1
化学反应与能量——电化学
原电池(化学电源)、电解池（精炼池、电镀池）
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《考纲》要求：
5) 了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
6）了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。
7）理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
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1、概念：原电池是______________________的装置。
原电池反应的本质是____________________反应。
将化学能转化为电能
氧化还原反应
例：如右图所示，组成的原电池：
（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：
Zn电极是____（填“正”或“负”）极，
其电极反应为_______________，该反应
是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；
Cu电极是______极，其电极反应为
_______________,该反应是_________反应。
（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极
是____极，其电极反应为_____________，
该反应是________反应；Cu电极是____极，
其电极反应为_______________,该反应_________反应.
负
Zn －2e - = Zn 2+
氧化
正
2H+ +2e- =H2↑
还原
负
Zn －2e - = Zn 2+
氧化
正
Cu2+ + 2e - = Cu
还原
一、原电池
4
CuSO4溶液
盐桥
失e，沿导线传递，有电流产生
阴离子
阳离子
总反应：
负极锌
正极铜
Cu2++2e- =Cu
Zn-2e- =Zn2+
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
(离子方程式）
（化学方程式）
电极反应
正极：
负极：
（氧化反应）
（还原反应）
阳离子
2、原 电 池 原 理
外电路
内电路
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3、原电池的形成条件： 两极一液一连线
（1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极。
 （2）电极材料均插入电解质溶液中。
 （3）两极相连形成闭合电路。
 （4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。
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4、原电池的正负极的判断方法
电子流出的极

电子流入的极
——负极

——正极
较活泼的电极材料

较不活泼的电极材料
质量增加的电极
工作后
质量减少的电极
——负极

——正极
——正极

——负极
工作后，有气泡冒出的电极为正极
发生氧化反应的极

发生还原反应的极
——负极

——正极
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造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。
二、对原电 池工作原理的进一步探究
为了避免发生这种现象，设计如下图所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？
？提出问题：
右图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？
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此电池的优点：
能产生持续、稳定的电流。
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三、化学电源
［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？
电池
化学电池
太阳能电池
原子能电池
将化学能转换成电能的装置
将太阳能转换成电能的装置
将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置
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知识点1：化学电池
1)概念:
将化学能变成电能的装置
2)分类:
①一次电池又称不可充电电池——如：干电池
②二次电池又称充电电池——蓄电池
③燃料电池
3)优点:
4)电池优劣的判断标准:
①能量转换效率高，供能稳定可靠。
②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。
③易维护，可在各种环境下工作。
①比能量
［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］
指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少
②比功率
[符号是W/kg，W/L)]
指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小
③电池的储存时间的长短
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各类电池
知识点2：各类电池
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1、干电池(普通锌锰电池）
干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还
填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。电极总的反应式为：
2NH4Cl+2Zn+2MnO2=ZnCl2+2NH3 ↑ + Mn2O3 +H2O
请写出各电极的电极反应。
(一) 一次电池
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练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。
负极————————————————
正极————————————————
总反应———————————————
通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？_____________________________我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？
Zn-2e-=Zn2+
2NH4++2e-=2NH3+H2
Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2
锌筒变软，电池表面变得不平整
2MnO2+H2=Mn2O3+H2O
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负极（锌筒）：Zn-2e- + 2OH - =Zn(OH)2
正极（石墨）：2MnO2+ 2e - +2H2O=2Mn O(OH) +2 OH –
总反应：Zn+ 2MnO2+2 H2O =2 Mn O(OH)+ Zn(OH)2
碱性锌锰干电池
金属棒
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2、迷你型电池
优点：电压高、稳定，低污染。
用途：手表、相机、心率调节器
HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S）
Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）
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电池－铅蓄电池
1、电极材料及原料

2、电解质溶液
3、电极反应式：
正极：PbO2 负极：Pb
H2SO4溶液
负极（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4
Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O
正极（PbO2）: PbO2+4H++SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O
总反应：
(放电时)
(二)二次电池(可充电)
转移1mol e-消耗多少molH2SO4
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2PbSO4(s)+2H2O(l)
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
①充电过程
PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq)
还原反应
阴极：
阳极：
PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq)
+ SO42-(aq)
氧化反应
接电源负极
接电源正极
充电过程总反应：
2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
铅蓄电池的充放电过程：
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3)铅蓄电池优缺点简析
缺点：
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
优点：
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉
其它二次电池
镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池……
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2、银锌蓄电池
1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。
1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。
1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。
1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。
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银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：
2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O
此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）
A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
D
电极反应：
负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
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3、镉镍电池
负极材料：Cd；
正极材料：涂有NiO2，
电解质：KOH溶液。
反应式如下：
写出电极反应式。
特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
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镍—镉可充电电池可发生如下反应：
Cd+2NiO(OH)+2H2O
由此可知，该电池的负极材料是
Cd(OH)2+2Ni(OH)2
A. Cd
（ A ）
B. NiO(OH)
D. Ni(OH)2
C. Cd(OH)2
电极反应：
负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
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大有发展前景的燃料电池
        燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：
(三)燃料电池
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镍氢（MH-Ni) 电池 碱性
电池总反应：1/2H2 + NiO(OH) = Ni(OH)2
负极： 1/2H2 + OH- - e- = H2O
正极： NiOOH + H2O + e-= Ni(OH)2 + OH-
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氢氧燃料电池工作原理
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
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固体氢氧燃料电池
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
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它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷
和氧气。电极反应为：

负极：

正极：

电池总反应：
2O2+ 4H2O +8e-= 8OH -
CH4+ 10OH --8e-= CO32- + 7H2O
CH4+ 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3 H2O
甲烷新型燃料电池
分析溶液的pH变化。电解质为KOH溶液
若用C2H6、CH3OH呢？
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C2H6燃料电池、电解质为KOH溶液
负极：

正极：

电池总反应：
CH3OH燃料电池、电解质为KOH溶液
负极：
正极：
电池总反应：
7O2+ 14H2O +28e-=28OH -
2C2H6+ 36OH --28e-= 4CO32- + 24H2O
2C2H6+ 7O2 +8KOH = 4K2CO3 + 10 H2O
3O2+6H2O +12e-= 12OH -
2CH3OH+ 16OH --12e-= 2CO32- + 12H2O
2CH3OH+ 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6 H2O
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C4H10、空气燃料电池、电解质为熔融K2CO3,
用稀土金属材料作电极（具有催化作用）
负极：

正极：

电池总反应：
13O2 +52e- + 26CO2 =26CO3 2-
2C4H10 -52e- + 26CO32-- = 34 CO2+ 10H2O
2C4H10+ 13O2 = 8CO2 + 10 H2O
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铝——空气燃料电池（海水）：

负极：

正极：

电池总反应：
3O2 +12e- + 6H2O =12OH-
4Al -12e- = 4Al3+
4Al +3O2 +6H2O = 4Al(OH)3
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1.利用原电池原理设计新型化学电池；
2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；
3.进行金属活动性强弱比较；
4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。
三、原电池的主要应用：
5.解释某些化学现象
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(1)比较金属活动性强弱。
例1：
下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是
C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲
上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；
（C）
(四)原电池原理应用：
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(2)比较反应速率
例2 ：

下列制氢气的反应速率最快的是
粗锌和 1mol/L 盐酸；
B.
A.
纯锌和1mol/L 硫酸；
纯锌和18 mol/L 硫酸；
C.
粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
D.
（ D ）
原电池原理应用：
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(3)比较金属腐蚀的快慢
例3：
下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
(5)
(2)
(1)
(3)
(4)
原电池原理应用：
35
例4：
下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速
率由慢到快的顺序是
(4)
(2)
(1)
(3)
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(4)判断溶液pH值变化
例5：
在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为———— mol,溶液的pH值变_________？（溶液体积变化忽略不计）
0.2
解得：
y ＝0.015 (mol)
x ＝0.015 (mol)
＝
＝0.175(mol/L )
∴pH ＝-lg0.175
答：……
－0.015
根据电极反应：
正极：
负极：
Zn－2e-＝Zn2+
2H++2e- ＝H2↑
得：
2 2 22.4
x y 0.168
解：
0.2×0.125×2
c(H+)余
∴
2H+ —— 2e——H2↑
大
0.015
原电池原理应用：
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(5)原电池原理的综合应用
例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。
“热敷袋”是利用 放出热量。
2)炭粉的主要作用是 。

3)加入氯化钠的主要作用是 。

4)木屑的作用是 。
铁被氧化
与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化
氯化钠溶于水、形成电解质溶液
使用“热敷袋”时受热均匀
原电池原理应用：
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（广东）9．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为：
A . H2＋2OH－＝2H2O＋2e－
B. O2＋4H＋＋4e－＝2H2O
C. H2＝2H＋＋2e－
D. O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
C
高考真题
（广东）12．为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是
A. 将青铜器放在银质托盘上
B. 将青铜器保存在干燥的环境中
C. 将青铜器保存在潮湿的空气中
D. 在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
BD
39
7、在理论上不能用于设计原电池的化学反应是（ ）
A．HCl（aq）+NaOH（aq）＝NaCl(aq)+H2O（l） △H<0
B．4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)＝ 4Fe(OH)3（s） △H<0
C．3Cu(s)+8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+4H2O(l) △H<0
D．2CH3OH(l)+3O2(g) == 2CO2(g)+4H2O(l)　　△H<0
A
40
（广东）20．三氧化二镍（Ni2O3）可用于制造高能电池，其电解法制备过程如下：用NaOH调NiCl2溶液pH至7.5，加放适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO－，把二价镍氧化为三价镍。以下说法正确的是
A. 可用铁作阳极材料

B. 电解过程中阳极附近溶液的pH升高

C. 阳极反应方程式为：2Cl－－2e－＝Cl2

D. 1mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过了
1mol电子。
CD
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8、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2—　。下列对该燃料电池说法正确的是
A．电池的总反应是：2C4H10+13O2→8CO2+10H2O
B．在熔融电解质中，O2—由负极移向正极
C．通入空气的一极是正极，电极反应为：
　　　　　O2+4e— ==2 O2—
D．通入丁烷的—极是正极，电极反应为：
C4H10+26e—+13O2—==4CO2+5H2O
AC
42
CuCl2溶液
阴离子移向
阳极
阴极
氧化反应
还原反应
电子流向
阳离子移向
Cu2++ 2e-=2Cu↓
2Cl--2 e- =Cl2↑
电解池
1.电解原理
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2.离子放电顺序 （要记住）
阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。
①活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不放电。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的失电子顺序（由难到易）是：
金属材料>S 2- >SO32- >I ->Br ->Cl ->OH ->NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子）>F-
活性电极不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。
阳极：
阴极:
阳离子在阴极上得电子顺序是：
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)> Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+
注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按H+,不同时按（H+）
44
3.电解规律
阴极
阳极
氯
气
铜
阳极：2Cl--2 e- =Cl2↑
阴极：Cu2++ 2e-=2Cu↓
CuCl2 Cu+Cl2 ↑
减小
增大
CuCl2
CuCl2溶液
45
阳极
阴极
氧气
氢
气
阳极: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑
阴极: 4H ++ 4e- = 2H2 ↑
变大
不
变
加
H2O
Na2SO4溶液
46
阳极
阴极
氯气
氢
气
阳极: 2Cl-- 2e- = Cl 2↑
阴极: 2H ++ 2e- = H2 ↑
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑ + Cl2 ↑
减小
增
大
加
HCl
NaCl溶液
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阳极
阴极
氧
气
铜
阳极: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑
阴极：Cu2++ 2e-=Cu↓
2CuSO4+ 2H2O === 2Cu ↓+O2 ↑+ 2H2SO4
电解
减小
减小
加
CuO
CuSO4溶液
48
电解规律（惰性电极）小结
阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F-
Ⅰ+Ⅲ区：电解本身型 如CuCl2
Ⅰ+Ⅳ区：放氢生碱型 如NaCl
Ⅱ+Ⅲ区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3
Ⅱ+Ⅳ区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH
阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+
49
3.电解质溶液用惰性电极电解的规律小结：
阳极：4OH—-4e—=O2↑+2H2O
阴极：4H++4e—=2H2↑
阳极2Cl—-2e— =Cl2↑
阴极：4H++4e—=2H2↑
阳极2Cl—-2e- =Cl2↑
阴极：Cu2++2e—=Cu
阳极2Cl—-2e— = Cl2↑
阴极：2H2O+2e—=H2↑+2OH-
阳极：4OH—-4e—=O2↑+2H2O
阴极：2Cu2++4e—=2Cu
减小
增大
不变
增大
增大
减小
H2O
HCl
CuCl2
HCl
CuO
电解水型！
电解电解质型！
放氧生酸型！
放氢生碱型！
50
只放氢pH升；
只放氧pH降；
放氢放氧浓度增；
无氢无氧少本身。
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电解原理的应用
1、镀铜反应原理
阳极(纯铜)：Cu-2e—=Cu2+，
阴极(镀件)：Cu2++2e—=Cu，
电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4 .
2、氯碱工业反应原理
阳极：2Cl--2e- =Cl2↑，阴极：2H++2e- =H2↑
2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑
3、电解精炼反应原理(电解精炼铜)
粗铜中含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等
阳极(粗铜)：Cu-2e- = Cu2+，
（Zn-2e- = Zn2+， Fe-2e- = Fe2+，等）
阴极(精铜)： Cu2++2e- =Cu↓，
电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4。
Zn2＋、Ni2＋等 阳离子得电子能力小于Cu2+而留在电解质溶液中。金属活动顺序排在Cu后的Ag、Pt、Au等失电子能力小于Cu，以金属单质沉积于阳极，成为“阳极泥”。
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08广东22（4）黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法精制。请简述粗铜电解得到精铜的原理：　　　　　。
以硫酸铜－硫酸溶液为电解液。电解时，粗铜（阳极）中的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液，不如铜活泼的金属沉入电解槽形成“阳极泥”；溶液中的Cu2+得到电子沉积在纯铜（阴极）上。
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总结:原电池、电解池、电镀池的比较 ***
化学能转变成电能的装置。
将电能转变成化学能的装置。
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。
①活动性不同两电极
②电解质溶液
③形成闭合回路
①两电极接直流电源
②电极插入电解质溶液
③形