6-3~4电化学原理
一、电化学装置——原电池和电解池的联系比较 装置 1.概念 2.原理 原电池 将 能转化为 的装置 电解池 将 能转化为 的装置 设置装置使 （自发）进行的 设置装置外接 （电源）使有关物质在外加电反应的氧化和还原分别同时在电极上场的作用下引发 反应且分别在 上进进行从而形成电流，从而将化学能转化行，从而将电能转化为化学能。 为电能。 （1）均有两电极，均与电解质溶液（或熔融离子化合物）形成闭合回路； （2）均发生氧化还原反应且氧化、还原反应均分别同时在两极上进行。 （3）无论是原电池还是电解池的总反应，还是电极反应，都必须满足质量守恒、电子守恒、电荷守恒。 两极分 （正负），由 （物质反应）决定； 氧化还原反应 自发进行，氧化还原反应引发电流使化学能转化为电能 两极分 （阴阳），由 （外加电源）决定； 氧化还原反应可能自发也可能不自发，外加电场引发促使即电流引发氧化还原反应使电能转化为化学能。 3.相同点 4.不同点 5.区别判断 6.形成条件 一看有无外加电源；二看能否自反进行~即先由形成条件判定原电池，其它均为电解池；再由原电池正负两极确定电解池的阴阳极··· 能自发进行的氧化还原反应的氧化剂和还原剂分别在形成闭合回路的两极上聚集： 1、 活泼性不同的金属或金属和能导电的非金属（碳）或氧化性物质和还原性物质分别在两极聚集（燃料电池）； 2、 电解质溶液或熔融离子化合物； 3、 形成闭合回路（包括盐桥）； 4、 能自发进行的氧化还原反应。 电流~电子和离子 负极： 阴极： 1、 电流流 或电子流 即 1、 连接电源 极的一极； 电子所含元素化合价 发生 2 、 电流流 或电子流 即 电子所含元反应的一极； 素化合价 发生 反应的一极； 2、 相对 活泼的金属（注意电解质3、 电极可能因金属阳离子得电子还原析出金属溶液的影响）——逐渐反应而溶解而质量增加（Mx++xe-=M）； 使电极质量 ； 4、酸或水的氢离子得电子生成氢气点燃爆鸣。 3、 惰性电极聚集如H2、CH4、CH3OH~2H++2e-=H2或2H2O+2e-=H2+2OH- 等 性物质的一极。 阳极： 正极： 1、连接电源 极的一极； 1、 电流流 或电子流 即 2、电流流 或电子流 即 电子所含元素电子所含元素化合价 发生 化合价 发生 反应的一极； 反应的一极； 3、电极可能因活性金属（Mg-Ag）反应溶解（M2、 相对 活泼的金属（注意电解质—xe-=Mx+）而质量减少。 电解质溶液或熔融离子化合物导电。 电解质溶液或熔融离子化合物导电过程即为其有关物质发生电解反应的过程。 即外加电源通过两电极与电解质溶液或熔融离子化合物形成闭合回路。 1、 电源； 2、 电解质溶液或熔融离子化合物； 3、 闭合回路。 7.三个流向 8.电极判断
溶液的影响）或能导电的非金属石墨等—— 一般析出氢气点燃爆鸣，电极质量 或析出金属而质量 ； 3、 聚集如O2、H2O2、Cl2等氧化性物质的一极。 9.总反应式 为自发进行的氧化还原反应，一般可以直接书写，一定存在总反应方程式。 分析自发进行的氧化还原反应，注意价变和后继反应问题。 负极——金属或其它还原性物质失电子： 1、金属单质失电子生成金属阳离子：M-xe-=Mx+； 2、不活泼的非金属单质或还原性的化合物失电子：如H2 - 2e- = 2H+。 正极——氢离子或金属阳离子或其它氧化性物质得电子： 1、析出氢气：酸的氢离子得电子生成氢气：2H++2e-=H2； 2、析出金属：Mx+ + xe- = M 特殊~Fe3+ +e- = Fe2+ 3、吸收氧气： 酸性~O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O 中性或碱性~O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 4、惰性阳极非金属阴离子失电子产生氧化性气体如氯、氧等。 氧化还原反应可能自发也可能不自发，可先分析书写电极式再合并而得，且总反应可能为零（如电镀），但仍是化学变化。 一看电源（由电源正负极确定电解池阴阳极） 二看电极（电极材料阴极不论阳极看活~~活性阳极~M表Mg-Ag；惰性阳极~石墨、铂和金等） 三看溶液（阴极考虑阳离子氧化性放电顺序~金属活动顺序表逆顺序： ~~Ag+>Fe3+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+ >Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+； 若为活性阳极，则电极本身失电子参与反应； 若为惰性阳极，则考虑阴离子还原性放电顺序： ~~S2->I->Br->Cl->OH-/O2->含氧酸根>F-）。 阴极： 1、金属阳离子得电子生成金属单质： Mx+ +xe- = M （特殊~Fe3+ +e- = Fe2+） 2、酸或水的氢离子得电子生成氢气： 2H+ +2e- = H2或2H2O +2e- = H2 + 2OH- 阳极： 1、非金属阴离子失电子生成非金属单质（如氯、溴、碘等）：2X- — 2e- = X2 2、水或碱的氢氧根离子失电子生成氧气： 4OH- -4e- = 2H2O + O2 或2H2O - 4e- = O2 + 4H+。 I、惰性电极： 1、电解水型 极： ； 极： ； 总反应式： ； ~~电解时浓度均 ，复原均加 。 （1）含氧酸——H2SO4~ PH值 （2）可溶性碱——NaOH、Ca(OH)2 ~PH值 （3）活泼金属含氧酸盐——Na2SO4~PH值 2、电解本身 （1）无氧酸——HCl（HF除外） 极： ； 极： ； 总反应式： ； ~~电解时浓度 ，PH值 ，复原应加 。 10.电极反应 11.例举分析 1、铜锌原电池（电解质H2SO4和CuSO4不同） 负极： ； 正极： ； 总反应： 。 2、Fe/FECl3/Cu或Cu/Fe2(SO4)3/C 负极： ； 正极： ； 总反应： 。 3、镁铝不同介质下的电池 （1）盐酸中~ 为负极 （2）氢氧化钠~ 为负极 负极：Al - 3e- + 4OH- == AlO2- + 2H2O； 正极：2H2O + 2e- == H2↑ + 2OH-
Cu-Al-HNO3，Cu作负极。 4、铅蓄电池 Pb + PbO2 + 2H2SO4 == 2PbSO4 + 2H2O （1）工作时~为 池 极： ； 极： ； （2）充电时~为 池 阴极：PbSO4 +2e- = Pb+ SO42- 阳极：PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42- 5、燃料电池 （1）氢氧燃料电池~ <1> 碱性（KOH） 负极： ； 正极： ； 总反应： 。 <2> 酸性 负极： ； 正极： ； 总反应： 。 （2）甲烷 <1> 碱性（KOH） 负极： ； 正极： ； 总反应： 。 <2> 酸性（稀H2SO4） 负极： ； 正极： ； 总反应： 。 12.原理应用 1、化学电源 （1）干电池 负极为 ，反应式为 ； 正极为 ~~ 带铜帽的碳棒 （2）锂原电池：又称锂电池，是以金属锂为 极的电池总称。锂相对分子质量最 ，导电性良好，可制寿命长，工作温度范围宽的高能电池。 （3）海洋电池——铝海水空气（类似于钢铁吸氧腐蚀）铝是负极 4Al-12e-== 4Al3+；石墨是正极 3O2+6H2O+12e-==12OH- （2）不活泼金属无氧酸盐——CuCl2 极： ； 极： ； 总反应式： ； ~~电解时浓度 ，PH值 ，复原应加 。 3、本身和水均与电解 （1）放氢生碱型~活泼金属无氧酸盐——NaCl、MgCl2 极： ； 极： ； 总反应式： ； ~~电解质变化 ，PH值 ，复原应加 。 （2）放氧生酸型~不活泼金属含盐酸盐——CuSO4、AgNO3 极： ； 极： ； 总反应式： ； ~~电解质变化 ，PH值 ，复原应加 。 II、活泼阳极： 1、镀铜和粗通精炼 2、引发或加快反应 3、电解法制Fe(OH)2 1、制取活泼金属钠、镁、铝等 2、金属防腐~~电极防腐（连电源 极）。 3、电镀 电镀 （1）定义——利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。 （2）目的——防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等。 （3）操作——待镀金属即镀件作 极，镀层金属作 极，含 （镀层金属阳离子）的溶液作电解液。 （4）例举——镀铜（或镀锌） 阳极：铜 ； 阴极：镀件 ；
2、金属防腐 3、比较金属性强弱 4、加快反应 电解液：可溶性铜盐如硫酸铜溶液~溶质和浓度基本 。 总反应为零，但仍然为化学反应，相当于利用电解的原理将阳极金属转移到了阴极上。 4、精炼粗铜（含少量锌、银、金···） 阳极：材料~ ，反应~ ； 阴极：材料~ ，反应~ ； 电解液：可溶性铜盐如氯化铜溶液~铜前金属Zn先反应但不析出，铜后金属Ag、Au不反应，形成 ―阳极泥‖。 电解前后溶质和浓度 ，两极质量变化大小 。 二、几种特殊的电池 1、蓄电池
又称 次电池、充电电池，蓄电池在工作（放电）过程中属于 池反应，在充电过程中属于 池反应。
放电时—— 、 两极的电极反应式的书写时~分析电解质溶液是否参与电极反应（直接反应或明显发生后继反应）；充电时—— 、 两极的电极反应式的书写时~分析电极材料和离子放电顺序。 例析：Ag—Zn高能电池（钮扣电池）由Ag2O、Zn及KOH溶液组成。总反应为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag
根据原电池原理可知：Zn做负极，Ag2O做正极，电解质溶液为KOH溶液。负极极失去电子发生氧化反应：Zn–2e-=Zn2+，Zn2+与溶液中的OH-反应Zn2++2OH-=Zn(OH)2，所以负极反应式为：
Zn–2e-+2OH-=Zn(OH)2;
正极为Ag2O得到电子发生还原反应，即Ag2O+2e-=2Ag+O2- ，O2-在中性或碱性环境结合H2O生成OH-，所以正极反应式为：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-。 2、燃料电池
燃料电池是一种不经燃烧而将燃料的化学能经过电化学反应直接转变为电能的装置。不发火焰（不转化光能，热能转化很少），化学能直接转化为电能，能量转化程度高达80%以上。
所有的燃料电池的工作原理一样，反应书写有规可循。如果燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同（一般为酸性条件），可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，要注意一般电解质溶液要参与电极的后继反应（一般为碱性条件）。 3、盐桥电池
如Cu-Zn原电池中以KCl溶液做电解质
盐桥的作用仅仅是导电，利用了其中的阴阳离子的定向移动将两个烧杯形成闭合回路。
锌铜电池，电解质溶液锌端硫酸锌，铜端硫酸铜，即两端不一样，所以产生电势差，于是，电子从负极Zn失去，沿着导线移向正极Cu，即外面的导线中，电子即负电荷从Zn到Cu，中间有盐桥连接，即盐桥中的负电荷即阴离子应该从CuSO4的一端沿着盐桥移向ZnSO4的一端，或者说，盐桥中的正电荷即阳离子就从ZnSO4的一端沿着盐桥移向CuSO4的一端，总之，要保证两端烧杯中的正负电荷要守恒。
另外以含有离子的琼脂块作盐桥，应用很广泛。 4、其它因介质而不同的电池
（1）镁铝因酸碱而不同的电池··· （2）铜铁因硝酸浓稀而不同的电池··· 5、常见原电池方程式
1．熔融碳酸盐燃料电池
（Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液，CO作燃料）： 正极：O2+2CO2+4e- →2(CO3)2-(持续补充CO2气体)
