高中電化學詳解

1、電化學講義第一章 電解1 概念1.1 什么叫電解電解是使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在兩極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)化為化學能的過程。其裝置叫電解池，常由直流電源、兩個電極、導線及電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))構(gòu)成，如圖。圖中是電解CuCl2溶液的裝置。通電后發(fā)生反應(yīng)：CuCl2=Cu + Cl2 用離子方程式表示：Cu2+ 2Cl-=Cu + Cl21.2 發(fā)生電解反應(yīng)的條件連接直流電源陰陽電極，與電源負極相連為陰極，與電源正極相連為陽極。兩級處于電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。兩電極形成閉合回路1.3 電解質(zhì)在通電前、通電后的關(guān)鍵點通電前：電解質(zhì)溶液的電離（它包括了電解質(zhì)的電離也包括了水的

2、電離）。通電后：離子才有定向的移動（陰離子移向陽極，陽離子移向陰極）。2 電極反應(yīng)放電是電化學中常用的詞，就是電極上發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，離子或原子得失電子的過程都叫放電。2.1 陰極與電源的負極相連的電極成為陰極。溶液中陽離子在陰極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。如上圖裝置中，Cu2+在陰極是得到電子轉(zhuǎn)化為Cu，陰極反應(yīng)式： Cu2+2eCu陰極電極材料的本身受到保護，不參與反應(yīng)，溶液中較易得電子的陽離子在陰極上得電子而被還原，在陰極得電子的難易順序為：Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（酸）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+（水）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。當此放電順序適用于陽離子濃度相

3、差不大時，順序要有相應(yīng)的變動。當溶液中H+只來自于水電離時，H+的放電順序介于A13+和Zn2+之間。規(guī)律：鋁前（含鋁）離子不放電，氫（酸）后離子先放電，氫（酸）前鋁后的離子看條件2.2 陽極：與電源的正極相連的電極稱為陽極。物質(zhì)在陽極上失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。如上圖裝置中，Cl-在陽極上失去電子轉(zhuǎn)化為Cl2，陽極反應(yīng)式：2Cl-2eCl2首先看電極，如果是活性電極（金屬活動順序表Ag以前），則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極（Pt、Au、石墨），則要再看溶液中的離子的失電子能力。此時根據(jù)陰離子放電順序加以判斷，陰離子放電順序：S2IBrClOHNO3-&g

4、t;SO42->含氧酸根F。Cl和OH在電解時的電極反應(yīng)式分別是：2Cl-2eCl24OH-4e2H2OO2因為水電離能夠產(chǎn)生OH，所以電解含氧酸鹽溶液時，在陽極上是OH放電生成氧氣，而含氧酸根離子不發(fā)生變化。（當陽極為惰性金屬常用的為C 鉑 金 時 自身放電） 2.3 酸、堿、鹽溶液電解規(guī)律（1）無氧酸是其本身的電解；（2）含氧酸是水的電解；（3）可溶性堿是水的電；（4）活潑性金屬的含氧酸鹽也是水的電解；（5）活潑金屬的無氧鹽陰極析出氫氣并伴隨溶液顯堿性，陽極析出非金屬單質(zhì)；（6）不活潑金屬的無氧鹽是該鹽的電解；（7）中等活動性金屬的含氧酸鹽陰極析出金屬，陽極得到氧氣同時酸性提高。電解

5、池中的離子放電順序是用來判斷電解時哪種離子先反應(yīng)。比如電解等濃度的CuSO4-FeCl2溶液，溶液中有Cu2+、Fe2+、H+、SO42-、Cl-、OH-。由于放電能力是Cu2+H+Fe2+，Cl-OH-SO42-，所以開始時：陽極：2 Cl- - 2e = Cl2陰極：Cu2+ + 2e = Cu電解一段時間后，Cu2+和Cl-反應(yīng)完了，反應(yīng)就變成了：陽極：4 OH- - 4e = O2+ 2H2O陰極：2H+ + 2e = H23 電解結(jié)果在兩極上有新物質(zhì)生成。溶液的離子濃度可能發(fā)生變化如：電解氯化銅、鹽酸等離子濃度發(fā)生了變化。因為溶液中的氫離子或氫氧根離子放電，所以酸堿性可能發(fā)生改變。4

6、 電解規(guī)律4.1 四類電解型電解水型（強堿，含氧酸，活潑金屬的含氧酸鹽），pH由溶液的酸堿性決定，溶液呈堿性則pH增大，溶液呈酸性則pH減小，溶液呈中性則pH不變。電解質(zhì)溶液復原加適量水。電解電解質(zhì)型（無氧酸，不活潑金屬的無氧酸鹽，），pH變大。電解質(zhì)溶液復原加適量電解質(zhì)。放氫生堿型（活潑金屬的無氧酸鹽），pH變大。電解質(zhì)溶液復原加陰離子相同的酸。放氧生酸型（不活潑金屬的含氧酸鹽），pH變小。電解質(zhì) 溶液復原加陽離子相同的堿或氧化物。酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律(惰性電極做陽極)類型電極反應(yīng)特點實例電解對象電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復原電解水型陰：2H+ + 2e- = H2陽：2OH- - 4e-

7、 = 2H2O + O2NaOH水增大增大水H2SO4水增大減小水Na2SO4水增大不變水電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大氯化氫CuCl2電解質(zhì)減小氯化銅放H2生堿型陰極：H2O放H2生堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大氯化氫放O2生酸型陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O放O2生酸CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小氧化銅4.2 電解規(guī)律的應(yīng)用（1）電解規(guī)律的主要應(yīng)用內(nèi)容是：依據(jù)電解的基本原理分析判斷電解質(zhì)溶液。（2）恢復電解液的濃度：電解液應(yīng)先看pH的變化，再看電極產(chǎn)物。欲使電解液恢復一般是：電解出什么物質(zhì)就應(yīng)該加入什么，如：電解

8、飽和食鹽水在溶液中減少的是氯氣和氫氣，所以應(yīng)該加入的是氯化氫。（3）在分析應(yīng)用問題中還應(yīng)該注意：一要：不僅考慮陰極、陽極放電的先后順序，還應(yīng)該注意電極材料（特別是陽極）的影響；二要：熟悉用惰性電極電解各類電解質(zhì)溶液的規(guī)律。有關(guān)電解的計算通常是求電解后某產(chǎn)物質(zhì)量、氣體的體積、某元素的化合價以及溶液的pH、物質(zhì)的量濃度等。解答此類題的方法有兩種：一是根據(jù)電解方程式或電極反應(yīng)式列比例式求解；二是利用各電極、線路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目守恒等式求解。以電子守恒較為簡便，注意運用。例如，鐵-石墨-氯化鈉溶液構(gòu)成的電解池，鐵為陽極，陰極上是水中氫離子放電還是溶解氧放電？為什么？這是一個關(guān)于電解池放電順序知識點的考

9、察，電解池分陰極和陽極，F(xiàn)e作陽極，失電子，C做陰極，得電子，溶液中的陽離子較O2 分子更易得到電子，故從陽離子方向考慮，而溶液中的陽離子包括：Na+ 和H+ 從氧化性來看：H+的氧化性更強一些，因此陰極發(fā)生的反應(yīng)為： 2H+ + 2e- = H25 電解原理的應(yīng)用5.1 氯堿工業(yè)（電解飽和食鹽水）制取氯氣、氫氣、燒堿。飽和食鹽水溶液中存在Na和Cl以及水電離產(chǎn)生的H和OH。其中氧化性HNa，還原性ClOH。所以H和Cl先放電（即發(fā)生還原或氧化反應(yīng)）。陰極：2H2eH2 （還原反應(yīng)）陽極：2Cl2eCl2 （氧化反應(yīng)）總反應(yīng)的化學方程式：2NaCl2H2O=2NaOHH2Cl2用離子方程式表示

10、：2Cl2H2O=2OHH2Cl2。5.2 電鍍和電解精煉銅電鍍：應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或者合金的過程條件：鍍件做陰極鍍層金屬做陽極電鍍液中含鍍層金屬離子電鍍時，把待鍍的金屬制品（即鍍件）作陰極，鍍層金屬作陽極，用含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。陽極：MneMn陰極：MnneM這樣，在直流電的作用下，鍍層金屬就均勻地覆蓋到鍍件的表面。同樣的道理，用純銅作陰極，用粗銅作陽極，用CuSO4溶液作電解液。通入直流電，作為陽極的粗銅逐漸溶解，在陰極上析出純銅，從而達到提純銅的目的。5.3 電解法冶煉金屬鈉、鈣、鎂、鋁等活潑金屬，很難用還原劑從它們的化合物中還原得到單質(zhì)，因此必須通

11、過電解熔融的化合物的方法得到。如電解熔融的氯化鈉可以得到金屬鈉：陰極：2Na2e2Na陽極：2Cl2eCl25.4活潑金屬Na、Mg、Al的制取例如，電解熔融的NaOH制金屬Na，4NaOH = 4Na +2H2O + O2其中Na為陰極區(qū)產(chǎn)物而 H2O和 O2則為陽極區(qū)產(chǎn)物。第二章 原電池1 概念原電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。構(gòu)成電池的條件是：有活潑性不同的兩個電極；兩極用導線互相連接成直接插入連通的電解質(zhì)溶液里；較活潑金屬與電解質(zhì)溶液能發(fā)生氧化還原反應(yīng)（有時是與水電離產(chǎn)生的H+作用），只要同時具備這三個條件即為原電池。2 原電池的正負極的判斷(從原電池反應(yīng)實質(zhì)角度確定)：較活潑金屬作負

12、極，負極表面為正電荷，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)(電子流出的一極)；另一導體作正極，發(fā)生還原反應(yīng)(電子流入的一極)。電子從負極通過導線流向正極，電子的定向移動形成電流，電流的方向是正極到負極，這是物理學規(guī)定的。2 電極反應(yīng)的書寫對于化學電源和新型電池工作原理的分析，可類比于銅、鋅、硫酸原電池，可把總反應(yīng)折成兩部分進行處理。知道兩極反應(yīng)式，或一極反應(yīng)式或總反應(yīng)式，可通過加減的方法求出另一極反應(yīng)或總反應(yīng)方程式。書寫電極反應(yīng)式時先寫明電極名稱(正極或負極)，得失電子數(shù)均寫在“”左側(cè)?？偡磻?yīng)式為氧化還原反應(yīng)的方程式。在燃燒電池反應(yīng)中確定哪一極發(fā)生的是什么反應(yīng)的關(guān)鍵是：負極：化合價升高，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；

13、正極：化合價降低，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；總反應(yīng)式為兩極反應(yīng)的加合；書寫反應(yīng)時，還應(yīng)該注意得失電子數(shù)目應(yīng)該守恒。3 原電池原理的應(yīng)用3.1 原電池原理的三個應(yīng)用和依據(jù)：（1）電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷正極和負極，以確定金屬的活動性。其依據(jù)是：原電池的正極上現(xiàn)象是：有氣體產(chǎn)生，電極質(zhì)量不變或增加；負極上的現(xiàn)象是：電極不斷溶解，質(zhì)量減少。（2）分析判斷金屬腐蝕的速率，分析判斷的依據(jù)，對某一個指定金屬其腐蝕快慢順序是：作電解池的陽極作原電池的負極非電池中的該金屬作原電池的正極作電解池的陰極。3.2 判斷依據(jù)：（1）根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象原電池中溶解的一方為負極，金屬活動性強。（2）根據(jù)反應(yīng)的速度判斷強弱。（3）根據(jù)反應(yīng)的

14、條件判斷強弱。（4）由電池反應(yīng)分析判斷新的化學能源的變化，分析的思路是先分析電池反應(yīng)有關(guān)物質(zhì)化合價的變化，確定原電池的正極和負極，然后根據(jù)兩極的變化分析其它指定物質(zhì)的變化。4常見的11種類型原電池（電極反應(yīng)及易錯點）4.1、銅鋅非氧化性強酸溶液的原電池（伏打電池）（電極材料：銅片和鋅片，電解質(zhì)溶液：稀硫酸）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：Zn+2H+ = Zn2+ + H2（2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（Cu）：2H+ +2e-=H2（還原反應(yīng)）；負極（Zn）：Zn -2e-=Zn2+ （氧化反應(yīng)）。意義：在標準狀況下，正極每析出2.24升氫氣，負極質(zhì)量就減小6.5克。（3）微粒移動方向： 在

15、外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋅片，電子由鋅片經(jīng)用電器流向銅片。 在內(nèi)電路：SO（運載電荷）向鋅片移動，H+ （參與電極反應(yīng)）向銅片移動的電子放出氫氣。4.2 銅鋅強堿溶液的原電池（電極材料：銅片和鋅片，電解質(zhì)溶液：氫氧化鈉溶液）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：Zn +2OH- =ZnO22-  + H2 （2）電極反應(yīng)式及其意義正極（Cu）：2H+ +2e-=H2（還原反應(yīng)）；修正為：2H2O+2e- =H2+2OH-負極（Zn）：Zn -2e-=Zn2+ （氧化反應(yīng)）；修正為：Zn +4OH-2e-=ZnO +2H2O意義：在標準狀況下，正極每析出2.24升氫

16、氣，負極質(zhì)量就減小6.5克。（3）微粒移動方向：在外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋅片，電子由鋅片經(jīng)用電器流向銅片。在內(nèi)電路：OH-（參與溶液反應(yīng)）向鋅片移動遇到Zn2+發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生ZnO22- ，Na+（運載電荷）向正極移動。4.3 鋁銅非氧化性強酸溶液的原電池（電極材料：銅和鋁；電解質(zhì)溶液：稀硫酸。）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：2Al+6H+ = 2Al3+ + 3H2（2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（Cu）：6H+ +6e-  =3H2（還原反應(yīng)）；負極（Al）：2Al -6e-=2Al3+ （氧化反應(yīng)）。意義：在標準狀況下，正極每析出6.72升氫氣，負極質(zhì)量就減小5

17、.4克。（3）微粒移動方向在外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋁片，電子由鋁片經(jīng)用電器流向銅片。在內(nèi)電路：SO（運載電荷）向鋁片移動，H+ （參與電極反應(yīng)）向銅片移動得電子放出氫氣。4.4 銅鋁強堿溶液的原電池（電極材料：銅片和鋁片，電解質(zhì)溶液：氫氧化鈉溶液）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：2Al +2OH- +2H2O=2AlO2-  + 3H2 （2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（Cu）：6H+ +6e-=3H2（還原反應(yīng)）；修正為： 6H2O+6e- =3H2 +6OH- 負極（Al）：2Al -6e- =2Al3+ （氧化反應(yīng)）；修正為： 2Al +8OH-6e-=2AlO

18、2-  +4H2O意義：在標準狀況下，正極每析出6.72升氫氣，負極質(zhì)量就減小5.4克。（3）微粒移動方向： 在外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋁片，電子由鋁片經(jīng)用電器流向銅片。 在內(nèi)電路：OH-（參與溶液反應(yīng)）向鋁片移動遇到Al3+發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生AlO2- ，Na+（運載電荷）向正極移動。4.5 鋁銅電池濃硝酸原電池（電極材料：銅片和鋁片，電解質(zhì)溶液：濃硝酸）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：Cu+4H+ +2NO3-  =Cu2+ +2NO2+2H2O（2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（Al）：4H+ +2NO3- +2e- =2NO2+2H2O（還原反應(yīng)）；

19、 負極（Cu）：Cu-2e- =Cu2+  （氧化反應(yīng)）； 意義：在標準狀況下，正極每析出4.48升NO2，負極質(zhì)量就減小6.4克。（3）微粒移動方向： 在外電路：電流由鋁片經(jīng)用電器流向銅片，電子由銅片經(jīng)用電器流向鋁片。 在內(nèi)電路：H+ （參與電極反應(yīng)）向鋁片移動與NO3-匯合，NO3-（參與電極反應(yīng)）得電子產(chǎn)生NO2 。4.6鎂鋁非氧化性強酸溶液的原電池（電極材料：鎂和鋁；電解質(zhì)溶液：稀硫酸。）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：Mg+2H+ = Mg2+ + H2（2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（Al）：2H+ +2e-=H2（還原反應(yīng)）；負極（Mg）：Mg -2e-=Mg2+ （氧化

20、反應(yīng)）。意義：在標準狀況下，正極每析出2.24升氫氣，負極質(zhì)量就減小2.4克。（3）微粒移動方向： 在外電路：電流由鋁片經(jīng)用電器流向鎂片，電子由鎂片經(jīng)用電器流向 鋁片。 在內(nèi)電路：SO（運載電荷）向鋁片移動，H+ （參與電極反應(yīng)）向鎂片 移動得電子放出氫氣。4.7 鎂鋁強堿溶液的原電池（電極材料：鎂片和鋁片，電解質(zhì)溶液：氫氧化鈉溶液）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：2Al +2OH- +2H2O=2AlO2-  + 3H2 （2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（Mg）：6H+ +6e-=3H2（還原反應(yīng)）；修正為：6H2O+6e- =3H2 +6OH- 負極（Al）：2Al -6

21、e-=2Al3+ （氧化反應(yīng)）；修正為： 2Al +8OH-6e- =2AlO2-  +4H2O意義：在標準狀況下，正極每析出6.72升氫氣，負極質(zhì)量就減小5.4克。（3）微粒移動方向：在外電路：電流由鎂片經(jīng)用電器流向鋁片，電子由鋁片經(jīng)用電器流向鎂片。在內(nèi)電路：OH-（參與溶液反應(yīng)）向鋁片移動遇到Al3+發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生AlO，Na+（運載電荷）向正極移動。4.8 氫氣和氧氣細菌燃料電池（電解質(zhì)溶液是磷酸） （1）氧化還原反應(yīng)的化學方程式：2H2 +O2=2H2O （2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（惰性材料）：O2 +4e-=2O2-（還原反應(yīng)）；修正為： O2 +4H+ +4e

22、-=2H2O負極（惰性材料）：2H2 -4e-=4H+ （氧化反應(yīng)）；意義：在標準狀況下，正極每消耗3.2升氧氣，負極同時消耗0.4克氫氣，電解質(zhì)溶液增加3.6克水。4.9 氫氣和氧氣燃料電池（電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液）（1）氧化還原反應(yīng)的化學方程式：2H2 +O2=2H2O（2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（惰性材料）：O2 +4e-=2O2-（還原反應(yīng)）；修正為： O2 +2H2O +4e-=4OH- 負極（惰性材料）：2H2 -4e-=4H+ （氧化反應(yīng)）；修正為： 2H2 +4OH-4e-=4H2O意義：在標準狀況下，正極每消耗3.2升氧氣，負極同時消耗0.4克氫氣，電解質(zhì)溶液增加3.6克

23、水4.10 甲烷和氧氣燃料電池（電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液）（1）氧化還原反應(yīng)的化學方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O 。在強堿性條件下修正為：CH4+2O2 +2NaOH=Na2CO3+3H2O；CH4+2O2 +2OH- =CO32+3H2O （2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（惰性材料）： 2O2 +8e-=4O2-（還原反應(yīng)）；在強堿性條件下修正為：2O2 +4H2O +8e-=8OH- 負極（惰性材料）：CH4 -8e- CO2 （氧化反應(yīng)）；修正為： CH4 8e- +10 OH- =CO32- +7 H2O 意義：在標準狀況下，正極每消耗4.48升氧氣，負極同時消耗2.24升甲烷

24、。4.11 丙烷和氧氣燃料電池（電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液）（1）氧化還原反應(yīng)的化學方程式： C3H8+5O2=3CO2+4H2O  。 在強堿性條件下修正離子方程式為：C3H8+5O2 +6OH-=3CO32+7H2O （2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（惰性材料）： 5O2 +20e-=10O2-（還原反應(yīng)）；在強堿性條件下修正為：5O2 +10H2O +20e-=20OH- 負極（惰性材料）：C3H8 20e- 3CO2  （氧化反應(yīng)）；修正為： C3H8 20e- +26 OH- =3 CO32-+ 17 H2O 意義：在標準狀況下，正極每消耗11.2升氧氣，負極同時消耗2.24升丙烷。4.12 強調(diào)八點 書寫電極反應(yīng)式