【人教版】高中化學(xué)選修4知識點(diǎn)總結(jié)：第四章電化學(xué)基礎(chǔ)

第四章電化學(xué)基礎(chǔ)

一、原電池

課標(biāo)要求

1、掌握原電池的工作原理

2、熟練書寫電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式

要點(diǎn)精講

1、原電池的工作原理

（1）原電池概念：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，叫做原電池。

若化學(xué)反應(yīng)的過程中有電子轉(zhuǎn)移，我們就可以把這個(gè)過程中的電子轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)成定向的移動(dòng)，即形成電流。只有氧化還原反應(yīng)中的能量變化才能被轉(zhuǎn)化成電能；非氧化還原反應(yīng)的能量變化不能設(shè)計(jì)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(yīng)用。

（2）原電池裝置的構(gòu)成

①有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或一種是非金屬導(dǎo)體）作電極。②電極材料均插入電解質(zhì)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(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在原電池的負(fù)極和正極上發(fā)生，從而在外電路中產(chǎn)生電流。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，簡易記法：負(fù)失氧，正得還。

2、原電池原理的應(yīng)用

（1）依據(jù)原電池原理比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱

①電子由負(fù)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(fù)極，二者是相反的。

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

①構(gòu)成原電池后，原電池溶液中的陽離子向原電池的正極移動(dòng)，溶液中的陰離子向原電池的負(fù)極移動(dòng)；

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

內(nèi)電路：陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。3、原電池正、負(fù)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(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。（2）根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流由正極流向負(fù)極；電子由負(fù)極流向正極。（3）根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的流動(dòng)方向判斷

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

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

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

（6）根據(jù)有無氣泡冒出判斷

電極上有氣泡冒出，是因?yàn)榘l(fā)生了析出H2的電極反應(yīng)，說明電極為正極，活動(dòng)性弱。

本節(jié)知識樹

原電池中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能。

二、化學(xué)電源

課標(biāo)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(diǎn)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(fù)極）和碳棒（正極），內(nèi)部填充的是糊狀的MnO2和NH4Cl。電池的兩極發(fā)生的反應(yīng)是：

（2）堿性鋅錳電池

用KOH電解質(zhì)溶液代替NH4Cl作電解質(zhì)時(shí)，無論是電解質(zhì)還是結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jì)算機(jī)。其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)為KOH溶液。其電極反應(yīng)式為：

（4）高能電池鋰電池

該電池是20世紀(jì)70年代研制出的一種高能電池。由于鋰的相對原子質(zhì)量很小，所以比容量（單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)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(yīng)式為：

2、二次電池

原理：充電電池在放電時(shí)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)在充電時(shí)又逆向進(jìn)行，生成物重新轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，使充電放電可在一定時(shí)期內(nèi)循環(huán)進(jìn)行。

鉛蓄電池

構(gòu)成：該電池以Pb和PbO2作電極材料，硫酸作電解質(zhì)溶液。

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

3、氫氧燃料電池（1）氫氧燃料電池的構(gòu)造

在氫氧燃料電池中，電解質(zhì)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(diǎn)是產(chǎn)物只有水，不產(chǎn)生污染物。

本節(jié)知識樹

根據(jù)原電池的工作原理，設(shè)計(jì)了各種用途的原電池產(chǎn)品。需要了解常見電池的基本構(gòu)造、工作原理、性能和使用范圍。

三、電解池

課標(biāo)要求

1、掌握電解池的工作原理

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

要點(diǎn)精講

1、電解原理

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

（2）構(gòu)成電解池的條件①直流電源。

②兩個(gè)電極。其中與電源的正極相連的電極叫做陽極，與電源的負(fù)極相連的電極叫做陰極。

③電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)用石墨、金、鉑等制作的電極叫做惰性電極，因?yàn)樗鼈冊谝话愕耐�電條件下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。用還原性較強(qiáng)的材料制作的電極叫做活性電極，它們作電解池的陽極時(shí)，先于其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。

（3）陰、陽極的判斷及反應(yīng)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(yīng)。

與電源的負(fù)極相連的電極為陰極。陰極如果是具有氧化性的物質(zhì)，則陰極本身得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，生成還原產(chǎn)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(yīng)（如下圖所示）

2、電解原理的應(yīng)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(yīng)原理

②離子交換膜法電解制燒堿的主要生產(chǎn)流程

（2）電鍍

①電鍍的含義：電鍍是應(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過程。

②電鍍的目的：電鍍的目的主要是使金屬增強(qiáng)抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。③電鍍特點(diǎn)：“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(yīng)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(xué)原理

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

（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(zhì)。

本節(jié)知識樹

化學(xué)能與電能可以相互轉(zhuǎn)化。電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的反應(yīng)為電解反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的裝置叫電解池。

原電池與電解池比較

四、金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)

課標(biāo)要求

①能夠解釋金屬電化學(xué)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(hù)措施

要點(diǎn)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(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。

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

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

②電化學(xué)腐蝕：不純的金屬與電解質(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。

（3）電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕，實(shí)際上是由大量的微小的電池構(gòu)成微電池群自發(fā)放電的結(jié)果。①析氫腐蝕

鋼鐵在潮濕的空氣中表面會(huì)形成一薄層水膜，在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)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(shù)個(gè)微小的原電池遍布鋼鐵表面，在這些原電池里，鐵是負(fù)極，碳是正極。若電解質(zhì)溶液酸性較強(qiáng)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(shí)，溶解在溶液中的氧氣與水結(jié)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(hù)

金屬防護(hù)的目的就是防止金屬的腐蝕。金屬的防護(hù)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(hù)法

將被保護(hù)的金屬與更活潑的金屬連接，構(gòu)成原電池，使活潑金屬作陽極被氧化，被保護(hù)的金屬作陰極。

（2）外加電源的陰極保護(hù)法

利用外加直流電，負(fù)極接在被保護(hù)金屬上成為陰極，正極接其他金屬。（3）非電化學(xué)防護(hù)法

①非金屬保護(hù)層②金屬保護(hù)層③金屬的鈍化

3、判斷金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的規(guī)律

（1）金屬與水或酸的反應(yīng)越劇烈，該金屬越活潑。（2）金屬對應(yīng)的最高價(jià)氧化物的水化物的堿性越強(qiáng)，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(gòu)成原電池時(shí)，作負(fù)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(yīng)的金屬單質(zhì)的活潑性比后得到電子的金屬陽離子對應(yīng)的金屬單質(zhì)的活潑性弱。

本節(jié)知識樹

在揭示金屬腐蝕的嚴(yán)重性和危害性的基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)

金屬冶煉方法總結(jié)

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