【知識網(wǎng)絡(luò)】

【核心知識梳理】
一、原電池的工作原理及應(yīng)用
1．概念和反應(yīng)本質(zhì)：原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)
2．工作原理——鋅-銅原電池可用簡圖表示

總反應(yīng)離子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(1)電極
①負(fù)極：失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)
②正極：得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)
(2)電子定向移動方向和電流方向
①電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流入正極
②電流從正極流出經(jīng)外電路流入負(fù)極
(3)離子移動方向
陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動
3．單液原電池(無鹽橋)和雙液原電池(有鹽橋)對比
名稱
單液原電池
雙液原電池
裝置


相同點(diǎn)
電極名稱
負(fù)極 (鋅片)
正極 (銅片)
電極反應(yīng)
Zn－2e－===Zn2＋ (氧化反應(yīng))
Cu2＋＋2e－===Cu (還原反應(yīng))
總反應(yīng)
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
電子流向
電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極：由Zn沿導(dǎo)線流向Cu
電流流向
電流由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極：由Cu沿導(dǎo)線流向Zn
不同點(diǎn)
離子遷移
方向
電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極遷移，陽離子向正極遷移
Cu2＋移向正極，SO42－移向負(fù)極
鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負(fù)極
能量轉(zhuǎn)化效率
還原劑Zn與氧化劑Cu2＋直接接觸，既有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，又有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗
Zn與氧化劑Cu2＋不直接接觸，僅有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，避免了能量損耗，故電流穩(wěn)定，持續(xù)時間長

【微點(diǎn)撥】
①鹽橋的成分：鹽橋通常是裝有飽和KCl或者NH4NO3瓊脂溶膠的U形管，溶液不致流出來，但離子則可以在其中自由移動
②鹽橋的作用有三種：a.隔絕正負(fù)極反應(yīng)物，避免直接接觸，導(dǎo)致電流不穩(wěn)定，提高電池效率；b.通過離子的定向移動，構(gòu)成閉合回路；c.平衡電極區(qū)的電荷
③無論是單液原電池裝置還是雙液原電池裝置，電子均不能通過電解質(zhì)溶液
④自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)并不一定是電極與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，也可以是電極與溶解的O2等發(fā)生反應(yīng)，如將鐵與石墨相連插入食鹽水中
4．原電池的構(gòu)成條件
(1)有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)
(2)兩個活潑性不同的電極
【微點(diǎn)撥】①其中一個相對較活潑，另一個相對較不活潑，如：金屬與金屬、金屬與非金屬、非金屬與非金屬
②燃料電池中兩極可同選石墨或鉑
(3)電解質(zhì)溶液或者熔融電解質(zhì)
(4)電極用導(dǎo)線相連并插入電解液構(gòu)成閉合回路
5．原電池中正負(fù)極的判斷方法
(1)根據(jù)電極反應(yīng)或總反應(yīng)方程式來判斷
作還原劑、失電子、化合價升高、發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極
作氧化劑、得電子、化合價降低、發(fā)生還原反應(yīng)的電極是正極
(2)根據(jù)外電路中電子流向或電流方向來判斷
電子流出或電流流入的一極負(fù)極；電子流入或電流流出的一極正極
(3)根據(jù)內(nèi)電路(電解質(zhì)溶液中)中離子的遷移方向來判斷
陽離子向正極移動；陰離子向負(fù)極移動
(4)根據(jù)原電池的兩電極材料來判斷
兩種金屬(或金屬與非金屬)組成的電極，若它們都與(或都不與)電解質(zhì)溶液單獨(dú)能反應(yīng)，則較活潑的金屬作負(fù)極；若只有一種電極與電解質(zhì)溶液能反應(yīng)，則能反應(yīng)的電極作負(fù)極
(5)根據(jù)電極質(zhì)量的變化來判斷
工作后，X極質(zhì)量增加，說明溶液中的陽離子在X極放電，X極為正極，X極活潑性弱；反之，X極質(zhì)量減少，說明X極金屬溶解，X極為負(fù)極，活動性強(qiáng)
(6)根據(jù)電池中的現(xiàn)象來判斷：若某電極上有氣泡冒出，則是因為析出了H2，說明該電極為正極，活潑性弱
6．原電池原理的應(yīng)用
(1)加快氧化還原反應(yīng)的速率：原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，使溶液中離子運(yùn)動時相互的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。如：在Zn和稀硫酸反應(yīng)時，滴加少量CuSO4溶液，則Zn置換出的銅和鋅能構(gòu)成原電池的正負(fù)極，從而加快Zn與稀硫酸反應(yīng)的速率
(2)比較金屬活動性的強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動性較強(qiáng)的金屬，正極一般是活動性較弱的金屬(或非金屬)
①方法：原電池中，負(fù)極一般是活動性較強(qiáng)的金屬，正極一般是活動性較弱的金屬(或非金屬)
②常見規(guī)律：電極質(zhì)量較少，作負(fù)極較活潑，有氣體生成、電極質(zhì)量不斷增加或不變作正極，較不活潑
如：有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，即可以斷定金屬活動性：A＞B
(3)設(shè)計制作化學(xué)電源
①依據(jù)：已知一個氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負(fù)極材料(或在負(fù)極上被氧化)，氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原
②選擇合適的材料
a．正、負(fù)極材料的選擇：電極材料必須導(dǎo)電。根據(jù)氧化還原反應(yīng)找出正、負(fù)極材料，一般選擇活動性較強(qiáng)的金屬作為負(fù)極(或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料)；活動性較?弱的金屬或可導(dǎo)電的非金屬(如石墨等)作為正極
b．電解質(zhì)溶液的選擇：電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如溶解于溶液中的空氣)。但如果氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子的溶液
如：根據(jù)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋設(shè)計電池
①不含鹽橋
②含鹽橋


(4)用于金屬的防護(hù)——犧牲陽極法
原理
利用原電池原理，讓被保護(hù)金屬做正極，一種活潑性較強(qiáng)的金屬做負(fù)極，用導(dǎo)線相連

要求
被保護(hù)的金屬作正極，活潑性更強(qiáng)的金屬作負(fù)極
實(shí)例
要保護(hù)一個鋼閘門，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極
二、常見化學(xué)電源及工作原理
1．一次電池：一次電池就是放電之后不可再充電的電池。隨著使用，一次電池中能發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)被消耗，當(dāng)這些物質(zhì)消耗到一定程度時，電池就不能繼續(xù)使用了。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。常見的一次電池有鋅錳干電池、鋅銀電池
(1)堿性鋅錳干電池
結(jié)構(gòu)
堿性鋅錳電池是一種常用的一次電池，其負(fù)極是Zn，正極是MnO2，電解質(zhì)溶液是KOH溶液

電極反應(yīng)
負(fù)極反應(yīng)
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
正極反應(yīng)
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
總反應(yīng)
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
特點(diǎn)
比能量較高，儲存時間較長，可適用于大電流和連續(xù)放電
(2)鋅銀電池
電極反應(yīng)
負(fù)極反應(yīng)
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2

正極反應(yīng)
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
總反應(yīng)
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
特點(diǎn)
比能量大、電壓穩(wěn)定、儲存時間長
(3)鋰電池
構(gòu)成
Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器，該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2
電極反應(yīng)
總反應(yīng)
4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S
負(fù)極反應(yīng)
4Li－4e－===4Li＋
正極反應(yīng)
2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S＋4Cl－

2．二次電池
二次電池又稱可充電電池或蓄電池。充電電池在放電時所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時又可以逆向進(jìn)行，生成物重新轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，使充電、放電可在一定時期內(nèi)循環(huán)進(jìn)行。充電電池中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系是：
化學(xué)能電能，常見的二次電池有鉛蓄電池、鎘鎳電池、鋰離子電池等蓄電池等
(1)鉛酸蓄電池
結(jié)構(gòu)
鉛酸蓄電池是由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負(fù)極板覆蓋有Pb，稀硫酸作電解質(zhì)溶液

電極反應(yīng)
總反應(yīng)
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
負(fù)極
Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
正極
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
特點(diǎn)
常作汽車電瓶，電壓穩(wěn)定，使用方便安全
【微點(diǎn)撥】
①可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)
②放電時的負(fù)極反應(yīng)和充電時的陰極反應(yīng)、放電時的正極反應(yīng)和充電時的陽極反應(yīng)在形式上互逆。將負(fù)(正)極反應(yīng)式變方向并將電子移向即得出陰(陽)極反應(yīng)式
③二次電池充電時原負(fù)極必然要發(fā)生還原反應(yīng)(生成原來消耗的物質(zhì))，即作陰極，連接外接電源的負(fù)極；同理，原正極連接電源的正極，作陽極。簡記為：負(fù)連負(fù)，正連正
④放電總反應(yīng)和充電總反應(yīng)在形式上互逆，但不是可逆反應(yīng)
(2)鋰離子電池

電極反應(yīng)
總反應(yīng)
LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy

負(fù)極
嵌鋰石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy
正極
鈷酸鋰(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
反應(yīng)過程
放電時，Li＋從石墨中脫嵌移向正極，嵌入鈷酸鋰晶體中，充電時，Li＋從鈷酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負(fù)極，嵌入石墨中。這樣在放電、充電時，鋰離子往返于電池的正極、負(fù)極之間完成化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化
3．燃料電池
燃料電池的工作原理
燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件。燃料電池工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排出，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能
燃料電池示意圖


特點(diǎn)
①清潔、安全、高效
②燃料電池的利用率高、能量轉(zhuǎn)化率高，能量轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%以上
③與干電池或者蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是從外部提供，這時電池起著類似試管、燒杯等反應(yīng)器的作用
(1)氫氧燃料電池用Pt作電極，不斷充入燃料(H2)和氧化劑(O2)，分別在兩極發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，電池總反應(yīng)式是2H2＋O2===2H2O。氫氧燃料電池在不同介質(zhì)中的電極反應(yīng)：
介質(zhì)
負(fù)極反應(yīng)式
正極反應(yīng)式
酸性
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
中性
2H2－4e－===4H＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
堿性
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)理論上來說，所有的燃燒反應(yīng)均可設(shè)計成燃料電池，所以燃料電池的燃料除氫氣外，還有烴、肼、甲醇、氨、煤氣等氣體或液體，且能量轉(zhuǎn)化率超過80%，由燃料電池組合成的發(fā)電站被譽(yù)為“綠色發(fā)電站”
三、原電池電極反應(yīng)式的書寫方法
1．電極反應(yīng)遵循的三個守恒
觀察鉛蓄電池的正、負(fù)極電極反應(yīng)
負(fù)極反應(yīng)
Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
正極反應(yīng)
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
總反應(yīng)
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
規(guī)律
任何一個電極反應(yīng)等號左、右兩邊一定遵循：得失電子守恒、電荷守恒、原子守恒
(1)得失電子守恒
①失電子電荷數(shù)為＋n；得電子電荷數(shù)為—n
②元素的化合價每升高一價，則元素的原子就會失去一個電子
③元素的化合價每降低一價，則元素的原子就會得到一個電子
(2)電荷守恒：電極反應(yīng)左、右兩邊的正電荷和負(fù)電荷數(shù)相等
(3)原子守恒(質(zhì)量守恒)：電極反應(yīng)左、右兩邊同種原子的原子個數(shù)一定相等
2．電極反應(yīng)的書寫方法
(1)拆分法：針對比較簡單的原電池可以采取拆分法，先確定原電池的正、負(fù)極，列出正、負(fù)極上反應(yīng)的物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失
a．寫出原電池的總反應(yīng)，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
b．把總反應(yīng)按氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng)，注明正、負(fù)極，并依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒及電子得失守恒配平兩個半反應(yīng)：
正極：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
負(fù)極：Cu－2e－===Cu2＋
【微點(diǎn)撥】注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式中
Al——Mg (稀鹽酸)
總反應(yīng)
Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
負(fù)極反應(yīng)
Mg－2e－===Mg2＋
正極反應(yīng)
2H＋＋2e－===H2↑
Cu——Ag (硝酸銀溶液)
總反應(yīng)
Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag
負(fù)極反應(yīng)
Cu－2e－===Cu2＋
正極反應(yīng)
2Ag＋＋2e－===2Ag
(2)加減法：正、負(fù)極反應(yīng)相加得到電池反應(yīng)的離子方程式。反之，若能寫出已知電池的總反應(yīng)的離子方程式，可以減去較易寫出的電極反應(yīng)式，從而得到較難寫出的電極反應(yīng)式
復(fù)雜電極反應(yīng)式===總反應(yīng)式—簡單的電極反應(yīng)式
a．寫出總反應(yīng)，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4
b．寫出其中容易寫出的一個半反應(yīng)(正極或負(fù)極)，如
負(fù)極：Li－e－===Li＋
c．利用總反應(yīng)式與上述的一極反應(yīng)式相減，即得另一個電極的反應(yīng)式，即
正極：LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4
Al——Cu (稀硝酸)
總反應(yīng)
Al＋4H＋＋NO===Al3＋＋NO↑＋2H2O
負(fù)極反應(yīng)
Al－3e－===Al3＋
正極反應(yīng)
4H＋＋NO＋3e－===NO↑＋2H2O
Al——Cu (濃硝酸)
總反應(yīng)
Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
負(fù)極反應(yīng)
Cu－2e－===Cu2＋
正極反應(yīng)
4H＋＋2NO＋2e－===2NO2↑＋2H2O
Al——Mg (NaOH溶液)
總反應(yīng)
2Al＋2H2O＋2OH－===2AlO2－＋3H2↑
負(fù)極反應(yīng)
2Al－6e－＋8OH－===2AlO2－＋4H2O
正極反應(yīng)
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
鉛蓄電池
總反應(yīng)
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
負(fù)極反應(yīng)
Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
正極反應(yīng)
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
(3)“三步法”書寫電極反應(yīng)——按順序書寫：以“甲醇——氧氣——KOH溶液”為例
以“甲醇——氧氣——KOH溶液”為例
第一步：得失電子守恒
失電子電荷數(shù)為＋m；得電子電荷數(shù)為－n
負(fù)極的甲醇在堿性環(huán)境中變成CO 32－失去6個電子，寫成－6e－；正極的O2到底是變成了OH－還是H2O，一定是得到4個電子，寫成＋4e－，此步稱之為得、失電子守恒
負(fù)極反應(yīng)：CH3OH－6e－— CO32－；
正極反應(yīng)：O2＋4e－—；
第二步：電荷守恒
此時負(fù)極反應(yīng)左邊的電荷數(shù)為＋6，右邊的電荷數(shù)為－2，電荷顯然不守恒，為了使左、右兩邊電荷守恒必需在左邊配8個OH－；正極反應(yīng)的左邊電荷數(shù)為－4，右邊的電荷數(shù)為0，為了使左、右兩邊電荷守恒必需在右邊配4個OH－，此步稱之為電荷守恒
負(fù)極反應(yīng)：CH3OH—6e—＋8OH－—CO32－；
正極反應(yīng)：O2＋4e－—4OH－；
第三步：原子守恒
觀察負(fù)極反應(yīng)左、右兩邊的原子個數(shù)，C守恒，H、O不守恒，需在右邊配6 個H2O；而正極反應(yīng)H、O不守恒，需在左邊配2個H2O，此步稱之為原子守恒
負(fù)極反應(yīng)：CH3OH—6e－＋8OH－＋6H2O===CO32－；
正極反應(yīng)：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；
【微點(diǎn)撥】
①該法書寫電極是各寫各的電極，因此正負(fù)極電子數(shù)可能不相等，所以最后再用最小公倍數(shù)寫出總方程式
②若為酸性介質(zhì)，先補(bǔ)H+，另一邊補(bǔ)H2O；若為堿性介質(zhì)，先補(bǔ)OH—，另一邊補(bǔ)H2O
③有機(jī)物中化合價處理方法：“氧－2，氫＋1，最后算碳化合價”，并且要注意溶液環(huán)境與產(chǎn)物之間的反應(yīng)，堿性環(huán)境下，C元素最終產(chǎn)物應(yīng)為CO32－
④水溶液中不能出現(xiàn)O2－；堿性溶液反應(yīng)物、生成物中均無H+；酸性溶液反應(yīng)物、生成物中均無OH－，中性溶液反應(yīng)物中無H+ 和OH－
電池類型
導(dǎo)電介質(zhì)
反應(yīng)式
氫、氧燃料電池
酸性介質(zhì)
(H＋)
總反應(yīng)
2H2＋O2===2H2O
負(fù)極反應(yīng)
2H2－4e－===4H＋
正極反應(yīng)
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
氫、氧燃料電池
堿性介質(zhì)
(OH－)
總反應(yīng)
2H2＋O2===2H2O
負(fù)極反應(yīng)
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正極反應(yīng)
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
甲烷(CH4)燃料電池
酸性介質(zhì)
(H＋)
總反應(yīng)
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
負(fù)極反應(yīng)
CH4－8e－＋2H2O===8H＋＋CO2
正極反應(yīng)
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
乙烷(C2H6)燃料電池

堿性介質(zhì)
(OH－)
總反應(yīng)
2C2H6＋7O2＋8OH－===4CO＋10H2O
負(fù)極反應(yīng)
2C2H6－28e－＋36OH－===4CO＋24H2O
正極反應(yīng)
7O2＋14H2O＋28e－===28OH－
丙烷(C3H8)燃料電池
熔融碳酸鹽
(CO)
總反應(yīng)
C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O
負(fù)極反應(yīng)
C3H8－20e－＋10CO===13CO2＋4H2O
正極反應(yīng)
5O2＋10CO2＋20e－===10CO
甲醇(CH3OH)燃料電池
固態(tài)氧化物
(O2－)
總反應(yīng)
2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
負(fù)極反應(yīng)
2CH3OH－12e－＋6O2－===2CO2＋4H2O
正極反應(yīng)
3O2＋12e－===6O2－
乙醇(C2H5OH)燃料電池
堿性介質(zhì)
(OH－)
總反應(yīng)
C2H5OH＋3O2＋4OH－===2CO＋5H2O
負(fù)極反應(yīng)
C2H5OH－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O
正極反應(yīng)
3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
CO燃料電池
固態(tài)氧化物
(O2－)
總反應(yīng)
2CO＋O2===2CO2
負(fù)極反應(yīng)
2CO－4e－＋2O2－===2CO2
正極反應(yīng)
O2＋4e－===2O2－
肼(N2H4)燃料電池
(生成氮?dú)夂退?
堿性介質(zhì)
(OH－)
總反應(yīng)
N2H4＋O2===N2＋2H2O
負(fù)極反應(yīng)
N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2
正極反應(yīng)
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
氨氣燃料電池
(生成無污染的氣體)
堿性介質(zhì)
(OH－)
總反應(yīng)
4NH3＋3O2===2N2＋6H2O
負(fù)極反應(yīng)
4NH3－12e－＋12OH－===12H2O＋2N2
正極反應(yīng)
3O2＋12e－＋6H2O===12OH－

3．鋰離子電池電極反應(yīng)式的書寫
書寫技巧:鋰離子電池通常都是鋰做負(fù)極，平衡電荷的也是鋰離子，因此可以先寫出負(fù)極反應(yīng)(Li－e－===Li＋，至于帶x或者C6可以稍加變形加進(jìn)去即可：LixC6－xe－===xLi＋＋C6)，正極用總反應(yīng)減去總反應(yīng)即可
鈷酸鋰電池
總反應(yīng)
Li1－xCoO2＋LixC6 LiCoO2＋C6(x＜1)
負(fù)極反應(yīng)
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正極反應(yīng)
Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
磷酸鐵鋰電池
總反應(yīng)
FePO4＋LiLiFePO4
負(fù)極反應(yīng)
Li－e－===Li＋
正極反應(yīng)
FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
錳酸鋰電池
總反應(yīng)
LixC6＋Li3-xNiCoMnO6 C6＋Li3NiCoMnO6
負(fù)極反應(yīng)
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正極反應(yīng)
Li3-xNiCoMnO6 ＋xe－＋xLi＋===Li3NiCoMnO6
鋰釩氧化物電池
總反應(yīng)
xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
負(fù)極反應(yīng)
xLi－xe－=== xLi＋
正極反應(yīng)
xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8
鋰－銅
電池
總反應(yīng)
2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
負(fù)極反應(yīng)
Li－e－===Li＋
正極反應(yīng)
Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
4．二次電池(可充電電池)電極反應(yīng)的書寫方法——以鉛蓄電池為例
鉛蓄電池的工作原理
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
放電時——原電池
負(fù)極
Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) (氧化反應(yīng))
正極
PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) (還原反應(yīng))
充電時——電解池
陰極
PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq) (還原反應(yīng))
陽極
PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq) (氧化反應(yīng))
規(guī)律
①可充電電池有充電和放電兩個過程，放電時是原電池反應(yīng)，充電時是電解池反應(yīng)
②放電時的負(fù)極反應(yīng)和充電時的陰極反應(yīng)、放電時的正極反應(yīng)和充電時的陽極反應(yīng)在形式上互逆。將負(fù)(正)極反應(yīng)式變方向并將電子移向即得出陰(陽)極反應(yīng)式
③二次電池充電時原負(fù)極必然要發(fā)生還原反應(yīng)(生成原來消耗的物質(zhì))，即作陰極，連接外接電源的負(fù)極；同理，原正極連接電源的正極，作陽極。簡記為：負(fù)連負(fù)，正連正
④放電總反應(yīng)和充電總反應(yīng)在形式上互逆 (但不是可逆反應(yīng))







電解原理及應(yīng)用
【知識網(wǎng)絡(luò)】

【核心知識梳理】
一、電解原理及規(guī)律
1．電解和電解池
(1)電解：使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程，在此過程中，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
(2)電解池：把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，叫做電解池，也叫電解槽
(3)電解池的構(gòu)成
①與直流電源相連的兩個電極：與電源正極相連的電極是陽極，在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)；與電源負(fù)極相連的電極是陰極，在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)
②電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))
③形成閉合回路
(4)放電：當(dāng)離子到達(dá)電極時，失去或獲得電子，發(fā)生氧化或還原反應(yīng)的過程，稱為放電
2．電解池的工作原理——以惰性電極電解CuCl2溶液為例
電極名稱和電極反應(yīng)式
電解過程的三個流向

總反應(yīng)離子方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
①電子流向：電源負(fù)極→電解池陰極；電解池的陽極→電源的正極
②離子流向：陽離子→電解池的陰極，陰離子→電解池的陽極
③電流方向：電源正極→電解池陽極→電解質(zhì)溶液→陰極→負(fù)極
3．電極反應(yīng)式、電解方程式的書寫
(1)電極類型：金屬活動順序表中銀以前的金屬(含銀)做電極時，由于金屬電極本身可以參與陽極反應(yīng)，稱為金屬電極或活性電極(如：Zn、Fe、Cu、Ag等)；金屬活動順序表中銀以后的金屬或非金屬作電極時，稱為惰性電極，主要由鉑(Pt)、石墨等
(2)電解時電極產(chǎn)物的判斷
①陽極產(chǎn)物的判斷：陽極吸引的是陰離子，比較陰離子還原性的大小
首先看電極材料，是惰性電極還是活性電極，若陽極材料為活性電極(Fe、Cu)等金屬，則陽極反應(yīng)為電極材
料失去電子，電極被溶解變成離子而進(jìn)入溶液，溶液中的陰離子不能失電子；若陽極材料為惰性電極(Pt、石
墨)，則根據(jù)陰離子的放電順序來判斷：
陽極(陰離子放電順序)：金屬(Au、Pt除外)電極>S2－>SO32－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子
②陰極產(chǎn)物的判斷：陰極吸引的是陽離子，比較陽離子氧化性的大小
直接根據(jù)陽離子的放電順序進(jìn)行判斷陽離子放電順序
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+
(3)陰、陽極放電后的產(chǎn)物
反應(yīng)物
陰極金屬陽離子(H+)
陽極活性金屬電極
S2－
I－
Br－
Cl－
OH－
產(chǎn)物
金屬(H2)
金屬離子
S
I2
Br2
Cl2
O2、H2O
4．惰性電極電解電解質(zhì)溶液的情況分析
(1)電解溶質(zhì)
電解質(zhì)類型
電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式
電解質(zhì)濃度變化
pH
電解質(zhì)溶
液復(fù)原
不活潑金屬無氧酸鹽，如CuCl2
陽極
2Cl－－2e－===Cl2↑
減小
增大
加入CuCl2
固體
陰極
Cu2＋＋2e－===Cu
總反應(yīng)式
CuCl2Cu＋Cl2↑
無氧酸，如HCl
陽極
2Cl－－2e－===Cl2↑
減小
增大
通入HCl
氣體
陰極
2H＋＋2e－===H2↑
總反應(yīng)式
2HClH2↑＋Cl2↑
(2)電解溶質(zhì)和溶劑水，生成H2和堿
電解質(zhì)
(水溶液)
電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式
電解質(zhì)濃度變化
pH
電解質(zhì)溶
液復(fù)原
活潑金屬的無氧酸鹽
(如NaCl)
陽極
2Cl－－2e－===Cl2↑
生成新
電解質(zhì)
增大
通入HCl
氣體
陰極
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
總反應(yīng)式
NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH
MgCl2
陽極
2Cl－－2e－===Cl2↑
生成新
電解質(zhì)
增大
通入HCl
氣體
陰極
2H2O＋Mg2＋＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓
總反應(yīng)式
MgCl2＋2H2OCl2↑＋H2↑＋Mg(OH)2↓
(3)電解溶質(zhì)和溶劑水，生成O2和酸
電解質(zhì)
(水溶液)
電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式
電解質(zhì)濃度變化
pH
電解質(zhì)溶
液復(fù)原
不活潑金屬的含氧酸鹽
(如CuSO4)
陽極
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
生成新
電解質(zhì)
減小
加CuO
或CuCO3
陰極
2Cu2＋＋4e－===2Cu
總反應(yīng)式
2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
AgNO3
陽極
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
生成新
電解質(zhì)
減小
加Ag2O
或Ag2CO3
陰極
4Ag＋＋4e－===4Ag
總反應(yīng)式
4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3
(4)電解溶劑水
電解質(zhì)類型
電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式
電解質(zhì)濃度變化
pH
電解質(zhì)溶
液復(fù)原
含氧酸，如H2SO4
陽極
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
增大
減小
加水
陰極
4H＋＋4e－===2H2↑
總反應(yīng)式
2H2O2H2↑＋O2↑
可溶性強(qiáng)堿，如NaOH
陽極
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
增大
增大
加水
陰極
4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
總反應(yīng)式
2H2O2H2↑＋O2↑
活潑金屬含氧酸鹽，如KNO3、Na2SO4
陽極
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
增大
不變
加水
陰極
4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
總反應(yīng)式
2H2O2H2↑＋O2↑
5．活性電極電解電解質(zhì)溶液的情況分析——用金屬電極電解下列電解質(zhì)溶液
①銅為電極電解“H2SO4溶液
H2SO4溶液

Cu

Cu
×

陽極為Cu，屬于活性電極，因此陽極反應(yīng)應(yīng)為金屬失電子
陽極：Cu－2e－===Cu2＋
陰極：2H＋＋2e－===H2↑
總反應(yīng)：Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
②用銅作電極電解ZnSO4溶液
陽極反應(yīng)
Cu－2e－===Cu2＋
陰極反應(yīng)
Zn2＋＋2e－===Zn
總反應(yīng)
Cu＋ZnSO4CuSO4＋ZnSO4
③用銅作電極電解CuSO4溶液
陽極反應(yīng)
Cu－2e－===Cu2＋
陰極反應(yīng)
Cu2＋＋2e－===Cu
④用鐵作電極電解NaOH溶液
陽極反應(yīng)
Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
陰極反應(yīng)
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
總反應(yīng)
Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑
⑤用Ag作電極電解稀鹽酸
陽極反應(yīng)
2Ag－2e－＋2Cl－===2AgCl
陰極反應(yīng)
2H＋＋2e－===H2↑
總反應(yīng)
2Ag＋2HCl2AgCl＋H2↑
⑥以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜
陽極反應(yīng)
2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
陰極反應(yīng)
6H＋＋6e－===3H2↑
總反應(yīng)
2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
6．混合溶液——用惰性電極電解CuSO4和NaCl的混合液(CuSO4與NaCl的物質(zhì)的量為1∶1)，明顯分三個階段，寫出三個階段的陰、陽兩極反應(yīng)式
第一階段
陽極
2Cl－－2e－===Cl2↑
CuCl2Cu＋Cl2↑
陰極
Cu2＋＋2e－===Cu
第二階段
陽極
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
陰極
Cu2＋＋2e－===Cu
第三階段
陽極
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2H2O2H2↑＋O2↑
陰極
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
三、電解原理的應(yīng)用
1．氯堿工業(yè)——電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣和氫氣
陽離子交換膜電解槽

過程
分析
陽極室中電極反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極室中的電極反應(yīng)：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰極區(qū)H＋放電，破壞了水的電離平衡，使OH－濃度增大，陽極區(qū)Cl－放電，使溶液中的c(Cl－)減小，為保持電荷守恒，陽極室中的Na＋通過陽離子交換膜與陰極室中生成的OH－結(jié)合，得到濃的NaOH溶液
電極
反應(yīng)
陽極(鈦網(wǎng)(涂有鈦、釕等氧化物涂層)
2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反應(yīng))
陰極(碳鋼網(wǎng))
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (還原反應(yīng))
化學(xué)方程式
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
離子方程式
2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
陽離子交換膜的作用
只允許Na＋等陽離子通過，不允許Cl－、OH－等陰離子及氣體分子通過，可以防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸，也能避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉溶液反應(yīng)而影響氫氧化鈉溶液的產(chǎn)量和質(zhì)量
2．電鍍——應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法，叫做電鍍，是一種特殊的電解
電鍍原理
電鍍時，把鍍層金屬作陽極，通常把待鍍金屬(鍍件)作陰極，用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。在直流電的作用下，陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子，移向陰極，在陰極獲得電子被還原成金屬，在鍍件表面覆蓋上一層均勻光潔而致密的鍍層
電鍍池的
構(gòu)成

實(shí)例
(鐵上鍍銅)

陽極反應(yīng)：Cu－2e—===Cu2+
陰極反應(yīng)：Cu2+＋2e—===Cu
特點(diǎn)
電鍍時，電解質(zhì)溶液的濃度保持不變；陽極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量相等；陽極失電子總數(shù)和陰極得電子總數(shù)相等
3．電解精煉銅
原理
電解精煉粗銅時，通常把純銅作陰極，把粗通板(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)作陽極，用CuSO4溶液作電解質(zhì)溶液，當(dāng)通以直流電時，作為陽極的粗銅逐漸溶解，在陰極上析出純銅，這樣可得符合電氣工業(yè)要求的純度達(dá)99.95%～99.98%的銅
裝置圖

電極反應(yīng)
陽極(粗銅)
Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e—===Ni2+，Cu－2e－===Cu2＋
陰極(純銅)
Cu2＋＋2e－===Cu
如何實(shí)現(xiàn)除雜？
在精煉池的陽極，含雜質(zhì)的銅不斷溶解，比銅更活潑的Zn、Fe、Ni等也會失去電子，但Ag、Au等金屬雜質(zhì)由于失去電子能力比Cu弱，難以在陽極溶解，它們會以單質(zhì)的形式沉積在精煉池底，形成“陽極泥”?！瓣枠O泥”經(jīng)分離后可以得到Ag、Au等貴重金屬。在陰極，由于溶液中的Zn2+、Fe2+、Ni2+、H+等離子得到電子的能力均比Cu2+弱，且物質(zhì)的量濃度均比Cu2+小，所以只有Cu2+在陰極獲得電子而析出Cu，這樣，在陰極就得到了純銅。長時間電解后，電解質(zhì)溶液的Cu2+濃度中有所減小，且引入了Zn2+、Fe2+、Ni2+等雜質(zhì)，需定時除去雜質(zhì)
特點(diǎn)
銅的電解精煉時，電解質(zhì)溶液中的Cu2+濃度中有所減??；陽極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量不相等；陽極失電子總數(shù)和陰極得電子總數(shù)相等
微點(diǎn)撥
電解精煉中，比需要精煉的金屬活潑的雜質(zhì)溶解，而不比需要精煉的金屬活潑的雜質(zhì)會沉積(如：精煉鎳時Cu也會沉積)
4．電冶金——利用電解熔融鹽或氧化物的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等

冶煉鈉
冶煉鎂
冶煉鋁
電極反應(yīng)
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：2Na＋＋2e－===2Na
總：2NaCl2Na＋Cl2↑
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：Mg2＋＋2e－===Mg
總：MgCl2Mg＋Cl2↑
陽極：6O2－－12e－===3O2↑
陰極：4Al3＋＋12e－===4Al
總：2Al2O34Al＋3O2↑
微點(diǎn)撥
①電解熔融MgCl2冶煉鎂，而不能電解熔融MgO冶煉鎂，因MgO的熔點(diǎn)很高
②電解熔融Al2O3冶煉鋁，而不能電解AlCl3冶煉鋁，因AlCl3是共價化合物，其熔融態(tài)不導(dǎo)電











金屬的腐蝕與防護(hù)
【知識網(wǎng)絡(luò)】

【核心知識梳理】
一、金屬的腐蝕
1．概念：金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象
2．本質(zhì)：金屬本身失去電子變成陽離子的過程(發(fā)生氧化反應(yīng))，M－ne－===Mn＋
3．金屬腐蝕的類型——根據(jù)與金屬接觸的氣體或液體不同，金屬腐蝕可分為兩類
(1)化學(xué)腐蝕：金屬和接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕，其腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生
(2)電化學(xué)腐蝕——不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)。比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕過程有電流產(chǎn)生
(3)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕
類型
化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕
概念
金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接反應(yīng)而引起的腐蝕，如：鐵與氯氣直接反應(yīng)而腐蝕，輸油、輸氣的鋼管被原油、天然氣中的含硫化合物腐蝕等
當(dāng)不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕
本質(zhì)
金屬和非電解質(zhì)或其它物質(zhì)相接觸直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕
發(fā)生原電池反應(yīng)
特點(diǎn)
腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生，腐蝕的速率隨溫度升高而加快
電化學(xué)腐蝕過程有微弱電流產(chǎn)生
聯(lián)系
兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍
4．電化學(xué)腐蝕的分類——鋼鐵的電化學(xué)腐蝕
類型
析氫腐蝕(腐蝕過程中不斷有氫氣放出)
吸氧腐蝕(反應(yīng)過程吸收氧氣)
示意圖


條件
水膜酸性較強(qiáng)
水膜酸性很弱或呈中性
電極材料及反應(yīng)
負(fù)極(Fe)
Fe－2e－===Fe2＋
Fe－2e－===Fe2＋
正極(碳)
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
總反應(yīng)
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
聯(lián)系
吸氧腐蝕更普遍

【微點(diǎn)撥】
①析氫腐蝕和吸氧腐蝕取決于金屬表面電解質(zhì)溶液的酸堿性，實(shí)際情況中以吸氧腐蝕為主
②鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕或吸氧腐蝕時，負(fù)極均是Fe失電子生成Fe2＋，而非Fe3＋
③一般情況下，只有在金屬活動性順序中排在氫之前的金屬才有可能發(fā)生析氫腐蝕，金屬活動順序表中氫后的金屬不能發(fā)生析氫腐蝕，只能發(fā)生吸氧腐蝕
④金屬活動順序表中氫之前、鎂之后金屬的電化學(xué)腐蝕與鋼鐵的電化學(xué)腐蝕相似
5．判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律
(1)同一金屬在相同電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢：電解原理引起的腐蝕(即電解池的陽極)＞原電池原理引起的腐蝕(即原電池的負(fù)極)＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕(即電解池的陰極、原電池的正極及加有鍍層的金屬等)
(2)同一金屬在不同電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液＞弱電解質(zhì)溶液＞非電解質(zhì)溶液
(3)活動性不同的兩種金屬，活動性越強(qiáng)，腐蝕得越快
(4)同一金屬在相同電解質(zhì)溶液中，電解質(zhì)濃度越大，腐蝕越快
二、金屬的防護(hù)：金屬的防護(hù)主要從金屬、與金屬接觸的物質(zhì)及兩者反應(yīng)的條件等方面來考慮
1．改變金屬材料的組成：在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優(yōu)異的合金
如：把鉻、鎳等加入普通鋼中制成不銹鋼產(chǎn)品；鈦合金不僅具有優(yōu)異的抗腐蝕性能且具有良好的生物相容性
2．在金屬表面覆蓋保護(hù)層：在金屬表面覆蓋致密的保護(hù)層，將金屬制品與周圍物質(zhì)隔開。
(1)在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等物質(zhì)
(2)用電鍍的方法，在鋼鐵制品表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如：鋅、錫、鉻、鎳等
(3)工業(yè)上常利用一些溶液的氧化作用，在機(jī)器零件、精密儀器、槍炮等鋼鐵制件的表面上形成一層致密的黑色的四氧化三鐵薄膜
(4)利用陽極氧化處理鋁制品的表面，使之形成致密的氧化膜而鈍化
(5)采用離子注入、表面滲鍍等方式在金屬表面可以形成穩(wěn)定的鈍化膜
3．電化學(xué)防護(hù)法
(1)犧牲陽極法——原電池原理
原理
利用原電池原理，讓被保護(hù)金屬做正極，一種活潑性較強(qiáng)的金屬做負(fù)極，用導(dǎo)線相連

要求
被保護(hù)的金屬作正極，活潑性更強(qiáng)的金屬作負(fù)極
應(yīng)用
鍋爐內(nèi)壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊
(2)外加電流法——電解原理
原理
利用電解池原理，把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，用惰性電極作為輔助陽極，兩者均放在電解質(zhì)溶液里，接外加直流電源。通電后，調(diào)整外加電壓，強(qiáng)制電子流向被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備，使鋼鐵表面腐蝕電流降至零或接近零。在這個系統(tǒng)中，鋼鐵設(shè)備被迫成為陰極而受到保護(hù)

要求
被保護(hù)的金屬作為陰極，與電源的負(fù)極相連
應(yīng)用
鋼鐵閘門，高壓線鐵架，地下管道連接直流電源的負(fù)極
(3)兩種保護(hù)方法的比較：外加電流法保護(hù)效果大于犧牲陽極法





鋰電池和鋰離子電池
1．鋰電池
鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰電池的負(fù)極材料是金屬鋰或鋰合金，工作時金屬鋰失去電子被氧化為Li＋，負(fù)極反應(yīng)均為Li－e－===Li＋，負(fù)極生成的Li＋經(jīng)過電解質(zhì)定向移動到正極
2．鋰離子二次電池
①鋰離子電池基于電化學(xué)“嵌入/脫嵌”反應(yīng)原理，替代了傳統(tǒng)的“氧化—還原”理念；在兩極形成的電壓降的驅(qū)動下，Li＋可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或者“脫嵌”
②鋰離子電極材料
正極材料：一般為含Li＋的化合物，LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)、LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)、LiMPO4(M：
Fe等)
負(fù)極材料：石墨(能吸附鋰原子)
③鋰離子電池電極反應(yīng)的書寫
負(fù)極反應(yīng)：LixCn－xe－===xLi＋＋nC
正極反應(yīng)：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2
總反應(yīng)：Li1－xMO2＋LixCnnC＋LiMO2
書寫技巧
鋰離子電池通常都是鋰做負(fù)極，平衡電荷的也是鋰離子，因此可以先寫出負(fù)極反應(yīng)(Li－e－===Li＋，至于帶x或者C6可以稍加變形加進(jìn)去即可：
LixC6－xe－===xLi＋＋C6)，正極用總反應(yīng)減去總反應(yīng)即可
常見鋰離子電池電極反應(yīng)的書寫
鈷酸鋰電池
總反應(yīng)
Li1－xCoO2＋LixC6 LiCoO2＋C6(x＜1)
負(fù)極反應(yīng)
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正極反應(yīng)
Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
磷酸鐵鋰電池
總反應(yīng)
Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C
負(fù)極反應(yīng)
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正極反應(yīng)
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
錳酸鋰電池
總反應(yīng)
LixC6＋Li3-xNiCoMnO6 C6＋Li3NiCoMnO6
負(fù)極反應(yīng)
LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正極反應(yīng)
Li3-xNiCoMnO6 ＋xe－＋xLi＋===Li3NiCoMnO6
鋰釩氧化物電池
總反應(yīng)
xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8
負(fù)極反應(yīng)
xLi－xe－=== xLi＋
正極反應(yīng)
xLi＋＋LiV3O8＋xe－===Li1＋xV3O8
鋰－銅電池
總反應(yīng)
2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
負(fù)極反應(yīng)
Li－e－===Li＋
正極反應(yīng)
Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
多池串聯(lián)電化學(xué)裝置的解題技巧
1．有外接電源電池類型的判斷方法
分析思路
有外接電源的各電池均為電解池，若電池陽極材料與電解質(zhì)溶液中的陽離子相同，則該電池為電鍍池

甲為電鍍池，乙、丙均為電解池
2．無外接電源電池類型的判斷方法
(1)直觀判斷
分析思路
題目中若有燃料電池、鉛蓄電池等在電路中時則為原電池，則其他裝置為電解池

A為原電池，B為電解池

(2)根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷
分析思路
原電池的特點(diǎn)：自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，電極一般不相同
電解池的特點(diǎn)：電極材料可以相同可以不相同，不要求是不是自發(fā)反應(yīng)

A為電解池，B為原電池
(3)根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷
分析思路
在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型

如圖：若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負(fù)極，甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應(yīng)，A、C極發(fā)生氧化反應(yīng)
3．多池串聯(lián)裝置的解題策略
有關(guān)概念的分析判斷
在確定了原電池和電解池后，電極的判斷、電極反應(yīng)式的書寫、實(shí)驗現(xiàn)象的描述、溶液中離子的移動、pH的變化及電解質(zhì)溶液的恢復(fù)等，只要按照各自的規(guī)律分析就可以了
綜合裝置中的有關(guān)計算
原電池和電解池綜合裝置的有關(guān)計算的根本依據(jù)就是電子轉(zhuǎn)移的守恒，分析時要注意兩點(diǎn)：①串聯(lián)電路中各支路電流相等；②并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和

分析：圖中裝置甲是原電池，乙是電解池，若電路中有0.2 mol電子轉(zhuǎn)移，則Zn極溶解6.5 g，Cu極上析出H2 2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，Pt極上析出Cl2 0.1 mol，C極上析出Cu6.4 g。甲池中H＋被還原，生成ZnSO4，溶溶液pH變大；乙池中是電解CuCl2，由于Cu2＋濃度的減小使溶液pH微弱增大，電解后再加入適量CuCl2固體可使溶液復(fù)原

電化學(xué)離子交換膜的分析與應(yīng)用
1．離子交換膜的含義和作用
(1)含義：離子交換膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成
(2)作用
①能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如：在電解飽和食鹽水中，利用陽離子交換膜，防止陽極產(chǎn)生的Cl2進(jìn)入陰極室與氫氧化鈉反應(yīng)，導(dǎo)致所制產(chǎn)品不純；防止與陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生爆炸
②能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用
③用于物質(zhì)的分離、提純等
④用于物質(zhì)的制備，電解后溶液陰極區(qū)或陽極區(qū)得到所制備的物質(zhì)
2．離子交換膜的類型
(1)陽離子交換膜——只允許陽離子和水分子通過，阻止陰離子和氣體通過

以鋅銅原電池為例，中間用陽離子交換膜隔開
①負(fù)極反應(yīng)式：Zn－2e－===Zn2＋
②正極反應(yīng)式：Cu2＋＋2e－===Cu
③Zn2＋通過陽離子交換膜進(jìn)入正極區(qū)
④陽離子透過陽離子交換膜原電池正極(或電解池的陰極)
(2)陰離子交換膜——只允許陰離子和水分子通過，阻止陽離子和氣體通過

以Pt為電極電解淀粉-KI溶液，中間用陰離子交換膜隔開
①陰極反應(yīng)式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②陽極反應(yīng)式：2I－－2e－===I2
③陰極產(chǎn)生的OH－移向陽極與陽極產(chǎn)物反應(yīng)：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O
④陰離子透過陰離子交換膜電解池陽極(或原電池的負(fù)極)
(3)質(zhì)子交換膜——只允許H＋和水分子通過

在微生物作用下電解有機(jī)廢水(含CH3COOH)，可獲得清潔能源H2
①陰極反應(yīng)式：2H＋＋2e－===H2↑
②陽極反應(yīng)式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋
③陽極產(chǎn)生的H＋通過質(zhì)子交換膜移向陰極
④H＋透過質(zhì)子交換膜原電池正極(或電解池的陰極)
3．離子交換膜類型的判斷——根據(jù)電解質(zhì)溶液呈電中性的原則，判斷膜的類型
方法與
技巧
(1)首先寫出陰、陽兩極上的電極反應(yīng)，依據(jù)電極反應(yīng)式確定該電極附近哪種離子剩余
(2)根據(jù)溶液呈電中性，判斷出離子移動的方向，從而確定離子交換膜的類型
實(shí)例分析：電解飽和食鹽水

分析
方法
電解飽和食鹽水時，陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，則陰極區(qū)域破壞水的電離平衡，OH－有剩余，陽極區(qū)域的Na＋穿過離子交換膜進(jìn)入陰極室，與OH－結(jié)合生成NaOH，故電解食鹽水中的離子交換膜是陽離子交換膜

4．離子交換膜在物質(zhì)制備、分離提純中的應(yīng)用
多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性，即允許帶某種電荷的離子通過而限制帶相反電荷的離子通過，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達(dá)到物質(zhì)制備、濃縮、凈化、提純的目的
(1)兩室電解池——工業(yè)上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿
已知反應(yīng)：2CrO(黃)＋2H＋Cr2O(橙)＋H2O，設(shè)計圖示裝置(均為惰性電極)電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7

過程
分析
電解Na2CrO4就是電解水，陰極反應(yīng)：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，陽極反應(yīng)：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，陽極產(chǎn)生的H＋使2CrO(黃)＋2H＋Cr2O(橙)＋H2O正向移動，根據(jù)電荷守恒的規(guī)律，Na＋經(jīng)過Na＋離子交換膜向左側(cè)遷移，推知左邊為陰極，右邊為陽極
(2)三室電解池——利用三室電解裝置制備NH4NO3，其工作原理如圖所示。
裝置圖
過程分析

陰極的NO被還原為NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH通過陽離子交換膜進(jìn)入中間室；陽極的NO被氧化為NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO通過陰離子交換膜進(jìn)入中間室。根據(jù)電路中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等可得電解總反應(yīng)：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，補(bǔ)充適量NH3可以使電解產(chǎn)生的HNO3轉(zhuǎn)化為NH4NO3
(3)多室電解池——利用“四室電滲析法”制備H3PO2(次磷酸)，其工作原理如圖所示
裝置圖
過程分析

電解稀硫酸的陽極反應(yīng)：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，產(chǎn)生的H＋通過陽離子交換膜進(jìn)入產(chǎn)品室，原料室中的H2PO穿過陰離子交換膜進(jìn)入產(chǎn)品室，與H＋結(jié)合生成弱電解質(zhì)H3PO2；電解NaOH稀溶液的陰極反應(yīng)：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極室
(4)電滲析法


將含AnBm的廢水再生為HnB和A(OH)m的原理：已知A為金屬活動順序表H之前的金屬，Bn－為含氧酸根離子





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