選修四第四章電化學(xué)基礎(chǔ)
第一節(jié)原電池
原電池：
1、概念：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。
2、組成條件：①兩個(gè)活潑性不同的電極②電解質(zhì)溶液③電極用導(dǎo)線相連并插入電解液構(gòu)成閉合回路
3、電子流向：外電路： 負(fù) 極——導(dǎo)線—— 正 極
內(nèi)電路：鹽橋中陰 離子移向負(fù)極的電解質(zhì)溶液，鹽橋中陽(yáng) 離子移向正極的電解質(zhì)溶液。
4、電極反應(yīng)：以鋅銅原電池為例：
負(fù)極： 氧化反應(yīng)： Zn－2e＝Zn2＋ （較活潑金屬）
正極： 還原反應(yīng)： 2H＋＋2e＝H2↑ （較不活潑金屬）
總反應(yīng)式：Zn+2H+=Zn2++H2↑
5、正、負(fù)極的判斷：
（1）從電極材料：一般較活潑金屬為負(fù)極；或金屬為負(fù)極，非金屬為正極。
（2）從電子的流動(dòng)方向負(fù)極流入正極
（3）從電流方向正極流入負(fù)極
（4）根據(jù)電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動(dòng)方向 陽(yáng)離子流向正極，陰離子流向負(fù)極
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①__溶解的一極為負(fù)極② 增重或有氣泡一極為正極
第二節(jié) 化學(xué)電池
1、電池的分類：化學(xué)電池、太陽(yáng)能電池、原子能電池
2、化學(xué)電池：借助于化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置
3、化學(xué)電池的分類： 一次電池 、 二次電池 、 燃料電池
一、一次電池
1、常見(jiàn)一次電池：堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鋰電池等
二、二次電池
1、二次電池：放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，可以多次重復(fù)使用，又叫充電電池或蓄電池。
2、電極反應(yīng)：鉛蓄電池
放電：負(fù)極（鉛）：Pb＋－2e?＝PbSO4↓
正極（氧化鉛）：PbO2＋4H+＋＋2e?＝PbSO4↓＋2H2O
充電：陰極： PbSO4＋2H2O－2e?＝PbO2＋4H+＋
陽(yáng)極： PbSO4＋2e?＝Pb＋
兩式可以寫(xiě)成一個(gè)可逆反應(yīng)：
PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O
3、目前已開(kāi)發(fā)出新型蓄電池：銀鋅電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子電池
三、燃料電池
1、燃料電池：是使燃料與氧化劑反應(yīng)直接產(chǎn)生電流的一種原電池
2、電極反應(yīng)：一般燃料電池發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃燒產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃燒反應(yīng)寫(xiě)出總的電池反應(yīng)，但不注明反應(yīng)的條件。，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，不過(guò)要注意一般電解質(zhì)溶液要參與電極反應(yīng)。以氫氧燃料電池為例，鉑為正、負(fù)極，介質(zhì)分為酸性、堿性和中性。
當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時(shí)：
負(fù)極：2H2－4e- =4H+ 正極：O2＋4e-+4H+=2H2O
當(dāng)電解質(zhì)溶液呈堿性時(shí)：
負(fù)極： 2H2＋4OH-－4e-＝4H2O 正極：O2＋2H2O＋4e- ＝4OH?
另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷?燃料?和氧氣?氧化劑?。電極反應(yīng)式為：
負(fù)極：CH4＋10OH－－8e- ＝＋7H2O；
正極：4H2O＋2O2＋8e- ＝8OH-。
電池總反應(yīng)式為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
3、燃料電池的優(yōu)點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)換率高、廢棄物少、運(yùn)行噪音低
四、廢棄電池的處理：回收利用
第三節(jié) 電解池
一、電解原理
1、電解池： 把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置 也叫電解槽
2、電解：電流(外加直流電)通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)(被動(dòng)的不是自發(fā)的)的過(guò)程
3、放電：當(dāng)離子到達(dá)電極時(shí)，失去或獲得電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過(guò)程
4、電子流向：
（電源）負(fù)極—（電解池）陰極—（離子定向運(yùn)動(dòng)）電解質(zhì)溶液—（電解池）陽(yáng)極—（電源）正極
5、電極名稱及反應(yīng)：
陽(yáng)極：與直流電源的 正極 相連的電極，發(fā)生氧化 反應(yīng)
陰極：與直流電源的 負(fù)極 相連的電極，發(fā)生 還原 反應(yīng)
6、電解CuCl2溶液的電極反應(yīng)：
陽(yáng)極： 2Cl- -2e-=Cl2 (氧化)
陰極： Cu2++2e-=Cu(還原)
總反應(yīng)式： CuCl2 =Cu+Cl2 ↑
7、電解本質(zhì)：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程，就是電解質(zhì)溶液的電解過(guò)程
☆規(guī)律總結(jié)：電解反應(yīng)離子方程式書(shū)寫(xiě)：
放電順序：
陽(yáng)離子放電順序
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸電離的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
陰離子的放電順序
是惰性電極時(shí)：S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根離子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)
是活性電極時(shí)：電極本身溶解放電
注意先要看電極材料，是惰性電極還是活性電極，若陽(yáng)極材料為活性電極（Fe、Cu)等金屬，則陽(yáng)極反應(yīng)為電極材料失去電子，變成離子進(jìn)入溶液；若為惰性材料，則根據(jù)陰陽(yáng)離子的放電順序，依據(jù)陽(yáng)氧陰還的規(guī)律來(lái)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式。
電解質(zhì)水溶液點(diǎn)解產(chǎn)物的規(guī)律
類型
電極反應(yīng)特點(diǎn)
實(shí)例
電解對(duì)象
電解質(zhì)濃度
pH
電解質(zhì)溶液復(fù)原
分解電解質(zhì)型
電解質(zhì)電離出的陰陽(yáng)離子分別在兩極放電
HCl
電解質(zhì)
減小
增大
HCl
CuCl2
---
CuCl2
放H2生成堿型
陰極：水放H2生堿
陽(yáng)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
HCl
放氧生酸型
陰極：電解質(zhì)陽(yáng)離子放電
陽(yáng)極：水放O2生酸
CuSO4
電解質(zhì)和水
生成新電解質(zhì)
減小
氧化銅
電解水型
陰極：4H+4e- == 2H2↑
陽(yáng)極：4OH-4e-== O2↑+2H2O
NaOH
水
增大
增大
水
H2SO4
減小
Na2SO4
不變
上述四種類型電解質(zhì)分類：
（1）電解水型：含氧酸，強(qiáng)堿，活潑金屬含氧酸鹽
（2）電解電解質(zhì)型：無(wú)氧酸，不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽（氟化物除外）
（3）放氫生堿型：活潑金屬的無(wú)氧酸鹽
（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽
二、電解原理的應(yīng)用
1、電解飽和食鹽水以制造燒堿、氯氣和氫氣
（1）、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
（2）、電極、電解質(zhì)溶液的選擇：
陽(yáng)極：鍍層金屬，失去電子，成為離子進(jìn)入溶液 M— ne - == M n+
陰極：待鍍金屬（鍍件）：溶液中的金屬離子得到電子，成為金屬原子，附著在金屬表面
M n++ ne - == M
電解質(zhì)溶液：含有鍍層金屬離子的溶液做電鍍液
鍍銅反應(yīng)原理
陽(yáng)極(純銅)：Cu-2e-=Cu2+，陰極(鍍件)：Cu2++2e-=Cu，
電解液：可溶性銅鹽溶液，如CuSO4溶液
（3）、電鍍應(yīng)用之一：銅的精煉
陽(yáng)極：粗銅；陰極： 純銅電解質(zhì)溶液： 硫酸銅
3、電冶金
（1）、電冶金：使礦石中的 金屬陽(yáng)離子 獲得電子，從它們的化合物中還原出來(lái)用于冶煉活潑金屬，如鈉、鎂、鈣、鋁
（2）、電解氯化鈉：
通電前，氯化鈉高溫下熔融：NaCl== Na + + Cl-
通直流電后：陽(yáng)極：2Na++ 2e- == 2Na
陰極：2Cl-—2e- == Cl2↑
☆規(guī)律總結(jié)：原電池、電解池、電鍍池的判斷規(guī)律
（1）若無(wú)外接電源，又具備組成原電池的三個(gè)條件。①有活潑性不同的兩個(gè)電極；②兩極用導(dǎo)線互相連接成直接插入連通的電解質(zhì)溶液里；③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(shí)是與水電離產(chǎn)生的H+作用），只要同時(shí)具備這三個(gè)條件即為原電池。
（2）若有外接電源，兩極插入電解質(zhì)溶液中，則可能是電解池或電鍍池；當(dāng)陰極為金屬，陽(yáng)極亦為金屬且與電解質(zhì)溶液中的金屬離子屬同種元素時(shí)，則為電鍍池。
（3）若多個(gè)單池相互串聯(lián)，又有外接電源時(shí)，則與電源相連接的裝置為電解池成電鍍池。若無(wú)外接電源時(shí)，先選較活潑金屬電極為原電池的負(fù)極（電子輸出極），有關(guān)裝置為原電池，其余為電鍍池或電解池。
原電池，電解池，電鍍池的比較
性質(zhì) 類別
原電池
電解池
電鍍池
定義
（裝置特點(diǎn)）
將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置
將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置
應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一側(cè)層其他金屬
反應(yīng)特征
自發(fā)反應(yīng)
非自發(fā)反應(yīng)
非自發(fā)反應(yīng)
裝置特征
無(wú)電源，兩級(jí)材料不同
有電源，兩級(jí)材料可同可不同
有電源
形成條件
活動(dòng)性不同的兩極
電解質(zhì)溶液
形成閉合回路
兩電極連接直流電源
兩電極插入電解質(zhì)溶液
形成閉合回路
1鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接負(fù)極；2電鍍液必須含有鍍層金屬的離子
電極名稱
負(fù)極：較活潑金屬
正極：較不活潑金屬（能導(dǎo)電非金屬）
陽(yáng)極：與電源正極相連
陰極：與電源負(fù)極相連
名稱同電解，但有限制條件
陽(yáng)極：必須是鍍層金屬
陰極：鍍件
電極反應(yīng)
負(fù)極：氧化反應(yīng)，金屬失去電子
正極：還原反應(yīng)，溶液中的陽(yáng)離子的電子或者氧氣得電子（吸氧腐蝕）
陽(yáng)極：氧化反應(yīng)，溶液中的陰離子失去電子，或電極金屬失電子
陰極：還原反應(yīng)，溶液中的陽(yáng)離子得到電子
陽(yáng)極：金屬電極失去電子
陰極：電鍍液中陽(yáng)離子得到電子
電子流向
負(fù)極→正極
電源負(fù)極→陰極
電源正極→陽(yáng)極
同電解池
溶液中帶電粒子的移動(dòng)
陽(yáng)離子向正極移動(dòng)
陰離子向負(fù)極移動(dòng)
陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)
陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)
同電解池
聯(lián)系
在兩極上都發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)
☆☆原電池與電解池的極的得失電子聯(lián)系圖：
陽(yáng)極(失) e-→ 正極（得） e- →負(fù)極（失） e-→ 陰極（得）
第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕和防護(hù)
一、金屬的電化學(xué)腐蝕
（1）金屬腐蝕內(nèi)容：
（2）金屬腐蝕的本質(zhì)：都是金屬原子失去 電子而被氧化的過(guò)程
電化腐蝕
化學(xué)腐蝕
條件
不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸
金屬與非電解質(zhì)直接接觸
現(xiàn)象
有微弱的電流產(chǎn)生
無(wú)電流產(chǎn)生
本質(zhì)
較活潑的金屬被氧化的過(guò)程
金屬被氧化的過(guò)程
關(guān)系
化學(xué)腐蝕與電化腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，但電化腐蝕更加普遍，危害更嚴(yán)重
（4）、電化學(xué)腐蝕的分類：
析氫腐蝕——腐蝕過(guò)程中不斷有氫氣放出
①條件：潮濕空氣中形成的水膜,酸性較強(qiáng)（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等氣體）
②電極反應(yīng)：負(fù)極:Fe – 2e- = Fe2+
正極:2H+ + 2e- = H2 ↑
總式：Fe+ 2H+ = Fe2+ + H2 ↑
吸氧腐蝕——反應(yīng)過(guò)程吸收氧氣
①條件：中性或弱酸性溶液
②電極反應(yīng)：負(fù)極:2Fe – 4e- = 2Fe2+
正極:O2+4e- +2H2O = 4OH-
總式：2Fe+ O2 +2H2O =2 Fe(OH)2
離子方程式：Fe2++ 2OH- = Fe(OH)2
生成的Fe(OH)2被空氣中的O2氧化，生成Fe(OH)3 ，F(xiàn)e(OH)2 + O2 + 2H2O== 4Fe(OH)3
Fe(OH)3脫去一部分水就生成Fe2O3·xH2O（鐵銹主要成分）
規(guī)律總結(jié)：
金屬腐蝕快慢的規(guī)律：在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：
電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕
防腐措施由好到壞的順序如下：
外接電源的陰極保護(hù)法＞犧牲負(fù)極的正極保護(hù)法＞有一般防腐條件的腐蝕＞無(wú)防腐條件的腐蝕
二、金屬的電化學(xué)防護(hù)
1、利用原電池原理進(jìn)行金屬的電化學(xué)防護(hù)
（1）、犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法
原理：原電池反應(yīng)中，負(fù)極被腐蝕，正極不變化
應(yīng)用：在被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上裝上若干鋅塊，腐蝕鋅塊保護(hù)鋼鐵設(shè)備
負(fù)極：鋅塊被腐蝕；正極：鋼鐵設(shè)備被保護(hù)
（2）、外加電流的陰極保護(hù)法
原理：通電，使鋼鐵設(shè)備上積累大量電子，使金屬原電池反應(yīng)產(chǎn)生的電流不能輸送，從而防止金屬被腐蝕
應(yīng)用：把被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，惰性電極作為輔助陽(yáng)極，均存在于電解質(zhì)溶液中，接上外加直流電源。通電后電子大量在鋼鐵設(shè)備上積累，抑制了鋼鐵失去電子的反應(yīng)。
2、改變金屬結(jié)構(gòu)：把金屬制成防腐的合金
3、把金屬與腐蝕性試劑隔開(kāi)：電鍍、油漆、涂油脂、表面鈍化等
（3）金屬腐蝕的分類：
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
電化學(xué)腐蝕— 不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)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。
