高中电化学知识点

高中化学《电化学》知识点复习！

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2018-09-26 00:00

今天中学化学园给大家分享电化学的知识清单，并配有基础练习和能力提升训练，希望对大家有所帮助~~~

考点一　原电池的工作原理

1．概念和反应本质

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．原电池的构成条件

(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。

(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。

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。

②盐桥的作用：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。

(3)图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。

图Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池子中，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，电流稳定，且持续时间长。

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

说明原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成“活泼电极一定作负极”的思维定势。

2．当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。

考点二　原电池原理的“四”个基本应用

1 ．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。

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。

(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

3．比较金属活动性强弱

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

4．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增大。例如，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。

1．将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。

答案　

【反思归纳】

改变Zn与H＋反应速率的方法

(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。

(2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响生成H2的量。

“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

正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；

负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；

总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋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－；

总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

(3)二次电池(可充电电池)

铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。

①放电时的反应

a．负极反应：Pb＋SO42－－2e－===PbSO4；

b．正极反应：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－===PbSO4＋2H2O；

c．总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

②充电时的反应

a．阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO42－；

b．阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42－；

c．总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。

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

(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。

(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－，若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。

(3)正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。

(4)燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能出现OH－，碱性溶液中不能出现H＋，水溶液中不能出现O2－，而熔融电解质中O2被还原为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：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2

总反应：Li1－xMO2＋LixCn放电nC＋LiMO2。

考点四电解的原理

1．电解定义

在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

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

特别提醒电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。

4．分析电解过程的思维程序

(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。

(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。

(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序

阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。

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)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序：阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。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。

(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。

(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

1．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。

(1)电解水型

①电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？举例说明。

答案　不一定，如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后会析出Na2SO4·10 H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。

②用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后，析出wg Na2SO4·10 H2O晶体，阴极上放出ag气体，则饱和Na2SO4溶液的质量分数为__________。

答案　161(w＋9a)71w×100%

解析　2H2O电解=====2H2↑＋O2↑

2amol 2amol

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

其质量分数为322×100%＝161(w＋9a)71w×100%。

(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？

答案　不可以，电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。

(4)放O2生酸型

1.做到“三看”，正确书写电极反应式

(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。

(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

(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。

(2)要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。

(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。

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

2NaCl＋2H2O电解=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

离子反应方程式：2Cl－＋2H2O电解=====2OH－＋H2↑＋Cl2↑

(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。

(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。

(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：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；

阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。

4．电冶金

利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。

(1)冶炼钠

2NaCl(熔融)电解=====2Na＋Cl2↑

电极反应：

阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2Na＋＋2e－===2Na。

(2)冶炼铝

2Al2O3(熔融)电解=====4Al＋3O2↑

电极反应：

阳极：6O2－－12e－===3O2↑；阴极：4Al3＋＋12e－===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的计算、产物的量与电量关系的计算等。

2．三种方法

(1)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出比例式计算。

(2)根据电子守恒计算

①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

②用于混合溶液中电解的分阶段计算。

(3)根据关系式计算

根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

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)

该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

提示在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。

串联装置图比较

图甲中无外接电源，二者必有一个装置是原电池(相当于发电装置)，为电解装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，即左图为原电池装置，右图为电解装置。图乙中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过的电流相等。

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。

(3)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。

【深度思考】

1．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。

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

正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。

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