朱杰鵬 衷明華

(韓山師范學院化學系，廣東 潮州 521041)

電化學與信息時代息息相關，翻閱了近幾年的高考卷，我們可以了解到電化學的相關知識點是極其重要的。但是，在目前看來，仍有很多考生將電化學題劃為是失分題。這使我很納悶，所以我借此機會來分析一下電化學的所有內容，希望看完后，考生們能有所收獲。

首先，大腦要先儲備金屬活動順序表中的金屬排列順序及離子排序及金屬由位置的不同所擁有的性質和氧化還原反應；其次，要理解原電池與電解池的不同(有電池相連的是電解池，無電池相連的是原電池)；再者，應理解電池的得失電子情況，具體表現(xiàn)為：原電池中正極得電子負極失電子；電解池中陽極失電子，陰極得電子。繼而，應理解電子的移動情況：電解池中陽陰、陰陽(陽極吸引陰離子，陰極吸引陽離子)；原電池中正陽負陰(正極吸引陽離子，負極吸引陰離子，最后，當讀完這份刊物后，要懂得獨立書寫各類電化學方程式。

一、常見考點歸納

1.原電池的構成條件；

2.原電池和電解池的電子轉移問題；

3.電極產物的判斷，溶液濃度的變化或酸堿性的變化；

4.電化學方程式的書寫；

5.原電池原理的應用。

二、基礎梳理

1.原電池的分類

1)電極為金屬與金屬或金屬與惰性材料(如：碳棒)

[1]當金屬與金屬為電極或者金屬與惰性材料時，較活潑的金屬做負極，且該活潑金屬能與電解質發(fā)生反應，此時負極是金屬失電子，正極是電解質中的氧化性較高的陽離子得電子：當金屬與惰性材料為電極時，情況與金屬與金屬情況相同。

[2]當活潑電極不跟電解質溶液發(fā)生反應時，此時該金屬發(fā)生的是金屬腐蝕(析氫腐蝕或吸氧腐蝕)，此時負極仍是金屬失電子，正極是O2得電子或H+得電子(當電解質溶液呈酸性時是H+得電子，當溶液呈堿性時是O2得電子)。

活學活用：在盛有稀硫酸的燒杯中放入用導線連接的鋅片和銅片，下列敘述正確的是( )。

A.正極附近的SO42-濃度逐漸增大

B.電子通過導線由銅片流向鋅片

C.正極有O2逸出

D.銅片上有H2逸出

解析：鋅片溶解，銅片上有氫氣放出；電子由鋅片流向銅片；SO42-向負極移動。

變式訓練：在盛有NaCl的燒杯中放入用導線連接的鐵片和銅片，請寫出正極上發(fā)生的反應方程式：____。

解析：這兩個電極都不會與電解質發(fā)生反應，故考慮金屬腐蝕。NaCl溶液呈中性，故正極考慮O2得電子，即正極反應方程式是O2+H2O+4e-=4OH-

[3]當正極為金屬，負極為某金屬氧化物時(如：鉛蓄電池)，且負極金屬失電子后形成的離子能繼續(xù)與溶液形成沉淀時，此時負極為金屬失電子，形成的離子再和溶液中的離子發(fā)生復分解反應。正極為某金屬氧化物得電子，若形成的物質能繼續(xù)跟電解質發(fā)生反應，則正極反應式為正極得電子，再發(fā)生復分解反應。下面我們以鉛蓄電池為例。

[鉛蓄電池]負極：鉛；正極：二氧化鉛；電解質溶液：硫酸溶液。

負極反應式為：Pb-2e-+SO42-=PbSO4+2H2O

正極反應式為：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

電池反應：

解析：正極PbO2得電子，那到底是Pb得還是O得呢？在這個化學式(PbO2)中，O是-2價，Pb是+4價，而得電子使得價態(tài)降低，故只能是Pb得電子，Pb得電子后價態(tài)降為+2價(Pb2+)會繼續(xù)跟溶液中得SO42-繼續(xù)發(fā)生反應生成PbSO4。而溶液中不存在O2-，且溶液呈酸性，故O2-與電解質中的H+發(fā)生反應，形成水，故正極反應式如上。

2)電極均為惰性電極且該原電池是燃料電池，則負極為該燃料失電子，正極一般為O2得電子，下面我們以例子來進行說明。

例1：H2/O2燃料電池采用海水作電解質(加入一定量的酸)，下列說法不正確的是( )。

A.此燃料電池的總反應為：2H2+O2=2H2O

B.正極發(fā)生的電極反應為：

O2+4e-+4H+=2H2O

C.工作時，正極周圍海水的pH下降

D.電池工作時，溶液中的H+向正極移動

答案：C

例2：在堿性介質中以CH4為燃料的燃料電池的正極反應式為2O2+4H2O+8e-=8OH-，請寫出該燃料電池的負極反應方程式：____。

解析：該電池為燃料電池，故負極為燃料失電子，即CH4失電子。又電解質溶液呈堿性，故負極反應方程式為CH4+10OH--8e-=7H2O+CO32-

2.原電池原理的應用

1)比較不同金屬的活動性強弱

根據原電池原理可知，在原電池反應過程中，一般活動性強的金屬作負極，而活動性弱的金屬(或碳棒)作正極。

2)加快反應速率

原電池可以加快化學反應速率。如鋅和稀硫酸反應制取氫氣時，可向溶液中滴加少量硫酸銅，形成銅-鋅原電池，加快反應進行。

3.電解池

1)電解原理

[1]與外界電源正極相連—陽極—氧化反應(失電子)—吸引陰離子。

[2]與外界電源負極相連—陰極—還原反應(得電子)—吸引陽離子。

2)兩極放電順序

[1]若陽極為活性金屬(金屬活動順序表Pt之前的金屬)，則金屬失電子，電極被溶解；若是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則溶液中陰離子失電子，陰離子放電順序：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-。

[2]在陰極，陽離子放電，順序與金屬活動性順序表相反：

3)以惰性電極電解電解質溶液的類型

電解水型：含氧酸(如H2SO4)、強堿(如NaOH)、活潑金屬含氧酸鹽(如KNO3、Na2SO4)。

分解電解質型：無氧酸(如HCl)，除HF外、不活潑金屬的無氧酸鹽(如CuCl2)，除氟化物外。

放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)。

放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4)。

綜上可知，若想讓電解質復原，只需加入電解后從溶液中出來的物質(氣體和沉淀)即可，如電解H2SO4溶液，從溶液中出來的是H2和O2，相當于電解水，故只需往溶液中加入適當的水(具體多少得算)。

4.電解原理的應用

1)電解飽和食鹽水

陽極反應式：2Cl--2e-=Cl2↑

陰極反應式：2H++2e-=H2↑

總反應式：2NaCl+2H2O=Cl2↑+H2↑+2NaCl

應用：氯堿工業(yè)制Cl2、H2和NaCl。

2)電鍍或電解精煉銅

[1]待鍍金屬或精銅作陰極；鍍層金屬或粗銅作陽極。

[2]電極反應：

陽極：Cu-2e-=Cu2+

陰極：Cu2++2e-=Cu

3)冶煉金屬(以冶煉Na為例)

[1]電極反應：

陽極：2Cl—2e-=Cl2↑

陰極：2Na++2e-=2Na

[2]總反應式：2NaCl(熔融)=電解=2Na+Cl2↑

應用：冶煉鈉、鎂、鋁等活潑金屬。

前面我們講了金屬會發(fā)生腐蝕，那么，學了1～4的內容后，我們現(xiàn)在來說一下怎么進行金屬的保護(防護)。

5.金屬的防護

1)加防護層，如涂油漆、覆蓋陶瓷、電鍍、金屬鈍化等。

2)改變金屬的內部結構，如將普通鋼制成不銹鋼。

3)電化學保護法。

①犧牲陽極的正極(陰極)保護法——利用原電池原理，正極被保護。如在被保護的鋼鐵設備上裝上若干較活潑的金屬如鋅，讓在被保護的金屬作原電池的正極。

②外加電源的陰極保護法——利用電解池原理，陰極被保護。如用被保護的鋼鐵設備作陰極，惰性電極作陽極，外接直流電源。

關于電化學的知識點大致就這些了，面對其他題型，只要上面的知識點學透了，電化學的題就是送分題。接下來，我來提煉近幾年的高考題讓你鞏固一下。

例(2014年廣東高考)11.某同學組裝了如圖所示的電化學裝置，電極Ⅰ為Al，其它均為Cu，則( )。

A電流方向：電極Ⅳ→A→電極Ⅰ

B.電極Ⅰ發(fā)生還原反應

C.電極Ⅱ逐漸溶解

D.電極Ⅲ的電極反應：Cu2++2e-=Cu

答案：A；解析：略。

圖 電化學裝置

例(2013年廣東高考)33.能量之間可以相互轉化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率。

圖 原電池的裝置示意圖

限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；

銅片，鐵片，鋅片和導線。

①完成原電池的裝置示意圖，并作相應標注。要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。

②銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極____。

③甲乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉化為電能的是____，其原因是____。

④根據犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，在材料中應選____作陽極。

解析：由題給試劑，結合原電池的形成條件可知可以組合的原電池可以是：鋅銅、鋅鐵、鐵銅原電池。由圖示所給電子移動方向可知左邊為負極(活潑金屬)、右邊為正極(不活潑金屬)，則組裝的原電池可以如下：

圖 組裝的原電池

由所給的電極材料可知，當銅片做電極時，銅片一定是正極，則負極是活潑的金屬(失電子發(fā)生氧化反應)，反應的現(xiàn)象是電極逐漸溶解。以Zn和Cu做電極為例，如果不用鹽橋則Zn與CuSO4反應，置換出的Cu附著在Zn表面，阻礙了Zn與CuSO4的接觸，不能提供穩(wěn)定電流。根據犧牲陽極的陰極保護法，可知被保護的金屬作陰極，即Zn作為陽極。

答案：(裝置圖如下)；電極逐漸溶解；甲；可以避免活潑金屬如Zn和CuSO4的接觸，從而提供穩(wěn)定電流；Zn。

圖 原電池的裝置示意圖

例(2011廣東高考)12.某小組為研究電化學原理，設計如圖裝置。下列敘述不正確的是( )。

A.a和b不連接時，鐵片上會有金屬銅析出

B.a和b用導線連接時，銅片上發(fā)生的反應為：Cu2++2e-=Cu

C.無論a和b是否連接，鐵片均會溶解，溶液從藍色逐漸變成淺綠色

D.a和b分別連接直流電源正、負極，電壓足夠大時，Cu2+向銅電極移動

圖 化學原理裝置

解析：A.發(fā)生置換反應，正確。B.形成原電池，銅片作正極，溶液中Cu2+先放電，正確；鐵片作負極失去電子形成Fe2+，溶液從藍色逐漸變成淺綠色，所以C正確。D.a和b分別連接直流電源正、負極，a作陽極，銅片失去電子形成為Cu2+。Cu2+向鐵電極移動。錯誤。

例(2011年廣東高考)32(4)鍍鋁電解池中，金屬鋁為____極，熔融鹽電鍍中鋁元素和氯元素主要以AlCl4―和Al2Cl7―形式存在，鋁電極的主要電極反應式為____。

例(2011年廣東高考)32(5)鋼材鍍鋁后，表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕，其原因是：____。

答案：(4)陽極；陽極：Al-3e-=Al3+

陰極：4Al2Cl7―+3e-=7AlCl4―+Al。

(5)鋁在空氣中易形成一層極薄的致密而堅固的氧化膜，它能阻止氧化深入內部，起到防腐保護作用。

從上面幾個高考電化學題來看，高考題其實并不難，只要掌握了上面的知識點，高考電化學就沒什么可怕的。