【人教版】高中化學選修4知識點總結：第四章電化學基礎

第四章電化學基礎

一、原電池

課標要求

1、掌握原電池的工作原理

2、熟練書寫電極反應式和電池反應方程式

要點精講

1、原電池的工作原理

（1）原電池概念：化學能轉化為電能的裝置，叫做原電池。

若化學反應的過程中有電子轉移，我們就可以把這個過程中的電子轉移設計成定向的移動，即形成電流。只有氧化還原反應中的能量變化才能被轉化成電能；非氧化還原反應的能量變化不能設計成電池的形式被人類利用，但可以以光能、熱能等其他形式的能量被人類應用。

（2）原電池裝置的構成

①有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬導體）作電極。②電極材料均插入電解質溶液中。③兩極相連形成閉合電路。（3）原電池的工作原理

原電池是將一個能自發(fā)進行的氧化還原反應的氧化反應和還原反應分別在原電池的負極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產生電流。負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，簡易記法：負失氧，正得還。

2、原電池原理的應用

（1）依據原電池原理比較金屬活動性強弱

①電子由負極流向正極，由活潑金屬流向不活潑金屬，而電流方向是由正極流向負極，二者是相反的。

②在原電池中，活潑金屬作負極，發(fā)生氧化反應；不活潑金屬作正極，發(fā)生還原反應。③原電池的正極通常有氣體生成，或質量增加；負極通常不斷溶解，質量減少。（2）原電池中離子移動的方向

①構成原電池后，原電池溶液中的陽離子向原電池的正極移動，溶液中的陰離子向原電池的負極移動；

②原電池的外電路電子從負極流向正極，電流從正極流向負極。注：外電路：電子由負極流向正極，電流由正極流向負極；

內電路：陽離子移向正極，陰離子移向負極。3、原電池正、負極的判斷方法：

（1）由組成原電池的兩極材料判斷

一般是活潑的金屬為負極，活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極。（2）根據電流方向或電子流動方向判斷。電流由正極流向負極；電子由負極流向正極。（3）根據原電池里電解質溶液內離子的流動方向判斷

在原電池的電解質溶液內，陽離子移向正極，陰離子移向負極。（4）根據原電池兩極發(fā)生的變化來判斷

原電池的負極失電子發(fā)生氧化反應，其正極得電子發(fā)生還原反應。（5）根據電極質量增重或減少來判斷。

工作后，電極質量增加，說明溶液中的陽離子在電極（正極）放電，電極活動性弱；反之，電極質量減小，說明電極金屬溶解，電極為負極，活動性強。

（6）根據有無氣泡冒出判斷

電極上有氣泡冒出，是因為發(fā)生了析出H2的電極反應，說明電極為正極，活動性弱。

本節(jié)知識樹

原電池中發(fā)生了氧化還原反應，把化學能轉化成了電能。

二、化學電源

課標要求

1、了解常見電池的種類2、掌握常見電池的工作原理

要點精講

1、一次電池

（1）普通鋅錳電池

鋅錳電池是最早使用的干電池。鋅錳電池的電極分別是鋅（負極）和碳棒（正極），內部填充的是糊狀的MnO2和NH4Cl。電池的兩極發(fā)生的反應是：

（2）堿性鋅錳電池

用KOH電解質溶液代替NH4Cl作電解質時，無論是電解質還是結構上都有較大變化，電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。它的電極反應如下：

（3）銀鋅電池紐扣電池

該電池使用壽命較長，廣泛用于電子表和電子計算機。其電極分別為Ag2O和Zn，電解質為KOH溶液。其電極反應式為：

（4）高能電池鋰電池

該電池是20世紀70年代研制出的一種高能電池。由于鋰的相對原子質量很小，所以比容量（單位質量電極材料所能轉換的電量）特別大，使用壽命長。

如作心臟起搏器的鋰碘電池的電極反應式為：

2、二次電池

原理：充電電池在放電時進行的氧化還原反應在充電時又逆向進行，生成物重新轉化為反應物，使充電放電可在一定時期內循環(huán)進行。

鉛蓄電池

構成：該電池以Pb和PbO2作電極材料，硫酸作電解質溶液。

放電時二氧化鉛電極上發(fā)生還原反應，鉛電極上發(fā)生氧化反應。充電時二氧化鉛電極上發(fā)生氧化反應，鉛電極上發(fā)生還原反應。

3、氫氧燃料電池（1）氫氧燃料電池的構造

在氫氧燃料電池中，電解質溶液為KOH溶液。石墨為電極，H2和O2或空氣）源源不斷地通到電極上。

（2）氫氧燃料電池的優(yōu)點是產物只有水，不產生污染物。

本節(jié)知識樹

根據原電池的工作原理，設計了各種用途的原電池產品。需要了解常見電池的基本構造、工作原理、性能和使用范圍。

三、電解池

課標要求

1、掌握電解池的工作原理

2、能夠正確書寫電極反應式和電解池反應方程式3、了解電解池、精煉池、電鍍池的原理

要點精講

1、電解原理

（1）電解的含義：使電流通過電解質溶液（或熔化的電解質）而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解，這種把電能轉變成化學能的裝置叫做電解池。

（2）構成電解池的條件①直流電源。

②兩個電極。其中與電源的正極相連的電極叫做陽極，與電源的負極相連的電極叫做陰極。

③電解質溶液或熔融態(tài)電解質用石墨、金、鉑等制作的電極叫做惰性電極，因為它們在一般的通電條件下不發(fā)生化學反應。用還原性較強的材料制作的電極叫做活性電極，它們作電解池的陽極時，先于其他物質發(fā)生氧化反應。

（3）陰、陽極的判斷及反應原理與電源的正極相連的電極為陽極。陽極如果是活潑的金屬電極，則金屬失去電子生成金屬陽離子；陽極如果不能失去電子，則需要溶液中能失去電子（即具有還原性）的離子在陽極表面失去電子，發(fā)生氧化反應。

與電源的負極相連的電極為陰極。陰極如果是具有氧化性的物質，則陰極本身得到電子，發(fā)生還原反應，生成還原產物；陰極如果不能得到電子，則溶液中的離子在陰極表面得電子，發(fā)生還原反應（如下圖所示）

2、電解原理的應用

（1）電解飽和食鹽水以制備燒堿、氯氣和氫氣①電解飽和食鹽水的反應原理

②離子交換膜法電解制燒堿的主要生產流程

（2）電鍍

①電鍍的含義：電鍍是應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過程。

②電鍍的目的：電鍍的目的主要是使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。③電鍍特點：“一多、一少、一不變”。一多指陰極上有鍍層金屬沉積，一少指陽極上有鍍層金屬溶解，一不變指電解液濃度不變。

（3）電鍍的應用銅的電解精煉①電解法精煉銅的裝置

②電解法精煉銅的化學原理

電解精煉是一種特殊的電解池。電解精煉中的兩個電極都是同種金屬單質，陽極是純度較低的金屬單質，陰極是純度較高的金屬單質。

（3）電冶金

原理：化合態(tài)的金屬陽離子，在直流電的作用下，得到電子，變成金屬單質。

本節(jié)知識樹

化學能與電能可以相互轉化。電能轉化為化學能的反應為電解反應，實現電能轉化成化學能的裝置叫電解池。

原電池與電解池比較

四、金屬的電化學腐蝕與防護

課標要求

①能夠解釋金屬電化學腐蝕的原因②了解金屬腐蝕的危害③掌握金屬腐蝕的防護措施

要點精講

1、金屬的腐蝕（1）定義：金屬的腐蝕是指金屬與周圍的氣體或液體物質發(fā)生氧化還原反應而引起損耗的現象。

（2）分類：由于金屬接觸的介質不同，發(fā)生腐蝕的情況也不同，一般可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。

①化學腐蝕：金屬跟接觸到的物質直接發(fā)生反應而引起的腐蝕叫做化學腐蝕�；瘜W腐蝕過程中發(fā)生的化學反應是普通的氧化還原反應，而不是原電池反應，無電流產生。

②電化學腐蝕：不純的金屬與電解質溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應。比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。

（3）電化學腐蝕

電化學腐蝕，實際上是由大量的微小的電池構成微電池群自發(fā)放電的結果。①析氫腐蝕

鋼鐵在潮濕的空氣中表面會形成一薄層水膜，在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液的薄膜，與鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成了原電池。這無數個微小的原電池遍布鋼鐵表面，在這些原電池里，鐵是負極，碳是正極。若電解質溶液酸性較強則發(fā)生析氫腐蝕。

②吸氧腐蝕

金屬表面酸性較弱或呈中性時，溶解在溶液中的氧氣與水結合，生成OH-，消耗了氧氣，從而使得溶液不斷吸收空氣中的氧氣而發(fā)生吸氧腐蝕。

2、金屬的防護

金屬防護的目的就是防止金屬的腐蝕。金屬的防護要解決的主要問題就是使金屬不被氧化。

（1）犧牲陽極的陰極保護法

將被保護的金屬與更活潑的金屬連接，構成原電池，使活潑金屬作陽極被氧化，被保護的金屬作陰極。

（2）外加電源的陰極保護法

利用外加直流電，負極接在被保護金屬上成為陰極，正極接其他金屬。（3）非電化學防護法

①非金屬保護層②金屬保護層③金屬的鈍化

3、判斷金屬活動性強弱的規(guī)律

（1）金屬與水或酸的反應越劇烈，該金屬越活潑。（2）金屬對應的最高價氧化物的水化物的堿性越強，該金屬越活潑。

（3）一種金屬能從另一種金屬的鹽溶液中將其置換出來，則該金屬比另一種金屬更活潑。

（4）兩金屬構成原電池時，作負極的金屬比作正極的金屬更活潑。

（5）在電解的過程中，一般地先得到電子的金屬陽離子對應的金屬單質的活潑性比后得到電子的金屬陽離子對應的金屬單質的活潑性弱。

本節(jié)知識樹

在揭示金屬腐蝕的嚴重性和危害性的基礎上，分析發(fā)生金屬腐蝕的原因，探討防止金屬腐蝕的思路和方法。

本章知識網絡

金屬冶煉方法總結

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