周末学点啥？中学化学园分享电化学知识清单及练习

又到周末了

今日我们应学习何物？中学化学园今日将电化学的相关知识点与大家分享，同时附上基础习题以及能力提升的练习，期待这些内容能对各位有所裨益~~~

考点一　原电池的工作原理

1．概念和反应本质

原电池是一种将化学能转换成电能的设备，其工作原理基于氧化还原反应。

2．原电池的构成条件

观察反应情况：需确认是否存在能够自主进行的氧化还原反应（通常涉及活性较高的金属与电解质溶液之间的相互作用）。

(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

观察是否构成了一个封闭的回路，构成闭合回路需要满足以下三个要素：首先，必须存在电解质溶液；其次，两个电极需直接或间接地相连；最后，这两个电极必须被放置在电解质溶液内。

3．工作原理

以锌铜原电池为例

(1)反应原理

(2)盐桥的组成和作用

①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

盐桥的功能主要包括：首先，它将内电路串联起来，确保回路完整；其次，它负责调节电荷，确保原电池能够持续输出电流。

在图Ⅰ中，Zn与CuSO4溶液直接接触时，Zn会与Cu2＋发生直接反应，其中一部分Zn参与了这一反应。在此装置中，不仅发生了化学能向电能的转换，还有部分化学能转化为热能，导致装置的温度随之上升。

在图Ⅱ中，锌和硫酸铜溶液被分别置于两个不同的池子内。由于锌与铜离子并未直接接触，因此二者之间并未发生直接的化学反应。因此，在此过程中，化学能被成功转化为电能，电流输出稳定，并且保持了较长的持续时间。

关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。

【深度思考】

1.原电池正、负极判断方法

原电池的正负极不仅取决于电极材料的特性，还与电解质溶液的类型紧密相关，我们应避免形成“活性电极必然成为负极”的固有观念。

当氧化剂获取电子的速度与还原剂释放电子的速度相匹配，可逆反应便进入了化学平衡的境界，此时电流表的指针将指向零点；若电流表的指针发生反向偏转，这表明电路中的电子流动方向已发生改变，进而指示化学平衡的移动方向亦发生了反向。

考点二　原电池原理的“四”个基本应用

1 ．用于金属的防护

通过将受保护的金属制品设置为原电池的正极，可以实现对它们的防护。比如，若需保护一根铁制的输水管道或一座钢铁桥梁等，可以采用导线将其与一块锌片连接，此时锌片将充当原电池的负极。

2．设计制作化学电源

(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。

依据原电池的化学反应特性，通过分析两个半反应，我们可以确定电极材料和电解质溶液的种类。

3．比较金属活动性强弱

在构成原电池的两个电极中，通常情况下，充当负极的金属其活性要高于充当正极的金属。

4．加快氧化还原反应的速率

当将自发的氧化还原反应构建成原电池时，其反应速度会显著提升。以锌与稀硫酸的反应为例，若在其中加入少许硫酸铜溶液，即可促进氢气生成的反应速度。

将多余的锌粉a和b分别投入到一定量的稀硫酸中，并在a中额外加入少许硫酸铜溶液，请绘制出氢气体积V（升）随时间t（分钟）变化的图像。

答案

反【】思归纳】

改变Zn与H＋反应速率的方法

向体系中添加铜或硫酸铜，可构建原电池，从而提升反应速度；铜的加入不会改变锌的总量，然而，硫酸铜的加入会导致锌的量有所减少。至于这种变化是否会影响氢气的生成量，需依据锌和氢离子的相对比例来决定。

向溶液中引入强碱弱酸盐，该盐中的弱酸根离子与氢离子发生反应，导致氢离子浓度降低，进而使反应速度有所减缓；然而，这一变化并不会对氢气的生成总量产生任何影响。

“装置图”常见失分点提示

1．不注明电极材料名称或元素符号。

2．不画出电解质溶液(或画出但不标注)。

3．误把盐桥画成导线。

4．不能连成闭合回路。

考点三　化学电源

1．日常生活中的三种电池

(1)碱性锌锰干电池——一次电池

正极的化学反应如下：二氧化锰与水以及电子结合，生成一氧化锰氢氧化物和氢氧根离子。

负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；

总体来看，该反应方程式为：锌与二氧化锰及水反应，生成氢氧化锰和氢氧化锌，化学式表示为：Zn与2MnO2与2H2O反应，等于2MnOOH与Zn(OH)2。

(2)锌银电池——一次电池

负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；

正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；

总体来看，反应过程为：锌与氧化银及水反应，生成氢氧化锌和银，化学方程式表示为Zn与Ag2O及H2O反应，结果是生成Zn(OH)2与2Ag。

(3)二次电池(可充电电池)

铅蓄电池属于二次电池范畴，其中负极成分采用铅（Pb），而正极则使用氧化铅（PbO2）。

①放电时的反应

负极发生反应，铅离子与硫酸根离子结合，失去两个电子，生成硫酸铅。

b．在正极上发生的反应是：二氧化铅与氢离子、硫酸根离子以及电子结合，生成硫酸铅和水分子。

总体反应结果为：铅与氧化铅以及硫酸发生反应，生成硫酸铅和水，其化学方程式为：铅加氧化铅加两分子硫酸等于两分子硫酸铅加两分子水。

②充电时的反应

阴极上发生的是还原反应，其中硫酸铅与两个电子发生反应，生成铅和硫酸根离子。

b.阳极反应过程中，硫酸铅与水发生反应，失去两个电子，生成氧化铅、氢离子和硫酸根离子；反应式为：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO4^2-。

总体来看，化学反应的产物包括：两分子硫酸铅与两分子水反应，生成铅、二氧化铅以及两分子硫酸。

注：可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。

2．“高效、环境友好”的燃料电池

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。

【深度思考】

1．化学电源中电极反应式书写的一般步骤

“加减法”书写电极反应式

首先，需要明确原电池的电极性质，即区分正极和负极，然后列出两极上参与反应的物质，同时标注出在反应过程中电子的转移数量。

留意负极反应产生的正离子与电解质溶液中的负离子是否同时存在。若它们不能共存，那么电解质溶液中的负离子就需要被加入到负极反应方程中；如果正极的反应物是氧气，并且电解质溶液呈中性或碱性，那么水必须出现在正极反应方程中，同时氧气会生成氢氧根离子；而如果电解质溶液是酸性的，那么氢离子就必须包含在正极反应方程中，此时氧气会生成水。

将正极和负极的反应式相加，即可得到电池的总反应式。如果已经知道了电池的总反应式，可以先写出其中较容易书写的电极反应式，接着在保证电子守恒的前提下，从总反应式中减去已知的较易书写的电极反应式，从而得到另一极较为复杂的电极反应式。

在燃料电池的电极反应过程中，酸性介质中不允许存在氢氧根离子OH－，碱性介质中则不能含有氢离子H＋，水溶液中不应出现氧离子O2－，而在熔融的电解质中，氧气O2会被还原成氧离子O2－。

2．锂离子电池充放电分析

常见的锂离子电极材料

正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)

LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)

LiMPO4(M：Fe等)

负极材料：石墨(能吸附锂原子)

负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋nC

正极反应过程中，Li1－xMO2与x个Li+离子以及x个电子发生反应，最终生成LiMO2。

总反应：Li1－xMO2＋LixCn放电nC＋LiMO2。

考点四电解的原理

1．电解定义

在电流的作用下，电解质在电极两端分别经历了氧化反应和还原反应的转化。

2．能量转化形式

电能转化为化学能。

3．电解池

(1)构成条件

①有与电源相连的两个电极。

②电解质溶液(或熔融盐)。

③形成闭合回路。

(2)电极名称及电极反应式(如图)

(3)电子和离子的移动方向

在电解过程中，务必注意，电流的传导并非电子直接穿越外电路，而是在溶液中，电流的流动依赖于离子的有序移动，实际上电子是不会穿过电解质溶液的。

4．分析电解过程的思维程序

首先需辨别阴阳极，并对阳极所使用的材料进行分类，确认其为惰性电极抑或活泼电极。

对电解质水溶液的成分进行深入剖析，细致地识别出所有离子，并将它们分为阴离子和阳离子两大类，同时别忘了考虑到水溶液中存在的氢离子H＋和氢氧根离子OH－。

(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序

阴极上，阳离子的放电顺序依次为：银离子、铁离子三价、铜离子二价、氢离子（酸性条件下）、铁离子二价、锌离子二价、氢离子（水溶液中）、铝离子三价、镁离子二价、钠离子、钙离子二价、钾离子。

阳极：活泼电极S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根离子。

阴极材料无论为何种材质，电极自身均不发生反应，必然是溶液（或熔融电解质）中的正离子进行放电。通常情况下，最为常见且至关重要的放电顺序为：在阳极，放电顺序为Cl－、OH－；而在阴极，放电顺序为Ag＋、Cu2＋、H＋。在电解水溶液的过程中，K＋至Al3＋这类离子无法在阴极进行放电，因此无法通过电解水溶液的方法来获得K、Ca、Na、Mg、Al等金属。

在分析电极反应时，需对电极产物进行判定，并据此书写电极反应式。此过程中，务必严格遵守原子守恒原则和电荷守恒规则。

(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。

深度思考

运用分析电解反应的思路和方法，对电解以下物质的流程进行探究，同时归纳出电解的普遍性法则（采用惰性电极进行电解）。

(1)电解水型

电解水经过一段时间的电解，其电解质浓度必然上升吗？请以实例进行阐述。

答案：并非必然，例如在采用惰性电极进行电解饱和的Na2SO4溶液的过程中，经过一段时间，Na2SO4·10 H2O晶体将会开始析出，而剩下的溶液依旧保持在该温度下的饱和状态，此时其浓度维持恒定。

在惰性电极电解饱和的Na2SO4溶液过程中，经过一段时间，会生成wg质量的Na2SO4·10H2O晶体，同时，在阴极位置会产生ag气体，据此可以计算出饱和Na2SO4溶液中的质量分数为__________。

答案　161(w＋9a)(71w)×100%

解析　2H2O电解(=====)2H2↑＋O2↑

2(a)mol 2(a)mol

被电解的水的质量为9ag

被电解的水与wg晶体组成该温度下的饱和溶液

其质量分数计算结果为322乘以100%，即161乘以（w加9a）再乘以71w，结果同样以百分比形式呈现。

(2)电解电解质型

(3)放H2生碱型

要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？

不可以，在电解氯化钠溶液的过程中，会产生等物质的量的氯气与氢气，因此应当通入氯化氢气体。若直接加入盐酸，则会引入过多的水分。

(4)放O2生酸型

1.做到“三看”，正确书写电极反应式

观察电极材料，若阳极采用的是金属（但金和铂除外），那么该金属必然会发生电解反应（注：铁会转化为Fe2+离子）。

(2)二看介质，介质是否参与电极反应。

(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。

2．规避“三个”失分点

在书写电解池电极反应式时，通常采用实际参与放电的离子来表示，然而，在撰写整个电解反应的总方程式时，对于弱电解质，则需要使用其分子式进行表述。

(2)要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。

在电解水溶液的过程中，需注意放电过程中，H＋和OH－离子之后通常不会参与到放电反应中。

考点五电解原理的应用

1 ．电解饱和食盐水

(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

将两摩尔氯化钠与两摩尔水进行电解反应，生成两摩尔氢氧化钠、一摩尔氢气以及一摩尔氯气。

离子反应过程中，两个氯离子与两个水分子在电解作用下，生成两个氢氧根离子、一个氢气分子和一个氯气分子。

(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。

2．电镀

右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：

(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。

电解质溶液，如AgNO3溶液，主要包含镀层金属的阳离子所形成的盐类。

(3)电极反应：

阳极：Ag－e－===Ag＋；

阴极：Ag＋＋e－===Ag。

(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。

3．电解精炼铜

(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。

(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。

(3)电极反应：

阳极反应包括锌失去两个电子形成锌离子、铁失去两个电子生成铁离子、镍失去两个电子转化为镍离子、铜失去两个电子变成铜离子。

阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。

4．电冶金

通过电解熔融盐技术对Na、Ca、Mg、Al等活性金属进行冶炼加工。

(1)冶炼钠

2NaCl(熔融)电解(=====)2Na＋Cl2↑

电极反应：

阳极反应：两个氯离子失去两个电子，生成氯气；阴极反应：两个钠离子各获得两个电子，形成两个钠原子。

(2)冶炼铝

2Al2O3(熔融)电解(=====)4Al＋3O2↑

电极反应：

阳极反应：氧气分子接受电子生成氧气气体，反应式为6O2接受12个电子生成3O2↑；阴极反应：铝离子获得电子还原为铝元素，反应式为4Al3+接受12个电子生成4Al。

考点六应对电化学定量计算的三种方法

1 ．计算类型

原电池与电解池的计算涵盖了多方面内容，如对两极生成物的精确量度、溶液pH值的测定、相对原子质量及阿伏加德罗常数的计算，以及产物量与所产生电量之间的关联性计算等。

2．三种方法

(1)根据总反应式计算

首先，需详细列出电极反应式，接着，阐述总反应式，最后，依据总反应式，整理出相应的比例式进行计算。

(2)根据电子守恒计算

在串联电路的计算中，涉及阴阳两极的产物、正负两极的产物以及相同电量的计算，这些计算的基础在于电路中转移的电子数量保持一致。

②用于混合溶液中电解的分阶段计算。

(3)根据关系式计算

依据得失电子守恒的原则，搭建起已知数值与未知数值之间的联系，进而形成计算所需的公式。

如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：

(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)

该公式在电化学计算领域扮演着核心角色，其重要性不言而喻。只要我们熟练掌握电极反应式的书写，并能够灵活运用这个公式，就能高效地解决众多电化学计算中的常见问题。

在电化学的计算过程中，人们常常运用公式Q＝I·t以及Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来测定电路中所流经的电荷量。

串联装置图比较

图甲展示的装置并未接入外部电源，因此其中必定有一个是原电池，也就是相当于发电机的设备，它为电解设备供应电能。在这两个电极中，活动性差异较大的那个即为原电池装置，所以左侧的图是原电池装置，而右侧的则是电解装置。在图乙中，装置通过外接电源供电，两个烧杯都充当电解池的角色，并且是串联进行电解的，所通过的电流是相同的。

考点七　金属的腐蚀和防护

1．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。

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

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

(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀

以钢铁的腐蚀为例进行分析：

类型

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜酸性较强(pH≤4.3)

水膜酸性很弱或呈中性

电极反应

负极

Fe－2e－===Fe2＋

正极

2H＋＋2e－===H2↑

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

总反应式

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2

联系

吸氧腐蚀更普遍

3.金属的防护

(1)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。

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。

(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。

在金属表面添加保护层，具体措施包括喷涂油漆、涂抹油脂、进行电镀、喷镀处理，或者实施表面钝化等工艺。

【深度思考】

1．判断金属腐蚀快慢的规律

在同一电解质溶液中，腐蚀速度的快慢可由以下几种情况决定：首先是电解原理导致的腐蚀，其次是原电池原理引发的腐蚀，再者是由化学腐蚀引起的，最后则是采取了防腐措施的腐蚀。

对于同一种金属，其在不同溶液中的腐蚀速度存在差异，具体表现为：在强电解质溶液中腐蚀速度较快，而在弱电解质溶液中腐蚀速度相对较慢，至于非电解质溶液中，腐蚀速度则更为缓慢。

(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。

对于同一种电解质溶液，其浓度越高，金属的腐蚀速度就会相应加快。

2．两种保护方法的比较

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。

3．根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀

准确判定溶液中“介质”的酸碱性质对于分析氢析出腐蚀与氧吸收腐蚀至关重要。在潮湿的空气中，或当溶液酸性极弱或呈中性时，易发生氧吸收腐蚀；而NH4Cl溶液、稀H2SO4等具有较强酸性的溶液，则更易引发氢析出腐蚀。