化學(xué)選修4（化學(xué)反應(yīng)原理）所有重點知識點與方程式（特別是電化學(xué)部分）

【專家解說】：第一節(jié) 原電池 1、概念： 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池_______ 2、組成條件：①兩個活潑性不同的電極② 電解質(zhì)溶液③ 電極用導(dǎo)線相連并插入電解液構(gòu)成閉合回路3、電子流向：外電路： 負 極——導(dǎo)線—— 正 極 內(nèi)電路：鹽橋中 陰 離子移向負極的電解質(zhì)溶液，鹽橋中 陽 離子移向正極的電解質(zhì)溶液。 4、電極反應(yīng)：以鋅銅原電池為例：負極： 氧化 反應(yīng)： Zn－2e＝Zn2＋ （較活潑金屬）正極： 還原 反應(yīng)： 2H＋＋2e＝H2↑ （較不活潑金屬）總反應(yīng)式： Zn+2H+=Zn2++H2↑ 5、正、負極的判斷： （1）從電極材料：一般較活潑金屬為負極；或金屬為負極，非金屬為正極。（2）從電子的流動方向 負極流入正極 （3）從電流方向 正極流入負極 （4）根據(jù)電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動方向 陽離子流向正極，陰離子流向負極 （5）根據(jù)實驗現(xiàn)象①__溶解的一極為負極__② 增重或有氣泡一極為正極 第二節(jié) 化學(xué)電池1、電池的分類：化學(xué)電池、太陽能電池、原子能電池2、化學(xué)電池：借助于化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置3、化學(xué)電池的分類： 一次電池 、 二次電池 、 燃料電池 一、一次電池： 常見一次電池：堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鋰電池等二、二次電池 1、二次電池：放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生，可以多次重復(fù)使用，又叫充電電池或蓄電池。2、電極反應(yīng)：鉛蓄電池 放電： 負極（鉛）：Pb＋ －2e ＝PbSO4↓正極（氧化鉛）：PbO2＋4H+＋ ＋2e ＝PbSO4↓＋2H2O充電： 陰極：PbSO4＋2H2O－2e ＝PbO2＋4H+＋ 陽極：PbSO4＋2e ＝Pb＋ 兩式可以寫成一個可逆反應(yīng)：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O 3、目前已開發(fā)出新型蓄電池：銀鋅電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子電池三、燃料電池 1、燃料電池： 是使燃料與氧化劑反應(yīng)直接產(chǎn)生電流的一種原電池 2、電極反應(yīng)：一般燃料電池發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃燒產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃燒反應(yīng)寫出總的電池反應(yīng)，但不注明反應(yīng)的條件。，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，不過要注意一般電解質(zhì)溶液要參與電極反應(yīng)。以氫氧燃料電池為例，鉑為正、負極，介質(zhì)分為酸性、堿性和中性。當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時： 負極：2H2－4e =4H+ 正極：O2＋4 e 4H+ =2H2O當(dāng)電解質(zhì)溶液呈堿性時： 負極：2H2＋4OH－4e＝4H2O 負極：O2＋2H2O＋4 e＝4OH另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷燃料和氧氣氧化劑。電極反應(yīng)式為：負極：CH4＋10OH－－8e ＝ 7H2O；正極：4H2O＋2O2＋8e＝8 OH－。電池總反應(yīng)式為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O3、燃料電池的優(yōu)點：能量轉(zhuǎn)換率高、廢棄物少、運行噪音低四、廢棄電池的處理：回收利用第三節(jié) 電解池一、電解原理1、電解池： 把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置 也叫電解槽 2、電解：電流(外加直流電)通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)(被動的不是自發(fā)的)的過程 3、放電：當(dāng)離子到達電極時，失去或獲得電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程 4、電子流向：（電源）負極—（電解池）陰極—（離子定向運動）電解質(zhì)溶液—（電解池）陽極—（電源）正極 5、電極名稱及反應(yīng)： 陽極：與直流電源的 正極 相連的電極，發(fā)生 氧化 反應(yīng) 陰極：與直流電源的 負極 相連的電極，發(fā)生 還原 反應(yīng) 6、電解CuCl2溶液的電極反應(yīng)： 陽極：2Cl- -2e=Cl2 (氧化) 陰極：Cu2++2e=Cu(還原)總反應(yīng)式：CuCl2 =Cu+Cl2 ↑ 7、電解本質(zhì)：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程，就是電解質(zhì)溶液的電解過程☆規(guī)律總結(jié)：電解反應(yīng)離子方程式書寫：陽離子放電順序：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸電離的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 陰離子放電順序：是惰性電極時：S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根離子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)是活性電極時：電極本身溶解放電注意先要看電極材料，是惰性電極還是活性電極，若陽極材料為活性電極（Fe、Cu)等金屬，則陽極反應(yīng)為電極材料失去電子，變成離子進入溶液；若為惰性材料，則根據(jù)陰陽離子的放電順序，依據(jù)陽氧陰還的規(guī)律來書寫電極反應(yīng)式。 電解質(zhì)水溶液點解產(chǎn)物的規(guī)律類型 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)原分解電解質(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 HCl CuCl2 --- CuCl2放H2生成堿型 陰極：水放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 HCl放氧生酸型 陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：水放O2生酸 CuSO4 電解質(zhì)和水 生成新電解質(zhì) 減小 氧化銅電解水型 陰極：4H+ + 4e- == 2H2 ↑陽極：4OH- - 4e-= O2↑+ 2H2O NaOH 水 增大 增大 水 H2SO4 減小 Na2SO4 不變 上述四種類型電解質(zhì)分類：（1）電解水型：含氧酸，強堿，活潑金屬含氧酸鹽（2）電解電解質(zhì)型：無氧酸，不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）（3）放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽 二、電解原理的應(yīng)用 1、電解飽和食鹽水以制造燒堿、氯氣和氫氣（1）電鍍應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法（2）電極、電解質(zhì)溶液的選擇：陽極：鍍層金屬，失去電子，成為離子進入溶液 ； M— ne — == M n+陰極：待鍍金屬（鍍件）：溶液中的金屬離子得到電子，成為金屬原子，附著在金屬表面M n+ + ne — == M電解質(zhì)溶液：含有鍍層金屬離子的溶液做電鍍液鍍銅反應(yīng)原理： 陽極(純銅)：Cu-2e-=Cu2+，陰極(鍍件)：Cu2++2e-=Cu， 電解液：可溶性銅鹽溶液，如CuSO4溶液 （3）電鍍應(yīng)用之一：銅的精煉： 陽極：粗銅；陰極： 純銅電解質(zhì)溶液： 硫酸銅 2、電冶金（1）電冶金：使礦石中的 金屬陽離子 獲得電子，從它們的化合物中還原出來用于冶煉活潑金屬，如鈉、鎂、鈣、鋁（2）電解氯化鈉：通電前，氯化鈉高溫下熔融：NaCl == Na + + Cl—通直流電后：陽極：2Na+ + 2e— == 2Na 陰極：2Cl— — 2e— == Cl2↑☆規(guī)律總結(jié)：原電池、電解池、電鍍池的判斷規(guī)律 （1）若無外接電源，又具備組成原電池的三個條件。①有活潑性不同的兩個電極；②兩極用導(dǎo)線互相連接成直接插入連通的電解質(zhì)溶液里；③較活潑金屬與電解質(zhì)溶液能發(fā)生氧化還原反應(yīng)（有時是與水電離產(chǎn)生的H+作用），只要同時具備這三個條件即為原電池。（2）若有外接電源，兩極插入電解質(zhì)溶液中，則可能是電解池或電鍍池；當(dāng)陰極為金屬，陽極亦為金屬且與電解質(zhì)溶液中的金屬離子屬同種元素時，則為電鍍池。（3）若多個單池相互串聯(lián)，又有外接電源時，則與電源相連接的裝置為電解池成電鍍池。若無外接電源時，先選較活潑金屬電極為原電池的負極（電子輸出極），有關(guān)裝置為原電池，其余為電鍍池或電解池。 原電池，電解池，電鍍池的比較性質(zhì) 類別 原電池 電解池 電鍍池定義（裝置特點） 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置 將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置 應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一側(cè)層其他金屬反應(yīng)特征 自發(fā)反應(yīng) 非自發(fā)反應(yīng) 非自發(fā)反應(yīng) 裝置特征 無電源，兩級材料不同 有電源，兩級材料可同可不同 有電源 形成條件 活動性不同的兩極電解質(zhì)溶液形成閉合回路 兩電極連接直流電源兩電極插入電解質(zhì)溶液形成閉合回路 1鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接負極；2電鍍液必須含有鍍層金屬的離子 電極名稱 負極：較活潑金屬正極：較不活潑金屬（能導(dǎo)電非金屬） 陽極：與電源正極相連陰極：與電源負極相連 名稱同電解，但有限制條件陽極：必須是鍍層金屬陰極：鍍件 電極反應(yīng) 負極：氧化反應(yīng)，金屬失去電子正極：還原反應(yīng)，溶液中的陽離子的電子或者氧氣得電子（吸氧腐蝕） 陽極：氧化反應(yīng)，溶液中的陰離子失去電子，或電極金屬失電子陰極：還原反應(yīng)，溶液中的陽離子得到電子 陽極：金屬電極失去電子陰極：電鍍液中陽離子得到電子電子流向 負極→正極 電源負極→陰極電源正極→陽極 同電解池溶液中帶電粒子的移動 陽離子向正極移動陰離子向負極移動 陽離子向陰極移動陰離子向陽極移動 同電解池聯(lián)系 在兩極上都發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)☆☆原電池與電解池的極的得失電子聯(lián)系圖：陽極(失) e- 正極（得） e- 負極（失） e- 陰極（得）第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕和防護一、金屬的電化學(xué)腐蝕（1）金屬腐蝕內(nèi)容： （2）金屬腐蝕的本質(zhì)：都是金屬原子 失去 電子而被氧化的過程（3）金屬腐蝕的分類：化學(xué)腐蝕— 金屬和接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕 電化學(xué)腐蝕—不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)。比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的比較 電化腐蝕 化學(xué)腐蝕條件 不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸 金屬與非電解質(zhì)直接接觸現(xiàn)象 有微弱的電流產(chǎn)生 無電流產(chǎn)生 本質(zhì) 較活潑的金屬被氧化的過程 金屬被氧化的過程 關(guān)系 化學(xué)腐蝕與電化腐蝕往往同時發(fā)生，但電化腐蝕更加普遍，危害更嚴重（4）電化學(xué)腐蝕的分類： 析氫腐蝕——腐蝕過程中不斷有氫氣放出①條件：潮濕空氣中形成的水膜,酸性較強（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等氣體）②電極反應(yīng)：負極: Fe – 2e- = Fe2+ 正極: 2H+ + 2e- = H2 ↑ 總式：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 ↑吸氧腐蝕——反應(yīng)過程吸收氧氣①條件：中性或弱酸性溶液②電極反應(yīng)：負極: 2Fe – 4e- = 2Fe2+ 正極: O2+4e- +2H2O = 4OH- 總式：2Fe + O2 +2H2O =2 Fe(OH)2 離子方程式：Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 生成的 Fe(OH)2被空氣中的O2氧化，生成 Fe(OH)3 ， Fe(OH)2 + O2 + 2H2O == 4Fe(OH)3Fe(OH)3脫去一部分水就生成Fe2O3•x H2O（鐵銹主要成分）規(guī)律總結(jié)：金屬腐蝕快慢的規(guī)律：在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕 防腐措施由好到壞的順序如下：外接電源的陰極保護法＞犧牲負極的正極保護法＞有一般防腐條件的腐蝕＞無防腐條件的腐蝕二、金屬的電化學(xué)防護 1、利用原電池原理進行金屬的電化學(xué)防護 （1）犧牲陽極的陰極保護法 原理：原電池反應(yīng)中，負極被腐蝕，正極不變化 應(yīng)用：在被保護的鋼鐵設(shè)備上裝上若干鋅塊，腐蝕鋅塊保護鋼鐵設(shè)備 負極：鋅塊被腐蝕；正極：鋼鐵設(shè)備被保護 （2）外加電流的陰極保護法原理：通電，使鋼鐵設(shè)備上積累大量電子，使金屬原電池反應(yīng)產(chǎn)生的電流不能輸送，從而防止金屬被腐蝕應(yīng)用：把被保護的鋼鐵設(shè)備作為陰極，惰性電極作為輔助陽極，均存在于電解質(zhì)溶液中，接上外加直流電源。通電后電子大量在鋼鐵設(shè)備上積累，抑制了鋼鐵失去電子的反應(yīng)。 2、改變金屬結(jié)構(gòu)：把金屬制成防腐的合金 3、把金屬與腐蝕性試劑隔開：電鍍、油漆、涂油脂、表面鈍化等