1、第四章 化学反应与电能一、原电池的工作原理（一）定义：将 能转化成 能的装置（二）本质： 反应（三）工作原理：以铜-锌原电池为例 电极反应：负极： ；正极： 总反应： 注： 1、盐桥的作用：（1）成分： （2）作用： （3）优点： 2、电子只能在 中流动3、溶液中是由 定向移动形成闭合回路的（四）构成条件： （五）正负极的判断方法：1、电极反应：负极 反应，正极 反应2、电子或电流的流向：电子： ；电流： 3、离子流向：阳离子 极，阴离子 极；（六）电极反应式的书写1、注意电解质溶液环境：电极产物在电解质溶液中应稳定存在在碱性介质中，不能存在： 、 、 在酸性介质中，不能存在： 2、两极反应式
2、叠加得 ，总反应式减去正极反应式，可得 3、规律：一般来说，金属M作负极的原电池负极：酸性或中性介质中： 碱性介质中： 正极：酸性介质中： 金属阳离子NX+与金属反应的介质中： 阳离子不与金属反应的介质中： （七）常见原电池电极反应式、总反应式的书写1、Fe|稀HCl|C正极：负极：总反应：2、Mg稀硫酸Cu正极：负极：总反应3、Zn|AgNO3溶液|Pt正极：负极：总反应：4、CuFeCl3溶液Pt正极：负极：总反应5、MgNaOH溶液Cu正极：负极：总反应6、FeKCl溶液Cu正极：负极：总反应7、Al|NaOH溶液|Mg正极：负极：总反应：8、Cu|浓HNO3|Fe正极：负极：总反应：二
3、、化学电源（一）分类： 、 、 （三）判断电池优劣的主要标准： 、 、 （四）常见的一次电池1、普通锌锰干电池（1）电极材料及电极反应：负极材料： ；负极反应： 正极材料： ；正极反应： 总反应： 2、碱性锌锰电池（1）电极材料及电极反应：负极材料： ；负极反应： 正极材料： ；正极反应： 总反应： （五）二次电池（可充电电池）举例：铅酸蓄电池1、电极材料：负极材料： 正极材料： 电解质： 2、电极反应式：负极： 正极： 总反应： 3、接线方式：充电时，待充电电池的负极要接电源的 极，待充电电池的正极要接电源的 极注：放电： 能转化为 能；充电： 能转化为 能（六）燃料电池1、特点：燃料电池中
4、，燃料（还原性气体等）作 极，发生氧化反应，氧化剂（通常为氧气或空气）作 极发生还原反应2、种类（1）氢氧燃料电池电解质酸性中性碱性负极反应正极反应总反应（2）甲烷燃料电池电解质H2SO4KOH负极反应正极反应总反应（3）甲醇燃料电池电解质H2SO4KOH负极反应正极反应总反应（4）辛烷燃料电池电解质H2SO4KOH负极反应正极反应总反应（5）乙醇燃料电池电解质H2SO4KOH负极反应正极反应总反应（6）熔融盐电池例如：用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变
5、电极反应式：负极： 正极： 总反应： 3、燃料电池中常见正极反应式的书写（1）在酸性溶液中： （2）在碱性或中性溶液中： （3）在熔融碳酸盐中： （4）在可传导O2-的晶体电解质中（例如：掺杂(Y2O3)氧化钇的(ZrO2)氧化锆晶体）： 三、电解池（一）电解池的定义：将 能转变为 能的装置，也称电解槽（二）构成条件： 1、阴极连接电源的 极，吸引 离子，发生 反应2、阳极连接电源的 极，吸引 离子，发生 反应注：阳极分为两种：（1）活性电极：电极自身放电即电极自身发生氧化反应，常见的活性电极金属为： （2）惰性电极：电极自身不反应，由电解质中的阴离子发生氧化反应。常见的惰性电极为： （三）电
6、极的放电顺序1、常见阳极的放电顺序：活性电极 S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根 F-2、常见阳离子放电顺序：金属活动性顺序的 序Ag+ Hg2+ Fe3+ Cu2+ H+(酸) Pb2+ Fe2+ Zn2+ H+（水） Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+（四）常考的电解池反应式：1、惰性电极的情况下，电解NaOH溶液：阴极： 阳极： 总反应： 2、惰性电极的情况下，电解KOH溶液：阴极： 阳极： 总反应： 3、惰性电极的情况下，电解H2SO4溶液：阴极： 阳极： 总反应： 4、惰性电极的情况下，电解HNO3溶液：阴极： 阳极： 总反应： 5、惰性电极的情况下，电解KNO3
7、溶液：阴极： 阳极： 总反应： 6、惰性电极的情况下，电解Na2SO4溶液：阴极： 阳极： 总反应： 7、惰性电极的情况下，电解HCl溶液：阴极： 阳极： 总反应： 8、惰性电极的情况下，电解CuCl2溶液：阴极： 阳极： 总反应： 9、惰性电极的情况下，电解NaCl溶液：阴极： 阳极： 总反应： 10、惰性电极的情况下，电解MgCl2溶液：阴极： 阳极： 总反应： 11、惰性电极的情况下，电解CuSO4溶液：阴极： 阳极： 总反应： 12、惰性电极的情况下，电解AgNO3溶液：阴极： 阳极： 总反应： （五）电解池与原电池的比较原电池电解池能量转化 能 能 能 能反应能否自发进行自发进行的氧
8、化还原反应非自发进行的氧化还原反应构成装置两极、电解质、导线两极、电解质、电源电极名称 极 极 极（与负极相连） 极（与正极相连）电极反应失电子氧化反应得电子还原反应得电子还原反应失电子氧化反应电子流向 电流流向 离子流向阳离子 极，阴离子 极阳离子 极，阴离子 极四、电解原理的应用（一）氯碱工业 1、原理： 阴极： 阳极： 总反应： 2、现象及检验：阴极：有 产生，滴加酚酞变 阳极：有 的气体产生，使湿润的淀粉KI试纸变 3、阳离子交换膜的作用（1）将电解池隔成 ，只允许 通过，而阻止 通过（2）既能防止阴极产生的 和阳极产生的 而引起爆炸，又能避免 和 作用生成 而影响烧碱的质量（二）电镀
9、1、电镀池的构成：阴极： 镀件阳极： （通常是一些在空气或溶液里不易起变化的金属（如Cr、Ni、Ag和合金（如黄铜）电解质溶液：含有 的电解质溶液电镀液2、实例：铁上镀铜3、特点： （三）电解精炼铜阳极反应： 阳极泥成分： 阴极反应： （四）电冶金1、特点： 是最强有力的氧化还原手段2、常见金属的冶炼方法：电解法（熔融态）热还原法（常见还原剂：C、CO、H2、Al）热分解法物理方法五、金属的腐蚀（一）化学腐蚀1、定义： 2、特点： 电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而 。（二）电化学腐蚀1、定义： 2、特点： 电流产生注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往 发生，但 腐蚀更普
10、遍， 危害更大，腐蚀速率更 3、钢铁的电化学腐蚀（1）原电池的组成：负极： 正极： 电解质：潮湿空气（2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为 腐蚀和 腐蚀析氢腐蚀： 水膜酸性较强： 负极： 正极： 总反应： 吸氧腐蚀： 水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性： 负极： 正极： 总反应： 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3 =Fe2O3xH2O（铁锈）+(3-x)H2O注：I、只有 的金属才可能发生析氢腐蚀II、 可发生吸氧腐蚀六、金属的防护（一）电化学保护法1、牺牲阳极法 原理：原理：正极： 负极： 注：Fe2+的检验：Fe2+K3Fe(CN)6KFeFe(CN
11、)6 色 色2、外加电流法 原理：原理：阴极： （二）金属腐蚀快慢的规律1、构成原电池两极的活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越 ；2、对于同一金属而言，纯度越高，腐蚀速率越 3、对于同一种电解质来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越 4、同一种金属在相同浓度不同介质中，腐蚀由快到慢的顺序为：强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液5、在同一电解质中：电解池原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀6、有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀 有一定保护措施的金属腐蚀 牺牲阳极法引第四章 化学反应与电能一、原电池的工作原理（一）定义：将化学 能转化成 电 能
12、的装置（二）本质： 氧化还原 反应（三）工作原理：以铜-锌原电池为例 电极反应：负极： Zn2e=Zn2+ ；正极： Cu2+2e= Cu 总反应： Zn+Cu2+=Zn2+Cu 注： 1、盐桥的作用：（1）成分：含琼胶的KCl饱和溶液 （2）作用： 构成通路，代替两溶液直接接触 平衡电荷 （3）优点： 隔离氧化剂和还原剂，不同区域实现电子定向移动，产生持续、稳定的电流 2、电子只能在 两极和外电路中 中流动3、溶液中是由 电解质溶液中的阴阳离子 定向移动形成闭合回路的（四）构成条件： 两极一液一连线，氧化还原是条件 （五）正负极的判断方法：1、电极反应：负极 氧化 反应，正极 还原 反应2、
13、电子或电流的流向：电子： 负极 正极 ；电流： 正极 负极 3、离子流向：阳离子 正 极，阴离子 负 极；（六）电极反应式的书写1、注意电解质溶液环境：电极产物在电解质溶液中应稳定存在在碱性介质中，不能存在： H+ 、 CO2 、 金属阳离子 在酸性介质中，不能存在： OH- 2、两极反应式叠加得总反应式 ，总反应式减去正极反应式，可得负极反应式 3、规律：一般来说，金属M作负极的原电池负极：酸性或中性介质中：Mne-=Mn+ 碱性介质中： Mne-+nOH-=M(OH)n 正极：酸性介质中： 2H+2e-=H2 金属阳离子NX+与金属反应的介质中： NX+xe-=N 阳离子不与金属反应的介质
14、中： O2+4e-+2H2O=4OH- （七）常见原电池电极反应式、总反应式的书写1、Fe|稀HCl|C正极：2H+2e-=H2负极：Fe2e= Fe2+总反应：Fe+2H+=H2+Fe2+2、Mg稀硫酸Cu正极：2H+2e-=H2负极：Mg2e= Mg2+总反应：Mg+2H+=H2+ Mg2+3、Zn|AgNO3溶液|Pt正极：Ag+e= Ag负极：Zn2e=Zn2+总反应：Zn+2Ag+= 2Ag+ Zn2+4、CuFeCl3溶液Pt正极：Fe3+e= Fe2+负极：Cu2e= Cu2+总反应：Cu+ 2Fe3+= 2Fe2+ Cu2+5、MgNaOH溶液Cu正极：O2+4e-+2H2O=
15、4OH-负极：Mg2e+2OH= Mg(OH)2总反应：2Mg+ O2+2H2O=2Mg(OH)2 6、FeKCl溶液Cu正极：O2+4e-+2H2O=4OH负极：Fe2e= Fe2+总反应：2Fe+ O2+2H2O=2Fe(OH)2 7、Al|NaOH溶液|Mg正极：2e+2H2O= H2+ 2OH负极：Al 3e+4OH=AlO2+2H2O总反应：2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H28、Cu|浓HNO3|Fe正极：2H+NO3+e= H2O+NO2负极： Cu 2e=Cu2+总反应：Cu+4H+2NO3=Cu2+2H2O+2NO2二、化学电源（一）分类：一次电池 、 二次电池 、
16、燃料电池 （三）判断电池优劣的主要标准： 比能量 、 比功率 、 电池可储存时间的长短（四）常见的一次电池1、普通锌锰干电池（1）电极材料及电极反应：负极材料：锌筒；负极反应： Zn-2e-=Zn2+ 正极材料：石墨；正极反应：2NH4+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O总反应： Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+2NH3+Mn2O3+H2O 2、碱性锌锰电池（1）电极材料及电极反应：负极材料： 锌筒；负极反应： Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极材料：MnO2 ；正极反应：2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-总反应： Zn+2MnO2+2
17、H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2 （五）二次电池（可充电电池）举例：铅酸蓄电池1、电极材料：负极材料： Pb 正极材料：PbO2 电解质： H2SO4 2、电极反应式：负极： Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极： PbO2+4H+2e-+SO42-=PbSO4+2H2O 总反应： Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 3、接线方式：充电时，待充电电池的负极要接电源的负 极，待充电电池的正极要接电源的 正 极注：放电： 化学 能转化为电 能；充电：电 能转化为 化学 能（六）燃料电池1、特点：燃料电池中，燃料（还原性气体等）作 负 极，发生氧化反应，氧化剂（通常为
18、氧气或空气）作 正 极发生还原反应2、种类（1）氢氧燃料电池电解质酸性中性碱性负极反应H2-2e-=2H+H2-2e-=2H+H2-2e-+2OH-=2H2O正极反应O2+4e-+4H+=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-O2+4e+2H2O=4OH-总反应2H2+O2=2H2O（2）甲烷燃料电池电解质H2SO4KOH负极反应CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极反应O2+4e-+4H+=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-总反应CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O（3）甲醇燃料电池电解质
19、H2SO4KOH负极反应CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O正极反应O2+4e-+4H+=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-总反应2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O（4）辛烷燃料电池电解质H2SO4KOH负极反应C8H18-50e+16H2O=8CO2+50H+ C8H18-50e+66OH=8CO32-+42H2O正极反应O2+4e-+4H+=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-总反应2C8H18+25O2=16CO2+18H2O 2C8H18+25O2+32OH=1
20、6CO32-+34H2O（5）乙醇燃料电池电解质H2SO4KOH负极反应C2H6O-12e+3H2O=2CO2+12H+ C2H6O-12e+16OH=2CO32-+11H2O正极反应O2+4e-+4H+=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-总反应C2H6O+3O2=2CO2+3H2O C2H6O+3O2+4OH=2CO32-+5H2O（6）熔融盐电池例如：用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变电极反应式：负极：2CO+2CO32-4e-=4CO2 正极
21、：O2+2CO2+4e-=2CO32- 总反应：2CO+O2=2CO23、燃料电池中常见正极反应式的书写（1）在酸性溶液中： O2+4e-+4H+=2H2O （2）在碱性或中性溶液中： O2+4e-+2H2O=4OH- （3）在熔融碳酸盐中： O2+2CO2+4e-=2CO32- （4）在可传导O2-的晶体电解质中（例如：掺杂(Y2O3)氧化钇的(ZrO2)氧化锆晶体）：O2+4e-=2O2- 三、电解池（一）电解池的定义：将电 能转变为 化学 能的装置，也称电解槽（二）构成条件： 两极一液一电源，氧化还原是条件 1、阴极连接电源的 负 极，吸引 阳 离子，发生 还原 反应2、阳极连接电源的
22、阳 极，吸引 阴 离子，发生 氧化 反应注：阳极分为两种：（1）活性电极：电极自身放电即电极自身发生氧化反应，常见的活性电极金属为： Fe、Cu、Ag （2）惰性电极：电极自身不反应，由电解质中的阴离子发生氧化反应。常见的惰性电极为： Pt、C （三）电极的放电顺序1、常见阳极的放电顺序：活性电极 S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根 F-2、常见阳离子放电顺序：金属活动性顺序的 倒 序Ag+ Hg2+ Fe3+ Cu2+ H+(酸) Pb2+ Fe2+ Zn2+ H+（水） Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+（四）常考的电解池反应式：1、惰性电极的情况下，电解NaOH溶液：
23、阴极： 2H2O+2e-=H2+2OH- 阳极： 2H2O4e-=4H+O2 总反应： 2H2O2H2+O2 2、惰性电极的情况下，电解KOH溶液：阴极：2H2O+2e-=H2+2OH- 阳极：2H2O4e-=4H+O2 总反应： 2H2O2H2+O2 3、惰性电极的情况下，电解H2SO4溶液：阴极： 2H2O+2e-=H2+2OH- 阳极： 2H2O4e-=4H+O2 总反应： 2H2O2H2+O2 4、惰性电极的情况下，电解HNO3溶液：阴极： 2H2O+2e-=H2+2OH- 阳极： 2H2O4e-=4H+O2 总反应： 2H2O2H2+O2 5、惰性电极的情况下，电解KNO3溶液：阴极
24、： 2H2O+2e-=H2+2OH- 阳极： 2H2O4e-=4H+O2 总反应： 2H2O2H2+O2 6、惰性电极的情况下，电解Na2SO4溶液：阴极： 2H2O+2e-=H2+2OH- 阳极： 2H2O4e-=4H+O2 总反应： 2H2O2H2+O2 7、惰性电极的情况下，电解HCl溶液：阴极： 2H+2e-=H2 阳极： 2Cl2e=Cl2 总反应： 2H+ +2Cl H2+ Cl2 8、惰性电极的情况下，电解CuCl2溶液：阴极： Cu2+2e= Cu 阳极： 2Cl2e=Cl2 总反应： Cu2+ +2Cl Cu+ Cl2 9、惰性电极的情况下，电解NaCl溶液：阴极： 2H2O
25、+2e-=H2+2OH- 阳极： 2Cl2e=Cl2 总反应： 2H2O+2Cl Cl2+H2+2OH- 10、惰性电极的情况下，电解MgCl2溶液：阴极： Mg2+2H2O+2e-=H2+ Mg(OH)2 阳极： 2Cl2e=Cl2 总反应： Mg2+2H2O+ 2ClH2+ Mg(OH)2+ Cl2 11、惰性电极的情况下，电解CuSO4溶液：阴极： Cu2+2e= Cu 阳极： 2H2O4e-=4H+O2 总反应： 2Cu2+2H2O 2Cu+4H+O2 12、惰性电极的情况下，电解AgNO3溶液：阴极： Ag+ e= Ag 阳极： 2H2O4e-=4H+O2 总反应：4Ag+2H2O
26、4Ag +4H+O2 （五）电解池与原电池的比较原电池电解池能量转化 化学 能 电 能 电 能化学 能反应能否自发进行自发进行的氧化还原反应非自发进行的氧化还原反应构成装置两极、电解质、导线两极、电解质、电源电极名称 负 极 正 极 阴 极（与负极相连） 阳 极（与正极相连）电极反应失电子氧化反应得电子还原反应得电子还原反应失电子氧化反应电子流向负极外电路正极负极阴极，阳极正极电流流向正极外电路负极正极阳极，阴极负极离子流向阳离子 正 极，阴离子负极阳离子阴极，阴离子阳 极四、电解原理的应用（一）氯碱工业 电解饱和食盐水制烧碱和氯气 1、原理： 阴极： 2H2O+2e-=H2+2OH- 阳极： 2Cl-2e-=Cl2 总反应： 2Cl+2H2O2OH+Cl2+H2 2、现象及检验：阴极：有 无色、无味气泡 产生，滴加酚酞变 红 阳极：有 黄绿色、刺激性气味 的气体产生，使湿润的淀粉KI试纸变 蓝 3、阳离子交换膜的作用（1）
