第四章化学反应与电能 知识清单-人教版高二年级上册化学选择性必修1

高中化学选择性必修一（2019人教版）第四章化学反应与

电能知识清单

4.1原电池

一、原电池的工作原理

（一）定义：将化学能转化能电能的装置

（二）本质：氧化还原反应

（三）工作原理：以铜-锌原电池为例

电极：Zn—负极，Cu—正极

工作原理:负极一失电子一发生氧化反应一电子通过导线流向正极一正极一得电子一发生还

原反应

溶液中：阴离子一负极，阳离子一正极

外电路一电子导电，内电路一离子导电

,负极：Zn—2e-=Z»+锌片逐渐溶解

电极反应:总反应：2+2+

〔正极：+2"=c〃有红色铜析出Zn+Cu=Zn+Cu

注：1、盐桥的作用：（1）成分：含琼胶的KC1饱和溶液

（2）作用：①构成通路，代替两溶液直接接触②平衡电荷：K+-

正极，C1-＞负极

（3）优点：隔离氧化剂和还原剂，不同区域实现电子定向移动，产生

持续、稳定的电流

2、电子只能在两极和外电路中流动，不可能进入溶液中。即“电子不下水，离子不上岸”

3、溶液中是由电解质溶液中的阴阳离子定向移动形成闭合回路的

（四）条件：两极一液一连线，氧化还原是条件

1、两个能导电的电极——正极和负极：

两极的构成情况:①活泼性不同的两种金属②金属和非金属③金属和化合物④惰性

电极：Pt、C

注：（1）很活泼的金属单质一般不作原电池的负极，如：K、Ca、Na等

（2）有些原电池的两极活泼性相同，如燃料电池

2、要有电解质溶液或熔融的电解质

电解质溶液的情况：

（1）电解质溶液一般要能够与负极发生反应

（2）电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如：02）

（3）特殊：有盐桥时，左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子溶液

3、形成闭合回路的情况：（1）导线相连（2）电极直接接触

4、氧化还原反应：氧化还原反应是自发进行的，但自发进行的氧化还原反应不一定都能设

计成原电池

（五）原电池的判断一一四看

1、看电极一一两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极）

2、看溶液——两极插入电解质溶液中

3、看回路一一形成闭合回路或两极直接接触

4、看本质一一有无氧化还原反应发生

（六）正负极的判断方法：

1、电极反应：负极一氧化反应，正极一还原反应

2、电子或电流的流向：电子：负一正；电流：正一负

3、离子流向：阳离子一正极，阴离子一负极；即“正向正，负向负”

4、电极材料：活泼金属作负极，不活泼金属、金属氧化物、非金属作正极

注：不能简单的依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况

5、其他：质量增加-*正极，质量减少f负极，气体f正极，pHff正极

（七）电极反应式的书写

1、分析电极反应：负极氧化反反‘"四->氧化产物,正极.至愿区电号叫一》还原产物

2、注意电解质溶液环境：电极产物在电解质溶液中应稳定存在

①碱性介质中，若生成H+,结合OH—HO

②酸性介质中，若生成OH-,结合H+TH?。

③碱性介质中，若生成CO2，结合OH--CChi

④碱性介质中，若生成金属阳离子，则可能会结合OH一沉淀M（OH）n

3、遵守三大守恒：质量守恒、电荷守恒、转移电子守恒

4、两极反应式叠加得总反应式，总反应式减去其中一个电极反应式，可得另一个电极的反

应式

5、规律：①一般来说，金属作负极的原电池

负极：酸性或中性介质中：M—ne-Mn+

碱性介质中：M—ne-+nOH=M（OH）n

正极：酸性介质中：2H++2e=H2t

阳离子与金属反应的介质中：Nx++xe-=N

阳离子不与金属反应的介质中：O2+4e+2H2O=4OH-

②特殊：铝镁氢氧化钠电解质，铝铜浓硝酸电解质

注：电极反应式中若有气体生成，需加“t”；若有固体生成，一般不标“3”

（八）原电池的设计

1、先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应

2、根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应，找出正负极材料及电解质溶液

3、按要求画出原电池装置图

（九）应用

1、形成原电池，可以加快氧化还原反应的反应的速率

2、通过原电池的电极，可以比较金属活泼性强弱

3、设计化学电源

4、保护金属设备：被保护金属作正极

二、化学电源

(一)分类：

一次电池：就是放电后不可再充电的电池。随着使用，一次电池中能发生氧化还原反应的物

质逐渐被消耗，当这些物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。一次

电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。

二次电池：又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。即它在

放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行(一般通过充电器将交流

电转变为直流电进行充电)，使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现将化学

能转变为电能(放电)，再由电能转变为化学能(充电)的循环。

燃料电池：是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。

(二)优点：

1、化学电池的能量转化效率较高，供能稳定可靠

2、可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组

3、方便携带，易于维护

(三)判断电池优劣的主要标准：

1、比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少

2、比功率：输出功率的大小

3、电池可储存时间的长短

(四)一次电池一一普通锌镒电池、碱性锌镒电池、锌银电池

1、普通锌镒干电池

(1)电极材料及电极反应：负极：锌筒Zn-2e-=Zn2+

正极：石墨2NH4++2MnC)2+2e-=2NH3t+Mn2O3+H2O

总反应：Zn+2MnC)2+2NH4cl=ZnCb+2NH3t+M112O3+H2C)

(2)电解质：MnO2>NH4CI、ZnCb、淀粉等调成糊状

(3)缺点：新电池会自动放电，锌皮腐蚀逐渐变薄、放电后电压下降较快、电量小、易气

胀或漏液、存放时间缩短不易长时间连续使用

(4)优点：制作简单，价格便宜

2、碱性锌铳电池

(1)电极材料及电极反应：负极：锌筒Zn-2e+2OH=Zn(OH)2

正极：MnO22MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)(氢氧化氧镒)+20H-

(MnO2作为正极反应物，得电子被还原为MnO(OH))

总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

(2)电解质：将NH4cl换成湿的KOH

(3)优点：比能量和可储存时间均有所提高，是普通干电池的升级换代产品

(五)二次电池(可充电电池)

举例：铅酸蓄电池

1、电极材料：负极：Pb正极：PbO2电解质：H2s04

2

2、电极反应式：负极：Pb-2e+SO4=PbSO4

+2

正极：PbO2+4H+2e+SO4-=PbSO4+2H2O

总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

3、工作特点：电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉；但比能量低，笨重，废弃电池

污染环境

4、接线方式：充电时，待充电电池的负极要接电源的负极，待充电电池的正极要接电源的

正极，即正接正，负接负

注：放电：化学能转化为电能；充电：电能转化为化学能

（六）燃料电池

1、工作原理

连续将氢气、烧、脏、甲醇、氨、煤气等液体或气体燃料和氧化剂的化学能转换为电能。

电极本身不包含活性物质,不参与氧化还原反应。工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给，

在电极上不断地进行反应，生成物不断被排除

2、特点：

（1）燃料电池中，燃料（还原性气体等）作负极，发生氧化反应，氧化剂（通常为氧气）

作正极发生还原反应

（2）燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如钳电极、活性炭电极

等

（3）燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料与氧化剂之间的直接燃烧，而是在两极之间

发生了放电，将化学能转化

为电能

（4）燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池则是平稳的氧化还原反应

（5）燃料直接燃烧时，大量的热能释放到空气中，利用率低；燃料电池工作时，能量转化

率较高，是一种高效、环境友好的发电装置

（6）燃料电池的反应物并不储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂

3、燃料电池与一般化学电池的区别

一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极

本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。它工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给，

在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能

4、优点

燃料电池的能量转化率超过80%,远高于普通燃烧过程（能量转化率仅30%多），可以

持续使用，噪音低，不污染环境。既有利于节约能源，又绿色环保，具有广阔的发展前景,

被誉为“绿色发电站”

5、种类

（1）氢氧燃料电池

电解质酸性中性碱性

++

负极反H2-2e-2HH2-2e-2HH2-2e+2OH-2H2O

应

+

正极反O2+4e+4H=2H2OO2+4e+2H2O=4OH-O2+4e+2H2O=4OH

应

总反应2H2+O2=2H2O

（2）甲烷燃料电池

电解质

H2SO4KOH

负极反

CH4-8e+2H2OCO2+8H+CH-8e+10OH-CO32+7HO

应42

正极反

O+4e+4H+=2HOO+4e+2HO=4OH-

应2222

2

总反应CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2OH-=CO3+3H2O

（3）甲醇燃料电池

电解质H2SO4KOH

负极反

CHOH-6e+HO=CO+6H+CH3OH-6e-+8OH-CO2+6HO

应32232

正极反

O+4e+4H+=2HOO+4e+2HO=4OH-

应2222

2

总反应2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O2CH3OH+3O2+4OH-2CO3+6H2O

（4）熔融盐电池

例如：用Li2c。3和Na2c。3的熔融盐混合物作电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2

的混合气为助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐

的组成、浓度不变

22

电极反应式：负极：2CO+2CO3-4e=4CO2正极：O2+2CO2+4e=2CO3-总反

应：2co+O2=2CC）2

6、燃料电池中常见正极反应式的书写

+

（1）在酸性溶液中：O2+4e+4H=2H2O

（2）在碱性或中性溶液中，C）2+4e-+2H2O=4OH-

（3）在熔融碳酸盐中，O2+2CO2+4e-=2CO32-

（4）在可传导。2-的晶体电解质中（例如：掺杂（丫2。3）氧化钮的（ZrO2）氧化错晶体）：

2

O2+4e-2O-

注：燃料电池的总反应就是各种物质的燃烧反应，但不写反应条件

4.2电解池

一、电解池

（一）电解的定义：使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引

起氧化还原反应的过程。

（二）电解池的定义：将电能转变为化学能的装置，也称电解槽

（三）构成条件：两极一液一电源，氧化还原是条件

注：电解法是一种强氧化还原手段，可以完成一个不自发的氧化还原反应

1、两极

（1）阴极一一负极一一阳离子一一还原反应

（2）阳极一一正极一一阴离子一一氧化反应

注：阳极分为两种：（1）活性电极：电极自身放电即电极自身发生氧化反应，如：Fe、Cu、

Ag

（2）惰性电极：电极自身不反应，由电解质中的阴离子发生氧化反应。

如：Au、Pt、C

2、电解质溶液

3、外接电源

4、能发生氧化还原反应：可以是自发的反应，也可以是非自发的反应

（四）工作原理（以电解CUC12溶液为例）

电极名称阴极阳极

电极材料石墨石墨

电极反应Cu2++2e=Cu2C1—2e=Cbt

反应类型还原反应氧化反应

总反应电解

CuCl2-....~Cu+Cl2t

有刺激性气味的气体，使湿润的淀粉KI试

反应现象有红色物质产生

剂变蓝

电子流向负极f阴极，阳极f正极

电流流向正极f阳极，阴极f负极

离子走向阳离子一阴极，阴离子f阳极

注：放电：离子得失电子发生氧化还原反应的过程+

（五）电极的放电顺序

1、阳极：h

（1）活性电极：Fe>Cu>Ago反应方式：M-ne-=Mn+石墨—年二三—石墨

Fe-2e=Fe2+>Cu-2e-=Cu2+^Ag-e-=Ag+极）藤（a极）

（2）惰性电极：Au、Pt、Co溶液中的阴离子放电昙浮凌

常见放电顺序：活性电极>S*>r>Br->cr>OH->含氧酸根>尸CuCb溶液

+

2I-2e-I22Br-2e-Br22Cl-2e-C122H2O-4e-4H+O2t

2、阴极：

常见阳离子放电顺序：金属活动性顺序的倒序

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（®）>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

最常见的阴极产物有Ag、Cu、H2

2++

Ag++e=AgCu+2e-Cu2H+2e-H2t或2H2O+2e=H2t+2OH'

注：在电镀时，通过控制条件，Fe?+和Zd+的得电子能力会强于酸中的H+,即浓度越大,

得电子能力越强

（六）电解方程式的书写

看电极一找离子一分阴阳一排顺序一写反应

注：1、必须在总反应方程式的“==”上标明“通电”或“电解”

2、只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物，无关的不写

（七）惰性电极电解规律

电解质PH恢复原

类物质类型及电解对

电极反应特点浓度变值浓度的

型实例象

化变化方法

阴极：2HO+2e=Ht强碱

22增大

+2OH-(NaOH)

电

阳极：含氧酸

解减小

2H2。―4e=4H++O2t（H2so4）水增大水

水

电解活泼金属含氧酸

型2HO---------2Hf+0

222盐（KN03、不变

tNa2so4）

自无氧酸增大

身（HC1）

电解质电离出的阴阳电解质/口电解

电不活泼金属无氧减小

离子分别在两极放电本身质本身

解酸盐（CuC12）/

型

阴极：2H2O+2e-=H2t生成新

放

+2OH-生成碱电解

氢活泼金属的无氧

电解质质，原加氯

生酸盐(NaCl、增大

阳极：电解质阴离子放和水电解质化氢

碱MgCL)

电浓度减

型

小

阴极：电解质阳离子放生成新

放

电电解

氧不活泼金属的含加对应

阳极：电解质质，原

生氧酸盐(CuSO>减小的氧化

2HO-4e=4H++Ot4和水电解质

酸22AgN0)物(CuO)

生成酸3浓度减

型

小

注:常考的电解池反应式:惰性电极的情况下，电解强碱、含氧酸、活泼金属含氧酸盐(KNO3、

)

Na2so4、HCkCuCl2>

NaCkMgCL、CuSO4>AgNO3

1、惰性电极的情况下，电解强碱、含氧酸、活泼金属含氧酸盐(KNO3、Na2so

阴极：2H2O+2e-=H2t+2OH阳极：2H4e=4H++O2t

由解

总反应：2H2O=2H2t+02t

+

2、惰性电极的情况下,电解HC1：阴极：2H+2e-=H2t阳极：2C1-2e-=CLt

由解

总反应：2HC1=H2t+C12t

3、惰性电极的情况下，电解CuCb溶液：阴极：Cu2++2e=Cu阳极：2CY-2e=Cht

电解

总反应：CuCl2Cu+Cbt

4、惰性电极的情况下，电解NaCl溶液：

阴极：2H2<D+2e-=H2t+20H-阳极：2C1-2e=Cl2t

一电解

总反应：2H2O+2C1-=C12t+H2t+20H-

5、惰性电极的情况下，电解MgCb溶液：

阴极：2H2。+2&=mt+20H-阳极：2Cr-2e-=Cbt

电解

2+

总反应：Mg+2H2O+2C1-Cht+H2t+Mg(OH)2

6、惰性电极的情况下，电解CuSCU溶液：

2++

阴极：Cu+2e-=Cu阳极：2H2O-4e=4H+O2t

申解

总反应：28++2比0---------2CU+4H++C)2t

7、惰性电极的情况下，电解AgNCh溶液：

电解

阴极：Ag++b=Ag阳极：2H2O—4e-=4H++O2t总反应：4Ag++2H2(D^^4Ag+4/+。2

(A)电解池与原电池的比较

原电池电解池

能量转化化学能f电能电能f化学能

反应能否自发自发进行的氧化还原反应非自发进行的氧化还原反应

进行

构成装置两极、电解质、导线两极、电解质、电源

电极名称负极正极阴极（与负极相连）阳极（与正极相

连）

电极反应失电子一氧化得电子一还原得电子一还原反应失电子一氧化反

反应反应应

电子流向负极f外电路f正极负极f阴极，阳极f正极

电流流向正极f外电路f负极正极f阳极，阴极f负极

离子流向阳离子一正极，阴离子一负阳离子一阴极，阴离子f阳极

极

小结：原电池与电解池的电极反应：负阳氧，正阴还

原电池的离子走向：正向正，负向负；电解池的离子走向：阴阳相吸

二、电解原理的应用

（一）氯碱工业一电解饱和食盐水制烧碱和氯气

1,原理：阴极：2H2O+2e=H2T+20H-

阳极：2C1—2e-=Cl2f

_电解

总反应：2cr+2压0^^2OIT+CLt+H2t

2、现象及检验：

阴极：有无色、无味气泡产生，滴加酚酥一一变红

阳极：有黄绿色、刺激性气味的气体产生，使湿润的淀粉KI试

纸变蓝

3、阳离子交换膜的作用

（1）将电解池隔成阳极室和阴极室，只允许阳离子（Na+、H+）寓子交换膜法电解原理示意图

通过，而阻止阴离子（Cl\0H）和气体通过

（2）既能防止阴极产生的H2和阳极产生的C12相混合，而引起爆炸，又能避免C12和NaOH

作用生成NaClO而影响烧碱的质量

（二）电镀

1、定义：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺

2、目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度

3、电镀池的构成:

阴极：待镀金属一一镀件

阳极：镀层金属（通常是一些在空气或溶液里不易起变化的金属（如Cr、Ni、Ag和合金（如

黄铜）））

电解质溶液：含有镀层金属阳离子的电解质溶液一一电镀液

4、实例：铁上镀铜

5、特点：一多一少一不变

一多：阴极上有镀层金属沉积

一少：阳极上镀层金属溶解

一不变：电解质溶液浓度不变

CuSO.溶液

（三）电解精炼铜电镀铜实验装置

1、装置：如图

2、原理：

阳极：Cu—2e-=Cu2+

（Zn—2e=Zn2+、Fe-2e-Fe2+.Ni—2e-Ni2+）

阳极泥成分：Au、Ag

阴极：Cu2++2e-=Cu

（电解质溶液浓度减小，因为mcu（溶解）<mcu<析出））

（四）电冶金

1、金属冶炼：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单

质的过程。Mn++ne-M

2、特点：电解是最强有力的氧化还原手段电解精炼铜原理

3、适用范围：制取活泼金属单质。如：Na、Ca、Mg、Al等

4、实例：电解熔融NaCl制备单质Na

+总反应：2NaCl（熔融）=^^=2Na+Clt

阴极：Na+e-Na阳极：2C1—2e-Cl2t2

5、常见金属的冶炼方法:

热还原法（常见还原剂：c、co、热分解物理方

电解法（熔融态）

H2、Al）法法

K、Ca、Na、Mg、

Zn>Fe>Sn、Pb>CuHg、AgPt>Au

Al

4.3金属的腐蚀与防护

一、金属的腐蚀

（一）定义：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象

（二）特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化

（三）本质：金属失电子变成阳离子发生氧化反应。M-ne=Mn+

（四）类型：化学腐蚀和电化学腐蚀

1、化学腐蚀

（1）定义:金属与其表面接触的一些物质（如。2、CL、S02等）直接反应而引起的腐蚀

（2）本质：金属失电子被氧化。

（3）举例：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物

腐蚀

（4）特点：无电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而加快。例如：钢材在高温下容易被

氧化，表面生成由FeO、Fe2O3,FesCU组成的一层氧化物。

2、电化学腐蚀

（1）定义：不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化

反应而被腐蚀，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

（2）本质：较活泼的金属失去电子被氧化

（3）举例：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀

（4）特点：有微弱的电流产生

注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更

普遍，危害更大，腐蚀速

率更快

3、钢铁的电化学腐蚀

（1）原电池的组成：负极：铁正极：碳电解质：潮湿空气

（2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀

①析氢腐蚀：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。

水膜酸性较强：负极：Fe—2e=Fe2+