基礎(chǔ)梳理篇之電化學(xué)

基礎(chǔ)梳理之電化學(xué)一、知識網(wǎng)絡(luò)原電池電解池電鍍池能量轉(zhuǎn)換（實質(zhì)）化學(xué)能→電能（兩極分別發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流）電能→化學(xué)能（在電流作用下兩極分別發(fā)生氧化還原反應(yīng)）電極正極負極較活潑金屬較不活潑金屬Pt/CPt/C金屬金屬氧化物陰極：接電源負極陽極：接電源正極陰極：鍍件陽極：鍍層金屬電解液和負極反應(yīng)（也可不反應(yīng)）無特殊要求電解液須含鍍層金屬離子構(gòu)成條件兩極、一液、一反應(yīng)(自發(fā))直流電源、兩極一液直流電源、兩極、一液（含鍍層離子）離子遷移方向陽離子→正極陰離子→負極e-陽離子→e-陰離子→陽極電子流向負極(-)正極(+)電源正極電源負極e-ee-e-陽極陰極二、原電池1、有關(guān)原電池問題的解題思路解決原電池問題時，一般的思維程序是：根據(jù)電極材料的活潑性判斷出正、負極→電極反應(yīng)的類型(氧化反應(yīng)、還原反應(yīng))。2、原電池正、負極的確定(1)由兩極的相對活潑性確定，相對活潑性較強的金屬為負極(一般來說，負極材料與電解質(zhì)溶液能發(fā)生反應(yīng))，相對活潑性較差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘贋檎龢O。如Mg—Al—HCl溶液構(gòu)成的原電池中，負極為Mg。但要注意的是，在Mg—Al—NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負極為Al。(2)由電極變化情況確定：某一電極若不斷溶解或質(zhì)量不斷減少，該電極發(fā)生氧化反應(yīng)，則此電極為負極；若某一電極上有氣體產(chǎn)生、電極的質(zhì)量不斷增加或不變，該電極發(fā)生還原反應(yīng)，則此電極為正極，燃料電池除外。如Zn—C—CuSO4溶液構(gòu)成的原電池中，C電極上會析出紫紅色固體物質(zhì)，則C為此原電池的正極。(3)根據(jù)某些顯色現(xiàn)象確定：一般可以根據(jù)電極附近指示劑(石蕊、酚酞、濕潤的淀粉KI試劑等)的顯色情況來分析推斷該電極發(fā)生的反應(yīng)情況，是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)，是H＋還是OH－或I－等放電，從而確定正、負極?？傊?，負極上一定發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上一定發(fā)生還原反應(yīng)；負極電子流出，正極電子流入，陽離子向正極定向移動，陰離子向負極定向移動。特別提醒：(1)同一個原電池反應(yīng)在不同的介質(zhì)中其電極反應(yīng)式有可能是不相同的，如氫氧燃料電池，其總反應(yīng)的化學(xué)方程式都是2H2＋O2=2H2O，但在堿性介質(zhì)、中性介質(zhì)和酸性介質(zhì)中其電極反應(yīng)式是不同的。另外由相同的電極材料組成的原電池，在不同的介質(zhì)中其電池反應(yīng)、電極名稱、電流方向也有可能不同，如：由鎂、鋁作電極組成的原電池，在氫氧化鈉溶液中，鋁作負極，鎂作正極；而在稀鹽酸中則鋁作正極，鎂作負極，因此在解電化學(xué)題時要特別關(guān)注介質(zhì)的成分，慎重思考介質(zhì)所起的作用。(2)只有氧化還原反應(yīng)才有電子的得失，只有氧化還原反應(yīng)才可能被設(shè)計成原電池，復(fù)分解反應(yīng)永遠不可能被設(shè)計成原電池。(3)無論什么樣的電極材料、電解質(zhì)溶液(或熔融狀態(tài)的電解質(zhì))構(gòu)成原電池，只要是原電池就永遠遵守：電子流出的電極是負極，電子流入的電極是正極。(4)在化學(xué)反應(yīng)中，失去電子的反應(yīng)(電子流出的反應(yīng))是氧化反應(yīng)，得到電子的反應(yīng)(電子流入的反應(yīng))是還原反應(yīng)，所以在原電池中，負極永遠發(fā)生氧化反應(yīng)，正極永遠發(fā)生還原反應(yīng)。三、電解池1、電解池陰陽極的判斷①由電源的正負極判斷：與電源負極相連的是電解池的陰極；與電源正極相連的是電解池的陽極。②由電極現(xiàn)象確定：通常情況下，在電解池中某一電極若不斷溶解或質(zhì)量不斷減少，該電極發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽極；某一電極質(zhì)量不斷增加或電極質(zhì)量不變，該電極發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極。③由反應(yīng)類型判斷：失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的是陽極；得電子發(fā)生還原反應(yīng)的是陰極。2、電解時電極產(chǎn)物的判斷(1)陽極產(chǎn)物的判斷①如果是活潑電極(金屬活動性順序表Ag以前)，則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子；②如果是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則要看溶液中離子的失電子能力，此時根據(jù)陰離子放電順序加以判斷，常見陰離子放電順序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根。(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷，陽離子放電順序與金屬活動性順序相反，其中Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋最常用。3、電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律(惰性電極)類型電極反應(yīng)特點實例電解對象電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解水型陰：2H+＋2e-＝H2陽：4OH－－4e-＝H2O＋O2NaOH水增大增大水H2SO4水增大減小水Na2SO4水增大不變水電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大氯化氫CuCl2電解質(zhì)減小氯化銅放H2生堿型陰極：H2O放H2生堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大氯化氫放O2生酸型陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O放O2生酸CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小氯化銅4、電解池的電極反應(yīng)和總反應(yīng)式的書寫方法第一步：先看陽極電極材料和確定溶液中的離子種類；第二步：由放電順序確定放電產(chǎn)物和電極反應(yīng)；第三步：將電極反應(yīng)相加得總反應(yīng)式。5、充電電池電極反應(yīng)式的書寫方法(1)充電時的連接方法：電池的負極與外電源的負極相連，正極與外電源的正極相連。(2)可充電電池電極反應(yīng)式的書寫方法：書寫放電的電極反應(yīng)式時，一般要遵守三步：第一，先標出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，指出參與負極和正極反應(yīng)的物質(zhì)；第二，寫出一個比較容易書寫的電極反應(yīng)式（一般式負極反應(yīng)式，書寫時一定要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存）；第三，在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。充電的電極反應(yīng)與放電的電極反應(yīng)過程相反，充電的陽極反應(yīng)為放電正極反應(yīng)的逆過程，充電的陰極反應(yīng)為放電負極反應(yīng)的逆過程。以上方法可總結(jié)為：簡單電極先寫出，復(fù)雜反應(yīng)相減得；負極顛倒得陰極，正極顛倒得陽極注意：電極反應(yīng)式的書寫是電化學(xué)知識學(xué)習(xí)的一個重點和難點。如果題目給定的是圖示裝置，先分析正、負極，再根據(jù)正、負極反應(yīng)規(guī)律去寫電極反應(yīng)式：如果題目給定的是總反應(yīng)式，可分析此反應(yīng)中的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)(即分析有關(guān)元素的化合價變化情況)，再選擇一個簡單變化情況去寫電極反應(yīng)式，在電子得失守恒的前提下，另一極的電極反應(yīng)式可直接寫或?qū)⒏鞣磻?yīng)式看做數(shù)學(xué)中的代數(shù)式，用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式，即得結(jié)果。特別需要指出的是：對于可逆電池的反應(yīng)，需要看清楚“充電、放電”的方向，放電的過程應(yīng)用原電池原理，充電的過程應(yīng)用電解池原理。四、金屬的腐蝕與防護1、金屬腐蝕的本質(zhì)金屬腐蝕的本質(zhì)就是金屬失電子被氧化。金屬腐蝕有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種類型。若金屬與接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起腐蝕，則是化學(xué)腐蝕，此類腐蝕無電流產(chǎn)生；若合金或不純金屬接觸到電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，其中活潑金屬作負極失去電子被腐蝕，稱為電化學(xué)腐蝕，此類腐蝕伴隨電流產(chǎn)生，且腐蝕速率比化學(xué)腐蝕快。電化學(xué)腐蝕又分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕，水膜酸性較強時發(fā)生析氫腐蝕，水膜酸性很弱或非酸性時發(fā)生吸氧腐蝕。2、判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律(1)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護腐蝕措施的腐蝕。(2)對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(3)活動性不同的兩金屬，活動性越大，腐蝕越快。(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。五、電化學(xué)計算的基本方法原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)測定的計算、根據(jù)電子的量求產(chǎn)物的量與根據(jù)產(chǎn)物的量求電子的量等的計算。不論哪類計算，均可概括為下列