〔高中化學知識清單〕選擇性必修1第四章化學

反響與電能

一、原電池的工作原理

1、原電池的構成條件

(1〕定義：能把化學能轉化為電能的裝置。

12〕實質：利用能自發(fā)進行的氧化復原反響將化學能轉化為

電能。

(3〕構成條件：①兩個生動性不同的電極;②電解質溶液;

③形成因盒回路；④自發(fā)進行的氧化復原反響。

2、實驗4-1：鋅銅原電池的工作原理

裝置示意

圖注：鹽橋中裝有含KC1飽和溶液的瓊膠

鋅片逐漸溶化，銅片上有紅色物質生

現象

成，電流表指針發(fā)生偏轉

能量轉換化學能轉化為電能

在硫酸鋅溶液中，負極一端的Zn失去電

微觀探析子形成Zn2+進入溶液

在硫酸銅溶液中，正極一端的Cl?.獲得

電子變成Cu沉積在銅片上

電子或離電子：負極流向正極

子鹽橋：C1一移向ZnSCh溶液,K+移向

移動方向CuSO4溶液

工作原負極：Zn—2eI===Zn2+(氧化反響)

理，正極：Cu2++2e—===Cu(復原反響)

電極反響

總反響：Zn+Cu2+===Zn2++Cu

式

(1)ZnZnSCU半電池：在ZnSCU溶液中，鋅片逐漸溶化，即

Zn被氧化,鋅原子失去電子，形成Zn2+進入溶液，即Zn—2e-

===Zn2+；從鋅片上釋放出的電子,經過導線流向銅片。

⑵CuCuSCh半電池：CuSC>4溶液中的C/+從銅片上得到電

王，復原為銅單質并沉積在銅片上,即Cu2++2e-===Cuo

(3〕鹽橋的作用：電池工作時，鹽橋中的C「會移向ZnSCh

溶液，移向CuSO4溶液，使兩溶液均保持電中性。當取出鹽橋

后，形成斷路，反響停止。

3、原電池工作原理

m原理圖解

(2〕電極名稱與反響類型：正極一復原反響;負極一氧化反

響。

(3)電子流向：負極一正極。

(4)電流方向：正極一負極。

(5〕離子流向：陽離子一正極；陰離子一魚極。

4、原電池的應用

(1〕加快氧化復原反響的速率：構成原電池的反響速率比直

接接觸的反響速率快。

例如：在鋅與稀H2s。4反響時參加少量CuSO4溶液，CuSO4

與鋅發(fā)生置換反響生成從而形成Cu—Zn微小原電池，加快

產生旦2的速率。

(2〕比較金屬活動性強弱

例如：有兩種金屬a和b,用導線連接后插入稀硫酸中，觀察

到a極溶化，b極上有氣泡產生。由此可推斷出a是負極、b是正

<,且金屬活動性：a>bo

(3〕設計原電池

例如：2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2

①化合價升

負極：Cu

高的物質

②生動性較

正極：C

弱的物質

③化合價降電解質溶液：

低的物質FeCh

示意圖

二、化學電源概述一次電池

1、化學電源的分類

(1〕一次電池：也叫做干電池,放電后不可再充電。

(2〕二次電池：又稱可充電電池或蓄電池,放電后可以再充

也使活性物質獲得再生。

(3〕燃料電池：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為

電能的化學電源。

2、推斷電池優(yōu)劣的主要標準

11〕比能量：單位質量或單位體積所能輸出電能的多少,單

位是(W-h>kg-1或(W4i>L-i。

(2〕比功率：單位質量或單位體積所能輸出功率的大小,單

位是W-kg，或

(3〕電池可儲存時間的長短。

3、化學電池的回收利用

使用后的廢棄電池中含有大量的重金屬、酸和堿等有害物

質，隨處丟棄會給土壤、水源等造成嚴峻的污染。廢棄電池要進

行回收利用。

4、化學電源的開展方向

小型化、供電方便、工作壽命長、不需要維護的電池受到人

們的青睞。如鎮(zhèn)氫電池、鋰離子電池等。

5、一次電池：鋅鎰干電池

一般鋅鎰干電池堿性鋅鎰干電池

意

圖

負極反響物：鋅,分

負極：鋅

正極反響物：二氧化

正極：石墨棒

鎰

造電解質溶液：氯化鍍

電解質溶液：氫氧化

和氯化鋅

鉀

負極：Zn+20H—2e

負極：Zn—2e+

===Zn(OH)2

2NH===Zn(NH)+2H+

3正極：2MnO2+2H2。

正極：2MnO2+2H++

作+2e~===2MnO(OH)+2OH

2e-===2MnO(OH)

總反響：Zn+2NH4cl

理總反響：Zn+2MnO2

+2MnO2===Zn(NH3)2C12+

+2Hze)===2MnO(OH)+

2MnO(OH)

Zn(OH)2

6、二次電池：鉛蓄電池

（1）負極是正極是晅2，電解質溶液是旦2SQ4溶液。

（2〕放電反響原理

-

①負極反響式是Pb+SO-2e===PbSO4;

+

②正極反響式是PbO2+4H+SO+2e===PbSO4+2H2O；

③放電過程中，負極質量的變化是增大,H2s。4溶液的濃度減

zbo

⑶充電反響原理

①陰極（復原反響）反響式是：PbSO4+2e===Pb+SO；

②陽極（氧化反響）反響式是：PbSO4+2H2O-2e===PbO2+

4H++SO；

③充電時，鉛蓄電池正極與直流電源正楊相連，負極與直流

電源負極相連?？谠E：“負極接負極，正極接正極"。

7、二次電池：鋰離子電池

電

電極反響

極

負嵌鋰石墨(LixCy)：LixCy—%e

極—===%Li++Cy

正鉆酸鋰(LiCoCh)：LilxCoO2

極+%Li++%e1===LiCoC)2

總

LixCy+Lii-^CoO2LiCoO2+C.v

反響

8、氫氧燃料電池是一種清潔高效的燃料電池

(1)根本構造

(2)工作原理

酸性電解質堿性電解質

(H2so4)(KOH)

負

2H2—4e2H2-4e+4OH

極反

===4H+===4H2O

響

正

O+4e-+4H+Oz+4e+

極反2

===2H2。2H9==4OH-

響

總

2H2+O2===2H2O

反響

(3)燃料電池電極的書寫

如：CH4堿性(KOH溶液)燃料電池負極反響式書寫方法：

第一步確定生成物

故CH4的最終產物為CO和H2O；

第二步確定價態(tài)變化及電子轉移：H4-8e"—->O+H2O；

-

第三步依據電解質性質，用OIT使電荷守恒：CH4-8e+

10OH"-->CO+H2O；

第四步最后據氫原子守恒配平H2O的化學計量數：CH4-8e

+1OOH~===CO+7H2OO

一、電解原理

1、實驗探究：電解CuC12溶液

電解

裝置

存在微

Cu2+、C「、H+、OH-

ii粒

電前微粒運

自由移動

動

微粒運C/+、H+移向陰

E

動極，C「、OH一移向陽極

解

陰極：Cu2++2e===Cu

過電極反

陽極：2Cr-2e-

程響

===cit

分2

電解反

析電后CuCb電解Cu+Cl2T

響

陰極：覆蓋一層紅色固

實驗現體

象陽極：①有氣泡放出；

②聞到刺激性的氣味；③

濕潤的淀粉碘化鉀試紙變

為藍色

2、電解和電解池

(1)電解：使電流通過電解質溶液(或熔融電解質)而在陽

極、陰極引起氧化復原反響的過程。

(2〕電解池：將電能轉化為化學能的裝置(也稱電解槽)。

(3〕電解池的構成條件：①直流電源；②兩個電極；③電解

質溶液或熔融電解質；④形成閉合回路。

3、電解原理

(1)電極反響類型：陽極一氧化反響;陰極—復原反響。

(2〕電子流向：電源魚極一圓極；阻極—電源正極。

(3〕電流方向：電源正極一膽極；近極一電源魚極。

(4〕離子流向：陽離子一陽極；陰離子一陽極。

二、電解原理的應用

1、電解飽和食鹽水的原理

(1〕通電前：溶液中的離子是Na+、C「、H+、OH，

(2〕通電后：①移向陽極的離子是C「、OH，C「比OH一簡

單失去電子，被氧化成氯氣。

[3)陽極：2CF—2e一===CLT(氧化反響)。

14〕移向陰極的離子是Na+、H+,H+比Na+簡單得到電子,

被復原成氫氣。其中H+是由水電離產生的。

(5〕陰極：2H2.0+2e一===H?2+2OIT(復原反響)。

(6〕總反響：

化學方程式為2NaCl+2H20H2T+CI2T+2NaOH；

離子方程式為2C「+2H2OH2T+CbT+2OH一。

2、氯堿工業(yè)生產流程

(1〕陽離子交換膜電解槽

(2〕陽離子交換膜的作用：只同意Na+等陽離子通過,不同

意C「、OH一等陰離子及氣體分子通過,可以預防陰極產生的氫氣

與陽極產生的氯氣混合發(fā)生爆炸,也能預防氯氣與陰極產生的氫

氧化鈉反響而影響氫氧化鈉的產量。

3、氯堿工業(yè)產品及其應用

(1〕氯堿工業(yè)產品主要有NaOH、Cb、H2、鹽酸、含氯漂白

劑。

(2〕電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業(yè)產品在有機合成、造

紙、玻璃、肥皂、紡織、印染、農藥、金屬鍛煉等領域中廣泛應

用。

4、電鍍與電解精煉

裝置

電鍍精煉

陽極材鍍層金屬粗銅（含鋅、

料Cu銀、金等雜質）

陰極材鍍件金屬

純銅

料Fe

Zn—2e===Zn2

陽極反Cu-2e

+、Cu—2e===Cu2+

響===Cu2+

等

陰極反c，++Cu2++2e一

響2e-===Cu===Cu

硫酸銅溶CU?*濃度減小，

溶液變

液濃度保持不金、銀等金屬沉積形

化

變成陽極泥

5、電冶金

（1〕金屬鍛煉的本質：使礦石中的金屬離子獲得電子變成金

屬單質的過程。如Mw++ne-===Mo

（2〕電解法用于鍛煉較生動的金屬（如鉀、鈉、鎂、鋁等）,

但不能電解其鹽溶液，應電解其熔融態(tài)。

如：電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉的反響式：陽極：2C「

—2e-===C12t;陰極：2Na++2e-===2Na；

總反響：2NaCl（熔融）2Na+CbT。

、金屬的腐蝕

1、金屬的腐蝕

(1〕概念：金屬或合金與周圍的氣體或液體發(fā)生氧化復原反

響而引起損耗的現象。其實質是金屬原子失去電子變?yōu)殛栯x子,

金屬發(fā)生氧化反響。

(2〕依據與金屬接觸的氣體或液體不同,金屬腐蝕可分為兩

類：

①化學腐蝕：金屬與其外表接觸的一些物質(如。2、Cb、SO2

等)直接反響而引起的腐蝕。腐蝕的速率隨溫度升高而加快。

②電化學腐蝕：當不純的金屬與電解質溶液接觸時會發(fā)生原

電池反響,比較生動的金屬發(fā)生氧化反響而被腐蝕。

2、鋼鐵的電化學腐蝕

類別

析氫腐蝕吸氧腐蝕

工程

圖形描

述

水膜酸性較水膜酸性很弱或

條件

強呈中性

負極Fe-2e===Fe2+

2H++2e-C)2+4e+

正極

===H2t2H2O==4OH-

Fe+2H+2Fe+O2+

總反響

===Fe2++H2?

2H?Q===2Fe(OH)?

最終生成鐵銹(主要成分為

后續(xù)反Fe2O3xH2O),反響如下：4Fe(OH)2+O2

響+2H2O=4Fe(OH)3,

2Fe(OH)3===Fe2O3xH2O+(3-x)H2O

通常兩種腐蝕同時存在，但后者更

聯系

普遍

3、實驗探究：電化學腐蝕

實驗

實驗現象實驗解釋

操作

裝置中鐵、碳和飽和食

導管中液面上升鹽水構成原電池，鐵釘發(fā)

生吸氧腐蝕

Zn與CuSO4反響生成

①試管中產生氣泡Cu,Zn、Cu和稀鹽酸構

的速率快成原電池，形成電化

全腐蝕，速率更快

二、金屬的防護

1、改變金屬材料的組成

在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優(yōu)異的合金。如一

般鋼參加鑲、輅制成不銹鋼,鈦合金不僅具有優(yōu)異的抗腐蝕性能

且具有良好的生物相容性。

2、在金屬外表覆蓋保護層

在金屬外表覆蓋致密的保護層,將金屬制品與周圍物質隔開

是一種普遍采納的防護方法。如，在鋼鐵制品外表噴油漆、涂礦

物性油脂、覆蓋搪瓷等；電鍍鋅、錫、格、鎮(zhèn)等，利用化學方

法、離子注入法、外表滲鍍等方法在金屬外表形成穩(wěn)定的鈍化

Mo

3、電化學保護法

金屬在發(fā)生電化學腐蝕時，總是作為原電池負極（陽極）的金屬

被腐蝕，作為亞選（陰極）的金屬不被腐蝕，如果能使被保護的金屬

成為陰極,就不易被腐蝕。

（1〕犧牲陽極法

原理：原電池原理

要求：被保護的金屬作正極,生動性更強的金屬作負極。

應用：鍋爐內壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊。

實例實驗4-4-1：

如圖裝置反響一段時間后，往