2024年高考化学二轮复习 电化学讲义习题

电化学

（一）原电池工作原理

1.概念：利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。

2.构成条件：

（1）具有两个电极。

（2）合适的离子导体（如电解质溶液或非水溶液的离子导体，如有机电解质或固体电解质）。

（3）形成闭合回路。®

（4）能自发地发生氧化还原反应。亳藐表J

3.工作原理（以铜锌原电池为例）：n（7=।n

<------7I<一

（1）实验现象。__盐桥

①电流表指针发生偏转。②锌片逐渐溶解。EgZngz-z：^Cu

④将盐桥取出，电流表指针回到0点o

（2）工作原理。

电极名称负极正极

电极材料ZnCu

电极反应Zn—2e==:=Zn2+Cu2++2e-===Cu

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，不能在溶液中流动。

电流方向由正极沿导线流向负极。

离子移向阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；盐桥含饱和KC1溶液，K+

（内电路）移向正极，移向负极，不能在导线中流动。

盐桥的作用①连接内电路形成闭合回路。②平衡电荷，使电池能持续提供电流。

（二）化学电源

一、一次电池

2.组成：正极：碳棒；负极：Zn；电解质：KOHo

3.工作原理

一金属外壳

负极反应：Zn+201r—2e==Zn(OH)2；

正极反应：2MnC>2+2屋+2H2O===2MnO(OH)+20H

总反应：Zn+2MnCh+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)?

4.特点：碱性锌锦电池比普通锌镒电池性能好，它的比能量和可储存时间均有提高，适用于大电流和连

续放电。

二、二次电池

1.铅蓄电池

(1)基本构造

(2)组成

负极：Pb；正极：PbQs；电解质溶液：H2so4。

(3)工作原理

①放电过程：

负极：Pb+S0/一2屋===PbS04正极：PbO2+4H++SO「+2e—===PbSO4+2H2O；

总反应：PbO2+4H++SO/+2e-===PbSO4+2H2。。

②充电过程：铅蓄电池的充电过程与其放电过程相反。

放电

Pb+PbO：+2HzsCM42PbSO4+2H2

③铅蓄电池的充、放电过程:充电

(4)优缺点

①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛。

②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。

2.锂离子电池

(1)组成

负极：嵌锂石墨；正极：LiCoO2(钻酸锂)；电解质溶液：LiPF6(六氟磷酸锂)

(2)工作原理

①放电过程：负极：Li£、一xe―^=辽丁+C、,；正极：Lij—gCoCh+xLi"+屁―===LiCoC)2；

总反应：Li£y+Lii-.vCoO2===LiCoO2+Co

放电时，锂离子由石墨中脱嵌移向正极，嵌入钻酸锂晶体中。

②充电过程：充电时，锂离子从钻酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极极，嵌入石墨中。

放电

Li«C7+Lii-iCo02^^LiCoOi+Cz

③锂离子电池的充、放电过程：充电

(3)优点:质量小、体积小、储存和输出能量大等。

3.燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例)

H2|Pt|o2

(1)基本构造

(2)工作原理

负极室-

+-

负极反应：H2—2屋===2H+；正极反应：1o2+2H+2e===H2O;…①

2-------------------------------电解质

南液'

总反应：H2+jo2===H2Oo

【提分秘籍归纳】

1.电池正负极判断方法：

(1)根据电子流向：电子由负极流出，流入正极。

(2)根据离子流向：阳离子流向正极，阴离子流向负极。

(3)根据两极反应的物质判断：发生氧化反应的物质所在电极是负极，发生还原反应的物质所在电极是正

极，如氢氧燃料电池，由于氢气发生氧化反应，则所在电极是负极。

2.电极反应方程式的书写技巧

(1)明确两极的反应物。

(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物，然后根据化合价变化值求转移电子

数、再根据介质环境和共存原则，找出参与反应的介质粒子，利用电荷守恒、原子守恒配平电极反应式(注

意电解质有没有参加反应)。

3.二次电池充电时电极的连接：原电池的正极接外电源的正极，原电池的负极接外电源的正极。

4.pH变化规律的判断：若电极反应消耗OJT(H+),则电极周围溶液的pH减小(增大)；若电极反应生成H+

(OH),则电极周围溶液的pH减小(增大)。若总反应的结果是消耗OH」(H+),则溶液的pH减小(增大)；若

总反应的结果是生成H+(OH-),则溶液的pH减小(增大)。若两极消耗或生成的OIT(H+)的物质的量相等,

则溶液的pH变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生成而定，应具体问题具体分析(如酸性燃料电池，由于

生成水，pH增大)。

5.以甲烷燃料电池为例书写四种电解质环境下的电极反应方程式。

(1)酸性条件

总反应：CH4+202=C02+2H20O

正极反应式：2C)2+8H++8e-=4比0。

负极反应式：CHL8屋+2H2OCO2+8H+(根据C的化合价由4至U+4知转移电子数为8,根据电荷守恒及

电解质环境知方程式右边补8个H+)

(2)碱性条件

总反应：CH&+2O2+2OH-===CO氏+3%0。

正极反应式：202+4%0+8/===8OH,

负极反应式：CE+IOOH—8e===CO>+7H(注意电解质有没有参加反应)。

(3)熔融碳酸盐(如熔融K2co3)环境下

总反应：CH4+2O2=CO2+2H2OO

正极反应式：2O2+4CO2+8e-===48弃。负极反应式：CH4+4CO・8e-===5CO2+2H2O

(4)熔融氧化物环境下

总反应：CH4+2O2=CO2+2H2OO

正极反应式：202+81===4。2。负极反应式：CH4+4C)2—8e===CO2+2H2。

6.交换膜

(1)质子交换膜：只允许H+通过。

(2)阳离子氧化膜：只允许阳离子通过。

(3)阴离子交换膜：只允许阴离子通过。

(4)交换膜两侧溶液质量变化：分析离子流向，根据物质的消耗或生成来判断质量变化。

例如：镶镉蓄电池组充放电时发生的反应为：Cd+2NiOOH+2H0舞-2Ni(OH)2+Cd(OH)2,其电池装

置如图所示，阴离子交换膜两侧均注入K0H溶液。

分析放电一段时间后，两电极区溶液中KOH的物质的量是否改变？pH是否改变？

［放电时，Cd是负极，反应为Cd2e+2OH=Cd(OH)2，同时OH由右向左通过交换膜迁移进来，则KOH

的物质的量不变，溶液pH不变；正极反应为：2NiOOH+2e+2H2O=2Ni(OH)2+2OH,生成的OH通过交

换膜由右向左迁移到交换膜的左侧，即KOH的物质的量不变，但消耗了水，KOH浓度增大，pH增大。］

二、电解池

(一)电解池工作原理

1.电解：利使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳

两极引起氧化还原反应的过程。在此过程中，电能转化为化学能。

2.电解池：电能转化为化学能的装置，其构成条件：a.外接电源；

b.电极插入电解质溶液或熔融电解质；c.闭合回路。

3.电解池工作原理示意图

(1)电子流向：电源负极一阴极(发生还原反应)，阳极一电源

正极(发生氧化反应)

(2)离子移动方向：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极

(3)电流闭合：电源正极-阳极-溶液-阴极-电源负极

【提分秘籍警示】

1.电极的判断

（1）根据电源正负极、离子移动方向、发生反应类型判断，

具体如下：判断方法：

（2）依据电极产物——如果电极上析出C12或。2，它一定是

阳极；如果电极上产生H2或析出金属，它一定是阴极。

（3）根据实验现象判断阴、阳极：实际题目中往往不给出电

解池的电源，而是给出一些实验现象，据此先判断出是何种离子放电，从而确定出电源的正、负极和电解

池的阴、阳极，并进行有关问题的分析。

①滴入酚酰试剂显红色的一极（说明H+放电显碱性）是阴极，接电源的负极，电极反应是2H++21===氏丁。

②滴入石蕊试剂显红色的一极（说明OIF放电显酸性）是阳极，接电源的正极，电极反应是401r—4e、2H2O

+O2T。

③电极增重的一极（说明不活泼金属离子放电析出金属）是阴极，接电源的负极，如Cu2+放电时CU2++2L

===Cu。

2.电极反应方程式的书写技巧：六字真言：分析判断书写

分：分析电极材料是惰性电极如碳棒、Pt,还是活性电极（电极参与反应）

析：分析溶液组成即溶液中有哪些离子

判：判断离子流向（阳离子移向阴极，阴离子移向阳极）

断：根据离子放电顺序判断反应的离子

书：书写电极反应方程式

写：书写总反应方程式

［例如惰性电极电解氯化钠溶液：分（电极的惰性电极）、析（溶液含Na\Cl、H\OH）、判（Cl、OH

移向阳极，Na\H+移向阴极）、断（反应的微粒是Cl、H+）、书（阳极反应式：2C「一ZehCbT、阴极反

通电

应式：2H2O+2e-=H2f+2OJT）、写（总反应为2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2f+C12T）］

3.电解方程式的书写：放电离子来源物质=电极产物+剩余部分组合

［以惰性电极电解氯化钠溶液为例：溶液含Na+、Cl、H+、OH,放电顺序：Na+<H+、C1>OH,总反应：H

+来自水，Cl来自NaCl,剩余Na+、OH',组成NaOH,即反应物是NaCl、H2O,电极产物是CI2、H2,剩

余组

通电

合为NaOH,则总反应为2NaCl+2H26：2NaOH+H2T+Cl2to]

4.惰性电极电解电解质溶液的四种类型

阳极反应式：2c「一2屋===CbT

放H2生碱型（以NaCl

阴极反应式：2H2。+2/===HzT+20H

为例）

电解电解质型（以阳极反应式：2C「一2屋===（212T阴］以子

-s2-

V

放生碱型

HC1为例）阴极反应式：2H++2e.===H#H2R-电解电解质型

（如NaCl、MgBq等）器（如CuCk、HCl等）

2+

电解水型（以H2s。4阳极反应式：2H20-4/===C）2T+4H+FeH+1,,阳离子

Na+Mg2+Zn2+OHTCu2+Fe3+Ag+

电解水型.NO；放Oz生酸型

为例）阴极反应式：4H++4e.===2H2T

（inH2SO4,NaOH>•SO：（如CuS0'、AgNC）3等）

Na2s0,等）

阳极反应式：2H2。-4e-===O2t+4H+

阴极反应式：

放。2生酸型（以2Ci?++4e—===2Cu

CuS04为例）总曷子方程式：23++2%0-^^

2Cu+4H++O2T

5.离子放电顺序：

6.电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什么”原则，如电解NaCl溶液少的H和C1,通入HC1复原，电解

CuSCU溶液少的是Cu和0,补CuO复原等。

（二）电解原理应用

1、电解饱和食盐水

（1）电极反应

阳极：2C「一2屋=C12T（反应类型：氧化反应），阴极：2H++21=H2T（反应类型：还原反应）。

（2）总反应方程式

由ft?

化学方程式：2NaCl+2H2O=望22NaOH+H2T+Cbf。

_由解

-

离子方程式：2cl+2H2O=^=2OH+H2?+Ch?»

（3）应用：氯碱工业——制CL、仇和NaOH

①阳离子交换膜的作用

阻止01T进入阳极室与Cl2发生副反应:Cb+2OJT===Cr+C1CT+H2O,

阻止阳极产生的CL和阴极产生的压混合发生爆炸。

②a、b、c、d加入或取出的物质分别是精制饱和NaCl溶液、含少量NaOH

的水、淡盐水、NaOH溶液；X、Y分别是CL、H2o

2、电镀和电解精炼铜

电镀（铁制品上镀Cu）电解精炼铜

电极材料镀层金属铜粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）

阳极Cu—2e===Cu2+>Zn—2e-===Zn2+>

电极反应Cu-2e===Cu2+

Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+

电极材料待镀铁制品精铜

阴极

电极反应Cu2++2e===Cu

电解质溶液含Cl?+的盐溶液

电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥

3、电冶金

本质为M/+we-===M,利用电解熔融盐（或氧化物）的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。

总方程式阳极、阴极反应式

阳极：2C「一2e一二二二Cbf

冶炼钠2NaCl（熔融）-上2Na+Cl2T

阴极：2Na++2e-===2Na

阳极：2c「一2e-===CLT

申解

冶炼镁MgCL（熔融）一⑦Mg+ChT

阴极：Mg2++2e-===Mg

2-

电解阳极：6O^-12e===3O2T

冶炼铝

2Al2。3（熔融）冰晶石4A1+3O2T

阴极：4Al3++12屋===4A1

（三）金属的腐蚀与防护

1、金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变成金属阳离子，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

类型化学腐蚀电化学腐蚀

金属跟接触到的物质直接发生不纯金属（或合金）接触到电解质溶液所发生的原电池

定义

化学反应引起的腐蚀反应，较活泼金属原子失去电子被氧化而引起的腐蚀

条件金属与接触到的物质直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应

本质Mfe—===M"+M—〃e—二二二M〃十

现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀

区别无电流产生有微弱电流产生

联系电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重

（2）电化学腐蚀类型：析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例）

类型析氢腐蚀吸氧腐蚀

条件水膜酸性较强（PHW4.3）水膜酸性很弱或呈中性

负极Fe—2e二=二Fe2十

电极反应

===时

正极2H++2e-O2+2H2。+4e-===4OH-

总反应式Fe+2H+===Fe2++Ht

22Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2

联系吸氧腐蚀更普遍

铁锈的形成：4Fe（OH）2+O2+2H2O===4Fe（OH）3,2Fe（OH）3===Fe2C）3，H2O（铁锈）+（3-x）H2O»

3.金属的防护

（1）金属防护原理：金属防护就是防止金属的腐蚀，要解决的主要问题是使金属不被氧化，应从金属腐蚀

的化学反应原理、腐蚀的类型等方面来确定金属防护的具体方法。

（2）金属防护的方法

①改变金属的内部组织结构：如把铭、银等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增强了钢铁对各种侵蚀的抵

抗力。

②在金属表面覆盖保护层：（i）喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等；（ii）电镀一层金属；（出）

发蓝处理；（iv）阳极氧化处理铝制品，形成钝化膜等。

③电化学保护法

（1）牺牲阳极法：原电池原理，外接活泼金属作负极（阳极）使被保护金属作正极（阴极）。形成原电池时，被

保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予

以更换。

（2）外加电流法：电解原理，被保护金属作阴极，用惰性电极作辅助阳极。通电后强制电子流向被保护的

金属设备，使金属表面腐蚀电流降至零或接近零。从而使金属受到保护。

方法牺牲阳极法外加电流法

依据原电池原理电解池原理

形成原电池时，被保护的金属作正极，不发生将被保护的金属与另一附加电极作为电解池

原理化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化的两个电极，使被保护的金属作阴极，在外

学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换加直流电的作用下使阴极得到保护

保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等

应用保护土壤、海水及水中的金属设备

装上镁合金或锌块

钢钢

闸闸

门门

©e

(

oe

阴(

海水

oG阴

海水

极极©e

意图©e

，，ee

被ee

oe

□被

□

保ee

保©e

锌板

阳极

辅助

护ee

护ee

）

阳极

（牺牲

性）

（不溶

)

)

R02

□PA

T

能力

题•提

练真

反应

生还原

极上发

，b电

电时

A.充

电极

接b

极连

的正

电源

，外

电时

B.充

迁移

②区

：向

的SO

液中

区溶

，①

电时

C.放

2H2。

n2++

e-=M

H++2

O2+4

为Mn

反应式

的电极

电极

，a

电时

D.放

】B

【答案

料

极材

，电

电时

】放

【分析

反应

电极

KOOK2ne=Oo+2nK+,是原电池的负极，阳离子增多需要通过阳离子交换

+2+

膜进入②区；二氧化镒得到电子变成镒离子，是原电池的正极，电极反应：MnO2+4H+2e=Mn+2H2O,

阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区，故③为碱性溶液是

极，①为酸性溶液是二氧化铳电极。

【详解】A.充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；

B.充电时，外电源的正极连接a电极相连，电极失去电子，电极反应为乂1?++2比。-2e-=MnOz+4H+,

B错误；

C.放电时，①区溶液中多余的so：向②区迁移，C正确；

D.放电时，a电极的电极反应式为MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2。，D正确；

故选：B。

2.(2023・福建・统考高考真题)一种可在较高温下安全快充的铝硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯

铝酸盐(由NaCl、KC1和AlCh形成熔点为93℃的共熔物)，其中氯铝酸根［可#13nM(nN1)］起到结合或释放

AP+的作用。电池总反应：2Al+3xS=^Al,SK下列说法错误的是

允用'x•

A.人1„。3"|含如个加一。键

B.AlnCl；n+1中同时连接2个A1原子的C1原子有(n-1)个

C.充电时，再生ImolAl单质至少转移3moi电子

D.放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的ALC*浓度越高

【答案】D

【分析】放电时铝失去电子生成铝离子做负极，硫单质得到电子做正极，充电时铝离子得到电子生成铝发

生在阴极，硫离子失去电子生成硫单质发生在阳极，依此解题。

ClClC1

【详解】A.A1n的结构为—A】一CI----AI-C1-J-所以含4n个A1—C1键，A

ClClci

正确；

B.由AlnCl®i的结构可知同时连接2个Al原子的Cl原子有(n-l)个，B正确；

C.由总反应可知充电时，再生ImolAl单质需由铝离子得到电子生成，所以至少转移3moi电子，C正确；

D.由总反应可知放电时间越长，负极铝失去电子生成的铝离子越多所以n值大的A1nCl9［浓度越高，D错

误；

故选D。

3.(2023・重庆・统考高考真题)电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半

胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述簿用的是

A.电极a为阴极

B.H+从电极b移向电极a

/^/COOH

C.电极b发生的反应为：j|+2H2O-6e-=1||+6H+

D.生成3moi半胱氨酸的同时生成Imol烟酸

【答案】D

【分析】该装置是电解池，电极b上3甲基毗咤转化为烟酸过程中，加氧少氢，，发生氧化反应，则b为阳极，

NH2

HC—CH—COOH

2NH2

a为阴极，阴极电极反应式为+2e+2H+=2I

HS—HC—CH—COOH

H2C—CH—COOH2

NH2

【详解】A.a极上硫元素化合价升高，a为阴极，A正确；

B.电解池中阳离子移向阴极，则H+移向a电极，B正确；

C.电极b上3甲基毗咤转化为烟酸过程中发生氧化反应，在酸性介质中电极反应式为:

八一CH3-COOH

-