第12课 电化学.doc

1、 - 1 -第十二章 电化学1原电池2金属的腐蚀（以钢铁腐蚀为例）3金属的防护原电池电极的判断：较活泼金属作负极，较不活泼金属或石墨等电极作正极电极反应负极：发生氧化反应正极：发生还原反应能量转换：化学能转化为电能：电子、离子的移向电子由负极流向正极阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移原电池形成条件有电解质溶液,并能自发地发生氧化还原反应有两个活泼性不同的电极构成闭合回路金属的腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀【电极反应】负极（铁原子）：Fe 2e - = Fe2+正极（碳原子）：2H + + 2e- = H2【环境】酸性较强的溶液的溶液析氢腐蚀吸氧腐蚀【环境】酸性较弱的溶液或中性溶液的溶液【电极反应】负极

2、：Fe 2e - = Fe2+正极：2H 2O + O2 + 4e- = 4OH-加覆盖层牺牲阳极的阴极防护法（原电池原理）外加电源的阴极防护法（电解原理）金属的防护电化学防护改变金属内部结构- 2 -4电解池电解池电极的连接：阴极和外加电源负极相连；阳极和外加电源正极相连电极反应阳极：发生氧化反应阴极：发生还原反应能量转换：电能转化为化学能：电子、离子的移向电子由负极流向阴极，再由阳极流向正极阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移影响离子放电的因素离子浓度：当两种离子放电能力相差不大时，离子浓度可能改变它们的放电顺序。例如电解 ZnCl2 溶液，阴极上的电极反应为：Zn2+ + 2e- Zn电极

3、材料：活泼电极做阳极，电极自身发生氧化反应阳离子的放电顺序： 阳离子的放电能力与金属活动顺序相反电解金属活动顺序表中铝前金属的盐溶液（或碱溶液） ，水电离出来的氢离子在阴极上放电阴离子的放电顺序：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根F -用惰性电极电解含氧酸、含氧酸盐、氟化物，水电离的氢氧根离子在阳极上放电。用惰性电极电解铝离子以后的阳离子和氢氧根离子以后的阴离子所组成的电解质溶液，相当于电解水- 3 -【知识精要】一、原电池原理及应用原电池是一种由化学能转变成电能的装置。其本质是通过自发进行的氧化还原反应，使反应中电子转移而产生电流，反应中的氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，这便形成了

4、带电粒子按一定方向流动的闭合回路 高考资源网1原电池的判定先分析有无外接电源，有外接电源者为电解池，无外接电源者可能为原电池；再依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”：一看电极，两极为导体且活泼性不同；二看溶液，两极插入电解质溶液中；三看回路：形成闭合回路或两极接触。2原电池正极和负极的确定（1）由两极的相对活泼性确定：在原电池中，相对活泼性较强的金属为原电池的负极，相对活泼性较差的金属或导电的非金属作原电池的正极。（2）由电极现象确定：通常情况下，在原电池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，此为原电池的负极；若原电池中某一电极上有气体生成、电极的质量不断增加或电

5、极质量不变，该电极发生还原反应，此为原电池的正极。3原电池原理的应用（1）利用原电池原理可以制造出各种实用电池，即化学电源，如锌锰干电池、铅蓄电池、锂电池、新型燃料电池等。（2）原电池原理可用于解决一些实际问题，如加快某些化学反应时的速率（稀硫酸与锌反应时，常滴入几滴硫酸铜溶液） ；分析金属电化学腐蚀的快慢和防护方法等。重点提醒（1）由电极装置书写电极反应：找出发生氧化反应和还原反应的物质（或离子） ，确定正负或阴阳极反应的物质（或放电的离子） ，利用电荷守恒分别写出电极反应式。（2）差值法书写电极反应式：正负（或阴阳）极反应式之和为电池反应的方程式。一般先写出反应的总方程式和较易写出的电极反

6、应式，然后用总方程式减去较易写出的电极反应式得较难写的电极反应式。书写时，无论是总反应式还是电极反应式都既要满足电子转移守恒、电荷守恒，又要满足质量守恒。书写时注意介质通常是定向移动到该电极附近的导电离子如 H+、OH -、H 2O 等等，若氧化(或还原)产物能与之发生复分解反应，则其一般书写在电极方程式中 高考资源网（3）常见电极反应式（a）氢、氧燃烧电池（电池的产物负极为 H2O，正极则有大量的氢氧根生成）：负极: eOH244 正极: e424 （b）甲烷燃烧电池（电池负极甲烷燃烧失去电子，在碱性条件下生成的 CO2与 OH-反应生成 CO32-和H2O, 而正极是 O 2得到电子而成为

7、 OH-。 ）负极： CeC2234 7108 正极： OHe8822- 4 -（c）爱迪生蓄电池： OHNiFe2 充 电 放 电 22)()(OHNiFe 负极： )(2e 正极： iNiO2 （d）纽扣电池： AgZnAg)(2 负极： 2)(4eZn 正极： Age22 （e）铅蓄电池负极： 424PbSOSPb 正极： OHeHO242二、电解原理及应用电解池是将电能转化为化学能的装置，在电解池中，阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应，其放电顺序一般为：阳极：活泼性电极 2SI BrCl 含氧酸根离子阴极：与金属活动顺序表中金属阳离子的氧化顺序一致1 （惰性电极）电解电解质溶液的类型类

8、型 实例 电极反应特点 电解对象 电解质浓度 pH 溶液复原NaOH 水 增大 增大 水H2SO4 水 增大 减小 水电解水Na2SO4阴：2H +2e-=H2阳：4 O-4e-=2H2O+O2 水 增大 不变 水HCl 电解质 减小 增大 氯化氢电解电解质 CuCl2电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电 电解质 减小 氯化铜放 H2生碱 NaCl阴极：H 2O 放 H2生碱阳极：电解质阴离子放电电解质和水生成新电解质增大 氯化氢放 O2生酸 CuSO4阴极：电解质阳离子放电阳极：H 2O 放 O2生酸电解质和水生成新电解质减小 氧化铜2电解原理的应用（1）电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，

9、CuSO 4溶液作电解质溶液。电解时，发生如下反应：阳极，Cu-2e -=Cu2+，阴极，Cu 2+2e-=Cu。阳极泥中存在金、银等不活泼的贵重金属，阴极得到纯铜。（2）电镀铜：精铜作阳极，镀件金属作阴极，硫酸铜（或其他可溶性铜盐）溶液作电解质溶液，从理论上讲电镀时电解质溶液组成、浓度和质量不变化。电极反应：阳极 Cu-2e-=Cu2+，阴极 Cu2+2e-=Cu 高考资源网（3）氯碱工业：阳极 2 Cl-2e-=Cl2， 阴极 2H+2e-=H2总反应2NaCl+2H2O 电 解 2NaOH+H2+Cl 2(反应条件：直流电)（4）冶炼金属：电解熔融电解质，可炼得活泼金属。如：K、Na、C

10、a、Mg、Al 等金属可通过电解其- 5 -熔融的氯化物或氧化物制得。电源的负极是最强的“还原剂” ，可“强迫”活泼金属的阳离子得电子。如电解冶炼铝：阳极反应 6O2-12e-=3O2，阴极反应 4Al3+12e-=4Al，总反应式为：2Al2O3 电 解 4Al+3O2。重点提醒（1）电化学计算的基本方法原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液 pH 的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是电路

11、中转移的电子数相等。根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。根据关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。（2）电化学试题的命题点归纳二次电池的充电和放电：放电时原电池，充电时电解池；电极名称：原电池的电极名称是正和负极，电解池是阳极和阴极；反应类型：负极和阳极发生氧化反应，失电子被氧化，正极和阴极发生还原反应，得电子被氧化；电极反应：负极的反向是阴极，正极的反向是阳极。酸性电池中不能出现 OH，碱性电池中不能出现 H+，非溶液电池不会出现 H+和 O；溶液和电极附近溶液酸碱性变化：总反应消耗酸（碱） ，溶液 P

12、H 增大（减小） 。电极反应式中 H+（O）放电云集 （H +） ，电极溶液显碱性（酸性） 。电极反应消耗 H+（ O） ，酸性（碱性）减弱，生成 H+（ ） ，酸性（碱性）增强。浓度复原：消耗什么补充什么，消耗多少补多少 高考资源网三、金属腐蚀与保护1吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别电化腐蚀类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强正极反应 O2 + 4e- + 2H2O = 4 H2H+ + 2e-=H2负极反应 Fe 2e -=Fe2+ Fe 2e -=Fe2+总反应方程式 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2OFe +

13、2H+ = Fe2+ + H2腐蚀作用 是主要的腐蚀类型，具有广泛性发生在某些局部区域内- 6 -2金属的防护方法：改变金属的内部组织结构。合金钢中含有合金元素，使组织结构发生变化，耐腐蚀。如：不锈钢。在金属表面覆盖保护层。常见方式有：涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等；使表面生成致密氧化膜；在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。电化学保护法：外加电源的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极。牺牲阳极的阴极保护法：外加负极材料，构成原电池，被保护的金属作正极。击破考点一：考查原电池的基本概念例 1：在盛有稀 H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( )

14、A.正极附近的 SO 离子浓度逐渐增大 B.电子通过导线由铜片流向锌片C.正极有 O2逸出 D.铜片上有 H2逸出答案：D【变式训练 1】某原电池总反应的离子方程式为： 23Fee，不能实现该反应的电池是( )A正极为 Cu，负极为 Fe，电解质为 FeCl3溶液B正极为 Cu，负极为 Fe，电解质为 Fe(NO3)3溶液C正极为 Cu，负极为 Zn，电解质为 Fe2(SO4)3溶液D正极为 Ag，负极为 Fe，电解质为 CuSO4溶液答案：C【变式训练 2】科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为 ( )A. e

15、OH22 B. OHeO224C. D.答案:C击破考点二：电极反应和总反应的书写，常见化学电源例 2:镍氢电池是近年来开发出来的可充电电池,它可以取代会产生污染镉的镍镉电池,镍氢电池的总反应是: H 2 + 2NiO(OH)=2Ni(OH)2,根据此反应式判断,下列叙述中正确的是 ( )A.电池放电时, 电池负极周围溶液的 PH 值不断增大B.电池放电时, 镍元素被氧化C. 电池充电时,氢元素被还原D. 电池放电时,H 2是负极答案：CD【变式训练 3】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液, 电池总反应式为:Zn(s)+2MnO 2(s)

16、+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是 ( )A.电池工作时,锌失去电子B.电池正极的电极反应式为: 2MnO 2 + H2O(l) +2e- = Mn2O3(s) + 2OH-(aq)C.电池工作时, 电子由正极通过外电路流向负极D. 外电路中每通过度 0.2mol 电子,锌的质量理论上减小 6.5g- 7 -答案：C【变式训练 4】(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。锌片上发生的电极反应：_；银片上发生的电极反应：_。(2)若该电池中两电极的总质量为 60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为 47 g，试

17、计算：产生氢气的体积(标准状况)；通过导线的电量。(已知 NA = 6.021023 /mol，电子电荷为 1.601019 C)答案：(1)Zn2e = Zn2 ； 2H 2e = H2。(2)锌片与银片减轻，是因与酸反应：Zn2H = Zn2 H 2 转移 2eg 47 605= )(L.4V= QC 10.6mol10.6ol923 得 V(H2) = 4.5 L； Q = 3.8104 C击破考点三：电解原理（能量转化，电极反应，活泼电极，惰性电极，浓度变化，恢复，PH 变化等。）例 3：如图所示，下列叙述正确的是( )A.Y 为阴极，发生还原反应B.X 为正极，发生氧化反应C.Y 与

18、滤纸接触处有氧气生成D.X 与滤纸接触处变红答案：A【变式训练 5】三氧化二镍(Ni 2O3)可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用 NaOH 调 NiCl2溶液 pH 至 7.5，加放适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的 Cl2在弱碱性条件下生成 ClO，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是( )A.可用铁作阳极材料B.电解过程中阳极附近溶液的 pH 升高C.阳极反应方程式为：2 Cl2e Cl 2D.1 mol 二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了 1 mol 电子。答案:CD【变式训练 6】某同学按图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( )A.电解过程中，铜电极上有

19、H2产生B.电解初期，主反应方程式为：CuH 2SO4 电 解 CuSO4H 2C.电解一定时间后，石墨电极上有铜析出D.整个电解过程中，H 的浓度不断增大答案：BC击破考点四：电解的有关计算(电解液浓度,电解后的 PH,两极产物)例 4：某溶液中含有两种溶质 NaCl 和 H2SO4，它们的物质的量之比为 31，用石墨电极电解该混合ZnSO4溶液隔膜(只允许 SO 通过)CuSO4溶液滤纸(滴加了 Na2SO4、酚酞溶液)表面皿YZn Cu 铜丝X稀H2SO4Cu 石墨- 8 -液。下列叙述不正确的是A阴极自始至终均析出 H2 B阳极先析出 Cl2，后析出 O2C电解最后阶段为电解水 D溶液

20、 pH 不断增大，最后为 7答案：D【解析】电解质溶液中 n(Na+):n( Cl):n(H+):n( 24S)=3:3:2:1，电解过程明显分为三个阶段：第一阶段相当于电解盐酸：通 电第二阶段相当于电解氯化钠溶液：通 电Na H第三阶段相当于电解水：通 电可见只有 D 不正确。【变式训练 7】在 100mlH2SO4与 CuSO4的混合液中，用石墨作电极电解一段时间，两极上均收集到2.24L 气体（标准状况） ，则原溶液中 Cu2+物质的量浓度为 （ ）A1molL -1 B2molL -1 C3molL -1 D4molL -1答案：A【变式训练 8】蓄电池反应如下：负极：Pb+ 24SO

21、=PbSO4+2e-正极：PbO 2+4H+ 24SO+2e=PbSO4+2H2O 若用其电解饱和食盐水制 Cl20.05mol 电池内消耗 H2SO4至少是 （ ）A. 0.025mol B. 0.05mol C. 0.1mol D. 0.2mol答案：C击破考点五：电解的运用(氯碱工业,电解精炼铜,电镀等)例 5：下列有关工业生产的叙述正确的是( )A.合成氨生产过程中将 NH3液化分离，可加快正反应速率，提高 N2、H 2的转化率B.硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用 SO3转化为 H2SO4时放出的热量C.电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的 Cl2进入阳极

22、室D.电解精炼铜时，同一时间内阳极溶液铜的质量比阴极析出铜的质量小答案：D【变式训练 9】下列描述中，不符合生产实际的是A.电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B.电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C.电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D.在镀件上电镀锌，用锌作阳极答案：A【变式训练 10】工业上对海水资源综合开发利用的部分工艺流程如下图所示。- 9 -海 水粗 盐NaCl溶 液H2、 Cl2NaOH苦 卤 (Ca2+、 Mg2+、 Br 等 )Br2Ca2+、 Mg2+等CaSO4Mg2+等Mg(OH)2H2SO4Cl2Cal2石 灰 水提 纯电 解(1)电解饱和食盐水常用离子膜电解槽

23、和隔膜电解槽。离子膜和隔膜均允许通过的分子或离子是_。电解槽中的阳极材料为_。(2)本工艺流程中先后制得 Br2、CaSO 4和 Mg(OH)2，能否按 Br2、Mg(OH) 2、CaSO 4顺序制备？_原因是 。(3)溴单质在四氧化碳中的溶解度比在水中大得多，四氧化碳与水不互溶，故可用于萃取溴，但在上述工艺中却不用四氯化碳，原因是_。 答案：(1)阴离子(Na )；钛(或石墨)。 (2)否。如果先沉淀 Mg(OH)2，则沉淀中会夹杂有 CaSO4沉淀，产品不纯 (3)四氯化碳萃取法工艺复杂、设备投资大；经济效益低、环境污染严重击破考点六：金属腐蚀原理例 6.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是 （

24、 ） A.金属在潮湿情况下的腐蚀实质是 M+nH2O=M(OH)n+ 2H2B.金属的化学腐蚀实质是 M-ne- Mn+，电子直接转移给氧化剂C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D.在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀答案：BD解析：A 项金属在潮湿情况下有可能进行析氢腐蚀，也有可能进行吸氧腐蚀，题目只给出了析氢腐蚀实质。C 项中，金属铝的化学腐蚀可以在碱性条件下进行，故此选项错。【变式训练 11】下列叙述不正确的是 （ ）A.金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普通 B.钢铁在干燥空气里不易被腐蚀C.用铝质铆钉铆接铁板，铝铆钉易被腐蚀 D.原电池中电子由正极流入负极答案：C解析：金属

25、易发生电化学腐蚀，A 正确。在干燥空气中钢铁难于形成电化学腐蚀，B 正确。铝质铆钉易与铁板形成原电池两极，Fe 作负极易发生腐蚀，C 不正确。 D 正确。【变式训练 12】下列说法正确的是 （ ） A.钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀，所以合金都不耐腐蚀 B.原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀 C.钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的 pH 不同，引起的正极反应 不同 D.无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化 - 10 -答案：CD解析：金属的腐蚀就是金属失电子而被氧化的过程，因此 D 是正确的。依据电化学腐蚀中析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理可知，C 也是正确的。

26、原电池反应既可以加快金属的腐蚀，也可用以防止金属的腐蚀。例如不锈钢，镀锌铁等中的 Fe 均不易腐蚀，所以 A、B 是不正确的 高考资源网击破考点七：金属腐蚀快慢的比较例 7： 取 6 根铁钉，6 支干净的试管及其他材料，准备如下图 试管（1）放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触； 试管（2）的试管底放入硅胶（是一种干燥剂） ，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触。 试管（3）先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水（赶出原先溶解在蒸馏水中的空气）浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触。 试管（4）中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触。 试管（5）放入

27、相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片。 试管（6）放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水浸没铁钉和铜丝。 把 6 支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。其中 试管内的铁钉未被腐蚀。从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉腐蚀的条件是 。 答案：（2） （3） （5） 水、空气、电解质溶液、不活泼金属杂质的存在解析：此题实际是利用原电池形成的条件及原理解释金属腐蚀速率问题。由于（2） （3）两个试管不具备构成原电池的条件，不能发生电化学腐蚀，所以暂未被腐蚀。而试管（5）尽管具备构成原电池的条件，但 Zn 比铁活泼，在原电池中作负极，使铁变成铁离子的反应难以发生，所以铁也暂未被腐蚀。引起和促进铁钉被腐蚀的条件是：水、空气、电解质溶液和不活泼金属杂质的存在。 【变式训练 13】如图各容器中盛有海水，铁在其中腐蚀时由快到慢的顺序是 A B C D答案：A解析： 金属腐蚀的快慢判断方法：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蚀措施的腐蚀；同一种金属腐蚀：强电解质弱电解质非电解质溶液。 、实质均为原电池装置，为电解池装置，Fe 作阳极，腐蚀最快。中 Fe 为正极，被保护； 中 Fe 为负极，被腐蚀，中因铁不