负极，B作正极，则金属活动性：A>B。2.加快化学反应速率如Zn与稀硫酸反应制取氢气时，可向溶液中滴加少量的硫酸铜溶液，形成Zn—Cu原电池，使产生氢气的速率增大。3.用于金属防护如要保护铁制闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌块作负极，铁制闸门作正极，从而使铁制闸门受到保护。4.设计化学电源设计化学电源时要紧扣构成原电池的条件，首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应，然后根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料（负极是失电子的物质，正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属）及电解质溶液。注：如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间用盐桥连接，则个容器中的电解质溶液分别含有与相应电极材料相同阳离子的盐溶液。如在锌—稀硫酸—铜构成的原电池中，负极锌应插入含有Zn2+的电解质溶液中，而正极铜应插入含有Cu例3M、N、P、E四种金属:(1)M+N2+═N+M2+;(2)M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出；(3)N、E用导线连接放入E的硫酸溶液中,电极反应为EA.

P

M

N

EB.

E

N

M

PC.

P

N

M

ED.

E

P

M

N例4利用反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，设计一个原电池装置。(1)在下面左边方框中画出简易装置图，标明电极材料和电解质溶液。(2)上述简易装置的效率不高，电流在短时间内就会衰减。为解决以上问题，常将原电池设计成带盐桥的装置，画出该原电池装置，标明电极材料和电解质溶液。(3)在下面横线上写出电极反应式。负极：______________________。正极：______________________。注：原电池设计类试题的解题思路：（1）利用氧化还原反应知识判断试题给总反应中的氧化反应、还原反应；（2）选择合适的电极材料和电解质溶液；（3）画出原电池装置图。画图时应注意：电极材料和导线的粗细差异；电解质溶液也要画出；简易装置图和带盐桥装置图的区别。拓展题1：含乙酸钠和对氯酚（）的废水可以利用微生物电池除去，其原理如下图所示，下列说法正确的是（

）。A:电极B是电池的正极B:H+C:B极的电极反应式：CHD:此电池可以在高温下工作题型三：电解原理1.电解池阴、阳极的判断（1）由电源的正、负极判断：与电源负极相连的是电解池的阴极；与电源正极相连的是电解池的阳极。（2）由电极现象确定：通常情况下，在电解池中某一电解若不断溶解或质量不断减少，则该电极发生氧化反应，为阳极；某一电极质量不断增加或电极质量不变，则该电极上发生还原反应，为阴极。（3）由反应类型判断：失去电子发生氧化反应的是阳极；得到电子发生还原反应的是阴极。2.电解产物的判断（1）阳极产物的判断①若阳极由活性材料（除Pt、Au外的其它金属）做成，则阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子的反应；②若阳极由C、Pt、Au等惰性材料做成，则阳极反应是电解液中的阴离子在阳极失去电子被氧化的反应。阴离子失去电子能力大小顺序为S2-（2）阴极产物的判断阴极反应一般是溶液中阳离子得到电子的还原反应，阳离子得到电子的能力的大小顺序为Ag+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+>Cu3.电解后电解质溶液的恢复解决电解质溶液恢复原状的问题，可以按照下面两个步骤进行：（1）首先确定电极产物，如果是活性电极（金属活动性顺序中位于Ag以前的金属），则电极材料失去电子，电极溶解，溶液中的阴离子不能失去电子。如果是惰性电极，则按照阴阳离子在溶液中的放电顺序进行判断。（2）恢复电解质溶液，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则。一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解CuSO4溶液，可以向电解质溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3。但不能加入Cu(OH)2，因为例5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)2

B．NaOH、CuSO4、H2SO4C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2

D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2注：分析电解池电极反应和电解产物（用惰性电极时）的一般思路：①分析电解质和水的电离，明确溶液中存在哪些离子。②分析阴、阳离子的移动方向，明确阴、阳两极附近有哪些离子。③根据阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应，以及氧化性、还原性的强弱顺序，判断离子发生反应的先后顺序，最后分析得出产物。例6如图所示，通电5min后，电极5的质量增加了2.16g，回答：(1)电源：a是________极，C池是________池。A池阳极电极反应式为__________________，阴极电极反应式为__________________。

C池阳极电极反应式__________________，阴极电极反应式为_____________________。

(2)如果B槽中共收集到224mL气体(标准状况)，且溶液体积为200mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu

2

＋的物质的量浓度为______________________。(3)如果A池溶液也是200mL(电解过程中溶液体积不变)，则通电后，溶液的pH为________。说明：电解前后电解质溶液酸碱性变化可以概括为“有氢无氧增碱性，有氧无氢增酸性；有氢有氧增原性，无氢无氧减原性”。即（1）电极区域：①阴极H+放电产生H2，阴极区PH变大；②阳极OH-放电产生O2，阳极区PH变小。（2）电解质溶液：①电解过程中，即产生H2，又产生O2，实质是电解水，溶液浓度增大，因而原溶液呈酸性的PH变小，原溶液呈碱性的PH变大，原溶液呈中性的PH不变。②电解过程中，无H2和O2产生，PH几乎不变。③电解过程中，只产生H2题型四：金属的电化学腐蚀1.金属腐蚀的快慢规律【规律1】在同一电解质溶液中，金属由快到慢的腐蚀顺序：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀。或电解池阳极>原电池负极>化学腐蚀>原电池正极【规律2】同一金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。【规律3】对于活动性不同的两种金属的合金，活动性差别越大，氧化还原反应速率越大，活泼金属腐蚀越快。【规律4】对同一电解质溶液，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快（钝化除外）。【规律5】纯度越高的金属，腐蚀越慢。【规律6】不纯的金属或合金，在潮湿空气中腐蚀的速率远远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。2.金属的防护利用原电池原理和电解原理的金属防护措施在考题中涉及较多，但无论哪种方法，都是以防止金属失去电子被氧化为出发点设计的。金属的电化学防护方法主要由两种：牺牲阳极的阴极保护法（实质是利用原电池原理，将要保护的金属作为原电池的正极保护起来）和外加电流的阴极保护法（实质是利用电解原理，将要保护的金属作为电解池的阴极保护起来）。例7下图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（

）A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥拓展2如图装置中，在U形管底部盛有CCl4，分别在U形管两端小心倒入饱和食盐水和氯化铵溶液，并使a、b两处液面相平，然后分别塞上插有生铁丝的塞子，密封好，放置一段时间后，下列有关叙述中A:a处发生电化学腐蚀，b处发生化学腐蚀B:铁丝在两处的腐蚀速率：aC:a、b两处相同的电极反应式为Fe-2eD:一段时间后，b处液面高于a处液面方法归纳：一、电极反应的书写1.原电池中电极反应的书写（1）如果题目给出的是图示装置，先确定原电池的正负极上的反应物质，再根据正负极反应规律写电极反应。（2）如果题目给出的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应（即分析有关元素的化合价变化情况），写出较易写出的电极反应，然后用总反应减去写出的电极反应既得另一极的电极反应。（3）对于可充电电池的反应，需清楚“充电”、“放电”的方向，放电过程应用原电池原理，充电过程应用电解原理。（4）原电池电极反应的书写一定要考虑介质的影响。①如宇宙飞船上氢氧燃料电池，电极反应书写步骤如下：H2、O2之间的氧化还原反应：2H2+O2═2H2O。先不考虑介质的影响，分别写出负极、正极的反应：H2-2e-═若盐酸作电解质溶液负极：若KOH溶液作电解质溶液负极：②如铅蓄电池放电时的总反应为（1）放电时的电极反应：Pbs负极氧化反应：Pbs-2e-═Pb2+aq，因为正极还原反应：PbO2s+2e-═Pb2+aq+2O2-aq，因为P2.电解池电极反应的书写（1）阴极与电源负极相连，得到电子发生还原反应。其规律有两个：①电极本身不参与反应；②电解质溶液中氧化性强的离子先得到电子，如Ag+（2）阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个：①若阳极为活性电极（除Pt、Au外的金属作电极），电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；②若阳极为惰性电极（Pt、Au或石墨作电极），电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S2-注意：书写电解池中电极反应时，要以实际放点的离子表示，但书写总反应时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解NaOH溶液，阳极发生氧化反应，电极反应为4OH--4e-═常见元素或物质HCOAl碱性条件HCOOHAlO酸性条件HCOHAl二、三池（原电池、电解池、电镀池）的辨析比较原电池电解池电镀池定义将化