高中化學選擇性必修一（2019人教版）第四章化學反應與

電能知識清單

4.1原電池

一、原電池的工作原理

（一）定義：將化學能轉化能電能的裝置

（二）本質：氧化還原反應

（三）工作原理：以銅-鋅原電池為例

電極：Zn—負極，Cu—正極

工作原理:負極一失電子一發生氧化反應一電子通過導線流向正極一正極一得電子一發生還

原反應

溶液中：陰離子一負極，陽離子一正極

外電路一電子導電，內電路一離子導電

,負極：Zn—2e-=Z?+鋅片逐漸溶解

電極反應:總反應：2+2+

〔正極：+2"=c〃有紅色銅析出Zn+Cu=Zn+Cu

注：1、鹽橋的作用：（1）成分：含瓊膠的KC1飽和溶液

（2）作用：①構成通路，代替兩溶液直接接觸②平衡電荷：K+-

正極，C1-＞負極

（3）優點：隔離氧化劑和還原劑，不同區域實現電子定向移動，產生

持續、穩定的電流

2、電子只能在兩極和外電路中流動，不可能進入溶液中。即“電子不下水，離子不上岸”

3、溶液中是由電解質溶液中的陰陽離子定向移動形成閉合回路的

（四）條件：兩極一液一連線，氧化還原是條件

1、兩個能導電的電極——正極和負極：

兩極的構成情況:①活潑性不同的兩種金屬②金屬和非金屬③金屬和化合物④惰性

電極：Pt、C

注：（1）很活潑的金屬單質一般不作原電池的負極，如：K、Ca、Na等

（2）有些原電池的兩極活潑性相同，如燃料電池

2、要有電解質溶液或熔融的電解質

電解質溶液的情況：

（1）電解質溶液一般要能夠與負極發生反應

（2）電解質溶液中溶解的其他物質能與負極發生反應（如：02）

（3）特殊：有鹽橋時，左右兩個容器中的電解質溶液應選擇與電極材料相同的陽離子溶液

3、形成閉合回路的情況：（1）導線相連（2）電極直接接觸

4、氧化還原反應：氧化還原反應是自發進行的，但自發進行的氧化還原反應不一定都能設

計成原電池

（五）原電池的判斷一一四看

1、看電極一一兩極為導體且存在活潑性差異（燃料電池的電極一般為惰性電極）

2、看溶液——兩極插入電解質溶液中

3、看回路一一形成閉合回路或兩極直接接觸

4、看本質一一有無氧化還原反應發生

（六）正負極的判斷方法：

1、電極反應：負極一氧化反應，正極一還原反應

2、電子或電流的流向：電子：負一正；電流：正一負

3、離子流向：陽離子一正極，陰離子一負極；即“正向正，負向負”

4、電極材料：活潑金屬作負極，不活潑金屬、金屬氧化物、非金屬作正極

注：不能簡單的依據金屬的活潑性來判斷，要看反應的具體情況

5、其他：質量增加-*正極，質量減少f負極，氣體f正極，pHff正極

（七）電極反應式的書寫

1、分析電極反應：負極氧化反反‘"四->氧化產物,正極.至愿區電號叫一》還原產物

2、注意電解質溶液環境：電極產物在電解質溶液中應穩定存在

①堿性介質中，若生成H+,結合OH—HO

②酸性介質中，若生成OH-,結合H+TH?。

③堿性介質中，若生成CO2，結合OH--CChi

④堿性介質中，若生成金屬陽離子，則可能會結合OH一沉淀M（OH）n

3、遵守三大守恒：質量守恒、電荷守恒、轉移電子守恒

4、兩極反應式疊加得總反應式，總反應式減去其中一個電極反應式，可得另一個電極的反

應式

5、規律：①一般來說，金屬作負極的原電池

負極：酸性或中性介質中：M—ne-Mn+

堿性介質中：M—ne-+nOH=M（OH）n

正極：酸性介質中：2H++2e=H2t

陽離子與金屬反應的介質中：Nx++xe-=N

陽離子不與金屬反應的介質中：O2+4e+2H2O=4OH-

②特殊：鋁鎂氫氧化鈉電解質，鋁銅濃硝酸電解質

注：電極反應式中若有氣體生成，需加“t”；若有固體生成，一般不標“3”

（八）原電池的設計

1、先將已知的氧化還原反應拆分為兩個半反應

2、根據原電池的電極反應特點，結合兩個半反應，找出正負極材料及電解質溶液

3、按要求畫出原電池裝置圖

（九）應用

1、形成原電池，可以加快氧化還原反應的反應的速率

2、通過原電池的電極，可以比較金屬活潑性強弱

3、設計化學電源

4、保護金屬設備：被保護金屬作正極

二、化學電源

(一)分類：

一次電池：就是放電后不可再充電的電池。隨著使用，一次電池中能發生氧化還原反應的物

質逐漸被消耗，當這些物質被消耗到一定程度時，電池就不能繼續使用了。一次

電池中電解質溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池。

二次電池：又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復使用的電池。即它在

放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行(一般通過充電器將交流

電轉變為直流電進行充電)，使電池恢復到放電前的狀態。這樣可以實現將化學

能轉變為電能(放電)，再由電能轉變為化學能(充電)的循環。

燃料電池：是一種連續的將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能的化學電池。

(二)優點：

1、化學電池的能量轉化效率較高，供能穩定可靠

2、可以制成各種形狀、大小和容量不同的電池及電池組

3、方便攜帶，易于維護

(三)判斷電池優劣的主要標準：

1、比能量：電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少

2、比功率：輸出功率的大小

3、電池可儲存時間的長短

(四)一次電池一一普通鋅鎰電池、堿性鋅鎰電池、鋅銀電池

1、普通鋅鎰干電池

(1)電極材料及電極反應：負極：鋅筒Zn-2e-=Zn2+

正極：石墨2NH4++2MnC)2+2e-=2NH3t+Mn2O3+H2O

總反應：Zn+2MnC)2+2NH4cl=ZnCb+2NH3t+M112O3+H2C)

(2)電解質：MnO2>NH4CI、ZnCb、淀粉等調成糊狀

(3)缺點：新電池會自動放電，鋅皮腐蝕逐漸變薄、放電后電壓下降較快、電量小、易氣

脹或漏液、存放時間縮短不易長時間連續使用

(4)優點：制作簡單，價格便宜

2、堿性鋅銃電池

(1)電極材料及電極反應：負極：鋅筒Zn-2e+2OH=Zn(OH)2

正極：MnO22MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)(氫氧化氧鎰)+20H-

(MnO2作為正極反應物，得電子被還原為MnO(OH))

總反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

(2)電解質：將NH4cl換成濕的KOH

(3)優點：比能量和可儲存時間均有所提高，是普通干電池的升級換代產品

(五)二次電池(可充電電池)

舉例：鉛酸蓄電池

1、電極材料：負極：Pb正極：PbO2電解質：H2s04

2

2、電極反應式：負極：Pb-2e+SO4=PbSO4

+2

正極：PbO2+4H+2e+SO4-=PbSO4+2H2O

總反應：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

3、工作特點：電壓穩定，使用方便，安全可靠，價格低廉；但比能量低，笨重，廢棄電池

污染環境

4、接線方式：充電時，待充電電池的負極要接電源的負極，待充電電池的正極要接電源的

正極，即正接正，負接負

注：放電：化學能轉化為電能；充電：電能轉化為化學能

（六）燃料電池

1、工作原理

連續將氫氣、燒、臟、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體燃料和氧化劑的化學能轉換為電能。

電極本身不包含活性物質,不參與氧化還原反應。工作時,燃料和氧化劑連續地由外部供給，

在電極上不斷地進行反應，生成物不斷被排除

2、特點：

（1）燃料電池中，燃料（還原性氣體等）作負極，發生氧化反應，氧化劑（通常為氧氣）

作正極發生還原反應

（2）燃料電池的電極材料一般為惰性電極，具有很強的催化活性，如鉗電極、活性炭電極

等

（3）燃料電池在使用過程中，并沒有發生燃料與氧化劑之間的直接燃燒，而是在兩極之間

發生了放電，將化學能轉化

為電能

（4）燃料的燃燒是一種劇烈的氧化還原反應，而燃料電池則是平穩的氧化還原反應

（5）燃料直接燃燒時，大量的熱能釋放到空氣中，利用率低；燃料電池工作時，能量轉化

率較高，是一種高效、環境友好的發電裝置

（6）燃料電池的反應物并不儲存在電池內部，而是由外設裝備提供燃料和氧化劑

3、燃料電池與一般化學電池的區別

一般化學電池的活性物質儲存在電池內部，故而限制了電池的容量，而燃料電池的電極

本身不包含活性物質，只是一個催化轉化元件。它工作時,燃料和氧化劑連續地由外部供給，

在電極上不斷地進行反應，生成物不斷地被排除，于是電池就連續不斷地提供電能

4、優點

燃料電池的能量轉化率超過80%,遠高于普通燃燒過程（能量轉化率僅30%多），可以

持續使用，噪音低，不污染環境。既有利于節約能源，又綠色環保，具有廣闊的發展前景,

被譽為“綠色發電站”

5、種類

（1）氫氧燃料電池

電解質酸性中性堿性

++

負極反H2-2e-2HH2-2e-2HH2-2e+2OH-2H2O

應

+

正極反O2+4e+4H=2H2OO2+4e+2H2O=4OH-O2+4e+2H2O=4OH

應

總反應2H2+O2=2H2O

（2）甲烷燃料電池

電解質

H2SO4KOH

負極反

CH4-8e+2H2OCO2+8H+CH-8e+10OH-CO32+7HO

應42

正極反

O+4e+4H+=2HOO+4e+2HO=4OH-

應2222

2

總反應CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2OH-=CO3+3H2O

（3）甲醇燃料電池

電解質H2SO4KOH

負極反

CHOH-6e+HO=CO+6H+CH3OH-6e-+8OH-CO2+6HO

應32232

正極反

O+4e+4H+=2HOO+4e+2HO=4OH-

應2222

2

總反應2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O2CH3OH+3O2+4OH-2CO3+6H2O

（4）熔融鹽電池

例如：用Li2c。3和Na2c。3的熔融鹽混合物作電解質的燃料電池，CO為燃料，空氣與CO2

的混合氣為助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，在工作過程中，電解質熔融鹽

的組成、濃度不變

22

電極反應式：負極：2CO+2CO3-4e=4CO2正極：O2+2CO2+4e=2CO3-總反

應：2co+O2=2CC）2

6、燃料電池中常見正極反應式的書寫

+

（1）在酸性溶液中：O2+4e+4H=2H2O

（2）在堿性或中性溶液中，C）2+4e-+2H2O=4OH-

（3）在熔融碳酸鹽中，O2+2CO2+4e-=2CO32-

（4）在可傳導。2-的晶體電解質中（例如：摻雜（丫2。3）氧化鈕的（ZrO2）氧化錯晶體）：

2

O2+4e-2O-

注：燃料電池的總反應就是各種物質的燃燒反應，但不寫反應條件

4.2電解池

一、電解池

（一）電解的定義：使電流通過電解質溶液（或熔融電解質）而在陽極、陰極引

起氧化還原反應的過程。

（二）電解池的定義：將電能轉變為化學能的裝置，也稱電解槽

（三）構成條件：兩極一液一電源，氧化還原是條件

注：電解法是一種強氧化還原手段，可以完成一個不自發的氧化還原反應

1、兩極

（1）陰極一一負極一一陽離子一一還原反應

（2）陽極一一正極一一陰離子一一氧化反應

注：陽極分為兩種：（1）活性電極：電極自身放電即電極自身發生氧化反應，如：Fe、Cu、

Ag

（2）惰性電極：電極自身不反應，由電解質中的陰離子發生氧化反應。

如：Au、Pt、C

2、電解質溶液

3、外接電源

4、能發生氧化還原反應：可以是自發的反應，也可以是非自發的反應

（四）工作原理（以電解CUC12溶液為例）

電極名稱陰極陽極

電極材料石墨石墨

電極反應Cu2++2e=Cu2C1—2e=Cbt

反應類型還原反應氧化反應

總反應電解

CuCl2-....~Cu+Cl2t

有刺激性氣味的氣體，使濕潤的淀粉KI試

反應現象有紅色物質產生

劑變藍

電子流向負極f陰極，陽極f正極

電流流向正極f陽極，陰極f負極

離子走向陽離子一陰極，陰離子f陽極

注：放電：離子得失電子發生氧化還原反應的過程+

（五）電極的放電順序

1、陽極：h

（1）活性電極：Fe>Cu>Ago反應方式：M-ne-=Mn+石墨—年二三—石墨

Fe-2e=Fe2+>Cu-2e-=Cu2+^Ag-e-=Ag+極）藤（a極）

（2）惰性電極：Au、Pt、Co溶液中的陰離子放電曇浮凌

常見放電順序：活性電極>S*>r>Br->cr>OH->含氧酸根>尸CuCb溶液

+

2I-2e-I22Br-2e-Br22Cl-2e-C122H2O-4e-4H+O2t

2、陰極：

常見陽離子放電順序：金屬活動性順序的倒序

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（?）>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

最常見的陰極產物有Ag、Cu、H2

2++

Ag++e=AgCu+2e-Cu2H+2e-H2t或2H2O+2e=H2t+2OH'

注：在電鍍時，通過控制條件，Fe?+和Zd+的得電子能力會強于酸中的H+,即濃度越大,

得電子能力越強

（六）電解方程式的書寫

看電極一找離子一分陰陽一排順序一寫反應

注：1、必須在總反應方程式的“==”上標明“通電”或“電解”

2、只是電解質被電解，電解化學方程式中只寫電解質及電解產物，無關的不寫

（七）惰性電極電解規律

電解質PH恢復原

類物質類型及電解對

電極反應特點濃度變值濃度的

型實例象

化變化方法

陰極：2HO+2e=Ht強堿

22增大

+2OH-(NaOH)

電

陽極：含氧酸

解減小

2H2。―4e=4H++O2t（H2so4）水增大水

水

電解活潑金屬含氧酸

型2HO---------2Hf+0

222鹽（KN03、不變

tNa2so4）

自無氧酸增大

身（HC1）

電解質電離出的陰陽電解質/口電解

電不活潑金屬無氧減小

離子分別在兩極放電本身質本身

解酸鹽（CuC12）/

型

陰極：2H2O+2e-=H2t生成新

放

+2OH-生成堿電解

氫活潑金屬的無氧

電解質質，原加氯

生酸鹽(NaCl、增大

陽極：電解質陰離子放和水電解質化氫

堿MgCL)

電濃度減

型

小

陰極：電解質陽離子放生成新

放

電電解

氧不活潑金屬的含加對應

陽極：電解質質，原

生氧酸鹽(CuSO>減小的氧化

2HO-4e=4H++Ot4和水電解質

酸22AgN0)物(CuO)

生成酸3濃度減

型

小

注:常考的電解池反應式:惰性電極的情況下，電解強堿、含氧酸、活潑金屬含氧酸鹽(KNO3、

)

Na2so4、HCkCuCl2>

NaCkMgCL、CuSO4>AgNO3

1、惰性電極的情況下，電解強堿、含氧酸、活潑金屬含氧酸鹽(KNO3、Na2so

陰極：2H2O+2e-=H2t+2OH陽極：2H4e=4H++O2t

由解

總反應：2H2O=2H2t+02t

+

2、惰性電極的情況下,電解HC1：陰極：2H+2e-=H2t陽極：2C1-2e-=CLt

由解

總反應：2HC1=H2t+C12t

3、惰性電極的情況下，電解CuCb溶液：陰極：Cu2++2e=Cu陽極：2CY-2e=Cht

電解

總反應：CuCl2Cu+Cbt

4、惰性電極的情況下，電解NaCl溶液：

陰極：2H2<D+2e-=H2t+20H-陽極：2C1-2e=Cl2t

一電解

總反應：2H2O+2C1-=C12t+H2t+20H-

5、惰性電極的情況下，電解MgCb溶液：

陰極：2H2。+2&=mt+20H-陽極：2Cr-2e-=Cbt

電解

2+

總反應：Mg+2H2O+2C1-Cht+H2t+Mg(OH)2

6、惰性電極的情況下，電解CuSCU溶液：

2++

陰極：Cu+2e-=Cu陽極：2H2O-4e=4H+O2t

申解

總反應：28++2比0---------2CU+4H++C)2t

7、惰性電極的情況下，電解AgNCh溶液：

電解

陰極：Ag++b=Ag陽極：2H2O—4e-=4H++O2t總反應：4Ag++2H2(D^^4Ag+4/+。2

(A)電解池與原電池的比較

原電池電解池

能量轉化化學能f電能電能f化學能

反應能否自發自發進行的氧化還原反應非自發進行的氧化還原反應

進行

構成裝置兩極、電解質、導線兩極、電解質、電源

電極名稱負極正極陰極（與負極相連）陽極（與正極相

連）

電極反應失電子一氧化得電子一還原得電子一還原反應失電子一氧化反

反應反應應

電子流向負極f外電路f正極負極f陰極，陽極f正極

電流流向正極f外電路f負極正極f陽極，陰極f負極

離子流向陽離子一正極，陰離子一負陽離子一陰極，陰離子f陽極

極

小結：原電池與電解池的電極反應：負陽氧，正陰還

原電池的離子走向：正向正，負向負；電解池的離子走向：陰陽相吸

二、電解原理的應用

（一）氯堿工業一電解飽和食鹽水制燒堿和氯氣

1,原理：陰極：2H2O+2e=H2T+20H-

陽極：2C1—2e-=Cl2f

_電解

總反應：2cr+2壓0^^2OIT+CLt+H2t

2、現象及檢驗：

陰極：有無色、無味氣泡產生，滴加酚酥一一變紅

陽極：有黃綠色、刺激性氣味的氣體產生，使濕潤的淀粉KI試

紙變藍

3、陽離子交換膜的作用

（1）將電解池隔成陽極室和陰極室，只允許陽離子（Na+、H+）寓子交換膜法電解原理示意圖

通過，而阻止陰離子（Cl\0H）和氣體通過

（2）既能防止陰極產生的H2和陽極產生的C12相混合，而引起爆炸，又能避免C12和NaOH

作用生成NaClO而影響燒堿的質量

（二）電鍍

1、定義：利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加工工藝

2、目的：使金屬增強抗腐蝕能力，增加美觀和表面硬度

3、電鍍池的構成:

陰極：待鍍金屬一一鍍件

陽極：鍍層金屬（通常是一些在空氣或溶液里不易起變化的金屬（如Cr、Ni、Ag和合金（如

黃銅）））

電解質溶液：含有鍍層金屬陽離子的電解質溶液一一電鍍液

4、實例：鐵上鍍銅

5、特點：一多一少一不變

一多：陰極上有鍍層金屬沉積

一少：陽極上鍍層金屬溶解

一不變：電解質溶液濃度不變

CuSO.溶液

（三）電解精煉銅電鍍銅實驗裝置

1、裝置：如圖

2、原理：

陽極：Cu—2e-=Cu2+

（Zn—2e=Zn2+、Fe-2e-Fe2+.Ni—2e-Ni2+）

陽極泥成分：Au、Ag

陰極：Cu2++2e-=Cu

（電解質溶液濃度減小，因為mcu（溶解）<mcu<析出））

（四）電冶金

1、金屬冶煉：使礦石中的金屬離子獲得電子變成金屬單

質的過程。Mn++ne-M

2、特點：電解是最強有力的氧化還原手段電解精煉銅原理

3、適用范圍：制取活潑金屬單質。如：Na、Ca、Mg、Al等

4、實例：電解熔融NaCl制備單質Na

+總反應：2NaCl（熔融）=^^=2Na+Clt

陰極：Na+e-Na陽極：2C1—2e-Cl2t2

5、常見金屬的冶煉方法:

熱還原法（常見還原劑：c、co、熱分解物理方

電解法（熔融態）

H2、Al）法法

K、Ca、Na、Mg、

Zn>Fe>Sn、Pb>CuHg、AgPt>Au

Al

4.3金屬的腐蝕與防護

一、金屬的腐蝕

（一）定義：金屬或合金與周圍的氣體或液體發生氧化還原反應而引起損耗的現象

（二）特征：金屬被腐蝕后，在外形，色澤以及機械性能方面會發生變化

（三）本質：金屬失電子變成陽離子發生氧化反應。M-ne=Mn+

（四）類型：化學腐蝕和電化學腐蝕

1、化學腐蝕

（1）定義:金屬與其表面接觸的一些物質（如。2、CL、S02等）直接反應而引起的腐蝕

（2）本質：金屬失電子被氧化。

（3）舉例：鐵與氯氣直接反應而腐蝕；輸油、輸氣的鋼管被原油、天然氣中的含硫化合物

腐蝕

（4）特點：無電流產生，化學腐蝕的速度隨溫度升高而加快。例如：鋼材在高溫下容易被

氧化，表面生成由FeO、Fe2O3,FesCU組成的一層氧化物。

2、電化學腐蝕

（1）定義：不純的金屬與電解質溶液接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化

反應而被腐蝕，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。

（2）本質：較活潑的金屬失去電子被氧化

（3）舉例：鋼鐵制品在潮濕空氣中的銹蝕就是電化學腐蝕

（4）特點：有微弱的電流產生

注：化學腐蝕與電化學腐蝕的聯系：化學腐蝕和電化學腐蝕往往同時發生，但電化學腐蝕更

普遍，危害更大，腐蝕速

率更快

3、鋼鐵的電化學腐蝕

（1）原電池的組成：負極：鐵正極：碳電解質：潮濕空氣

（2）種類：根據鋼鐵表面水膜的酸性強弱分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕

①析氫腐蝕：在酸性環境中，由于在腐蝕過程中不斷有H2放出，所以叫做析氫腐蝕。

水膜酸性較強：負極：Fe—2e=Fe2+