讲义01 电化学知识点归纳-2022年高考化学二轮专题精品讲义【电化学专题】

这是一份讲义01 电化学知识点归纳-2022年高考化学二轮专题精品讲义【电化学专题】，共5页。学案主要包含了原电池的基本概念，电极反应的书写技巧，电解和电解池，电解原理的应用，金属的腐蚀和防护等内容，欢迎下载使用。
讲义01 电化学知识点归纳
一、原电池的基本概念、反应本质和工作原理
1、原电池的定义：原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应
2、组成原电池的条件
(1)两个活泼性不同的电极：
①其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，如：金属与金属、金属与非金属、非金属与非金属
②燃料电池中两极可同选石墨或铂
(2)电解质溶液 (溶液或者熔融)
(3)电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路 (两个半电池要用盐桥连接)
(4)有自发进行的氧化还原反应
3、原电池的工作原理：如图是两种锌铜原电池示意图
(1)反应原理：负极(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋   (氧化反应)
正极(Cu)：Cu2＋＋2e－===Cu (还原反应)
总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

(2)原电池中的三个方向
①电子流动方向：负极——经导线——正极
②电流流动方向：正极——经导线——负极
③离子迁移方向：阴离子移向负极，阳离子移向正极
(3)两个装置的比较：装置Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高，易造成能量损耗；装置Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，能避免能量损耗，且电流稳定，持续时间长。II装置的原电池效率比甲装置的电池效率高，I装置电流在短时间内就会衰减
(4)盐桥的成分及作用
①成分：盐桥通常是装有饱和KCl或者NH4NO3琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动
②作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流
沿导线
5、原电池中正负极的判断方法 (三种方法最可靠)
(1)根据电极反应或总反应方程式来判断
作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极
作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极
(2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断
电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极
(3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断
阳离子向正极移动；阴离子向负极移动
6、原电池原理的“五”个基本应用
(1)加快氧化还原反应的速率：一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。如：在Zn与稀H2SO4反应时，
加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快，因为锌、铜(是锌与CuSO4反应产生的)与稀硫酸构成了原电池
(2)设计制作化学电源：从理论上讲，任何自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池，还原剂在负极上发生氧化反应，失去的电子通过导线转移到正极上，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应，从而形成闭合回路，外电路中则有电流产生
(3)比较金属活动性的强弱
①方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。
②常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼
(4)制造化学电源：如各种干电池、蓄电池、燃料电池
(5)用于金属的防护：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极
7、化学电源(化学电池是将化学能转化为电能的装置)
(1)一次电池：一次电池的特点是活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗一定程度后，就不能再重复使用。其电解质溶液是
糊状物或制成胶状，不流动，也叫干电池。干电池是用锌制圆筒形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜的石墨作正极，在石墨
周围填充NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2和炭黑。Zn参与负极反应，NH4+和MnO2参与正极反应。如：普通锌锰
电池、碱性锌锰电池、锌银电池等
(2)二次电池：可多次充电、放电的电池，如铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等。铅蓄电池可放电亦可充电，具双重功能。它是用橡胶或微孔塑料制成的长方形外壳，正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状金属Pb，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，两极间用橡胶或微孔塑料隔开。如：铅蓄电池反应方程式如下式：
Pb (s)+ PbO2(s) +2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) +2H2O(l)
负极： Pb-2e-+SO42-=PbSO4
正极： PbO2+4H++2e-+SO42-=PbSO4+2H2O
(3)燃料电池：燃料电池是一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。它与一般的化学电源不同，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括活性物质，只是一个催化转化
元件。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。常见的燃料电池有：氢氧燃料电池，甲烷燃料电池
8、废旧电池中含有汞、镉、铬、铅等大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染
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二、电极反应的书写技巧
1、书写规则：
①得失电子守恒：
②电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等
③原子守恒(质量守恒)：电极反应两边同种原子的原子个数相等
常见规律：若为酸性介质，先补H+，另一边补H2O；若为碱性介质，先补OH—，另一边补H2O
2、常见燃料电池的电极反应书写
(1)氢氧燃料电池
①酸性介质(如H2SO4)，电极反应：负极： ；正极：
总反应：
②碱性介质(如KOH)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
(2)甲烷燃料电池
①酸性介质(如H2SO4)，电极反应：负极： ；正极：
总反应：
②碱性介质(如KOH)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
③熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下：负极： ；正极：
总反应：
④固体电解质(高温下能传导O2－)：　负极： ；正极：
总反应：
(3)甲醇燃料电池
①酸性介质(如H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
②碱性介质(如KOH)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
③熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下：负极： ；正极：
总反应：
④固体电解质(高温下能传导O2－)：　负极： ；正极：
总反应：
(4)乙烷燃料电池
①酸性介质(如H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
②碱性介质(如KOH)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
③熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下：负极： ；正极：
总反应：
④固体电解质(高温下能传导O2－)：　负极： ；正极：
总反应：
(5)丙烷燃料电池
①酸性介质(如H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
②碱性介质(如KOH)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
③熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下：负极： ；正极：
总反应：
④固体电解质(高温下能传导O2－)： 负极： ；正极：
总反应：
(6)乙醇(二甲醚)燃料电池
①酸性介质(如H2SO4)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
②碱性介质(如KOH)，电极反应： 负极： ；正极：
总反应：
③熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下：负极： ；正极：
总反应：
④固体电解质(高温下能传导O2－)：　负极： ；正极：


三、电解和电解池
1、电解：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：把电能转化为化学能的装置，叫做电解池，也叫电解槽
3、电解池的构成条件：(1)有与电源相连的两个电极 (2)两个电极插入电解质溶液(或熔融盐)中 (3)形成闭合回路
4、电极名称及电极反应式：以用惰性电极电解CuCl2溶液为例

5、电解池中电子、电流和离子的移动方向
(1)电子：负极→阴极，阳极→正极
(2)电流：正极→阳极，阴极→负极
(3)离子：阳离子→阴极，阴离子→阳极
6、电极类型：金属活动顺序表中银以前的金属(含银)做电极时，由于金属电极本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动顺序表中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要由铂(Pt)、石墨等
7、电解时电极产物的判断
(1)阳极产物的判断：阳极吸引的是阴离子，比较阴离子还原性的大小
首先看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极(Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，电极被溶解变成离子而进入溶液，溶液中的阴离子不能失电子；若阳极材料为惰性电极(Pt、石墨)，则根据阴离子的放电顺序来判断：
阴离子放电顺序：阳极：金属(Au、Pt除外)电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子
(2)阴极产物的判断：阴极吸引的是阳离子，比较阳离子氧化性的大小
直接根据阳离子的放电顺序进行判断阳离子放电顺序：
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(指水电离的)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
【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)中阳离子放电
②阳极材料若是金属电极(Au、Pt除外)，溶液中的阴离子不反应，电极金属失电子被氧化
③电解水溶液时，K+～Al3+不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属单质
④电解水溶液时，Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+浓度较大时在H+之前放电
【练习1】用惰性电极电解下列电解质溶液，请你分析下列问题（注意得失电子的顺序）
①CuCl2：阳极： ；阴极：
总方程式： ；电解质浓度 ，pH
电解对象： ，要把电解质溶液复原，加
②HCl：阳极： ；阴极：
总方程式： ；电解质浓度 ，pH
电解对象： ，要把电解质溶液复原，加
③NaCl：阳极： ；阴极：
总方程式： ；电解质浓度 ，pH
电解对象： ，要把电解质溶液复原，加
④MgCl2：阳极： ；阴极：
总方程式： ；电解质浓度 ，pH
电解对象： ，要把电解质溶液复原，加
⑤CuSO4：阳极： ；阴极：
总方程式： ；电解质浓度 ，pH
电解对象： ，要把电解质溶液复原，加

⑥AgNO3：阳极： ；阴极：
总方程式： ；电解质浓度 ，pH
电解对象： ，要把电解质溶液复原，加
⑦NaOH：阳极： ；阴极：
总方程式： ；电解质浓度 ，pH
电解对象： ，要把电解质溶液复原，加
⑧H2SO4：阳极： ；阴极：
总方程式： ；电解质浓度 ，pH
电解对象： ，要把电解质溶液复原，加
⑨Na2SO4：阳极： 阴极
总方程式： 电解质浓度 ，pH
电解对象： ，要把电解质溶液复原，加
【练习2】用铜电极电解下列电解质溶液，请你分析下列问题（注意得、失电子的顺序）
①H2SO4：阳极 ；阴极： 总方程式：
②ZnSO4：阳极 ；阴极： 总方程式：
③CuSO4：阳极 ；阴极：
四、电解原理的应用
1、氯碱工业：电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气
(1)电极反应
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反应)
阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ (还原反应)
(2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气
2、电镀：
(1)含义：应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方法，叫做电镀，是一种特殊的电解
(2)原理：电镀时，通常把待镀金属(镀件)作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液。在直流电的作用下，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在镀件表面覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。如：在铁上镀铜(如下图)， 电解液为可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液
阳极(纯铜)：Cu－2e—Cu2+
阴极(镀件)：Cu2+＋2e—Cu
(3)电镀时，电解质溶液的浓度保持不变；阳极减少的质量和阴极增加的质量相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等
CuSO4
Cu
Fe
CuSO4
粗铜
纯铜

3、铜的电解精炼
(1)原理：电解精炼粗铜时，通常把纯铜作阴极，把粗通板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)作阳极，用CuSO4溶液作电解质溶液，当通以直流电时，作为阳极的粗铜逐渐溶解，在阴极上析出纯铜
(2)电极反应：阳极(粗铜)：Zn－2e—Zn2+，Fe－2e—Fe2+，Ni－2e—Ni2+，Cu－2e—Cu2+
阴极(精铜)：Cu2+＋2e—Cu
(3)如何实现除杂？在精炼池的阳极，含杂质的铜不断溶解，比铜更活泼的Zn、Fe、Ni等也会失去电子，但Ag、Au等金属杂质由于失去电子能力较弱，难以在阳极溶解，所以它们会以单质的形式沉积在精炼池底，形成“阳极泥”。“阳极泥”经分离后可以得到Ag、Au等贵重金属。在阴极，由于溶液中的Zn2+、Fe2+、Ni2+、H+等离子得到电子的能力均比Cu2+弱，且物质的量浓度均比Cu2+小，所以只有Cu2+在阴极获得电子而析出Cu，这样，在阴极就得到了纯铜。长时间电解后，电解质溶液的Cu2+浓度中有所减小，且引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂质，需定时除去杂质
(4)铜的电解精炼时，电解质溶液的Cu2+浓度中有所减小；阳极减少的质量和阴极增加的质量不相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等
4、电冶金：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
(1)冶炼钠：2NaCl2Na＋Cl2↑ (2)冶炼镁：MgCl2Mg＋Cl2↑ (3)冶炼铝：2Al2O34Al＋3O2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
注：①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高
②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电
五、金属的腐蚀和防护
1、金属腐蚀内容：金属的腐蚀是指金属或者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、金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应
3、金属腐蚀的类型：
(1)化学腐蚀——金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀
化学腐蚀实质：金属和非电解质或其它物质高考资源网相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生
(2)电化学腐蚀——不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀过程有微弱电流产生
(3)化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
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，电化学腐蚀更普遍
4、电化学腐蚀的分类————以钢铁的腐蚀为例进行分析
(1)析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出
①条件：潮湿空气中形成的水膜，水膜酸性较强(pH≤4.3) (水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体)
②电极反应：负极： Fe－2e—Fe2+ 正极：2H+＋2e—H2 ↑
总式：Fe＋2H+Fe2+＋H2 ↑
(2)吸氧腐蚀——反应过程吸收氧气 (吸氧腐蚀更普遍)
①条件：水膜酸性很弱或呈中性
②电极反应：负极：2Fe－4e—2Fe2+ 正极：O2＋4e—＋2H2O4OH—
总式：2Fe＋O2＋2H2O2Fe(OH)2
生成的 Fe(OH)2被空气中的O2氧化，生成 Fe(OH)3， 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O4Fe(OH)3
Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·xH2O (铁锈主要成分)
5、判断金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快
6、金属的防护
(1)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等
(2)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法
(3)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理
a．负极：比被保护金属活泼的金属
b．正极：被保护的金属设备
c．应用：在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块保护钢铁设备，负极：锌块被腐蚀；正极：钢铁设备被保护
②外加电流的阴极保护法—电解原理
a．阴极：被保护的金属设备
b．阳极：惰性金属或石墨
c．应用：把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应
7、两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法