2024年高考化學二輪復習 電化學講義習題

電化學

（一）原電池工作原理

1.概念：利用氧化還原反應原理將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

2.構(gòu)成條件：

（1）具有兩個電極。

（2）合適的離子導體（如電解質(zhì)溶液或非水溶液的離子導體，如有機電解質(zhì)或固體電解質(zhì)）。

（3）形成閉合回路。?

（4）能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應。亳藐表J

3.工作原理（以銅鋅原電池為例）：n（7=?n

<------7I<一

（1）實驗現(xiàn)象。__鹽橋

①電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。②鋅片逐漸溶解。EgZngz-z：^Cu

④將鹽橋取出，電流表指針回到0點o

（2）工作原理。

電極名稱負極正極

電極材料ZnCu

電極反應Zn—2e==:=Zn2+Cu2++2e-===Cu

反應類型氧化反應還原反應

電子流向由負極沿導線流向正極，不能在溶液中流動。

電流方向由正極沿導線流向負極。

離子移向陰離子向負極移動，陽離子向正極移動；鹽橋含飽和KC1溶液，K+

（內(nèi)電路）移向正極，移向負極，不能在導線中流動。

鹽橋的作用①連接內(nèi)電路形成閉合回路。②平衡電荷，使電池能持續(xù)提供電流。

（二）化學電源

一、一次電池

2.組成：正極：碳棒；負極：Zn；電解質(zhì)：KOHo

3.工作原理

一金屬外殼

負極反應：Zn+201r—2e==Zn(OH)2；

正極反應：2MnC>2+2屋+2H2O===2MnO(OH)+20H

總反應：Zn+2MnCh+2H2O===2MnO(OH)+Zn(OH)?

4.特點：堿性鋅錦電池比普通鋅鎰電池性能好，它的比能量和可儲存時間均有提高，適用于大電流和連

續(xù)放電。

二、二次電池

1.鉛蓄電池

(1)基本構(gòu)造

(2)組成

負極：Pb；正極：PbQs；電解質(zhì)溶液：H2so4。

(3)工作原理

①放電過程：

負極：Pb+S0/一2屋===PbS04正極：PbO2+4H++SO「+2e—===PbSO4+2H2O；

總反應：PbO2+4H++SO/+2e-===PbSO4+2H2。。

②充電過程：鉛蓄電池的充電過程與其放電過程相反。

放電

Pb+PbO：+2HzsCM42PbSO4+2H2

③鉛蓄電池的充、放電過程:充電

(4)優(yōu)缺點

①優(yōu)點：可重復使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉，在生產(chǎn)、生活中應用廣泛。

②缺點：比能量低、笨重，廢棄的電池污染環(huán)境。

2.鋰離子電池

(1)組成

負極：嵌鋰石墨；正極：LiCoO2(鉆酸鋰)；電解質(zhì)溶液：LiPF6(六氟磷酸鋰)

(2)工作原理

①放電過程：負極：Li￡、一xe―^=遼丁+C、,；正極：Lij—gCoCh+xLi"+屁―===LiCoC)2；

總反應：Li￡y+Lii-.vCoO2===LiCoO2+Co

放電時，鋰離子由石墨中脫嵌移向正極，嵌入鉆酸鋰晶體中。

②充電過程：充電時，鋰離子從鉆酸鋰晶體中脫嵌，由正極回到負極極，嵌入石墨中。

放電

Li?C7+Lii-iCo02^^LiCoOi+Cz

③鋰離子電池的充、放電過程：充電

(3)優(yōu)點:質(zhì)量小、體積小、儲存和輸出能量大等。

3.燃料電池(以酸性氫氧燃料電池為例)

H2|Pt|o2

(1)基本構(gòu)造

(2)工作原理

負極室-

+-

負極反應：H2—2屋===2H+；正極反應：1o2+2H+2e===H2O;…①

2-------------------------------電解質(zhì)

南液'

總反應：H2+jo2===H2Oo

【提分秘籍歸納】

1.電池正負極判斷方法：

(1)根據(jù)電子流向：電子由負極流出，流入正極。

(2)根據(jù)離子流向：陽離子流向正極，陰離子流向負極。

(3)根據(jù)兩極反應的物質(zhì)判斷：發(fā)生氧化反應的物質(zhì)所在電極是負極，發(fā)生還原反應的物質(zhì)所在電極是正

極，如氫氧燃料電池，由于氫氣發(fā)生氧化反應，則所在電極是負極。

2.電極反應方程式的書寫技巧

(1)明確兩極的反應物。

(2)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物，然后根據(jù)化合價變化值求轉(zhuǎn)移電子

數(shù)、再根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與反應的介質(zhì)粒子，利用電荷守恒、原子守恒配平電極反應式(注

意電解質(zhì)有沒有參加反應)。

3.二次電池充電時電極的連接：原電池的正極接外電源的正極，原電池的負極接外電源的正極。

4.pH變化規(guī)律的判斷：若電極反應消耗OJT(H+),則電極周圍溶液的pH減小(增大)；若電極反應生成H+

(OH),則電極周圍溶液的pH減小(增大)。若總反應的結(jié)果是消耗OH」(H+),則溶液的pH減小(增大)；若

總反應的結(jié)果是生成H+(OH-),則溶液的pH減小(增大)。若兩極消耗或生成的OIT(H+)的物質(zhì)的量相等,

則溶液的pH變化規(guī)律視溶液的酸堿性及是否有水生成而定，應具體問題具體分析(如酸性燃料電池，由于

生成水，pH增大)。

5.以甲烷燃料電池為例書寫四種電解質(zhì)環(huán)境下的電極反應方程式。

(1)酸性條件

總反應：CH4+202=C02+2H20O

正極反應式：2C)2+8H++8e-=4比0。

負極反應式：CHL8屋+2H2OCO2+8H+(根據(jù)C的化合價由4至U+4知轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8,根據(jù)電荷守恒及

電解質(zhì)環(huán)境知方程式右邊補8個H+)

(2)堿性條件

總反應：CH&+2O2+2OH-===CO氏+3%0。

正極反應式：202+4%0+8/===8OH,

負極反應式：CE+IOOH—8e===CO>+7H(注意電解質(zhì)有沒有參加反應)。

(3)熔融碳酸鹽(如熔融K2co3)環(huán)境下

總反應：CH4+2O2=CO2+2H2OO

正極反應式：2O2+4CO2+8e-===48棄。負極反應式：CH4+4CO?8e-===5CO2+2H2O

(4)熔融氧化物環(huán)境下

總反應：CH4+2O2=CO2+2H2OO

正極反應式：202+81===4。2。負極反應式：CH4+4C)2—8e===CO2+2H2。

6.交換膜

(1)質(zhì)子交換膜：只允許H+通過。

(2)陽離子氧化膜：只允許陽離子通過。

(3)陰離子交換膜：只允許陰離子通過。

(4)交換膜兩側(cè)溶液質(zhì)量變化：分析離子流向，根據(jù)物質(zhì)的消耗或生成來判斷質(zhì)量變化。

例如：鑲鎘蓄電池組充放電時發(fā)生的反應為：Cd+2NiOOH+2H0舞-2Ni(OH)2+Cd(OH)2,其電池裝

置如圖所示，陰離子交換膜兩側(cè)均注入K0H溶液。

分析放電一段時間后，兩電極區(qū)溶液中KOH的物質(zhì)的量是否改變？pH是否改變？

［放電時，Cd是負極，反應為Cd2e+2OH=Cd(OH)2，同時OH由右向左通過交換膜遷移進來，則KOH

的物質(zhì)的量不變，溶液pH不變；正極反應為：2NiOOH+2e+2H2O=2Ni(OH)2+2OH,生成的OH通過交

換膜由右向左遷移到交換膜的左側(cè)，即KOH的物質(zhì)的量不變，但消耗了水，KOH濃度增大，pH增大。］

二、電解池

(一)電解池工作原理

1.電解：利使電流通過電解質(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的過程。在此過程中，電能轉(zhuǎn)化為化學能。

2.電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置，其構(gòu)成條件：a.外接電源；

b.電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)；c.閉合回路。

3.電解池工作原理示意圖

(1)電子流向：電源負極一陰極(發(fā)生還原反應)，陽極一電源

正極(發(fā)生氧化反應)

(2)離子移動方向：陽離子移向陰極，陰離子移向陽極

(3)電流閉合：電源正極-陽極-溶液-陰極-電源負極

【提分秘籍警示】

1.電極的判斷

（1）根據(jù)電源正負極、離子移動方向、發(fā)生反應類型判斷，

具體如下：判斷方法：

（2）依據(jù)電極產(chǎn)物——如果電極上析出C12或。2，它一定是

陽極；如果電極上產(chǎn)生H2或析出金屬，它一定是陰極。

（3）根據(jù)實驗現(xiàn)象判斷陰、陽極：實際題目中往往不給出電

解池的電源，而是給出一些實驗現(xiàn)象，據(jù)此先判斷出是何種離子放電，從而確定出電源的正、負極和電解

池的陰、陽極，并進行有關問題的分析。

①滴入酚酰試劑顯紅色的一極（說明H+放電顯堿性）是陰極，接電源的負極，電極反應是2H++21===氏丁。

②滴入石蕊試劑顯紅色的一極（說明OIF放電顯酸性）是陽極，接電源的正極，電極反應是401r—4e、2H2O

+O2T。

③電極增重的一極（說明不活潑金屬離子放電析出金屬）是陰極，接電源的負極，如Cu2+放電時CU2++2L

===Cu。

2.電極反應方程式的書寫技巧：六字真言：分析判斷書寫

分：分析電極材料是惰性電極如碳棒、Pt,還是活性電極（電極參與反應）

析：分析溶液組成即溶液中有哪些離子

判：判斷離子流向（陽離子移向陰極，陰離子移向陽極）

斷：根據(jù)離子放電順序判斷反應的離子

書：書寫電極反應方程式

寫：書寫總反應方程式

［例如惰性電極電解氯化鈉溶液：分（電極的惰性電極）、析（溶液含Na\Cl、H\OH）、判（Cl、OH

移向陽極，Na\H+移向陰極）、斷（反應的微粒是Cl、H+）、書（陽極反應式：2C「一ZehCbT、陰極反

通電

應式：2H2O+2e-=H2f+2OJT）、寫（總反應為2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2f+C12T）］

3.電解方程式的書寫：放電離子來源物質(zhì)=電極產(chǎn)物+剩余部分組合

［以惰性電極電解氯化鈉溶液為例：溶液含Na+、Cl、H+、OH,放電順序：Na+<H+、C1>OH,總反應：H

+來自水，Cl來自NaCl,剩余Na+、OH',組成NaOH,即反應物是NaCl、H2O,電極產(chǎn)物是CI2、H2,剩

余組

通電

合為NaOH,則總反應為2NaCl+2H26：2NaOH+H2T+Cl2to]

4.惰性電極電解電解質(zhì)溶液的四種類型

陽極反應式：2c「一2屋===CbT

放H2生堿型（以NaCl

陰極反應式：2H2。+2/===HzT+20H

為例）

電解電解質(zhì)型（以陽極反應式：2C「一2屋===（212T陰］以子

-s2-

V

放生堿型

HC1為例）陰極反應式：2H++2e.===H#H2R-電解電解質(zhì)型

（如NaCl、MgBq等）器（如CuCk、HCl等）

2+

電解水型（以H2s。4陽極反應式：2H20-4/===C）2T+4H+FeH+1,,陽離子

Na+Mg2+Zn2+OHTCu2+Fe3+Ag+

電解水型.NO；放Oz生酸型

為例）陰極反應式：4H++4e.===2H2T

（inH2SO4,NaOH>?SO：（如CuS0'、AgNC）3等）

Na2s0,等）

陽極反應式：2H2。-4e-===O2t+4H+

陰極反應式：

放。2生酸型（以2Ci?++4e—===2Cu

CuS04為例）總曷子方程式：23++2%0-^^

2Cu+4H++O2T

5.離子放電順序：

6.電解后電解質(zhì)溶液復原遵循“少什么補什么”原則，如電解NaCl溶液少的H和C1,通入HC1復原，電解

CuSCU溶液少的是Cu和0,補CuO復原等。

（二）電解原理應用

1、電解飽和食鹽水

（1）電極反應

陽極：2C「一2屋=C12T（反應類型：氧化反應），陰極：2H++21=H2T（反應類型：還原反應）。

（2）總反應方程式

由ft?

化學方程式：2NaCl+2H2O=望22NaOH+H2T+Cbf。

_由解

-

離子方程式：2cl+2H2O=^=2OH+H2?+Ch??

（3）應用：氯堿工業(yè)——制CL、仇和NaOH

①陽離子交換膜的作用

阻止01T進入陽極室與Cl2發(fā)生副反應:Cb+2OJT===Cr+C1CT+H2O,

阻止陽極產(chǎn)生的CL和陰極產(chǎn)生的壓混合發(fā)生爆炸。

②a、b、c、d加入或取出的物質(zhì)分別是精制飽和NaCl溶液、含少量NaOH

的水、淡鹽水、NaOH溶液；X、Y分別是CL、H2o

2、電鍍和電解精煉銅

電鍍（鐵制品上鍍Cu）電解精煉銅

電極材料鍍層金屬銅粗銅（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質(zhì)）

陽極Cu—2e===Cu2+>Zn—2e-===Zn2+>

電極反應Cu-2e===Cu2+

Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+

電極材料待鍍鐵制品精銅

陰極

電極反應Cu2++2e===Cu

電解質(zhì)溶液含Cl?+的鹽溶液

電解精煉銅時，粗銅中的Ag、Au等不反應，沉積在電解池底部形成陽極泥

3、電冶金

本質(zhì)為M/+we-===M,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。

總方程式陽極、陰極反應式

陽極：2C「一2e一二二二Cbf

冶煉鈉2NaCl（熔融）-上2Na+Cl2T

陰極：2Na++2e-===2Na

陽極：2c「一2e-===CLT

申解

冶煉鎂MgCL（熔融）一⑦Mg+ChT

陰極：Mg2++2e-===Mg

2-

電解陽極：6O^-12e===3O2T

冶煉鋁

2Al2。3（熔融）冰晶石4A1+3O2T

陰極：4Al3++12屋===4A1

（三）金屬的腐蝕與防護

1、金屬腐蝕的本質(zhì)：金屬原子失去電子變成金屬陽離子，金屬發(fā)生氧化反應。

2、金屬腐蝕的類型

（1）化學腐蝕與電化學腐蝕

類型化學腐蝕電化學腐蝕

金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生不純金屬（或合金）接觸到電解質(zhì)溶液所發(fā)生的原電池

定義

化學反應引起的腐蝕反應，較活潑金屬原子失去電子被氧化而引起的腐蝕

條件金屬與接觸到的物質(zhì)直接反應不純金屬接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應

本質(zhì)Mfe—===M"+M—〃e—二二二M〃十

現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕

區(qū)別無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生

聯(lián)系電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多，腐蝕速率更快，危害也更嚴重

（2）電化學腐蝕類型：析氫腐蝕與吸氧腐蝕（以鋼鐵的腐蝕為例）

類型析氫腐蝕吸氧腐蝕

條件水膜酸性較強（PHW4.3）水膜酸性很弱或呈中性

負極Fe—2e二=二Fe2十

電極反應

===時

正極2H++2e-O2+2H2。+4e-===4OH-

總反應式Fe+2H+===Fe2++Ht

22Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2

聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍

鐵銹的形成：4Fe（OH）2+O2+2H2O===4Fe（OH）3,2Fe（OH）3===Fe2C）3，H2O（鐵銹）+（3-x）H2O?

3.金屬的防護

（1）金屬防護原理：金屬防護就是防止金屬的腐蝕，要解決的主要問題是使金屬不被氧化，應從金屬腐蝕

的化學反應原理、腐蝕的類型等方面來確定金屬防護的具體方法。

（2）金屬防護的方法

①改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)：如把銘、銀等加入普通鋼里制成不銹鋼，就大大增強了鋼鐵對各種侵蝕的抵

抗力。

②在金屬表面覆蓋保護層：（i）噴涂油漆、礦物性油脂或覆蓋搪瓷、塑料等；（ii）電鍍一層金屬；（出）

發(fā)藍處理；（iv）陽極氧化處理鋁制品，形成鈍化膜等。

③電化學保護法

（1）犧牲陽極法：原電池原理，外接活潑金屬作負極（陽極）使被保護金屬作正極（陰極）。形成原電池時，被

保護的金屬作正極，不發(fā)生化學反應受到保護；活潑金屬作負極，發(fā)生化學反應受到腐蝕。負極要定期予

以更換。

（2）外加電流法：電解原理，被保護金屬作陰極，用惰性電極作輔助陽極。通電后強制電子流向被保護的

金屬設備，使金屬表面腐蝕電流降至零或接近零。從而使金屬受到保護。

方法犧牲陽極法外加電流法

依據(jù)原電池原理電解池原理

形成原電池時，被保護的金屬作正極，不發(fā)生將被保護的金屬與另一附加電極作為電解池

原理化學反應受到保護；活潑金屬作負極，發(fā)生化的兩個電極，使被保護的金屬作陰極，在外

學反應受到腐蝕。負極要定期予以更換加直流電的作用下使陰極得到保護

保護一些鋼鐵設備，如鍋爐內(nèi)壁、船體外殼等

應用保護土壤、海水及水中的金屬設備

裝上鎂合金或鋅塊

鋼鋼

閘閘

門門

?e

(

oe

陰(

海水

oG陰

海水

極極?e

意圖?e

，，ee

被ee

oe

□被

□

保ee

保?e

鋅板

陽極

輔助

護ee

護ee

）

陽極

（犧牲

性）

（不溶

)

)

R02

□PA

T

能力

題?提

練真

反應

生還原

極上發(fā)

，b電

電時

A.充

電極

接b

極連

的正

電源

，外

電時

B.充

遷移

②區(qū)

：向

的SO

液中

區(qū)溶

，①

電時

C.放

2H2。

n2++

e-=M

H++2

O2+4

為Mn

反應式

的電極

電極

，a

電時

D.放

】B

【答案

料

極材

，電

電時

】放

【分析

反應

電極

KOOK2ne=Oo+2nK+,是原電池的負極，陽離子增多需要通過陽離子交換

+2+

膜進入②區(qū)；二氧化鎰得到電子變成鎰離子，是原電池的正極，電極反應：MnO2+4H+2e=Mn+2H2O,

陽離子減少，多余的陰離子需要通過陰離子交換膜進入②區(qū)，故③為堿性溶液是

極，①為酸性溶液是二氧化銃電極。

【詳解】A.充電時，b電極上得到電子，發(fā)生還原反應，A正確；

B.充電時，外電源的正極連接a電極相連，電極失去電子，電極反應為乂1?++2比。-2e-=MnOz+4H+,

B錯誤；

C.放電時，①區(qū)溶液中多余的so：向②區(qū)遷移，C正確；

D.放電時，a電極的電極反應式為MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2。，D正確；

故選：B。

2.(2023?福建?統(tǒng)考高考真題)一種可在較高溫下安全快充的鋁硫電池的工作原理如圖，電解質(zhì)為熔融氯

鋁酸鹽(由NaCl、KC1和AlCh形成熔點為93℃的共熔物)，其中氯鋁酸根［可#13nM(nN1)］起到結(jié)合或釋放

AP+的作用。電池總反應：2Al+3xS=^Al,SK下列說法錯誤的是

允用'x?

A.人1?。3"|含如個加一。鍵

B.AlnCl；n+1中同時連接2個A1原子的C1原子有(n-1)個

C.充電時，再生ImolAl單質(zhì)至少轉(zhuǎn)移3moi電子

D.放電時間越長，負極附近熔融鹽中n值小的ALC*濃度越高

【答案】D

【分析】放電時鋁失去電子生成鋁離子做負極，硫單質(zhì)得到電子做正極，充電時鋁離子得到電子生成鋁發(fā)

生在陰極，硫離子失去電子生成硫單質(zhì)發(fā)生在陽極，依此解題。

ClClC1

【詳解】A.A1n的結(jié)構(gòu)為—A】一CI----AI-C1-J-所以含4n個A1—C1鍵，A

ClClci

正確；

B.由AlnCl?i的結(jié)構(gòu)可知同時連接2個Al原子的Cl原子有(n-l)個，B正確；

C.由總反應可知充電時，再生ImolAl單質(zhì)需由鋁離子得到電子生成，所以至少轉(zhuǎn)移3moi電子，C正確；

D.由總反應可知放電時間越長，負極鋁失去電子生成的鋁離子越多所以n值大的A1nCl9［濃度越高，D錯

誤；

故選D。

3.(2023?重慶?統(tǒng)考高考真題)電化學合成是一種綠色高效的合成方法。如圖是在酸性介質(zhì)中電解合成半

胱氨酸和煙酸的示意圖。下列敘述簿用的是

A.電極a為陰極

B.H+從電極b移向電極a

/^/COOH

C.電極b發(fā)生的反應為：j|+2H2O-6e-=1||+6H+

D.生成3moi半胱氨酸的同時生成Imol煙酸

【答案】D

【分析】該裝置是電解池，電極b上3甲基毗咤轉(zhuǎn)化為煙酸過程中，加氧少氫，，發(fā)生氧化反應，則b為陽極，

NH2

HC—CH—COOH

2NH2

a為陰極，陰極電極反應式為+2e+2H+=2I

HS—HC—CH—COOH

H2C—CH—COOH2

NH2

【詳解】A.a極上硫元素化合價升高，a為陰極，A正確；

B.電解池中陽離子移向陰極，則H+移向a電極，B正確；

C.電極b上3甲基毗咤轉(zhuǎn)化為煙酸過程中發(fā)生氧化反應，在酸性介質(zhì)中電極反應式為:

八一CH3-COOH

-