第4章 氧化还原反应和电化学（知识清单） 化学沪科版2020选择性必修1

第4章 氧化还原反应和电化学 知识点1 氧化还原反应 ◆一．反应特征 是反应前后有元素化合价发生变化的反应。 ◆二．反应本质 氧化还原的本质： ;判断依据：........................................... 氧化剂: 电子，化合价 ;具有 ；在反应中 ；在反应中的生成物叫 ； 还原剂： 电子，化合价 ;具有 ；在反应中 ；在反应中的生成物叫 ； 电子转移的方向和数目 【注意】：1箭头由失电子的元素指向........................................ 2 箭头的方向已经表示电子转移的方向，所以“桥”上无需在标得失，只需表明电子转移的总数即可。 ◆三、反应规律 1. 常见的氧化剂和还原剂 （1）氧化剂： H2SO4(浓) （2）还原剂： C...................................................................... 2. 氧化性和还原性强弱的比较 （1）根据氧化还原反应发生的规律来判断：氧化还原反应可用如下式子表示： ( → ) 规律：反应物中氧化剂的氧化性 生成物中氧化产物的氧化性，反应物中还原剂的还原性 生成物中还原产物的还原性。 3. 根据元素在周期表中位置判断： 1）对同一周期金属而言，从左到右其金属活泼性依次 。如Na、Mg、A1金属性依次减弱，其还原性也依次减弱。 2）对同主族的金属而言，从上到下其金属活泼性依次 。如Li、Na、K、Rb、Cs金属活泼性依次增强，其还原性也依次增强。 3）对同主族的非金属而言，从上到下其非金属活泼性依次 。如F、Cl、Br、I非金属活泼性依次 ，其氧化性也依次 。 一般来说，越活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越 ，其阳离子得电子还原成金属单质越 ，氧化性越 ；反之，越 的金属，失电子氧化成金属正离子越 ，其阳离子得电子还原成金属单质越 ，氧化性越 。 ( K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb，(H)、Cu、Hg、Pt、Au 金属的活动性逐渐减弱（还原性逐渐减弱） ) ( K ＋ 、Ca 2＋ 、Na ＋ 、Mg 2＋ 、Al 3＋ 、Zn 3＋ 、Fe 2＋ 、Sn 2＋ 、Pb，(H ＋ )、Cu 2＋ 、Hg 2＋ 、Ag ＋ 氧化性逐渐增强 ) 一般来说，越活泼的非金属，得到电子还原成非金属负离子越 ，其负离子失电子氧化成单质越 ，还原性越 。 4. 根据原电池和电解池的电极反应 在原电池中，作 的金属的还原性一般比作正极金属的还原性 。 在电解过程中，氧化性越强的 优先在 放电，还原性强的 优先在 放电. 5. 根据外界条件 浓度越大，相应性质强些。如：浓、稀硫酸 ，浓、稀硝酸的氧化性。 温度高时，一般氧化性或还原性强些。如;硝酸盐在高温下是强氧化剂，KClO3，KMnO4与浓盐酸反应制氯气不需要加热，二氧化锰和浓盐酸需加热才能反应。 一般来说，氧化剂在酸性介质中氧化性强些。如：酸性高锰酸钾溶液是常用的强氧化剂。 6. 根据被氧化或被还原的程度来判断： 如：Cu +Cl2CuCl2 ，2Cu +SCu2S即氧化性：。 又如：2HBr+H2SO4(浓) Br2+SO2+2H2O，8HI+H2SO4(浓)4I2+H2S +4H2O，即有还原性：。 7. 氧化还原反应中的几种守恒 守恒规律 (1) ：即反应前后各元素种类不变，各元素原子数目，种类，质量不变。 (2) ：有离子参加的氧化还原反应中，反应前后离子所带电荷总数相等。 (3) ：即化合价升高的总价数等于化合价降低的总价数。 (4) ：即氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数。 价态律 元素处于最高价态时，只有 ，但不一定具有强氧化性。 元素处于最低价态时，只有 ，但不一定具有强还原性。 元素处于中间价态时，既有氧化性又有还原性，但主要呈现一种性质，物质含有多种元素，其性质是这些 元素性质的综合体现。 应用：判断元素或物质有无氧化性、还原性。 强弱律 较强氧化性的氧化剂跟较强还原性的还原剂反应，生成 的还原产物和 氧化性的氧化产物。 应用：(1)比较物质问氧化性或还原性的强弱； (2)在适宜条件下，用氧化性强的物质制备氧化性弱的物质或用还原性强的物质制备还原性弱的物质。 转化律 (1)同种元素的相邻价态之间不发生氧化还原反应。如：实验室中SO2 气体可用浓H2SO4 干燥。 (2)氧化还原反应中，以元素相邻价态间的转化最容易，如H2S一般被氧化成单质S，浓H2SO4 一般被还原成SO2。 (3)同种元素不同价态之间的氧化还原反应，高价态和低价态相互反应，变成它们的相邻价态，此价态可相同也可不相同，应遵循“高价+低价→中间价”的规律，且价态的变化是“只靠拢，不相交”。最多刚好重合。 ◆四、氧化还原反应的配平 (一)氧化还原的配平 1．配平原则 由于在氧化还原反应里存在着电子的转移，因此元素的化合价必然有升有降，我们把化合价能 的元素或含该元素的物质称还原剂；反之称为氧化剂。由氧化还原反应的知识我们不难得出配平原则： ，即 。 2．氧化还原反应方程式配平的一般方法与步骤 （1）一般方法：化合价升降法。 （2）步骤： 。即 ① 标出变化元素化合价的始态和终态:   C + HNO3（浓）→NO2 + CO2 + H2O 分析：标变价 C (0) + HN (+5)O3（浓）→ N (+4)O2 ↑+ C (+4)O2 ↑+ H2O ② 找变化:  始态     终态    变化的总价数 = 变化 × 系数          C (0) + HN (+5)O3（浓）→ N (+4)O2 ↑+ C (+4)O2 ↑+ H2O 即:N元素化合价由+5到+4 ，变化的价数为（5-4）=1，C元素化合价由0到+4 ，变化的价数为（4-0）=4[若为负价则用大数减小数（带符号相加减）] 最小公倍数=4×1=4 注：假设以上变化均以正价表示，其中(b-a)×(d-c) 为最小公倍数。 ③ 将    上的系数，分别填在还原剂和氧化剂化学式的前面作为 ； ④配系数:用 其它元素    C 的系数为  1   HNO3的系数为  4   ，用观察法将其它系数配平 ⑤ 检查配平后的方程式是否符合质量守恒定律（离子方程式还要看是否符合电荷守恒） 经检查满足质量守恒定律,配平后的化学方程式为： C + 4 HNO3（浓） → 4 NO2 ↑+ CO2 ↑+ 2 H2O 3．氧化还原反应配平的特殊技巧 （1）.................................... 适用范围：此法最适用于某些物质（如硝酸、浓硫酸的反应）部分参加氧化还原反应的类型。 （2） ..................................... 适用范围：在氧化还原反应中，一种反应物中有 发生变化或几种不同物质中的元素化合价经变化后同存在于一种产物中。 技巧：对于Fe3C，Fe3P等化合物来说，某些元素化合价难以确定，此时可将Fe3C，Fe3P中各元素视为零价。零价法思想还是把Fe3C，Fe3P等物质视为一整价。 （3）歧化归一法 适用范围： 的歧化反应或归一反应。 技巧： 称为歧化反应。配平时将该物质分子式写两遍， 。接下来按配平一般氧化-还原方程式配平原则配平，配平后只需将该物质前两个系数相加就可以了。 （4）判断未知物 适用范围：在一个氧化还原反应中缺少反应物或生成物。 技巧：一般是把反应物和生成物中的所有原子进行比较，通过观察 ： ①若增加的元素是除H、O以外的非金属，未知物一般是相应的酸； ②若增加的元素是金属，未知物一般是相应的碱； ③若反应前后经部分配平后发现两边氢、氧原子不平衡，则未知物是水。 （5）单质后配法 适用范围：反应物或生成物中 ，对于单质在反应后的化学和物中价态不单一的情况更适用技巧：把游离态的那种元素放在最后来配。 （6）待定系数法（原子个数守恒法） 适用范围：待定系数法对于某些反应后元素去向比较唯一（比如Na元素只在一种生成物NaOH中存在）的方程式比较得心应手，但是如果元素的去向不唯一（比如Na元素在生成物NaOH、Na2CO3中都存在），则用此法配平时就显得比较麻烦。 技巧：即方程式中将某些物质的系数设为未知数，然后由未知数暂时配平方程式，最后根据某种原子在反应前后数量守恒列方程或方程组，解出这些未知数的关系，通过未知数之间的关系来配平方程式。 知识点2 原电池和化学电源 ◆一、原电池的工作原理 1．原电池的概念和实质： （1）概念：将__ _转化为__ _的装置。 （2）实质：利用能自发进行的__ __反应把化学能转化为电能。 2．原电池的工作原理 能量变化 化学能转化为 能 形成条件 两个电极 组合情况 ① ② ③ ④ 负 极 较活泼金属 金属 金属 石墨或Pt 正 极 较不活泼金属 金属氧化物 石墨或Pt 石墨或Pt 溶液/熔液、固体 可与 极（正、负）反应，也可不参与反应 形成闭合回路 电极上有自发的 反应发生 类型 微粒 流向 ①外电路 电子从 极流向 极 ②内电路 溶液中 离子移向正极， 离子移向负极 电子与电流流向 ①电子：负极正极 ②电流：正极负极 溶液中 通过 温馨 提醒 双液电池 ①两个半电池：用盐桥连通，半电池由电极材料、电解质溶液两部分构成 ②盐桥组成：含有饱和的KCl或KNO3溶液与琼脂制成的冻胶 ③盐桥作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池产生持续电流 ④盐桥中离子移向：阴离子移向 ，阳离子移向.......... 离子迁移 ①单液电池：只有一极上有离子迁移；②双液电池：两极均有离子迁移 原电池工作原理示意图： 3．原电池形成的条件： （1）闭合回路。 （2）两极有电势差——两个活性不同的电极，相对较活泼的金属作__ __。 （3）__ _溶液或__ _电解质。 （4）自发的__ __反应。 4.正负极的判断方法 （1）电极反应：负极— 反应，正极— 反应 （2）电子或电流的流向：电子： → ；电流： → ........... （3）离子流向：阳离子→ 极，阴离子→ 极； 5.电极反应式的书写 正极：找出氧化剂及还原产物，写出“氧化剂＋n e－＝还原产物” 负极：找出还原剂及氧化产物，写出“还原剂－n e－＝氧化产物” 注意开始生成的氧化产物、还原产物在溶液中能否存在，如碱性溶液中H＋要结合OH－生成H2O。由电荷守恒确定要添加的离子，再据质量守恒，配平其他微粒个数。 将正、负析电极反应式相加，与总反应式对照验证。 复杂电极反应式的书写 ①首先写出较简单的电极反应式。 ②复杂电极反应式＝总反应式－简单电极反应式。 ③注意电子守恒。 书写三个原则 ①共存原则：因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中不可能存在CO2，也不可能有H＋参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应。 ②得氧失氧原则：得氧时，在反应物中加H2O（电解质为酸性时）或OH－（电解质为碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加H2O（电解质为碱性或中性时）或H＋（电解质为酸性时）。 ③中性吸氧反应成碱原则：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。 6.常见原电池电极反应式、总反应式的书写 ①Fe|稀HCl|C 正极：2H++2e-=H2↑ 负极：Fe—2e—= Fe2+ 总反应：Fe+2H+=H2↑+Fe2+ ②Mg︱稀硫酸︱Cu 正极：2H++2e-=H2↑ 负极：Mg—2e—= Mg2+ 总反应：Mg+2H+=H2↑+ Mg2+ ③Zn|AgNO3溶液|Pt 正极：Ag++e—= Ag 负极：Zn—2e—=Zn2+ 总反应：Zn+2Ag+= 2Ag+ Zn2+ ④Cu︱FeCl3溶液︱Pt 正极：Fe3++e—= Fe2+ 负极：Cu—2e—= Cu2+ 总反应：Cu+ 2Fe3+= 2Fe2++ Cu2+ ⑤Mg︱NaOH溶液︱Cu 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 负极：Mg—2e—+2OH—= Mg(OH)2 总反应：2Mg+ O2+2H2O=2Mg(OH)2 ⑥Fe︱KCl溶液︱Cu 正极：O2+4e-+2H2O=4OH— 负极：Fe—2e—= Fe2+ 总反应：2Fe+ O2+2H2O=2Fe(OH)2 ⑦Al|NaOH溶液|Mg 正极：2e—+2H2O= H2↑+ 2OH― 负极：Al —3e—+4OH—=AlO2—+2H2O 总反应：2Al+2OH―+2H2O=2AlO2—+3H2↑ ⑧Cu|浓HNO3|Fe 正极：2H++NO3—+e—= H2O+NO2↑ 负极： Cu —2e—=Cu2+ 总反应：Cu+4H++2NO3—=Cu2++2H2O+2NO2↑ ◆二、原电池的应用 加快化学反应速率 实验室制取H2时，稀H2SO4中滴入几滴CuSO4溶液，从而加快了H2的逸出 比较金属的活泼性 通常溶解（或质量减轻）的为负极，质量增加（或产生气泡）的为正极，据负极活泼性＞正极活泼性，可得出结论 用于金属的防护 将需要保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 设计制作化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 电极材料的选择 在原电池中，选择还原性较强的物质作为 极；氧化性较强的物质作为 极。并且，原电池的电极必须导电，电池中的负极不一定能够与电解质溶液反应。 电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择含有与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。 ◆三、常见的化学电源及工作原理 1．分类 分类 主要特点 实例 一次电池 不能再充电再生 普通锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池 二次电池 可充电再生，多次循环使用 铅蓄电池、锂电池 燃料电池 氧化剂和还原剂从外界输入，连续不断的提供电能，能量利用率高 氢氧燃料电池等 2.常见的一次电池 一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。一次电池不能充电，不能反复使用。碱性锌锰电池与银锌电池比较 碱性锌锰电池 构造 正极材料 负极材料 电解质 MnO2 Zn 主要是KOH溶液 总反应方程式 Zn＋2MnO2＋2H2O＝Zn(OH)2＋2MnOOH 电极反应式 正极：.................................... 负极：................................ 银锌钮扣电池 构造 正极 负极 电解质 ....... .......... KOH溶液 总反应方程式 Ag2O＋Zn＝ZnO＋2Ag 电极反应式 正极：................................... 负极：................................... 3.二次电池（可充电电池） （1）可充电电池原理示意图 充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作：“正接正，负接负”。 （2）可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。 （3）放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。 举例：铅酸蓄电池 铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。放电时起原电池的作用。 铅蓄电池 放电（原电池） 充电（电解池） 电极 负极材料 正极材料 蓄电池负极接电源 极，作电解池的 极 ..... ...... 蓄电池正极接电源 极，作电解池的 极 电解质 H2SO4 H2SO4 电极 反应式 负极 ............... 阴极 .................. 正极 .......................... 阳极 ........................... 总反应式 .............................. 温馨提醒 二次电池放电的总反应式和充电总反应式互为相反过程；放电的电极反应式与充电的电极反应式也是互为相反的两个过程 4.燃料电池 （1） 特点 连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。电能转化率超过80％ 反应原理 燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧 正极 是O2 负极 为可燃物，如H2、、CO、NH3、N2N4、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)及其衍生物如醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)等 电解质 常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响 书写 电极反应式 应先写出正极反应式，再将总反应式减去正极反应式就得负极反应式 整个过程须考虑一个重要的细节——电池工件的环境（如酸性电池、碱性电池、熔融氧化物电池、熔融碳酸盐电池、熔融硝酸盐电池等） 解题模板 解答燃料电池题目的几个关键点 ①要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时分析该离子参与靠近一极的电极反应。 （2）种类 ①氢氧燃料电池 电解质 酸性 中性 碱性 负极反应 H2-2e-=2H+ H2-2e-=2H+ H2-2e-+2OH-=2H2O 正极反应 ............. O2+4e-+2H2O=4OH- O2+4e+2H2O=4OH- 总反应 2H2+O2=2H2O ②甲烷燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ ................. 正极反应 ............. O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 CH4+2O2=CO2+2H2O CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O ③甲醇燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O ................... ④辛烷燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 C8H18-50e—+16H2O=8CO2+50H+ C8H18-50e—+66OH—=8CO32-+42H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 2C8H18+25O2=16CO2+18H2O 2C8H18+25O2+32OH—=16CO32-+34H2O ⑤乙醇燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 .................. C2H6O-12e—+16OH—=2CO32-+11H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 C2H6O+3O2=2CO2+3H2O ................... ⑥熔融盐电池 例如：用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变 电极反应式：负极：.............. 正极： 总反应：2CO+O2=2CO2 （3）燃料电池中常见正极反应式的书写 ①在酸性溶液中：............................ ②在碱性或中性溶液中： .......................... ③在熔融碳酸盐中： .............................. ④在可传导O2-的晶体电解质中（例如：掺杂(Y2O3)氧化钇的(ZrO2)氧化锆晶体）：O2+4e-=2O2- 5．锂电池的类型 锂电池 装置图 说明 Li-CO2电池 4Li＋3CO22Li2CO3＋C (隔膜只允许Li＋通过，向正极移动) 放电时： 锂极为负极，负极反应式： Li－e－＝Li＋ 铱基电极为正极，正极反应式： .......................... LiFePO4-C电池 Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C (隔膜只允许Li＋通过，向正极移动，LixC6中C元素为0价) 放电时： M为负极，负极反应式： ...................N为正极，正极反应式： ..................... 全固态锂-硫电池 16Li＋xS88Li2Sx(2≤x≤8) (Li＋移向电极a)，电极a掺有石墨烯，可增强电极导电性 放电时： 电极b是负极，负极反应式： ................电极a是正极，正极反应式(第一步)： ...................... LiCoO2-C电池 Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C (放电过程中，Li＋从负极脱出，嵌入正极) 放电时： N为负极，负极反应式： .......................M为正极，正极反应式： ........................ 锂-空气电池 4Li＋O2＋2H2O4LiOH (Li＋移向B极) 放电时： A为负极，负极反应式：............... B为正极，正极反应式： ....................(电解液a不能是水溶液，因为金属锂可与水反应) 知识点3 电解池 ◆一、电解原理 1．电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起................反应的过程。 2．电解池的定义和构成 （1）定义：电解池是把 转化为 的装置。 （2）电解池的构成条件。 ①有外接直流电源。 ②有与电源相连的两个电极。其中与 正极相连的叫 ，与电源负极相连的叫 。 ③电解质溶液或熔融电解质。 ④形成闭合回路。 3．电解池的工作原理 （1）电极名称及电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。 （2）电子和离子移动方向。 电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 （3）电极的放电顺序 ①常见阳极的放电顺序：.................................... ②常见阳离子放电顺序：金属活动性顺序的 序 ................................................ 4.电解规律 （1）电解池中的阴、阳极判断 判断方法 与电源连接方式 电子流动方向 离子移动方向 反应类型 电极现象 阳极 与电源 极相连 电子流出 阴离子移向 反应 溶解或产生有色气体 阴极 与电源 极相连 电子流入 阳离子移向 反应 析出金属或产生氢气 （2）四种电解类型的规律 阳离子 惰性电极电解电解质溶液的四种类型 阴离子 5.常见的电解池类型 物质 类别 代表物 被电解 物质 阴极 产物 阳极 产物 电解方程式 浓度变化 pH 溶液复原 加入物质 电解 类型 含氧酸 H2SO4 H2O H2 O2 2H2OH2↑＋O2↑ 变大 减小 水 电解 水型 可溶性碱 NaOH H2O H2 O2 变大 增大 活泼金属 含氧酸盐 Na2SO4 H2O H2 O2 变大 不变 无氧酸 HCl HCl H2 Cl2 2HClH2↑＋Cl2↑ 变小 变大 HCl 电解 自身型 不活泼金属 无氧酸盐 CuCl2 CuCl2 Cu Cl2 2CuCl2Cu↑＋Cl2↑ 变小 —— 加CuCl2固体 活泼金属 无氧酸盐 NaCl NaCl H2O H2 Cl2 NaOH 2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑ NaCl浓度减小 变大 通入HCl气体 放氢 生碱型 不活泼金属 含氧酸盐 Cu(NO3)2 Cu(NO3)2 H2O Cu O2 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ Cu(NO3)2浓度减小 有HNO3生成 变小 加CuO 放氧 生酸型 【得分技巧】1.分析电解过程的思维程序 ① 首先判断阴、阳极：分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极 ② 再分析电解质水溶液的组成：找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－) ③ 然后确定放电离子或物质：排出阴、阳离子在两极的放电顺序，确定优先放电的粒子。 阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋ 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞最高价含氧酸根离子 ④ 写出电极反应式、总反应式：判断电极产物，注意溶液的酸碱性、产物的溶解性 ⑤ 解答问题：如有关离子浓度、pH、电极产物量的变化、溶液的复原 注意 ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。 ②最常用、最重要的放电顺序是：阳极，Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。 ③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。 2.电极反应式书写 一看电源定阴阳极 接电源正极为______阳极，接电源负极为_____阴极 二看电极材料定电极反应 损失阳极（C、Pt除外），保护 极 三看离子放电能力定阴阳极产物 易放电的阳离子在阴极上发生 反应，阴极本身不发生氧化还原反应 温馨提醒 ①活性电极（指金属活动顺序表Ag及Ag以前的金属）：则电极材料失电子；②惰性电极：通常为Pt、Au、石墨；③离子的放电顺序往往还与溶液的酸碱性、温度、离子的浓度等有关。 3.原电池与电解池的区别与联系 原 电 池 电 解 池 电 镀 池 装置 见课本 见课本 见课本 能量转换 （实质） 化学能→电能 （两极分别发生氧化还原反应，产生电流） 电能→化学能 （在电流作用下两极分别发生氧化还原反应） 电极 正极 负极 较活泼金属 较不活泼金属 Pt/C Pt/C 金属氧化物 金属 阴极：接电源负极 阳极：接电源正极 阴极：镀件 阳极：镀层金属 电解液 和负极可反应，也可不反应 无特殊要求 电解液须含有镀层金属离子 构成条件 两极、一液、一反应(自发) 直流电源、两极一液 直流电源、两极一液 离子迁移 阳离子→正极 阴离子→负极 阳离子→阴极 阴离子→阳极 电子流向 原电池(－)原电池(＋) ◆二、电解原理的应用 一、氯碱工业 1．概念 用电解__ __的方法来制取__ __，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。 2．原理 （1）阳极反应：__ __(__ _反应) （2）阴极反应：__ __(__ __反应) （3）总反应 ①化学方程式：__ __ ②离子方程式：__ __ 3.现象及检验 阴极：有 产生，滴加酚酞——变 ............. 阳极：有 的气体产生，使湿润的淀粉KI试纸变 ............. 4.阳离子交换膜的作用 （1）将电解池隔成 ，只允许 通过，而阻止 通过 （2）既能防止阴极产生的 和阳极产生的 而引起爆炸，又能 避免 和 作用生成 而影响烧碱的质量 二、电镀和电解精炼铜 电镀(Fe表面镀Cu) 电解精炼铜 阳极 电极材料 镀层金属铜 (含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质) 电极反应 ................ Zn－2e－===Zn2＋、 Fe－2e－===Fe2＋、 Ni－2e－===Ni2＋、 Cu－2e－===Cu2＋ 阴极 电极材料 待镀金属铁 ........ 电极反应 ............ 电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成........ 三、电冶金 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 总反应化学方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 注意　冶炼镁不可用MgO作原料；冶炼铝不可用AlCl3作原料。 【得分技巧】一、原电池、电解池、电镀池的判断方法 1．若无外接电源的单一装置则一般是原电池，然后依据原电池的形成条件判定，主要思路是三“看”： 先看电极：两种活泼性不同的金属(或其中一种为非金属导体)作电极。 再看溶液：在电解质溶液中能自发地发生氧化还原反应。 后看回路：用导线连接的两电极与电解质溶液接触并形成闭合回路。 2．若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则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离子相同时则为电镀池。 3．若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能自发发生氧化还原反应的装置为原电池，与其相连的池为电解池或电镀池。 4．若为二次电池使用过程的分析，其中放电过程是将化学能转变成电能，为原电池反应；充电过程是将电能转变成化学能，为电解池反应。 二、几种电解应用类型的比较 电解食盐水 电解NaCl(熔融) 电镀锌 电解精炼铜 装置 示意图 阴极反应式 2H＋＋2e－＝H2↑ Na＋＋e－＝Na Zn2＋＋2e－＝Zn ___________(精铜) 阳极反应式 2H2O－4e—＝ O2↑＋4H＋ 2Cl－－2e—＝Cl2↑ Zn－2e—＝Zn2＋ Cu－2e－＝Cu2＋、Zn－2e－＝Zn2＋ Fe－2e－＝Fe2＋、Ni－2e－＝Ni2＋(粗铜) 电解 总反应式 2NaCl＋2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 2NaCl2Na+Cl2↑ —— ①电解液中增加Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋ ②阳极质量减小不等于阴极质量的增加 温馨提醒 ①阴极室与阳极室应用隔膜分开 ②食盐水需净化，除去Mg2＋、Ca2＋、SO42－等离子(BaCl2要在Na2CO3之前！) 电解法冶炼金属常为：Na、Mg、Al，用的分别是熔融NaCl、熔融MgCl2(不是MgO)、熔融Al2O3(不是AlCl3) ①镀件必须作阴极 ②Zn作阳极 ③用含Zn2＋的溶液作电镀液 ①粗铜作阳极，溶解下来 ②电解液中的c(Cu2＋)：减小 ③阳极金属减轻的质量不等于阴极金属增加的质量 （电解初期阳极铜失去2 mol e－，阴极析出的铜不是1 mol） 知识点4 金属的电化学腐蚀与防护 ◆一．金属的电腐蚀与防护 1. 金属的腐蚀：是金属或合金被 而损耗的过程。 (1)化学腐蚀 金属或合金直接与周围介质发生反应而产生的 ，直接被氧化剂 ，无电流产生；。 (2)电化学腐蚀 不纯的金属或合金与周围电解质溶液接触而发生原电池反应产生的腐蚀，相对活泼的金属被氧化，有电流产生．钢铁的电化腐蚀又分为析氢腐蚀（酸性条件下）和吸氧腐蚀（中性或碱性条件下）． 钢铁腐蚀的电极反应方程式 A.吸氧腐蚀：负极：..............，正极：...................... B.析氢腐蚀 ：负极：..............，正极： ................. 金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，例如，钢铁生锈的主要过程为： 析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例） 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 ............ ................. 电极反应 负极 .................... 正极 .............. .................. 总反应式 .............. ....................... ◆二、金属的防护 1、牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 （1）原理：正极： 负极：........................ （2）具体方法：牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)安装若干镁合金或锌块。镁、锌比铁..........，它们就成为原电池的负极，不断遭受腐蚀(需要定期检查、更换),而作为..........的钢铁设备就被保护起来。 【注意】：Fe2+的检验：Fe2++K3[Fe(CN)6]→KFe[Fe(CN)6]↓ 黄色 特征蓝色 2、外加电流的阴极保护法——电解池原理 （1）原理：阴极：................... （2）具体方法：外加电流法是把被保护的钢铁设备作为............，用惰性电极作为辅助.........，两者均放在电解质溶液(如海水)里，外接..............。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至.............。在这个系统中，钢铁设备被迫成为..............而受到保护。 3. 其他方法 1、根据不同的设计条件选用不同的金属或非金属材料； 2、控制和改善环境介质因素(如选用缓蚀剂)等。 3、金属防护包括生产设计、选材、防腐措施、施工、监测、管理和维护等环节，需要进行综合评价和决策。 ◆补充：金属腐蚀快慢的规律 1、构成原电池两极的活动性不同的两种金属，活动性差别越........，腐蚀越.......； 2、对于同一金属而言，纯度越....，腐蚀速率越..... 3、对于同一种电解质来说，电解质溶液浓度........，腐蚀速率......... 4、同一种金属在相同浓度不同介质中，腐蚀由快到慢的顺序为： 5、在同一电解质中：......................................... 6、有无保护措施的腐蚀快慢顺序：............................................... 易错点01：金属和非金属的还原性、氧化性的强弱规律 一般来说，越活泼的非金属，得到电子还原成非金属负离子越容易，其负离子失电子氧化成单质越难，还原性越弱。 易错点02：了解化学电源在现实生活中的应用 一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而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，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程（能量转化率仅30%多），可以持续使用，噪音低，不污染环境。既有利于节约能源，又绿色环保，具有广阔的发展前景，被誉为“绿色发电站” 易错点03：掌握电解的现实应用 电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH—一般不放电。 易错点04：注意一些金属性较强的金属的冶炼 在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。 易错点05：要学会区分电解溶液和熔融态的不同 电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因。 易错点06：金属腐蚀的快慢规律 构成原电池两极的活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快；对于同一金属而言，纯度越高，腐蚀速率越慢。对于同一种电解质来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。同一种金属在相同浓度不同介质中，腐蚀由快到慢的顺序为：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。在同一电解质中：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极法引起的腐蚀>有外加电流法引起的金属腐蚀 方法01．氧化性与还原性强弱的比较 【解题通法】反应物中氧化剂的氧化性强于生成物中氧化产物的氧化性，反应物中还原剂的还原性强于生成物中还原产物的还原性。一般来说，越活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越容易，其阳离子得电子还原成金属单质越难，氧化性越弱；反之，越不活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越难，其阳离子得电子还原成金属单质越容易，氧化性越强。 【典型例题】铊()盐与氰化钾()被为A级危险品。已知下反应在一定条件下能够发生：①，②，③，下列离子氧化性比较顺序正确的是 A． B． C． D． 方法02．氧化还原反应的配平 【解题通法】由于在氧化还原反应里存在着电子的转移，因此元素的化合价必然有升有降，我们把化合价能升高的元素或含该元素的物质称还原剂；反之称为氧化剂。由氧化还原反应的知识我们不难得出配平原则：还原剂失电子总数=氧化剂得电子总数，即还原剂（元素）化合价升高的总价数=氧化剂（元素）化合价降低的总价数。 【典型例题】把图2中的物质补充到图1中，可得到一个完整的氧化还原型离子方程式(未配平)。 对该氧化还原反应型离子方程式，说法不正确的是 A．作氧化剂具有氧化性 B．氧化剂和还原剂的个数之比为5：2 C．若有参加反应时则转移电子的个数为 D．氧化性： 方法03．电解饱和食盐水 【解题通法】在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH—和Cl—向阳极移动，由于Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。 【典型例题】利用下图装置电解饱和食盐水，进行如图所示实验，下列有关说法正确的是 A．Ⅱ中有黄色浑浊产生，说明氧化性：Cl2 > S B．Ⅲ中溶液变为黄色，一定是Br-被氧化 C．Ⅳ和V中溶液均褪色，说明Cl2具有漂白性 D．Ⅰ中铜电极和石墨电极互换，重做实验，各装置中的实验现象相同 方法04．掌握细节阳极泥 【解题通法】因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成正离子进入溶液中，Zn－2e－ = Zn2+ 、Fe－2e－ = Fe2+ 、Ni－2e－ =Ni2+，Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。 【典型例题】利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯。下列叙述中正确的是 A．电解时以精铜作阳极 B．电解时阴极上发生的反应为 C．粗铜连接电源的负极，其电极反应为 D．电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥 方法05．氧化还原反应的计算方法 【解题通法】找出氧化剂和还原剂以及各自的还原产物和氧化产物。找准一个原子或离子得失电子数(注意：化学式中粒子的个数)。 根据得失电子守恒列等式。 n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值 = n (还原剂)×变价原子个数×化合价变化值。 【典型例题】钠和钠的化合物有许多重要的用途，如碳酸钠可用于从海水中提取溴，涉及的反应为。下列说法错误的是 A．用双线桥法标出电子的转移： B．该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比是5∶1 C．等物质的量的和分别与足量的盐酸反应，在相同条件下产生的体积小于产生的 D．碳酸氢钠溶于水显碱性，可用于去除油污 方法06．会区分析氢腐蚀和吸氧腐蚀 【解题通法】不纯的金属或合金与周围电解质溶液接触而发生原电池反应产生的腐蚀，相对活泼的金属被氧化，有电流产生．钢铁的电化腐蚀又分为析氢腐蚀（酸性条件下）和吸氧腐蚀（中性或碱性条件下）。 【典型例题】用压强传感器探究生铁在不同pH的醋酸溶液中发生腐蚀的过程时，根据压强传感器所得数据绘制的图像如下。忽略温度变化，下列说法正确的是 A．时，正极发生反应： B．日常生活中钢铁的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 C．铁锈覆盖在钢铁制品表面，能阻止钢铁继续发生腐蚀 D．在上述两种腐蚀过程中，生铁中的铁都发生反应： 方法07．金属腐蚀中牺牲阳极保护阴极 【解题通法】牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)安装若干镁合金或锌块。镁、锌比铁活泼，它们就成为原电池的负极，不断遭受腐蚀(需要定期检查、更换),而作为正极的钢铁设备就被保护起来。 【典型例题】为探究金属腐蚀的原理，进行了如下实验。表面皿中都装有混合了饱和食盐水、酚酞和铁氰化钾溶液的琼脂，分别将缠有铜丝的铁钉和缠有锌皮的铁钉放置其中，如图所示。下列说法错误的是 A．图B中铁钉受锌皮保护，为牺牲阳极的阴极保护法 B．离子在半凝固态的琼脂内可定向移动 C．图B中铁钉上的电极反应式： D．图A中铁钉两端蓝色中间红色，图B中铁钉两端红色中间无色 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4章 氧化还原反应和电化学 知识点1 氧化还原反应 ◆一．反应特征 是反应前后有元素化合价发生变化的反应。 ◆二．反应本质 氧化还原的本质：电子转移;判断依据：有化合价的变化 氧化剂:得电子，化合价降低;具有氧化性；在反应中被氧化；在反应中的生成物叫还原产物； 还原剂：失电子，化合价升高;具有还原性；在反应中被氧化；在反应中的生成物叫氧化产物； 电子转移的方向和数目 【注意】：1箭头由失电子的元素指向得电子的元素 2 箭头的方向已经表示电子转移的方向，所以“桥”上无需在标得失，只需表明电子转移的总数即可。 ◆三、反应规律 1. 常见的氧化剂和还原剂 （1）氧化剂：O2，O3，X2， KMnO4，K2Cr2O7，H2SO4， Na2O2，H2O2， HNO3，Fe3+，HClO，H2SO4(浓) （2）还原剂： C，H2，H2S，FeSO4，Na2SO3，CO，I- 2. 氧化性和还原性强弱的比较 （1）根据氧化还原反应发生的规律来判断：氧化还原反应可用如下式子表示： ( → ) 规律：反应物中氧化剂的氧化性强于生成物中氧化产物的氧化性，反应物中还原剂的还原性强于生成物中还原产物的还原性。 3. 根据元素在周期表中位置判断： 1）对同一周期金属而言，从左到右其金属活泼性依次减弱。如Na、Mg、A1金属性依次减弱，其还原性也依次减弱。 2）对同主族的金属而言，从上到下其金属活泼性依次增强。如Li、Na、K、Rb、Cs金属活泼性依次增强，其还原性也依次增强。 3）对同主族的非金属而言，从上到下其非金属活泼性依次减弱。如F、Cl、Br、I非金属活泼性依次减弱，其氧化性也依次减弱。 一般来说，越活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越容易，其阳离子得电子还原成金属单质越难，氧化性越弱；反之，越不活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越难，其阳离子得电子还原成金属单质越容易，氧化性越强。 ( K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb，(H)、Cu、Hg、Pt、Au 金属的活动性逐渐减弱（还原性逐渐减弱） ) ( K ＋ 、Ca 2＋ 、Na ＋ 、Mg 2＋ 、Al 3＋ 、Zn 3＋ 、Fe 2＋ 、Sn 2＋ 、Pb，(H ＋ )、Cu 2＋ 、Hg 2＋ 、Ag ＋ 氧化性逐渐增强 ) 一般来说，越活泼的非金属，得到电子还原成非金属负离子越容易，其负离子失电子氧化成单质越难，还原性越弱。 4. 根据原电池和电解池的电极反应 在原电池中，作负极的金属的还原性一般比作正极金属的还原性强。 在电解过程中，氧化性越强的正离子优先在阴极放电，还原性强的非金属负离子优先在阳极放电. 5. 根据外界条件 浓度越大，相应性质强些。如：浓、稀硫酸 ，浓、稀硝酸的氧化性。 温度高时，一般氧化性或还原性强些。如;硝酸盐在高温下是强氧化剂，KClO3，KMnO4与浓盐酸反应制氯气不需要加热，二氧化锰和浓盐酸需加热才能反应。 一般来说，氧化剂在酸性介质中氧化性强些。如：酸性高锰酸钾溶液是常用的强氧化剂。 6. 根据被氧化或被还原的程度来判断： 如：Cu +Cl2CuCl2 ，2Cu +SCu2S即氧化性：。 又如：2HBr+H2SO4(浓) Br2+SO2+2H2O，8HI+H2SO4(浓)4I2+H2S +4H2O，即有还原性：。 7. 氧化还原反应中的几种守恒 守恒规律 (1)质量守恒：即反应前后各元素种类不变，各元素原子数目，种类，质量不变。 (2)电荷守恒：有离子参加的氧化还原反应中，反应前后离子所带电荷总数相等。 (3)化合价升降守恒：即化合价升高的总价数等于化合价降低的总价数。 (4)得失电子守恒：即氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数。 价态律 元素处于最高价态时，只有氧化性，但不一定具有强氧化性。 元素处于最低价态时，只有还原性，但不一定具有强还原性。 元素处于中间价态时，既有氧化性又有还原性，但主要呈现一种性质，物质含有多种元素，其性质是这些 元素性质的综合体现。 应用：判断元素或物质有无氧化性、还原性。 强弱律 较强氧化性的氧化剂跟较强还原性的还原剂反应，生成较弱的还原产物和较弱氧化性的氧化产物。 应用：(1)比较物质问氧化性或还原性的强弱； (2)在适宜条件下，用氧化性强的物质制备氧化性弱的物质或用还原性强的物质制备还原性弱的物质。 转化律 (1)同种元素的相邻价态之间不发生氧化还原反应。如：实验室中SO2 气体可用浓H2SO4 干燥。 (2)氧化还原反应中，以元素相邻价态间的转化最容易，如H2S一般被氧化成单质S，浓H2SO4 一般被还原成SO2。 (3)同种元素不同价态之间的氧化还原反应，高价态和低价态相互反应，变成它们的相邻价态，此价态可相同也可不相同，应遵循“高价+低价→中间价”的规律，且价态的变化是“只靠拢，不相交”。最多刚好重合。 ◆四、氧化还原反应的配平 (一)氧化还原的配平 1．配平原则 由于在氧化还原反应里存在着电子的转移，因此元素的化合价必然有升有降，我们把化合价能升高的元素或含该元素的物质称还原剂；反之称为氧化剂。由氧化还原反应的知识我们不难得出配平原则：还原剂失电子总数=氧化剂得电子总数，即还原剂（元素）化合价升高的总价数=氧化剂（元素）化合价降低的总价数。 2．氧化还原反应方程式配平的一般方法与步骤 （1）一般方法：化合价升降法。 （2）步骤：标变价、找变化、求总数、配系数。即 ① 标出变化元素化合价的始态和终态:   C + HNO3（浓）→NO2 + CO2 + H2O 分析：标变价 C (0) + HN (+5)O3（浓）→ N (+4)O2 ↑+ C (+4)O2 ↑+ H2O ② 找变化:  始态     终态    变化的总价数 = 变化 × 系数          C (0) + HN (+5)O3（浓）→ N (+4)O2 ↑+ C (+4)O2 ↑+ H2O 即:N元素化合价由+5到+4 ，变化的价数为（5-4）=1，C元素化合价由0到+4 ，变化的价数为（4-0）=4[若为负价则用大数减小数（带符号相加减）] 最小公倍数=4×1=4 注：假设以上变化均以正价表示，其中(b-a)×(d-c) 为最小公倍数。 ③ 将    上的系数，分别填在还原剂和氧化剂化学式的前面作为系数； ④配系数:用观察法配平其它元素    C 的系数为  1   HNO3的系数为  4   ，用观察法将其它系数配平 ⑤ 检查配平后的方程式是否符合质量守恒定律（离子方程式还要看是否符合电荷守恒） 经检查满足质量守恒定律,配平后的化学方程式为： C + 4 HNO3（浓） → 4 NO2 ↑+ CO2 ↑+ 2 H2O 3．氧化还原反应配平的特殊技巧 （1）逆向配平法 适用范围：此法最适用于某些物质（如硝酸、浓硫酸的反应）部分参加氧化还原反应的类型。 （2）整体总价法（零价法） 适用范围：在氧化还原反应中，一种反应物中有两种或两种以上的元素化合价发生变化或几种不同物质中的元素化合价经变化后同存在于一种产物中。 技巧：对于Fe3C，Fe3P等化合物来说，某些元素化合价难以确定，此时可将Fe3C，Fe3P中各元素视为零价。零价法思想还是把Fe3C，Fe3P等物质视为一整价。 （3）歧化归一法 适用范围：同种元素之间的歧化反应或归一反应。 技巧：同一物质内同一元素间发生氧化-还原反应称为歧化反应。配平时将该物质分子式写两遍，一份作氧化剂，一份作还原剂。接下来按配平一般氧化-还原方程式配平原则配平，配平后只需将该物质前两个系数相加就可以了。 （4）判断未知物 适用范围：在一个氧化还原反应中缺少反应物或生成物。 技巧：一般是把反应物和生成物中的所有原子进行比较，通过观察增加或减少了哪种元素： ①若增加的元素是除H、O以外的非金属，未知物一般是相应的酸； ②若增加的元素是金属，未知物一般是相应的碱； ③若反应前后经部分配平后发现两边氢、氧原子不平衡，则未知物是水。 （5）单质后配法 适用范围：反应物或生成物中有单质参加或单质生成，对于单质在反应后的化学和物中价态不单一的情况更适用技巧：把游离态的那种元素放在最后来配。 （6）待定系数法（原子个数守恒法） 适用范围：待定系数法对于某些反应后元素去向比较唯一（比如Na元素只在一种生成物NaOH中存在）的方程式比较得心应手，但是如果元素的去向不唯一（比如Na元素在生成物NaOH、Na2CO3中都存在），则用此法配平时就显得比较麻烦。 技巧：即方程式中将某些物质的系数设为未知数，然后由未知数暂时配平方程式，最后根据某种原子在反应前后数量守恒列方程或方程组，解出这些未知数的关系，通过未知数之间的关系来配平方程式。 知识点2 原电池和化学电源 ◆一、原电池的工作原理 1．原电池的概念和实质： （1）概念：将__化学能__转化为__电能__的装置。 （2）实质：利用能自发进行的__氧化还原__反应把化学能转化为电能。 2．原电池的工作原理 能量变化 化学能转化为电能 形成条件 两个电极 组合情况 ① ② ③ ④ 负 极 较活泼金属 金属 金属 石墨或Pt 正 极 较不活泼金属 金属氧化物 石墨或Pt 石墨或Pt 电解质溶液/熔液、固体 可与负极（正、负）反应，也可不参与反应 形成闭合回路 电极上有自发的氧化还原反应发生 类型 微粒 流向 ①外电路 电子从负极流向正极 ②内电路 溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极 电子与电流流向 ①电子：负极正极 ②电流：正极负极 溶液中无电子通过 温馨 提醒 双液电池 ①两个半电池：用盐桥连通，半电池由电极材料、电解质溶液两部分构成 ②盐桥组成：含有饱和的KCl或KNO3溶液与琼脂制成的冻胶 ③盐桥作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池产生持续电流 ④盐桥中离子移向：阴离子移向负极，阳离子移向正极 离子迁移 ①单液电池：只有一极上有离子迁移；②双液电池：两极均有离子迁移 原电池工作原理示意图： 3．原电池形成的条件： （1）闭合回路。 （2）两极有电势差——两个活性不同的电极，相对较活泼的金属作__负极__。 （3）__电解质__溶液或__熔融__电解质。 （4）自发的__氧化还原__反应。 4.正负极的判断方法 （1）电极反应：负极— 氧化 反应，正极— 还原 反应 （2）电子或电流的流向：电子：负极 →正极 ；电流： 正极 → 负极 （3）离子流向：阳离子→ 正 极，阴离子→ 负 极； 5.电极反应式的书写 正极：找出氧化剂及还原产物，写出“氧化剂＋n e－＝还原产物” 负极：找出还原剂及氧化产物，写出“还原剂－n e－＝氧化产物” 注意开始生成的氧化产物、还原产物在溶液中能否存在，如碱性溶液中H＋要结合OH－生成H2O。由电荷守恒确定要添加的离子，再据质量守恒，配平其他微粒个数。 将正、负析电极反应式相加，与总反应式对照验证。 复杂电极反应式的书写 ①首先写出较简单的电极反应式。 ②复杂电极反应式＝总反应式－简单电极反应式。 ③注意电子守恒。 书写三个原则 ①共存原则：因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中不可能存在CO2，也不可能有H＋参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应。 ②得氧失氧原则：得氧时，在反应物中加H2O（电解质为酸性时）或OH－（电解质为碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加H2O（电解质为碱性或中性时）或H＋（电解质为酸性时）。 ③中性吸氧反应成碱原则：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。 6.常见原电池电极反应式、总反应式的书写 ①Fe|稀HCl|C 正极：2H++2e-=H2↑ 负极：Fe—2e—= Fe2+ 总反应：Fe+2H+=H2↑+Fe2+ ②Mg︱稀硫酸︱Cu 正极：2H++2e-=H2↑ 负极：Mg—2e—= Mg2+ 总反应：Mg+2H+=H2↑+ Mg2+ ③Zn|AgNO3溶液|Pt 正极：Ag++e—= Ag 负极：Zn—2e—=Zn2+ 总反应：Zn+2Ag+= 2Ag+ Zn2+ ④Cu︱FeCl3溶液︱Pt 正极：Fe3++e—= Fe2+ 负极：Cu—2e—= Cu2+ 总反应：Cu+ 2Fe3+= 2Fe2++ Cu2+ ⑤Mg︱NaOH溶液︱Cu 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 负极：Mg—2e—+2OH—= Mg(OH)2 总反应：2Mg+ O2+2H2O=2Mg(OH)2 ⑥Fe︱KCl溶液︱Cu 正极：O2+4e-+2H2O=4OH— 负极：Fe—2e—= Fe2+ 总反应：2Fe+ O2+2H2O=2Fe(OH)2 ⑦Al|NaOH溶液|Mg 正极：2e—+2H2O= H2↑+ 2OH― 负极：Al —3e—+4OH—=AlO2—+2H2O 总反应：2Al+2OH―+2H2O=2AlO2—+3H2↑ ⑧Cu|浓HNO3|Fe 正极：2H++NO3—+e—= H2O+NO2↑ 负极： Cu —2e—=Cu2+ 总反应：Cu+4H++2NO3—=Cu2++2H2O+2NO2↑ ◆二、原电池的应用 加快化学反应速率 实验室制取H2时，稀H2SO4中滴入几滴CuSO4溶液，从而加快了H2的逸出 比较金属的活泼性 通常溶解（或质量减轻）的为负极，质量增加（或产生气泡）的为正极，据负极活泼性＞正极活泼性，可得出结论 用于金属的防护 将需要保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 设计制作化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 电极材料的选择 在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电，电池中的负极不一定能够与电解质溶液反应。 电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择含有与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。 ◆三、常见的化学电源及工作原理 1．分类 分类 主要特点 实例 一次电池 不能再充电再生 普通锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池 二次电池 可充电再生，多次循环使用 铅蓄电池、锂电池 燃料电池 氧化剂和还原剂从外界输入，连续不断的提供电能，能量利用率高 氢氧燃料电池等 2.常见的一次电池 一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。一次电池不能充电，不能反复使用。碱性锌锰电池与银锌电池比较 碱性锌锰电池 构造 正极材料 负极材料 电解质 MnO2 Zn 主要是KOH溶液 总反应方程式 Zn＋2MnO2＋2H2O＝Zn(OH)2＋2MnOOH 电极反应式 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－ 负极：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2 银锌钮扣电池 构造 正极 负极 电解质 Ag2O Zn KOH溶液 总反应方程式 Ag2O＋Zn＝ZnO＋2Ag 电极反应式 正极：Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－ 负极：Zn＋2OH－－2e－＝ZnO＋H2O 3.二次电池（可充电电池） （1）可充电电池原理示意图 充电时，原电池负极与外接电源负极相连，原电池正极与外接电源正极相连，记作：“正接正，负接负”。 （2）可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。 （3）放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反，放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。 举例：铅酸蓄电池 铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。放电时起原电池的作用。 铅蓄电池 放电（原电池） 充电（电解池） 电极 负极材料 正极材料 蓄电池负极接电源负极，作电解池的阴极 Pb PbO2 蓄电池正极接电源正极，作电解池的阳极 电解质 H2SO4 H2SO4 电极 反应式 负极 Pb＋SO42－－2e－＝PbSO4 阴极 PbSO4＋2e－＝Pb＋SO42－ 正极 PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O 阳极 PbSO4＋H2O－2e－＝PbO2＋4H＋＋SO42－ 总反应式 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O 温馨提醒 二次电池放电的总反应式和充电总反应式互为相反过程；放电的电极反应式与充电的电极反应式也是互为相反的两个过程 4.燃料电池 （1） 特点 连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。电能转化率超过80％ 反应原理 燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧 正极 是O2 负极 为可燃物，如H2、、CO、NH3、N2N4、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)及其衍生物如醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)等 电解质 常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响 书写 电极反应式 应先写出正极反应式，再将总反应式减去正极反应式就得负极反应式 整个过程须考虑一个重要的细节——电池工件的环境（如酸性电池、碱性电池、熔融氧化物电池、熔融碳酸盐电池、熔融硝酸盐电池等） 解题模板 解答燃料电池题目的几个关键点 ①要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时分析该离子参与靠近一极的电极反应。 （2）种类 ①氢氧燃料电池 电解质 酸性 中性 碱性 负极反应 H2-2e-=2H+ H2-2e-=2H+ H2-2e-+2OH-=2H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- O2+4e+2H2O=4OH- 总反应 2H2+O2=2H2O ②甲烷燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 CH4+2O2=CO2+2H2O CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O ③甲醇燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O ④辛烷燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 C8H18-50e—+16H2O=8CO2+50H+ C8H18-50e—+66OH—=8CO32-+42H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 2C8H18+25O2=16CO2+18H2O 2C8H18+25O2+32OH—=16CO32-+34H2O ⑤乙醇燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 C2H6O-12e—+3H2O=2CO2+12H+ C2H6O-12e—+16OH—=2CO32-+11H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 C2H6O+3O2=2CO2+3H2O C2H6O+3O2+4OH—=2CO32-+5H2O ⑥熔融盐电池 例如：用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变 电极反应式：负极：2CO+2CO32--4e-=4CO2 正极：O2+2CO2+4e-=2CO32- 总反应：2CO+O2=2CO2 （3）燃料电池中常见正极反应式的书写 ①在酸性溶液中： O2+4e-+4H+=2H2O ②在碱性或中性溶液中： O2+4e-+2H2O=4OH- ③在熔融碳酸盐中： O2+2CO2+4e-=2CO32- ④在可传导O2-的晶体电解质中（例如：掺杂(Y2O3)氧化钇的(ZrO2)氧化锆晶体）：O2+4e-=2O2- 5．锂电池的类型 锂电池 装置图 说明 Li-CO2电池 4Li＋3CO22Li2CO3＋C (隔膜只允许Li＋通过，向正极移动) 放电时： 锂极为负极，负极反应式： Li－e－＝Li＋ 铱基电极为正极，正极反应式： 3CO2＋4Li＋＋4e－＝2Li2CO3＋C LiFePO4-C电池 Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C (隔膜只允许Li＋通过，向正极移动，LixC6中C元素为0价) 放电时： M为负极，负极反应式： LixC6－xe－＝6C＋xLi＋ N为正极，正极反应式： Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－＝LiFePO4 全固态锂-硫电池 16Li＋xS88Li2Sx(2≤x≤8) (Li＋移向电极a)，电极a掺有石墨烯，可增强电极导电性 放电时： 电极b是负极，负极反应式： Li－e－＝Li＋ 电极a是正极，正极反应式(第一步)： S8＋2e－＋2Li＋＝Li2S8 LiCoO2-C电池 Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C (放电过程中，Li＋从负极脱出，嵌入正极) 放电时： N为负极，负极反应式： LixC6－xe－＝6C＋xLi＋ M为正极，正极反应式： Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－＝LiCoO2 锂-空气电池 4Li＋O2＋2H2O4LiOH (Li＋移向B极) 放电时： A为负极，负极反应式：Li－e－＝Li＋ B为正极，正极反应式： O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ (电解液a不能是水溶液，因为金属锂可与水反应) 知识点3 电解池 ◆一、电解原理 1．电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 2．电解池的定义和构成 （1）定义：电解池是把电能转化为化学能的装置。 （2）电解池的构成条件。 ①有外接直流电源。 ②有与电源相连的两个电极。其中与电源正极相连的叫阳极，与电源负极相连的叫阴极。 ③电解质溶液或熔融电解质。 ④形成闭合回路。 3．电解池的工作原理 （1）电极名称及电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。 （2）电子和离子移动方向。 电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 （3）电极的放电顺序 ①常见阳极的放电顺序：活性电极 > S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F- ②常见阳离子放电顺序：金属活动性顺序的 倒 序 Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > H+(酸) > Pb2+ > Fe2+ > Zn2+ > H+（水） > Al3+ Mg2+ > Na+ > Ca2+ > K+ 4.电解规律 （1）电解池中的阴、阳极判断 判断方法 与电源连接方式 电子流动方向 离子移动方向 反应类型 电极现象 阳极 与电源正极相连 电子流出 阴离子移向 氧化反应 溶解或产生有色气体 阴极 与电源负极相连 电子流入 阳离子移向 还原反应 析出金属或产生氢气 （2）四种电解类型的规律 阳离子 惰性电极电解电解质溶液的四种类型 阴离子 5.常见的电解池类型 物质 类别 代表物 被电解 物质 阴极 产物 阳极 产物 电解方程式 浓度变化 pH 溶液复原 加入物质 电解 类型 含氧酸 H2SO4 H2O H2 O2 2H2OH2↑＋O2↑ 变大 减小 水 电解 水型 可溶性碱 NaOH H2O H2 O2 变大 增大 活泼金属 含氧酸盐 Na2SO4 H2O H2 O2 变大 不变 无氧酸 HCl HCl H2 Cl2 2HClH2↑＋Cl2↑ 变小 变大 HCl 电解 自身型 不活泼金属 无氧酸盐 CuCl2 CuCl2 Cu Cl2 2CuCl2Cu↑＋Cl2↑ 变小 —— 加CuCl2固体 活泼金属 无氧酸盐 NaCl NaCl H2O H2 Cl2 NaOH 2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑ NaCl浓度减小 变大 通入HCl气体 放氢 生碱型 不活泼金属 含氧酸盐 Cu(NO3)2 Cu(NO3)2 H2O Cu O2 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ Cu(NO3)2浓度减小 有HNO3生成 变小 加CuO 放氧 生酸型 【得分技巧】1.分析电解过程的思维程序 ① 首先判断阴、阳极：分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极 ② 再分析电解质水溶液的组成：找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－) ③ 然后确定放电离子或物质：排出阴、阳离子在两极的放电顺序，确定优先放电的粒子。 阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋ 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞最高价含氧酸根离子 ④ 写出电极反应式、总反应式：判断电极产物，注意溶液的酸碱性、产物的溶解性 ⑤ 解答问题：如有关离子浓度、pH、电极产物量的变化、溶液的复原 注意 ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。 ②最常用、最重要的放电顺序是：阳极，Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。 ③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。 2.电极反应式书写 一看电源定阴阳极 接电源正极为______阳极，接电源负极为_____阴极 二看电极材料定电极反应 损失阳极（C、Pt除外），保护阴极 三看离子放电能力定阴阳极产物 易放电的阳离子在阴极上发生还原反应，阴极本身不发生氧化还原反应 温馨提醒 ①活性电极（指金属活动顺序表Ag及Ag以前的金属）：则电极材料失电子；②惰性电极：通常为Pt、Au、石墨；③离子的放电顺序往往还与溶液的酸碱性、温度、离子的浓度等有关。 3.原电池与电解池的区别与联系 原 电 池 电 解 池 电 镀 池 装置 见课本 见课本 见课本 能量转换 （实质） 化学能→电能 （两极分别发生氧化还原反应，产生电流） 电能→化学能 （在电流作用下两极分别发生氧化还原反应） 电极 正极 负极 较活泼金属 较不活泼金属 Pt/C Pt/C 金属氧化物 金属 阴极：接电源负极 阳极：接电源正极 阴极：镀件 阳极：镀层金属 电解液 和负极可反应，也可不反应 无特殊要求 电解液须含有镀层金属离子 构成条件 两极、一液、一反应(自发) 直流电源、两极一液 直流电源、两极一液 离子迁移 阳离子→正极 阴离子→负极 阳离子→阴极 阴离子→阳极 电子流向 原电池(－)原电池(＋) ◆二、电解原理的应用 一、氯碱工业 1．概念 用电解__饱和氯化钠溶液__的方法来制取__氢氧化钠、氢气和氯气__，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。 2．原理 （1）阳极反应：__2Cl－－2e－===Cl2↑__(__氧化__反应) （2）阴极反应：__2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－__(__还原__反应) （3）总反应 ①化学方程式：__2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑__ ②离子方程式：__2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑__ 3.现象及检验 阴极：有 无色、无味气泡 产生，滴加酚酞——变 红 阳极：有黄绿色、刺激性气味 的气体产生，使湿润的淀粉KI试纸变 蓝 4.阳离子交换膜的作用 （1）将电解池隔成 阳极室和阴极室 ，只允许 阳离子 通过，而阻止阴离子和气体 通过 （2）既能防止阴极产生的H2 和阳极产生的 Cl2而引起爆炸，又能避免Cl2 和NaOH 作用生成 NaClO 而影响烧碱的质量 二、电镀和电解精炼铜 电镀(Fe表面镀Cu) 电解精炼铜 阳极 电极材料 镀层金属铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质) 电极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、 Fe－2e－===Fe2＋、 Ni－2e－===Ni2＋、 Cu－2e－===Cu2＋ 阴极 电极材料 待镀金属铁 纯铜 电极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 三、电冶金 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 总反应化学方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 注意　冶炼镁不可用MgO作原料；冶炼铝不可用AlCl3作原料。 【得分技巧】一、原电池、电解池、电镀池的判断方法 1．若无外接电源的单一装置则一般是原电池，然后依据原电池的形成条件判定，主要思路是三“看”： 先看电极：两种活泼性不同的金属(或其中一种为非金属导体)作电极。 再看溶液：在电解质溶液中能自发地发生氧化还原反应。 后看回路：用导线连接的两电极与电解质溶液接触并形成闭合回路。 2．若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则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离子相同时则为电镀池。 3．若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能自发发生氧化还原反应的装置为原电池，与其相连的池为电解池或电镀池。 4．若为二次电池使用过程的分析，其中放电过程是将化学能转变成电能，为原电池反应；充电过程是将电能转变成化学能，为电解池反应。 二、几种电解应用类型的比较 电解食盐水 电解NaCl(熔融) 电镀锌 电解精炼铜 装置 示意图 阴极反应式 2H＋＋2e－＝H2↑ Na＋＋e－＝Na Zn2＋＋2e－＝Zn ___________(精铜) 阳极反应式 2H2O－4e—＝ O2↑＋4H＋ 2Cl－－2e—＝Cl2↑ Zn－2e—＝Zn2＋ Cu－2e－＝Cu2＋、Zn－2e－＝Zn2＋ Fe－2e－＝Fe2＋、Ni－2e－＝Ni2＋(粗铜) 电解 总反应式 2NaCl＋2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 2NaCl2Na+Cl2↑ —— ①电解液中增加Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋ ②阳极质量减小不等于阴极质量的增加 温馨提醒 ①阴极室与阳极室应用隔膜分开 ②食盐水需净化，除去Mg2＋、Ca2＋、SO42－等离子(BaCl2要在Na2CO3之前！) 电解法冶炼金属常为：Na、Mg、Al，用的分别是熔融NaCl、熔融MgCl2(不是MgO)、熔融Al2O3(不是AlCl3) ①镀件必须作阴极 ②Zn作阳极 ③用含Zn2＋的溶液作电镀液 ①粗铜作阳极，溶解下来 ②电解液中的c(Cu2＋)：减小 ③阳极金属减轻的质量不等于阴极金属增加的质量 （电解初期阳极铜失去2 mol e－，阴极析出的铜不是1 mol） 知识点4 金属的电化学腐蚀与防护 ◆一．金属的电腐蚀与防护 1. 金属的腐蚀：是金属或合金被氧化而损耗的过程。 (1)化学腐蚀 金属或合金直接与周围介质发生反应而产生的腐蚀，直接被氧化剂氧化，无电流产生；。 (2)电化学腐蚀 不纯的金属或合金与周围电解质溶液接触而发生原电池反应产生的腐蚀，相对活泼的金属被氧化，有电流产生．钢铁的电化腐蚀又分为析氢腐蚀（酸性条件下）和吸氧腐蚀（中性或碱性条件下）． 钢铁腐蚀的电极反应方程式 A.吸氧腐蚀：负极：2Fe-4e=2Fe2+，正极：O2+2H2O+4e=4OH- B.析氢腐蚀 ：负极：2Fe-4e=2Fe2+，正极： 2H++2e=H2↑ 金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，例如，钢铁生锈的主要过程为： 析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例） 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强（pH＜4.3 水膜酸性很弱或中性 电极反应 负极 Fe-2e—=Fe2+ 正极 2H++2e—=H2↑ O2+2H2O+4e—=4OH— 总反应式 Fe+2H+=Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 ◆二、金属的防护 1、牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 （1）原理：正极：被保护金属 负极：活泼金属 （2）具体方法：牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)安装若干镁合金或锌块。镁、锌比铁活泼，它们就成为原电池的负极，不断遭受腐蚀(需要定期检查、更换),而作为正极的钢铁设备就被保护起来。 【注意】：Fe2+的检验：Fe2++K3[Fe(CN)6]→KFe[Fe(CN)6]↓ 黄色 特征蓝色 2、外加电流的阴极保护法——电解池原理 （1）原理：阴极：被保护金属 （2）具体方法：外加电流法是把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液(如海水)里，外接直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。 3. 其他方法 1、根据不同的设计条件选用不同的金属或非金属材料； 2、控制和改善环境介质因素(如选用缓蚀剂)等。 3、金属防护包括生产设计、选材、防腐措施、施工、监测、管理和维护等环节，需要进行综合评价和决策。 ◆补充：金属腐蚀快慢的规律 1、构成原电池两极的活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快； 2、对于同一金属而言，纯度越高，腐蚀速率越慢 3、对于同一种电解质来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快 4、同一种金属在相同浓度不同介质中，腐蚀由快到慢的顺序为：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液 5、在同一电解质中：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀 6、有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极法引起的腐蚀>有外加电流法引起的金属腐蚀 易错点01：金属和非金属的还原性、氧化性的强弱规律 一般来说，越活泼的非金属，得到电子还原成非金属负离子越容易，其负离子失电子氧化成单质越难，还原性越弱。 易错点02：了解化学电源在现实生活中的应用 一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而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，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程（能量转化率仅30%多），可以持续使用，噪音低，不污染环境。既有利于节约能源，又绿色环保，具有广阔的发展前景，被誉为“绿色发电站” 易错点03：掌握电解的现实应用 电镀是电解的应用。电镀是以镀层金属为阳极，待镀金属制品为阴极，含镀层金属离子为电镀液。电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH—一般不放电。 易错点04：注意一些金属性较强的金属的冶炼 在金属活动顺序表中K、Ca、Na、Mg、Al等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼。 易错点05：要学会区分电解溶液和熔融态的不同 电解熔融NaCl和饱和NaCl溶液的区别；不能用MgO替代MgCl2的原因；不能用AlCl3替代Al2O3的原因。 易错点06：金属腐蚀的快慢规律 构成原电池两极的活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快；对于同一金属而言，纯度越高，腐蚀速率越慢。对于同一种电解质来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。同一种金属在相同浓度不同介质中，腐蚀由快到慢的顺序为：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。在同一电解质中：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极法引起的腐蚀>有外加电流法引起的金属腐蚀 方法01．氧化性与还原性强弱的比较 【解题通法】反应物中氧化剂的氧化性强于生成物中氧化产物的氧化性，反应物中还原剂的还原性强于生成物中还原产物的还原性。一般来说，越活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越容易，其阳离子得电子还原成金属单质越难，氧化性越弱；反之，越不活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越难，其阳离子得电子还原成金属单质越容易，氧化性越强。 【典型例题】铊()盐与氰化钾()被为A级危险品。已知下反应在一定条件下能够发生：①，②，③，下列离子氧化性比较顺序正确的是 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】氧化还原反应方程式中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性； ①说明氧化性为Ti3＋＞Ag＋； ②说明氧化性为Ag＋＞Fe3＋； ③说明氧化性为Fe3＋＞Fe2＋； 故氧化性； 故选C。 方法02．氧化还原反应的配平 【解题通法】由于在氧化还原反应里存在着电子的转移，因此元素的化合价必然有升有降，我们把化合价能升高的元素或含该元素的物质称还原剂；反之称为氧化剂。由氧化还原反应的知识我们不难得出配平原则：还原剂失电子总数=氧化剂得电子总数，即还原剂（元素）化合价升高的总价数=氧化剂（元素）化合价降低的总价数。 【典型例题】把图2中的物质补充到图1中，可得到一个完整的氧化还原型离子方程式(未配平)。 对该氧化还原反应型离子方程式，说法不正确的是 A．作氧化剂具有氧化性 B．氧化剂和还原剂的个数之比为5：2 C．若有参加反应时则转移电子的个数为 D．氧化性： 【答案】D 【详解】A．在反应中得电子作氧化剂，具有氧化性，A正确； B．由分析可知，氧化剂和还原剂的个数之比为5:2，B正确； C．若有2个Mn2+参加反应，则转移电子的个数为2×(7−2) =10，C正确； D．氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性；该反应中氧化剂为，氧化产物为，所以氧化性：<，D错误； 故选D。 方法03．电解饱和食盐水 【解题通法】在饱和食盐水中接通直流电源后，溶液中带负电的OH—和Cl—向阳极移动，由于Cl—比OH—容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出；溶液中带正电的Na+和H+向阴极移动，由于H+比Na+容易失去电子，在阴极被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子放出；在阴极上得到NaOH。 【典型例题】利用下图装置电解饱和食盐水，进行如图所示实验，下列有关说法正确的是 A．Ⅱ中有黄色浑浊产生，说明氧化性：Cl2 > S B．Ⅲ中溶液变为黄色，一定是Br-被氧化 C．Ⅳ和V中溶液均褪色，说明Cl2具有漂白性 D．Ⅰ中铜电极和石墨电极互换，重做实验，各装置中的实验现象相同 【答案】A 【详解】A．Ⅱ中有黄色浑浊产生，说明Cl2和Na2S反应生成NaCl和S，方程式为：Na2S+Cl2=2NaCl+S↓，Cl2是氧化剂，S是氧化产物，说明氧化性：Cl2 > S，故A正确； B．Fe2+、Br-都能被氯气氧化，还原性：Fe2+>Br-，Ⅲ中溶液变为黄色，氯气先氧化Fe2+，Br-不一定被氧化，故B错误； C．Ⅳ中溶液褪色是因为Cl2和水反应生成的HClO具有漂白性，V中溶液褪色是因为Cl2和NaOH反应，Cl2没有漂白性，故C错误； D．Ⅰ中铜电极和石墨电极互换，铜作阳极，阳极铜失电子，不放出氯气，各装置中的实验现象不相同，故D错误； 选A。 方法04．掌握细节阳极泥 【解题通法】因为粗铜中含有金、银、锌、铁、镍等杂质，电解时，比铜活泼的锌、铁、镍会在阳极放电形成正离子进入溶液中，Zn－2e－ = Zn2+ 、Fe－2e－ = Fe2+ 、Ni－2e－ =Ni2+，Fe2+、Zn2+、Ni2+不会在阴极析出，最终留存溶液中，所以电解质溶液的浓度、质量、pH均会改变。还原性比铜差的银、金等不能失去电子，它们以单质的形式沉积在电解槽溶液中，成为阳极泥。阳极泥可再用于提炼金、银等贵重金属。 【典型例题】利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯。下列叙述中正确的是 A．电解时以精铜作阳极 B．电解时阴极上发生的反应为 C．粗铜连接电源的负极，其电极反应为 D．电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥 【答案】D 【详解】A．将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯时，以精铜作阴极，粗铜作阳极，A不正确； B．电解时，溶液中的Cu2+在阴极上得电子，发生的反应为，B不正确； C．电解精炼粗铜时．粗铜作阳极，连接电源的正极，其电极反应为Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Cu-2e-=Cu2+，C不正确； D．电解时，粗铜中的Fe、Zn、Cu失电子转化为金属阳离子，Ag、Au不失电子，则电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥，D正确； 故选D。 方法05．氧化还原反应的计算方法 【解题通法】找出氧化剂和还原剂以及各自的还原产物和氧化产物。找准一个原子或离子得失电子数(注意：化学式中粒子的个数)。 根据得失电子守恒列等式。 n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值 = n (还原剂)×变价原子个数×化合价变化值。 【典型例题】钠和钠的化合物有许多重要的用途，如碳酸钠可用于从海水中提取溴，涉及的反应为。下列说法错误的是 A．用双线桥法标出电子的转移： B．该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比是5∶1 C．等物质的量的和分别与足量的盐酸反应，在相同条件下产生的体积小于产生的 D．碳酸氢钠溶于水显碱性，可用于去除油污 【答案】C 【详解】 A．单质溴与碳酸钠反应生成溴酸钠、溴化钠和碳酸氢钠，生成1个溴酸钠溴的化合价升高5，电子转移5e-，双线桥表示的电子转移的方向和数目为：，A正确； B．反应中溴既是氧化剂又是还原剂，化合价降低的做氧化剂，升高的做还原剂，物质的量之比为5:1，B正确； C．等物质的量的和分别与足量的盐酸反应，根据碳原子守恒，在相同条件下二者产生的二氧化碳的体积相同，C错误； D．碳酸氢钠溶于水显碱性，油污在碱性条件下水解，可用于除去油污， D正确。 答案选C。 方法06．会区分析氢腐蚀和吸氧腐蚀 【解题通法】不纯的金属或合金与周围电解质溶液接触而发生原电池反应产生的腐蚀，相对活泼的金属被氧化，有电流产生．钢铁的电化腐蚀又分为析氢腐蚀（酸性条件下）和吸氧腐蚀（中性或碱性条件下）。 【典型例题】用压强传感器探究生铁在不同pH的醋酸溶液中发生腐蚀的过程时，根据压强传感器所得数据绘制的图像如下。忽略温度变化，下列说法正确的是 A．时，正极发生反应： B．日常生活中钢铁的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 C．铁锈覆盖在钢铁制品表面，能阻止钢铁继续发生腐蚀 D．在上述两种腐蚀过程中，生铁中的铁都发生反应： 【答案】B 【详解】A．根据压强与时间关系图知，的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐增大，说明该反应发生析氢腐蚀，正极发生反应为，A项错误； B．日常生活中介质一般为中性或碱性，钢铁被腐蚀主要是因为铁能与空气中的氧气和水反应，则钢铁的吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，B项正确； C．铁锈疏松地覆盖在钢铁制品表面，不能阻止钢铁继续发生腐蚀，C项错误； D．两种腐蚀过程中，都是碳作正极，铁作负极，发生反应：，D项错误； 故选B。 方法07．金属腐蚀中牺牲阳极保护阴极 【解题通法】牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)安装若干镁合金或锌块。镁、锌比铁活泼，它们就成为原电池的负极，不断遭受腐蚀(需要定期检查、更换),而作为正极的钢铁设备就被保护起来。 【典型例题】为探究金属腐蚀的原理，进行了如下实验。表面皿中都装有混合了饱和食盐水、酚酞和铁氰化钾溶液的琼脂，分别将缠有铜丝的铁钉和缠有锌皮的铁钉放置其中，如图所示。下列说法错误的是 A．图B中铁钉受锌皮保护，为牺牲阳极的阴极保护法 B．离子在半凝固态的琼脂内可定向移动 C．图B中铁钉上的电极反应式： D．图A中铁钉两端蓝色中间红色，图B中铁钉两端红色中间无色 【答案】C 【详解】A．由分析可知，图B中铁为正极，锌为负极，是牺牲阳极的阴极保护法，A正确； B．该装置形成原电池，原电池内电路阳离子向正极定向移动、阴离子向负极定向移动，混合了饱和食盐水、酚酞和铁氰化钾溶液的琼脂起电解质溶液的作用，所以离子在半凝固态的琼脂内可定向移动，B正确； C．由分析可知，图B中铁钉上的电极反应式为，C错误； D．根据以上分析可知，图A中铁作负极，发生氧化反应，生成亚铁离子，亚铁离子与铁氰化钾反应生成蓝色沉淀，铜作正极，产物为氢氧根，则铁钉中间为红色；图B中锌皮作负极生成锌离子为无色，铁作正极，产物为氢氧根，遇酚酞变红，则图B铁钉两端红色中间无色，D正确； 故选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 $