电化学部分基础知识

电化学根底知识整理

原电池是将化学能转化为电能的装置

1.1原电池原理

①、原电池：将化学能转变成电能的装置

②、形成条件：①活动性不同的两电极〔连接）；②电解质溶液〔插入其中并与电极自发反响〕；③电极

形成闭合电路④能自发的发生氧化复原反响

③、电极名称：

负极：较活泼的金属（电子流出的一极）

正极：较不活泼的金属或能导电的非金属〔电子流入的一极）

④、电极反响：

负极：氧化反响，金属失电子

正极：复原反响，溶液中的阴离子得电子或氧气得电子［吸氧腐蚀）

⑤、电子流向：由负极沿导线流向正极

金属导茂

锌-铜电池，负极-Zn,正极-Cu。

负极：Zn-2e=Zn2+,电解质溶液---稀硫酸。

正极:2H++2e=H2f

总反响：2H++Zn=H2t+Zn2+

注意：如果在铜锌的导线中加一个电流计，电流计指针会发生偏转。随时间的延续，电流计指针的偏转

角度逐渐减小。

盐桥的作用：盐桥起到了使整个装置构成通路的作用

例如:铜锌原电池中用到了盐桥

现象：

⑴、检流计指针偏转，说明有电流通过。从检流计指针偏转的方向可

以知道电流的方向是Cu极-Zn极。根据电流是从正极流向负极,因此,

Zn极为负极，Cu极为正极。而电子流动的方向却相反，从Zn极一Cu

极。电子流出的一极为负极，发生氧化反响；电子流入的一极为正极,

发生复原反响。

一般说来，由两种金属所构成的原电池中，较活泼的金属是负极,较不活泼的金属是正极。其原理正是

置换反响，负极金属逐渐溶解为离子进入溶液。反响一段时间后,称重说明，Zn棒减轻，Cu棒增重。

⑵、取出盐桥，检流计指针归零，重新放入盐桥，指针又发生偏转，说明盐桥起到了使整个装置构成通

路的作用。盐桥是装有饱和KC1琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子那么可以在其中自由移

动。

盐桥是怎样构成原电池中的电池通路呢？Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液中，使ZnS04溶液中Zi?+过

多，带正电荷。Ci?+获得电子沉积为Cu,溶液中Ci?+过少，S04?-过多，溶液带负电荷。当溶液不能保

持电中性，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在，其中C1-向ZnS04溶液迁移，K+向CuS04溶液

迁移，分别中和过剩的电荷，使溶在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液，将两个烧

杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥（如充满KC1饱和溶液和琼脂制成的胶冻）连接起来，再用导线

将锌片和铜片联接，并在导线中串联一个电流表，就可以观察到下面的现象：

（1）电流表指针发生偏转，根据指针偏转方向，可以判断出锌片为负极、铜片为正极.

(2)铜片上有铜析出，锌片那么被溶解.

(3)取出盐桥，指针回到零点，说明盐桥起了沟通电路的作用.

2.化学电源

化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反响，消耗某种

化学物质，输出电能。它包括一次电池、二次电池和燃料电池等几大类。

判断一种电池的优劣或是否符合某种需要，主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电

能的多少〔比能量，单位是(W•h)/kg,(W•h)/L),或者输出功率的大小(比功率，W/kg,

W/L)以及电池的可储存时间的长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而输出点能多、功率大、

可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。

〔一)一次电池

一次电池的活性物质1发生氧化复原反响的物质)消耗到一定程度，就不能使用了。一次电

池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。常用的有普通的锌铺干电池、碱性锌锦电池、

锌汞电池、镁锦干电池等。

例如；碱性锌铳干电池

负极：Zn+20H—2e=Zn(OH)2

正极：2MnO2+2H2O+2e=2MnOOH+20H

总反响：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

补充：

银一锌电池

电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的，它们所用

的电池体积很小，有“纽扣”电池之称。它们的电极材料是AgzO和Zn,所以叫银一锌电池。电极

反响和电池反响是：

负极：Zn+2OH—2e=Zn(OH)2

正极：Ag2(D+H2c)+2e=2Ag+20H

总反响：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

利用上述化学反响也可以制作大电流的电池，它具有质量轻、体积小等优点。这类电池已用

于宇航、火箭、潜艇等方面。

锂一二氧化镒非水电解质电池

以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有开展前途的是锂一二氧化镒非水电

解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯

和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液，以聚丙烯为隔膜，电极反响为：

负极反响：Li=Li++e

正极反响：MnOa+Li^+e=LiMnOg

总反响：Li+MnO2=LiMnO2

该种电池的电动势为2.69V,重量轻、体积小、电压高、比能量大，充电1000次后仍能维

持其能力的90%,贮存性能好，已广泛用于电子计算机、、无线电设备等。

(二)二次电池

二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以屡

次重复使用。铅蓄电池是最常见的二次电池，它由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有

PbO2,负极板上覆盖有Pb,电介质是H2SCU.

铅蓄电池放电的电极反响如下：

负极：Pb(s〕+SO42-(aq)-2e=PbSO4(s)〔氧化反响)

+

正极：PbO2(s)+SO42-(aq)+4H〔aq)+2e「=PbSCU(s)+2H2O(I)〔复原反响)

总反响：Pb[s)+PbO2(s〕+2H2sO4(aq〕=2PbSO4(s)十2H2。(I)

铅蓄电池充电的反响是上述反响的逆过程：

阴极：PbSO41s)+2/=Pb[s)+SO42-(aq)(复原反响)

阳极：PbSCU〔s〕+2H2O⑴一2/=PbO2(s)+SO42-(aq)+4H+〔aq)(氧化反响)

总反响：2PbSO4(s)十2H2O(l)=Pb[s)+PbO2〔s〕+2H2sCU(aq〕

可以把上述反响写成一个可逆反响方程式：

Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4iaq)2PbscU(s)十2H2O(I)

〔三)燃料电池

燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。燃料电池的电

极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。它工作时，燃料和氧化剂连续的由外部供应，

在电极上不断的进行反响，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断的提供电能。

⑴氢氧燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，箱做电极，使用酸性电解质。它的的工作原

理：

负极：2H2—4e=4H

正极：。2十4H*[aq)+4e-=2H2。

总反响：2H2十。2=2也0

⑵以碱性氢氧燃料电池为例，它的燃料极常用多孔性金属银，用它来吸附氢气。空气极常用

多孔性金属银，用它吸附空气。电解质那么由浸有KOH溶液的多孔性塑料制成，其电极反响为:

负极反响：2H2+4OI-r=4H2C)+4e-

正极反响：Os+2H2O+4e=40H

总反响：2H2+O2=2H2O

除氢气以外，烧、月井、甲醇、氨等液体或气体，均可作燃料电池的燃料；除纯氧外，空气中

的氧气也可以做氧化剂。

(3)甲烷燃料电池(KOH做电解质)

用金属钳片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷(燃料)和氧气(氧化剂)。电极反响式为：

负极：CH4+10OH--8e=CO^+7H2O；

正极：4H,0+202+8e-=8OH-o

电池总反响式为：CH4+2O2+2K0H=K2co3+3丛0

知识拓展：海洋电池

1991年，我国首创以铝一空气一海水为能源的新型电池，称之为海洋电池。它是一种无污

染、长效、稳定可靠的电源。海洋电池彻底改变了以往海上航标灯两种供电方式：一是一次性电

池，如锌镒电池、锌银电池、锌空(气)电池等。这些电池体积大，电能低，价格高。二是先充

电后给电的二次性电源，如铅蓄电池，银镉电池等。这种电池要定期充电，工作量大，费用高。

海洋电池，是以铝合金为电池负极，金属〔Pt、Fe)网为正极，用取之不尽的海水为电解质

溶液，它靠海水中的溶解氧与铝反响产生电能的。我们知道，海水中只含有0.5%的溶解氧，为

获得这局部氧，科学家把正极制成仿鱼鲤的网状结构，以增大外表积，吸收海水中的微量溶解氧。

这些氧在海水电解液作用下与铝反响，源源不断地产生电能。两极反响为：

负极：［Al)：4AI—12-=4A|3+

正极：(Pt或Fe等)：3O2+6H2O十12e-=12OFF

总反响式:4AI+3O2十6H2O=4AI(OH)31

海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝电极就不会在空气中被氧

化，可以长期储存。用时，把电池放入海水中，便可供电，其能量比干电池高20〜50倍。

电池设计使用周期可长达一年以上，防止经常交换电池的麻烦。即使更换，也只是换一块铝

板，铝板的大小，可根据实际需要而定。

海洋电池没有怕压部件，在海洋下任何深度都可以正常了作。海洋电池，以海水为电解质溶

液，不存在污染，是海洋用电设施的能源新秀。

3.电解池

(一)电解原理

(1).电解质溶液的导电

我们知道，金属导电时，是金属内部的自由电子发生的定向移动，而电解质溶液的导电与金属导

电不同。

通电前电解质溶液中阴、阳离子在溶液中自由地移动；通电后在电场的作用下，这些自由移动的

离子改作定向移动，带负电荷的阴离子由于静电作用向阳极移动，带正电荷的阳离子那么向阴极移动。

电极名称：电解池中与直流电源负极相连的电极叫阴极，与直流电源正极相连的电极叫阳极。

物质能否导电是由其内部能否形成定向移动的自由电荷所决定的，对金属就是自由电子，而对电

解质溶液就是自由移动的阴阳离子。

(2).电解

①概念：使电流流过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化复原反响的过程叫电解。

②电子流动的方向：

电子从外接直流电源的负极流出，经导线到达电解池的阴极，电解池溶液中的阳离子移向阴极，并在

阴极获得电子而被复原，发生复原反响；与此同时，电解池溶液中的阴离子移向阳极，并在阳极上失

去电子〔也可能是阳极很活泼而本身失去电子)而被氧化，发生氧化反响。这样，电子又从电解池的

阳极流出，沿导线而流回外接直流电源的正极。

③电极反响的类型：阳极反响为氧化反响，阴极反响为复原反响，故而阴极处于被保护的状态，而阳

极那么有可能被腐蚀。

⑶.电解池与原电池的联系与区别

原电池电解池

电极正极、负极阴极、阳极

由电极材料本身的相对活泼性决定，较由外接直流电源的正、负极决定，与负极相连

电极确定

活泼的是负极，较不活泼的是正极的是阴极，与正极相连的是阳极

负极发生氧化反响阴极发生复原反响

电极反响

正极发生复原反响阳极发生氧化反响

电子从电源负极流入阴极再由阳极流回电源

电子流向电子由负极经导线流入正极

正极

能量转变化学能转变为电解电能转变为化学能

反响自发

能自发进行的氧化复原反响反响一般不能够自发进行，需电解条件

性

1

举例Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4CuCl2sMeu+Cbf

装置特点无外接直流电源有外接直流电源

相似之处均能发生氧化复原反响，且同一装置中两个电极在反响过程中转移电子总数相等。

重点出击；

原电池与电解池的判断

⑴判断以下图是原电池、电解池还是电镀池，为什么？

(2)延伸

有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏的能源。它依靠人体内含有

一定浓度的溶解氧进行工作，以下各种表达中错误的选项是〔)

A:Pt是正极B:负极反响：C:正极反响：D正极反响：

小结与反思：

原电池、电解池、电镀池判定规律：

假设无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定；假设有外接电源，两极插入电

解质溶液中，那么可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同那么为电镀池,

其余情况为电解池。4.实验分析：电解CuCb溶液

m电极材料

阴极可用惰性电极，甚至较活泼的金属，但阳极需使用惰性电极，否那么会发生氧化反响而溶解。

(2)惰性电极一般指金、钳、石墨电极，银、铜等均是活性电极。

13)实验现象：通电后，电流表指针发生偏转，阴极石墨棒上析出一层红色固体，阳极外表有气

泡放出，可闻到刺激性气味。

(4)淀粉碘化钾试纸的作用：检验阳极产物是否为CL使用时应先润湿并缠于玻棒端或用镶子夹

持，作用时间不宜太久，否那么变蓝后会被CL漂白。

(二)、电解的应用

I.电解饱和食盐水反响原理

1.实验分析：电解饱和食盐水

在U型管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚献试液，用碳棒作阳极、铁棒作阴极，将湿润的碘化钾淀

粉试纸放在阳极附近，接通电源，观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。

注意：铁棒不可作阳极，否那么发生Fe—2鼠=Fe2+；碘化钾淀粉试纸需事先用水润湿。

现象：阴、阳两极均有气体放出，阳极气体有刺激性气味，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；阴极

区域溶液变红。说明阴极区域生成物为碱性物质与H2,阳极产物是C12。

2.电解饱和食盐水反响原理

饱和食盐水成分：溶液存在Na+、CP、H+、OFT四种离子。

电极反响式：阴极：2H++2e-=Hzt(复原反响)；

阳极：2c「一2底=(12t(氧化反响)。

实验现象解释：

(1)阴极区域变红原因：由于H+被消耗，使得阴极区域OIF离子浓度增大(实际上是破坏了附近

水的电离平衡，由于Kw为定值，c(H+)因电极反响而降低，导致c(OJT)增大，使酚麟试液变红)。

⑵湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因：氯气可以置换出碘化钾中的碘，Cb+2KI=2KCl+l2,12使淀

粉变蓝。

注意：如果试纸被熏蒸的太久，蓝色会因为湿氯气的漂白作用而褪去。

电解饱和食盐水的总反响式：

2NaCl+2H2O型2NaOH+H21+Cl^t

阴极产物阳极产物

该电解反响属于放氢生碱型，电解质与水均参与电解反响，类似的还有K2S、MgBn等。

H、铜的电解精炼

1.原理：电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连；用纯铜板作阴极，与电源的负极相

连，用CuS04溶液（参加一定量的硫酸）作电解液。

CuS04溶液中主要有C/+、S04-、H\OH,通电后H+和C/+移向阴极，并在阴极发生Ci?++2e

'Cu,OH」和S。/移向阳极，但阳极因为是活性电极故而阴离子并不放电，主要为阳极〔活泼及较活

泼金属）发生氧化反响而溶解，阳极反响：Cu-2e-=Cu2+o

电解过程中，比铜活泼的Zn、Fe、Ni等金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而

溶解，此时阴极仍发生Cu2++21=Cu,这会导致电解液浓度不发生变化；Ag、Au不如Cu易失电子，

Cu溶解时它们以阳极泥沉积下来可供提炼Au、Ag等贵金属。

该过程实现了提纯铜的目的。

离子在电极上得失电子的能力与离子的性质、溶液的浓度、电流的大小、电极的材料等都有关系。

中学阶段我们一般只讨论电极材料的性质、离子的氧化性强弱和复原性强弱对它们得失电子能力的影响

2.电极反响中得失电子的规律

（1）阳极上失电子的规律

应首先看电极材料是惰性电极，还是活性电极，如是惰性电极，那么由溶液中的阴离子失去电子，

阴离子的复原性越强越易失电子，阴离子的放电顺序为：S2>r>Br->Cr>OJT>含氧酸根离子；如是活

性电极，那么这些金属首先失去电子进入溶液，此时溶液中其他离子不再失电子。

（2）阴极上得电子的规律

阴极上只能由溶液中阳离子获得电子，阳离子氧化性越强越易得电子，阳离子放电顺序一般为：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）〉Fe2+>Zn2+>H+（盐溶液）

[3）变价的金属Fe在作阳极发生氧化反响时电极反响为：Fe-2e-=Fe2+III、电解冶炼铝

工业上，用纯洁的氧化铝为原料，采用电解的方法制取铝。

纯洁的氧化铝熔点很高（2045℃）,很难熔化，现在都用熔化的冰晶石（Na3AlF6）作熔剂，使氧化

铝在1000C左右溶解在液态的冰晶石里，成为冰晶石和氧化铝的熔融体，然后进行电解。

电极反响式：

阴极：4AF++12e-=4Al

阳极：6。2一+I2e-=3O2t

申解

总反响式：2Al2O3U4AI+3O2t（只能电解AI2O3，不能是AlCb）

在冶炼铝时，阳极产生氧气，石墨阳极在如此高温条件下，将不断被氧气氧化而消耗，因而需不断

补充石墨阳极。

㈢、电镀铜

1.原理：电镀时，一般都是用含镀层金属离子的电解质溶液为电镀液；把待镀金属制成品浸入电

镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极，而用镀层金属为阳极，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，

移向阴极，并在阴极上被复原成金属析出。

电镀铜规律可概括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。

工业上电镀常使用有毒电镀液，因此电镀废水应回收有用物质、降低有害物质含量后，达标排放，

以防污染环境。

2.实验分析：电镀铜实验

（1）待镀件需酸洗去除外表的锈。

[2）电镀液CuSO4中加氨水制成铜氨溶液以降低G?+浓度使镀层光亮。

1四）、电解质溶液电解时（均为惰性电极），pH变化情况，电解液复原所需参加物质及

电解类型。

1、（1）分解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2s04、K2SO4等）的电解。

阴极：4H++41=2H2t

阳极：40H-4e=02t+2H2O

由ft?

总反响：2H2O2H2t+O2t

阴极产物：H2；阳极产物：02。

电解质溶液复原参加物质：H2OO

pH变化情况：原来酸性的溶液pH变小，原来碱性的溶液pH变大，强酸（含氧酸）强碱的正盐溶

液pH不变。

（2）分解电解型：无氧酸（除HF外〕、不活泼金属的无氧酸盐〔氟化物除外）的电解，如HC1、

CuCb等。

阴极：Cu2++2e=Cu

阳极：2c「一2r=C12t

总反响：CuCL学生Cu+Cl2t

阴极产物：酸为H2,盐为金属；阳极产物：卤素等非金属单质。

电解液复原参加物质为原溶质，如电解CuCb溶液，需加CuCk。

pH变化情况：如电解无氧酸溶液pH变大但不会超过7；如为盐溶液的电解那么视无氧酸根的情况

而定。

（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐〔氟化物除外）溶液的电解，如NaCl、MgB"等。

阴极：2H++21=H2t

阳极：2CC—2e-=C12t

总反响：2NaCl+2H2O^M2NaOH+H2t+C12t

阴极产物：碱和H2；阳极产物：卤素等非金属单质。电解饱和食盐水的产物分别为NaOH和H2以

及C12。

电解液复原参加物质为卤化氢。电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需参加HC1。

pH变化情况：电解液pH显著变大

⑷放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如CuS04、AgNCh等。

阴极：23++4屋=Cu

阳极：40H-4e=02t+2H,0

f

总反响：2CUSO4+2H20s量2CU+O2T+2H2SO4

阴极产物：析出不活泼金属单质；阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气，本例中分别是Cu以及

H2SO4>O2.

电解液复原参加物质为不活泼金属的氧化物（金属价态与原盐中相同）。如电解CuS04溶液，复原

需参加CuOo

pH变化情况：溶液pH显著变小。

Z响类型电解质类规律例t基原法

型

餐且解水一一》见+。2触S04)

学液口解水-->H2+。2aOH溶液)

上属含氧酸盐工解水——>乩+。2azS04溶液)

>H+非金属

汾解2二正+Cl21

文金属无氧酸盐->金属+非金属=Cu+Cl2Cl2

三酸

2金属含氧酸盐)金属+。2+酸4+2七0=2CU+02+2H2S040(CuCO3)

三碱,属无氧酸盐+非金属+升高

-->H2+2H20=H2+C12+2KOH1

碱

判断电极反响：

练习：电解液中含有K+、C1一、SO42—、0H—(少量)、Cu2+、H+［少量)，用两个石墨棒作电极,

电解时，阳极上析出_______，电极反响式是；阴极析出_______，电极反响式是

o改用两个铜棒作电极，那么阳极变化是，电极反响式是

;阴极上析出______，电极反响式是o

小结与反思：

关键是放电顺序：

阳极：(活性电极)>S2->1->Br->CL>OH->含氧酸根〉F-

阴极：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>A13+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

4、金属的电化学腐蚀与防护

(一)、金属腐蚀的类型：

1、化学腐蚀：金属与接触到的物质直接发生化学反响而引起的腐蚀。例如铁丝在氧气中燃烧、铜在氯

气中燃烧等。

2、电化学腐蚀：不纯金属与电解质溶液接触时比拟活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀。

(二)、金属的电化学腐蚀：金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反响而腐蚀损耗的过程。

不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反响，比拟活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫

做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。

金属腐蚀的本质：［2)金属腐蚀的本质：M—ne—=Mn+

(三)、钢铁的电化学腐蚀

⑴析氢腐蚀(钢铁外表吸附水膜酸性较强时)

阳极(Fe)；Fe-2e-=Fe2+

Fe2++2H2O=Fe(OH)2+2H+

阴极(杂质)：2H++2e-=H2

电池反响：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2t

由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。

(2)吸氧腐蚀(钢铁外表吸附水膜酸性较弱时)

阳极(Fe)：Fe—2e-=Fe2+

阴极：O2+2H2O+4e-=4OH-

总反响：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。

析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(0H)2被氧所氧化，生成Fe(0H)3脱水生成Fe2O3铁锈。钢铁制品在

大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。

Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2T02+2H2O+4e-—4OH-

2Fe+02+2H2O=2Fe(OH)22H++2e-7H2

析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中，而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。

化学腐蚀和电化学腐蚀的区别和联系：

化学腐蚀电化学腐蚀

条件金属与氧化剂直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触

现象无电流产生有微弱电流产生

本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程

相互联系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生

（四）、金属的防护

1、牺牲阳极的阴极保护法

正极：要保护的金属负极：比要保护金属活泼的金属

2、外加电流的阴极保护法（比组成原电池防护更好）

阴极：被保护的金属阳极：惰性电极两者均存在于电解质溶液中接上外接直流电源。

3、覆盖保护膜及其他保护方法

覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）

改变金属的内部结构（钢一不锈钢，在钢中参加保和铭）

习题指导

1解题步骤方法

①判断两池（原电池还是电解池）一②标注电极名称一③写出电极反响式一（根据电极产物、溶液成

分变化）一④描述或解释现象或进行有关计算。

［练—01］把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酬试液混合溶液的玻璃皿中（如下图平面图），经过

一段时间后，首先观察到溶液变红的区域是

［B）（I［H

A、［和II［附近B、［和IV附近也注啰了乙丁小匡少乙」

C、U和III附近D、II和IV附近、-----/7--------"

［解析］①判两池：通常有外接电源的装置是电解池，故左图为电解池，根据右图为两个活性不同金属浸

在电解质溶液中可判断为原电池；②标电极名：左图由外接电源极性可知I为阴极，n为阳极；右图

因Zn比Fe活泼，故in为负极,1V为正极。③写电极反响：左图中，阳极II:金属Fe优先氧化Fe-2e-Fe2+;

+

阴极I:水中氢放电：2H+2e-H2;④现象及解释：因I区OH?增生，碱性，使酚脓变红。又右图，

正极〔IV〕上电极反响：。2+45+2H2。=4OH?〔吸氧腐蚀〕，该区域呈碱性使酚配变红，B入选。

［1-02］如图甲乙两池分别以碳棒、钳条、铝条、镁条为电极，并用导线相连接，以NaCl、NaOH溶液

为电解溶液，有关该装置的描述正确的选项是（D）

A.乙池中,Mg极的电极反响是Mg-2e-=Mg2+

B.甲池中，Pt极的电极反响是2cl-2e.=Cl2t

C.随着反响的进行.乙池中n（NaOH）保持不变

D.反响过程中，甲池中两极附近溶液PH（C）＜PH（Pt）

［解析］先判两池,乙为原电池，甲为电解池。乙池中，因为在NaOH

溶液中Al比Mg易失电子，故A1为原电池的负极，其电极反响式

为：Al-3e+4OH==A1O2+2H2O;Mg为正极，其电极反响式为：

+

3H2O+3e2t+3OH-。甲池中,Pt电极为阴极：2H+2e=H2f,碳棒

（C）电极为阳极2C1-2e-=C12f,电解后溶液为NaOH溶液。

［练1-03］如图A、B为两个串联的电解池，B池中c为铁，d为石墨，

电解质溶液为NaCl溶液。试答复：

11）假设A池为用电解原理精练铜装置，那么a电极名称为阴极,

电极材料是精铜，电极反响式为Cu"+2e=Cu,电解质溶液可以是」

[2)B池中c极(Fe)电极反响式为2H'+2e=H"(2/0+23=压+20HL,侬人—

麟试液，开始电解一段时间，铁极附近呈组色。

13）假设A池a极增重，那么B池d极（石墨）上放出气体在标况下的体积为。电解后，假设B池余下的溶

液为400ml，那么溶液的PH值是上o

［练4-04］金属保有广泛的的用途。粗馍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等金属杂质，可电解法制备高

纯度原镇〔：氧化性：Fe2+<Ni2+<Cu2+）,以下表达正确的选项是（D）

A.阳极发生复原反响，其电极反响式是Ni2++2e-=Ni

B.电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等

C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+、Zn2+

D.电解后，电解模底部阳极泥中中存在Cu、Pt

［解析］这是电解的过程，阳极发生的是氧化反响八错；阳极：Zn-2e=Zn2+Fe-2e=Fe2+

Ni-2e=Ni2+,Pt为惰性金属，不会放电，而Cu要在金属Ni全部氧化为Ni2+后才能放电，但此时

Cu已没有了支撑物了，结果和Pt一起落下，形成阳极泥，故D正确；阴极：因氧化性Ni2+>Fe2+>Zn2+,

所以只有Ni2++2e-=Ni,可见，阳极质量减少的是"溶解"下的Zn、Fe、Ni,而阴极质量增加的只是

析出的锲，两者质量是不相等的，故B错。；电解后，溶液中除留下Fe2\Zn2+外，还有Ni2+,C也

错。

［练—05］铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性

材料，电池总反响式为：

O_,33一

Pb+PbO2+4H+2SO%药F2PbS04+2H20

请答复以下问题〔不考虑氢、氧的氧化复原）：

（1）放电时：正极的电极反响式是;电解液中H2s04的浓

度将变;当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加

________go

（2）在完全放电耗尽PbOz和Pb时，假设按题27图连接，电解一段时间

后，那么在A电极上生成、B电极上生成，此时铅蓄电

池的正负极的极性将。

解析：铅蓄电池的负极是铅〔Pb〕，正极是二氧化铅〔PbC>2〕。放电时电极反响:

：：

正极［A-〔Pb。2〕］Pb。」+2e+2H++SO==PbSOj：+H。

〔与常见电池不同，铅蓄电池放电时正极材料〔Pb。2〕本身参与了电极反响

+2

负极［B-fPb］］Pb-2e-+2H+SO4'==PbSO4+H2O

可见，当通过2moie-时，负极ImolPb变为ImolPbSCU沉积在负极板上，既净增加ImolSCU,所以

，

当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加强。因放电时要消耗H2so”故;电解液中H2SO4

的浓度将变小。

完全放电后两极材料都有变为硫酸铅〔PbSOj,外接电源时，发生电解过程，电极反响如下：

2

阴极［A-〔PbSOj］PbSO4+2e+=Pb+SO4-,A电极上生成Pb

+2

阳极［B-［PbSO4］］PbSO4-2e+2H2O=PbO2++4H+SO4-,B电极上生成PbO2

此时铅蓄电池的正负极的极性将对换。

2、电极名称判断法

根据两极金属相对活性判定原电池的电极名称，根据X极所连接在的外接电源极性（“+”或）判

定电解池的电极名称；根据电子（或电流）流向或测电极电势上下等电学原理判断电极名称；此外根据

X极发生氧化还是复原,移向X极的离子是阳离子还是阴离子,X极增重还是减重,X极区PH值是升高还是降

低等判定X电极的名称。但要注意X极指的是在原电池还是电解池。

说明：化学上规定，凡发生氧化变化的电极均为阳极，而发生复原的电极均为阴极。据此，从发生的

化学变化角度看，原电池中的负极〔-〕又叫阳极，正极〔+〕又叫阴极。

［练1-06］x,y分别为直流电源的两极，通电后，发现a极质量加，b极

有无色无味气体放出，符合此情况的是：（A）

备选项a电极B电极X电极溶液

A锌［Zn)石墨©负CuS04

B石墨©石墨©负NaOH

C银［Ag)铁(Fe)正AgNO3

D铜(Cu)石墨©负CuCL

3、电极反响式写法

［电解池电极反响式写法要领］阳极，首先看为何材料，假设为金属〔除Au、Pt外），那么阳极金属本

身优先被氧化，此时不必考虑溶液中阴离子放电；假设阳极为惰性材料，那么分析溶液中阴离子及放电

顺序，复原性强者优先在阳极失电子发生氧化反响。阴极，不必考虑电极为何材料，只要看溶液中有何

离子及其放电顺序，氧化性强者优先得电子发生被复原反响。

［原电池电极反响式写法要领］①负极发生失电子的氧化反响，正极发生得电子的复原反响，两电极转移

的电子数要相等；②负极和正极两电极反响式相加那么得到原电池的总反响式；③假设溶液中OH-有参

与电极反响必发生在负极。假设结果H+有增加，酸性增强，PH降低，必在负极区；假设溶液中H+有

参与电极反响必发生在正极;假设结果OH-有增加，碱性增强，PH升高，必在正极区。

［练1-07］以钳为电极，在两极上分别通入和,可组成氢氧燃烧电池。分别写出以硫酸为电解

质和KOH为电解质溶液中的有关电极反响式。

［解析］由于%具有强复原性，具有强氧化性，故为负极，O2为正极。

假设电解质为H2SO4电极反响式：

+

负极（Pt-H2）2H2-4e「=4H

+

正极（Pt-Oz）O2+4e+4H=2H2O

因溶液有高浓度H+,正极O2的复原产物只能是H2O,不可能为OH、

假设电解质为KOH电极反响式:

负极(Pt-H2)2H2-4e-+4OH=4H2O

正极(Pt-O2)O2+4e'+2H2。=4OH-

因溶液有高浓度OH-,故H2氧化产物H+将在负极上与OH-结合为H2O,而正极上的复原产物O'

不能在溶液中存在，而是与H?。反响转化为

氢氧燃烧电池总反响方程式：2H2+O2=2H2O

［练4-08］将两块钳片连接后插入K0H溶液中作电极，并在两极片上分别通入甲烷和氧气从而组成

了碱性燃烧电池，试写出有关电极反响式，并说明溶液PH变动情况。

2

［解析］负极(Pt-CH"):CH4-8e+10OH-=CO3-+7H2O

正极（Pt-O2）:2O2+8e+4H2O=8OH

2

电池总反响：CH4+2O2+2OH=CO3-+3H2O（将两电极反响式相加即得总反

响式）

联想到甲烷的燃烧的氧化产物是CO?,而在KOH溶液中不可能存在CG>2,CC>2会与KOH作用生成

K2c。3和H2O,因此有如上负极反响式。可见，电极上放电反响后的产物还常可能与电解质溶液发生

离子反响。

该电池工作时，负极区由于OH-参与电极反响而减少，故该区PH呈降低态势；正极有OH-生成，故该

区PH呈升高态势。但负极消耗的OH比正极生成的多，所以总的结果是溶液OH减少，PH值要降

低。

［练1-09］熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2c和Na2c的熔融盐混和物作

电解质，C0为负极燃气，空气与CO?的混和气为正极助燃气，制得在650C下工作的燃料电池。完成有关

的电池反响式：

负极反响式：2C0+2c(V--4e—=4C02

正极反响式：O2+2CO2+4e-=2CO3-

总电池反响式：2C0+02=2C0

［解析］从通常原电池的电解质溶液，一下过渡到熔融盐，不少人无法适应。其实，我们只要从最根本

的一点一燃料电池分析，其总电池反响式应为：2co+C)2=2CC)2,然后逆向思考，正极反响式=总反响

2

式减去负极反响式，就可得出结果：O2+2CO2+4e^=2CO3-o通过电池总反响式写电极反响式不失为

一种简便方法。

［练1T0］高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电

电压。高铁电池的总反响为

3Zn+2K2FeO4+8H20、放、3Zn(0H)2+2Fe(0H)3+4K0H

以下表达不正确的选项是(C)充

A.放电时负极反响为：3Zn—6e-+60/=3Zn(OH)3

B.充电时阳极反响为：2Fe(OH)3—6e-+100『=2FeO>8H20

C.放电时每转移3mol电子，正极有ImolKFeOa被氧化

D.放电时正极附近溶液的碱性增强

［解析］放电是原电池原理，正极反响为2Fe(V—+6e—+8H2O=2Fe(OH)3+10OH一,放电时每转移3moi

电子，正极有ImolIQFeO”被复原,同时正极附近溶液的碱性增强；负极反响3Zn—6e-+6OH-=

3Zn(OH)2;

2-

充电是电解原理，阳极反响为2Fe(OH)3—6e-+10OH-=2FeO4+8H2O阴极反响为3Zn(OH)2+6e

—=3Zn+6OH—

4金属腐蚀速率快慢比拟法

［练1-11］以下各装置中都盛有的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同锌片，腐蚀速度由快

到慢的正确顺序是(D)

A.③①④②B.①②④③C.①②③④D.②①④③

［解析］②为电解过程，Zn为阳极，优先失电子氧化，故腐蚀速度最快；③也是电解过程，但Zn为阴

极，外接电源负极流出的电子有效地抑制住了Zn失电子的可能，故腐蚀最慢；①是原电池，Zn为负

极，发生电化腐蚀，电化腐蚀比直接的化学腐蚀速度快；④中阻断了氧化性物质空气中氧与Zn的接

触，也不易腐蚀。

5判断金属活动性顺序

［练1-12］将a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两连接组成原电池。假设a、b连接时a为

负极；c、d连接时，电流由d到c；a、c连接时，c极上产生大量气泡；b、d连接时，b上有大量气泡

产生。那么四种金属的活动性由强到弱的顺序是(B)

A.a>b>c>dB.a>c>d>bC.c>a>b>dD.b>d>c>a

［解析］由原电池原理知，作负极的金属活动性比正极金属强；电子是由正极流向负极，而电流恰好相反；

在酸性介质中正极产生氢气。据此可得四种金属的活动性：a>b>c>d、a>c、d>b综合得a>c>d>b

6电化学计算法

(1)有关电化学计算思路有二

①根据总的化学方程式的化学计量数关系列比例求解；②根据串联电路中各电极上转移的电子数相等

布列代数方程式求解。(转移的电子数=任一电极上析出物质的物质的量(mol)X每析出Imol该物质转

移的电子数〕

(2)水中4或0IT放电有关量的关系式：

①消耗14一得le一一放出1/2压一增生10H

+

②消耗10H一失le「一放出1/402—增生1H

利用上式关系可方便进行有关放电电量、电极产物及溶液4量或PH的计算。

(1)X1019库仑

1mole-X1019XX1023库仑

电荷Q(库仑尸电流1(安)X时间t(秒)

［练1T3］用惰性电极和串联电路电解以下物质的水溶液：(1)HC1(2)NaN03(3)CUC12(4)AgN03

在相同时间里理论上生成气体总体积(标)之比依次是V3：V(2):Vc):V@=4:3:2:1

［解析］设各电极上转移的电量为4e,那么⑴:阴极-2H2,阳极-2Ch,共4;(2):阴极-2氏，阳极-IO?洪3;(3):

I

阳极-2C12;(4):阳极-1。2故V():V(2)：V0：V(4)=4:3:2:1

［练1T4］用两支惰性电极插入500