2026-2027学年上学期高二上学期电化学专题复习讲义（人教版选择性必修1）

本讲义聚焦电化学核心知识点，以氧化还原反应的拆分与重组为主线，系统梳理原电池（自发反应、化学能转电能）和电解池（非自发反应、电能转化学能）的原理，延伸至化学电源、电解应用及金属腐蚀防护，辅以电极反应式书写三步法和电子守恒计算作为学习支架。 该资料以化学观念为统领构建知识网络，通过原创“三步法”电极反应式书写和电子守恒计算培养科学思维，5例原创例题与10题巩固练习强化科学探究与实践。课中辅助教师系统授课，课后助力学生查漏补缺，提升知识应用能力。

高中化学讲义 · 电化学 高中化学专题讲义 电化学 —— 原电池 · 电解池 · 金属的腐蚀与防护 —— 适用教材：人教版（2019）选择性必修 1 第四章《化学反应与电能》 （含必修第二册第六章"化学能转化为电能"衔接内容） 编写日期：2026 年 9 月 编者说明：本讲义文字、口诀、例题与练习均为独立原创编写，供课堂学习、复习与自学使用。 本讲目录 一、内容导引与学法建议 二、电化学的两大装置：原电池与电解池（总览） 三、原电池 四、化学电源（重要电池举例） 五、电解池 六、电解原理的应用 七、金属的腐蚀 八、金属的防护 九、电极反应式书写"三步法" 十、电化学计算：电子守恒 十一、高频易错点警示 十二、典型例题精讲（原创 5 例） 十三、巩固练习（10 题，附参考答案） 十四、知识网络与结语 附录　常见化学电源速查表 一、内容导引与学法建议 电化学是"氧化还原反应"知识的落地与升级：把同一个氧化还原反应拆成两个半反应，分别放在两个电极上进行，电子沿外电路定向移动，就形成了电流——这正是原电池；反过来，用外加电源强迫电子朝相反方向移动，就能让本来不发生的反应发生——这就是电解池。 1. 一条主线：氧化还原反应的"拆分"与"重组" 原电池：自发氧化还原反应 → 化学能转化为电能；电解池：外加电源 → 非自发氧化还原反应发生，电能转化为化学能。两类装置都遵循同一条铁律：失电子（氧化）发生在负极/阳极，得电子（还原）发生在正极/阴极。 2. 学法建议 ① 先背熟"四句口诀"：负阳失电子、正阴得电子；阳离子奔向得电子极、阴离子奔向失电子极；② 电极反应式书写是本讲的"硬功夫"，务必掌握三步法（见第九部分）并练熟燃料电池各介质下的写法；③ 所有计算题都走"电子守恒"一条路：串联电路中各电极转移电子数相等；④ 金属腐蚀与防护是本讲与生活结合最紧的内容，理解"吸氧腐蚀"就理解了铁为什么会生锈。 二、电化学的两大装置：原电池与电解池（总览） 比较项目 原电池 电解池 能量转化 化学能 → 电能 电能 → 化学能 反应特点 能自发进行的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应（靠外加电源驱动） 电极名称 负极：失电子、氧化反应；正极：得电子、还原反应 阳极（接电源正极）：失电子、氧化反应；阴极（接电源负极）：得电子、还原反应 电子流向（外电路） 负极 → 导线 → 正极 电源负极 → 导线 → 阴极；阳极 → 导线 → 电源正极 电流方向（外电路） 正极 → 导线 → 负极 电源正极 → 导线 → 阳极；阴极 → 导线 → 电源负极 离子移动（溶液） 阳离子 → 正极；阴离子 → 负极 阳离子 → 阴极；阴离子 → 阳极 电极反应规律 负极：较活泼金属溶解或燃料失电子；正极：溶液中的离子得电子 阳极：阴离子放电或活性电极自身溶解；阴极：阳离子放电 典型实例 锌铜原电池、氢氧燃料电池、钢铁吸氧腐蚀 电解饱和食盐水（氯碱工业）、电解精炼铜、电镀 统一记忆：得电子的电极（原电池的正极、电解池的阴极）都吸引阳离子；失电子的电极（原电池的负极、电解池的阳极）都吸引阴离子。口诀："负阳失、正阴得；阳离子奔得电子极，阴离子奔失电子极。" 三、原电池 1. 构成条件（四条件缺一不可） ① 两个电极（一般为活泼性不同的两种导体材料）；② 电解质溶液（或熔融电解质）；③ 构成闭合回路（外电路导线与内电路离子导电）；④ 有能自发进行的氧化还原反应（本质条件，是判断装置能否构成原电池的关键）。 2. 工作原理（以锌—铜—稀硫酸原电池为例） 装置：Zn 片与 Cu 片插入稀硫酸，外接导线与电流表。 负极（Zn）：Zn − 2e⁻ = Zn²⁺（氧化反应，锌片逐渐溶解、质量减小）； 正极（Cu）：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑（还原反应，铜片表面产生气泡）； 总反应：Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑（与锌直接和稀硫酸反应的离子方程式完全相同）。 粒子运动：电子由负极沿导线流向正极；电流由正极经导线流向负极；溶液中 H⁺ 向正极（Cu）移动，SO₄²⁻ 向负极（Zn）移动。注意：电子不能进入溶液"游泳"，溶液中的导电靠的是离子的定向移动。 3. 正负极的判断方法（六把"钥匙"） ① 看电极材料：一般较活泼金属作负极（特例见第十一部分）；② 看反应类型：发生氧化反应（失电子）的是负极；③ 看电子流向：电子流出的一极是负极；④ 看电流方向：电流流入的一极是负极；⑤ 看离子移动：阴离子移向的一极是负极（阳离子移向正极）；⑥ 看现象：质量减小、不断溶解的一极一般是负极；质量增大或冒气泡的一极一般是正极。 4. 双液原电池与盐桥 将锌铜原电池改进为双液装置：负极 Zn 插入 ZnSO₄ 溶液，正极 Cu 插入 CuSO₄ 溶液，两溶液用装有饱和 KCl 溶液（琼脂胶冻）的盐桥连通。电池符号：Zn | ZnSO₄(aq) ‖ CuSO₄(aq) | Cu。 负极：Zn − 2e⁻ = Zn²⁺；正极：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu；总反应：Zn + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu。 盐桥的作用：① 连通内电路，使装置形成闭合回路；② 平衡两边溶液的电荷（盐桥中 K⁺ 移向正极区、Cl⁻ 移向负极区），维持溶液电中性，使反应持续进行。盐桥本身不参与电极反应。 5. 原电池原理的两个应用视角 ① 加快反应速率：形成原电池后，氧化还原反应在"两个电极"上分头进行，速率比直接反应快（如粗锌与稀硫酸反应比纯锌快，因杂质与锌构成无数微型原电池）；② 比较金属活动性：作负极的金属活动性较强。 四、化学电源（重要电池举例） 1. 一次电池：锌锰干电池 负极（锌筒）：Zn − 2e⁻ = Zn²⁺；正极（石墨棒，MnO₂ 作去极化剂）：2MnO₂ + 2NH₄⁺ + 2e⁻ = Mn₂O₃ + 2NH₃ + H₂O。特点：一次性使用，电压约 1.5 V，负极 Zn 被消耗，电池变软（"电池没电变软"的原因）。 2. 二次电池（可充电）：铅蓄电池 放电时作原电池：负极：Pb + SO₄²⁻ − 2e⁻ = PbSO₄；正极：PbO₂ + 4H⁺ + SO₄²⁻ + 2e⁻ = PbSO₄ + 2H₂O；放电总反应：Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O（放电时硫酸被消耗，溶液密度减小，可据此判断电池剩余电量）。 充电时作电解池（阴极、阳极反应分别是放电时负极、正极反应的逆反应）：阴极：PbSO₄ + 2e⁻ = Pb + SO₄²⁻；阳极：PbSO₄ + 2H₂O − 2e⁻ = PbO₂ + 4H⁺ + SO₄²⁻。 3. 燃料电池（常考！电极反应式随介质变化） 氢氧燃料电池（电解质不同，电极反应式不同）： 介质 负极（燃料） 正极（氧气） 总反应 酸性（H⁺ 参与） 2H₂ − 4e⁻ = 4H⁺ O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ = 2H₂O 2H₂ + O₂ = 2H₂O 碱性（OH⁻ 参与） 2H₂ + 4OH⁻ − 4e⁻ = 4H₂O O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ 2H₂ + O₂ = 2H₂O 甲烷燃料电池（碱性介质）：负极：CH₄ + 10OH⁻ − 8e⁻ = CO₃²⁻ + 7H₂O；正极：2O₂ + 4H₂O + 8e⁻ = 8OH⁻；总反应：CH₄ + 2O₂ + 2OH⁻ = CO₃²⁻ + 3H₂O。 燃料电池规律：燃料（H₂、CH₄、CH₃OH 等）在负极失电子被氧化，O₂ 在正极得电子被还原；总反应即燃料燃烧（或与介质结合）的反应；介质不同，电极反应式中用来配电荷的离子不同（酸用 H⁺、碱用 OH⁻）。 五、电解池 1. 电解原理（以电解 CuCl₂ 溶液为例） 装置：两个石墨电极插入 CuCl₂ 溶液，分别与直流电源的正极、负极相连。与电源正极相连的一极是阳极，与电源负极相连的一极是阴极。 阳极：2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂↑（氧化反应，产生黄绿色气体）；阴极：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu（还原反应，石墨表面覆盖红色铜）；总反应：CuCl₂ ＝电解＝ Cu + Cl₂↑。 2. 离子的放电顺序（本讲最核心的"优先规则"） 惰性电极（石墨、Pt）电解时，离子按放电能力强弱依次放电。 阳极（阴离子放电顺序）：S²⁻ > I⁻ > Br⁻ > Cl⁻ > OH⁻ > 含氧酸根（SO₄²⁻、NO₃⁻、CO₃²⁻ 等）> F⁻。若阳极是活性电极（除 Pt、Au 外的金属），则电极本身优先失电子溶解：M − ne⁻ = Mⁿ⁺。 阴极（阳离子放电顺序）：Ag⁺ > Fe³⁺ > Cu²⁺ > H⁺（酸中）> Pb²⁺ > Sn²⁺ > Fe²⁺ > Zn²⁺ > H⁺（水中）> Al³⁺ > Mg²⁺ > Na⁺ > Ca²⁺ > K⁺。即：K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺ 在水溶液中不放电，此时由 H₂O 电离出的 H⁺ 放电（2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻）。 3. 惰性电极电解的四种典型类型 类型 代表电解质 阳极反应 阴极反应 总反应（或实质） 溶液 pH 变化 恢复方法 电解水型 H₂SO₄、NaOH、Na₂SO₄ 4OH⁻ − 4e⁻ = 2H₂O + O₂↑ 4H⁺ + 4e⁻ = 2H₂↑ 2H₂O ＝电解＝ 2H₂↑ + O₂↑ 酸减小、碱增大、盐不变 加水 电解电解质型 HCl 2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂↑ 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ 2HCl ＝电解＝ H₂↑ + Cl₂↑ 增大（酸减少） 通 HCl 气体 电解电解质型 CuCl₂ 2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂↑ Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu CuCl₂ ＝电解＝ Cu + Cl₂↑ 减小（Cl₂ 溶于水） 加 CuCl₂ 固体 放氢生碱型 NaCl 溶液 2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂↑ 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻ 2NaCl + 2H₂O ＝电解＝ 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ 增大（生成碱） 通 HCl 气体 放氧生酸型 CuSO₄、AgNO₃ 4OH⁻ − 4e⁻ = 2H₂O + O₂↑ 2Cu²⁺ + 4e⁻ = 2Cu 2CuSO₄ + 2H₂O ＝电解＝ 2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄ 减小（生成酸） 加 CuO（或 CuCO₃） "恢复方法"规律：电解后"少什么加什么"：只消耗水就加水；析出金属并放出 O₂（放氧生酸型）加对应金属氧化物（CuO、Ag₂O）或碱式盐（CuCO₃）；放出 H₂ 与 Cl₂ 的通 HCl 气体。注意：加 Cu(OH)₂、CuCO₃ 等需谨慎判断——它们与水反应等效于"CuO + H₂O"或"CuO + CO₂"，即既能补铜又能补水/调 pH 的物质才与电解消耗完全匹配。 4. 电镀与电解精炼（活性电极电解） ① 电镀（以铁件镀铜为例）：待镀金属（Fe）作阴极，镀层金属（Cu）作阳极，电镀液用含镀层金属阳离子的盐溶液（CuSO₄）。阳极：Cu − 2e⁻ = Cu²⁺；阴极：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu。特点：溶液中 Cu²⁺ 浓度保持不变（阳极溶解多少，阴极析出多少）。 ② 电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，CuSO₄ 溶液作电解液。阳极：比铜活泼的 Zn、Fe、Ni 先溶解，随后 Cu − 2e⁻ = Cu²⁺；Ag、Au 等比铜不活泼的杂质不溶解，以"阳极泥"形式沉积在阳极下方（阳极泥是提取贵金属的原料）；阴极：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu（只析出铜）。溶液中 Cu²⁺ 浓度基本不变（严格说略有减小，因阳极溶解的杂质金属占去了部分失电子份额）。 六、电解原理的应用 1. 氯碱工业（电解饱和食盐水） 总反应：2NaCl + 2H₂O ＝通电＝ 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑。阳极（Ti 阳极）：2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂↑；阴极（碳钢阴极）：2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻。 现代氯碱工业使用阳离子交换膜电解槽：只允许 Na⁺ 通过，把阳极室产生的 Cl₂ 与阴极室产生的 H₂、NaOH 分开，避免 Cl₂ 与 NaOH 反应、避免 H₂ 与 Cl₂ 混合爆炸，同时得到较纯的 NaOH。 2. 电冶金（电解熔融物冶炼活泼金属） Na：2NaCl(熔融) ＝通电＝ 2Na + Cl₂↑；Mg：MgCl₂(熔融) ＝通电＝ Mg + Cl₂↑；Al：2Al₂O₃(熔融) ＝通电＝ 4Al + 3O₂↑（加冰晶石 Na₃AlF₆ 作助熔剂降低熔点）。注意：冶炼铝不能用电解 AlCl₃ 熔融物（AlCl₃ 是共价化合物，熔融态不导电），必须电解 Al₂O₃。 七、金属的腐蚀 1. 化学腐蚀与电化学腐蚀 比较项目 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与氧化剂直接接触 不纯金属（或合金）与电解质溶液接触，构成原电池 是否有电流 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化（M − ne⁻ = Mⁿ⁺） 较活泼金属作负极被氧化 实例 铁与氯气直接反应、铁在高温下被氧化 钢铁在潮湿空气中生锈 相互关系 两种腐蚀往往同时发生，电化学腐蚀更普遍、更严重 2. 钢铁的两种电化学腐蚀（吸氧腐蚀为主） 类型 发生条件 负极反应 正极反应 总反应 析氢腐蚀 酸性较强环境（H⁺ 浓度较大） Fe − 2e⁻ = Fe²⁺ 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑ 吸氧腐蚀 中性、弱酸性或碱性环境（钢铁腐蚀的主要形式） 2Fe − 4e⁻ = 2Fe²⁺ O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ 2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂ 铁锈的生成过程：Fe(OH)₂ 不稳定，被空气中 O₂ 进一步氧化：4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃；Fe(OH)₃ 失去部分水生成疏松多孔的铁锈（主要成分 Fe₂O₃·xH₂O）。铁锈疏松多孔，不能阻止内部金属继续腐蚀。 3. 金属腐蚀快慢的规律（判断选择题常用） 同一种金属，处于不同环境时腐蚀快慢为：电解池阳极 > 原电池负极 > 一般化学腐蚀 > 原电池正极 > 电解池阴极。规律背后的道理：作失电子的阳极/负极时被"加速"腐蚀，作得电子的阴极/正极时被"保护"。 八、金属的防护 防护方法 原理 实例 改变金属内部结构 制成耐腐蚀合金 不锈钢（加入 Cr、Ni 等） 覆盖保护层 隔绝金属与腐蚀介质 涂油漆、镀锌（镀层金属更活泼，作负极"牺牲"）、镀锡、钝化 牺牲阳极的阴极保护法（牺牲阳极保护法） 原电池原理：被保护金属作正极，更活泼金属作负极 船体外壳连接锌块；锅炉内壁连接镁块 外加电流的阴极保护法 电解池原理：被保护金属连接电源负极作阴极 钢闸门、地下管道、水闸连接直流电源负极 经典对比：镀锌铁板（白铁）破损后，Zn 比 Fe 活泼，Zn 作负极被腐蚀，铁被保护；镀锡铁板（马口铁）破损后，Fe 比 Sn 活泼，Fe 作负极被腐蚀——故马口铁一旦破损腐蚀更快。 九、电极反应式书写"三步法" 三步法（适用于一切电极反应式书写）： 第一步——定电极、定物质：判断该电极是得电子还是失电子，确定反应物与主要产物（价态变化）； 第二步——电子配平：写出主要物质得失电子，配平发生价态变化的原子； 第三步——电荷与原子守恒：用介质中的离子（酸性介质用 H⁺，碱性介质用 OH⁻）配平电荷，最后用 H₂O 配平 H、O 原子。 示范：碱性介质中 O₂ 的还原（正极反应） ① O₂ 得电子，产物为 OH⁻（碱性环境）；② O₂ + 4e⁻ → 2O²⁻ 的"骨架"：O₂ + 4e⁻ = 4OH⁻ 需补 H 与 O；③ 先配电荷：左边已有 4 个单位负电荷，右边 4 个 OH⁻ 也是 4 个单位负电荷，电荷已平；再配原子：右边比左边多 4 个 H 和 2 个 O，故左边补 2H₂O，得：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。 示范：酸性介质中 CH₃OH 的氧化（负极反应） ① CH₃OH 失电子，C 由 −2 价氧化为 CO₂（+4 价），失 6e⁻；② 骨架：CH₃OH − 6e⁻ → CO₂；③ 配电荷：酸性介质用 H⁺，左边电荷 +6（相对），右边补 6H⁺ 使左右电荷相等：CH₃OH − 6e⁻ = CO₂ + 6H⁺；④ 配原子：右边比左边多 2 个 H 和 1 个 O，左边补 H₂O，得：CH₃OH + H₂O − 6e⁻ = CO₂ + 6H⁺。 检查口诀："价态对、电荷平、原子守；酸性加 H⁺、碱性加 OH⁻、最后用水平。" 十、电化学计算：电子守恒 电化学计算的"万能钥匙"是电子守恒：串联电路中通过各电极的电量相同，即各电极转移电子的物质的量相等。 基本关系：n(e⁻) = Q/F；气体（标准状况）V = 22.4 L·mol⁻¹ × n；n(e⁻) 与产物关系由电极反应式决定，如生成 1 mol Cl₂ 需转移 2 mol e⁻，析出 1 mol Cu 需转移 2 mol e⁻。 计算流程（四步） ① 写出电极反应式；② 由已知量求 n(e⁻)；③ 由 n(e⁻) 求目标电极的产物物质的量；④ 换算成质量、体积或浓度。串联电池组中"各电极得失电子数相等"可直接建立比例式。 十一、高频易错点警示 1. 原电池负极不一定是"活泼金属"：如 Mg—Al—NaOH 溶液原电池中，Al 与 NaOH 反应而 Mg 不反应，Al 作负极；Fe—Cu—浓硝酸中 Fe 钝化，Cu 作负极。判断依据是"谁失电子、谁被氧化"，而不是金属活动性顺序。 2. 电子只在导线（外电路）中流动，溶液中靠阴阳离子移动导电，说"电子通过溶液"是错的。 3. 电极反应式要"看介质下菜"：酸性介质不写 OH⁻，碱性介质不写 H⁺；碱性燃料电池中 CO₂ 会与 OH⁻ 反应生成 CO₃²⁻，产物不能写 CO₂。 4. 阳极若为活性电极（Pt、Au、石墨以外），是电极本身失电子，不是溶液中的阴离子放电。 5. 电解后溶液恢复："少什么加什么"。放氧生酸型加 CuO 而不能加 Cu(OH)₂ 或 CuCO₃ 时需谨慎判断——CuCO₃ + H₂SO₄ = CuSO₄ + CO₂↑ + H₂O 恰好等效于"加 CuO + 除 H₂O 之外的消耗"，严格判断标准是"加入的物质与水反应后能否恰好复原电解消耗"。 6. 钢铁腐蚀以吸氧腐蚀为主（即便在弱酸性环境），析氢腐蚀只在较强酸性条件下发生。 7. 原电池正极、电解池阴极上析出的金属质量增大，负极、阳极质量减小——"质量变化"常作为判断电极的线索。 8. 盐桥中离子移动方向：K⁺ 向正极区、Cl⁻ 向负极区；盐桥中的离子不参与电极反应，取出盐桥则电流计指针归零（内电路断开）。 9. 电镀时电镀液浓度不变，电解精炼铜时 CuSO₄ 溶液浓度基本不变（略减小）——两者成因不同，不能混淆。 10. 燃料电池总反应不是简单的"燃烧"：碱性介质中总反应含 OH⁻/CO₃²⁻（如甲烷碱性燃料电池总反应为 CH₄ + 2O₂ + 2OH⁻ = CO₃²⁻ + 3H₂O），写总反应时要与介质匹配。 十二、典型例题精讲（原创 5 例） 【例 1】锌铜原电池分析 将锌片与铜片插入稀硫酸中，用导线连接并串联电流表，构成原电池。回答： (1) 指出正、负极并写出电极反应式与总反应离子方程式。 (2) 外电路中电子与电流的流动方向分别是什么？ (3) 一段时间后，两电极质量如何变化？溶液中 c(H⁺) 如何变化？ 【解析】(1) 负极 Zn：Zn − 2e⁻ = Zn²⁺；正极 Cu：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑；总反应：Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑。(2) 电子：Zn（负极）→ 导线 → Cu（正极）；电流：Cu（正极）→ 导线 → Zn（负极）。(3) 锌片质量减小（溶解），铜片质量不变（只作导电材料，表面析出的 H₂ 逸出）；H⁺ 被消耗，c(H⁺) 减小，溶液酸性减弱。 【要点】"正极出气泡、负极在溶解"是现象特征；电子方向与电流方向相反，写清"电子从负极出、电流从正极出"即可。 【例 2】燃料电池电极反应式（介质对比） 分别写出氢氧燃料电池在酸性（H₂SO₄）与碱性（KOH）介质中两电极的电极反应式，并写出甲烷碱性燃料电池的两极反应式。 【解析】氢氧酸性：负极 2H₂ − 4e⁻ = 4H⁺；正极 O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ = 2H₂O。氢氧碱性：负极 2H₂ + 4OH⁻ − 4e⁻ = 4H₂O；正极 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。甲烷碱性：负极 CH₄ + 10OH⁻ − 8e⁻ = CO₃²⁻ + 7H₂O；正极 2O₂ + 4H₂O + 8e⁻ = 8OH⁻。 【要点】书写程序：先写总反应（碱性甲烷：CH₄ + 2O₂ + 2OH⁻ = CO₃²⁻ + 3H₂O），再用"总反应 − 一极反应 = 另一极反应"校验。碱性介质中生成 CO₂ 必变 CO₃²⁻，这是最易失分的一步。 【例 3】电解 CuSO₄ 溶液 用惰性电极电解一定量 CuSO₄ 溶液。 (1) 写出阳极、阴极电极反应式与总反应方程式，描述两电极现象。 (2) 电解过程中溶液 pH 如何变化？电解结束后要使溶液复原应加入什么物质？ (3) 若转移电子 0.4 mol，求阴极析出铜的质量与阳极放出气体的体积（标准状况）。 【解析】(1) 阳极：4OH⁻ − 4e⁻ = 2H₂O + O₂↑（放出无色无味气体）；阴极：2Cu²⁺ + 4e⁻ = 2Cu（红色固体析出）；总反应：2CuSO₄ + 2H₂O ＝电解＝ 2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄。(2) 生成 H₂SO₄，pH 减小；"少什么加什么"：析出 Cu、放出 O₂，相当于从溶液中取走 CuO，故加 CuO（或 CuCO₃）可复原。(3) 阴极：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu，n(Cu) = 0.4 mol ÷ 2 = 0.2 mol，m(Cu) = 0.2 mol × 64 g·mol⁻¹ = 12.8 g；阳极：4OH⁻ − 4e⁻ = 2H₂O + O₂↑，n(O₂) = 0.4 mol ÷ 4 = 0.1 mol，V(O₂) = 2.24 L。 【要点】放氧生酸型的"三件套"：现象（铜红、氧无色）、pH 减小、恢复加 CuO——由电子守恒列比例式时，先写电极反应式再对齐电子数。 【例 4】串联电解池（电子守恒计算） 甲、乙两电解池串联（惰性电极），甲池电解饱和 NaCl 溶液，乙池电解 CuSO₄ 溶液。当甲池阳极产生标准状况下 2.24 L Cl₂ 时： (1) 乙池阴极析出铜的质量是多少？(2) 甲池阴极生成 NaOH 的物质的量是多少？ 【解析】(1) n(Cl₂) = 2.24 L ÷ 22.4 L·mol⁻¹ = 0.1 mol。甲池阳极：2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂↑，转移电子 0.2 mol。串联电路各电极转移电子数相等，乙池阴极：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu，n(Cu) = 0.2 mol ÷ 2 = 0.1 mol，m(Cu) = 6.4 g。(2) 甲池总反应：2NaCl + 2H₂O ＝电解＝ 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑，NaOH 与 Cl₂ 的系数比为 2∶1，故 n(NaOH) = 0.1 mol × 2 = 0.2 mol。 【要点】串联电解池题只做一件事：先由已知量求出"转移电子数"，再把这个数用到另一个电极上。谁先谁后，电子是桥。 【例 5】金属的腐蚀与防护 钢铁在潮湿的中性环境中发生吸氧腐蚀。 (1) 写出负极、正极电极反应式及总反应方程式。 (2) 铁锈的主要成分是什么？写出 Fe(OH)₂ 转化为铁锈的化学方程式。 (3) 船舶外壳连接锌块防锈，利用的是什么原理？此时铁作哪种电极？ (4) 相同条件下，镀锌铁板（白铁）与镀锡铁板（马口铁）镀层破损处，哪种铁板腐蚀更快？为什么？ 【解析】(1) 负极：2Fe − 4e⁻ = 2Fe²⁺；正极：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；总反应：2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂。(2) Fe₂O₃·xH₂O；4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃（Fe(OH)₃ 再失水成铁锈）。(3) 牺牲阳极的阴极保护法（原电池原理）；Zn 比 Fe 活泼，Zn 作负极被腐蚀，铁作正极被保护。(4) 马口铁腐蚀更快：Sn 比 Fe 不活泼，镀层破损后 Fe 作负极被加速腐蚀；白铁中 Zn 比 Fe 活泼，破损后 Zn 作负极，铁反被保护。 【要点】"破损后谁作负极谁遭殃"——镀层金属比铁活泼则铁被保护（锌），比铁不活泼则铁被加速腐蚀（锡）。 十三、巩固练习（10 题） 1. 下列装置中，能构成原电池的是（　） A. 两个锌电极插入稀硫酸，外接导线　　B. 锌片、铜片插入酒精中，外接导线 C. 锌片、铜片插入稀硫酸，外接导线　　D. 锌片、铜片插入稀硫酸，不连导线 2. 锌铜稀硫酸原电池中，负极的电极反应式为______；溶液中 H⁺ 向______（填"锌"或"铜"）极移动。 3. 写出氢氧燃料电池（KOH 溶液作电解质）的负极反应式：____________________。 4. 用惰性电极电解 NaCl 溶液，阳极产物是______，阴极产物是______；阴极区溶液的 pH 将______（填"增大""减小"或"不变"）。 5. 用惰性电极电解 CuSO₄ 溶液一段时间后，要使溶液恢复原状，应加入（　） A. CuSO₄　　B. CuO　　C. Cu(OH)₂　　D. H₂O 6. 电镀铜时，待镀金属作______极，镀层金属作______极，电镀液选用______溶液；电镀过程中电镀液中 Cu²⁺ 浓度______（填"增大""减小"或"不变"）。 7. 钢铁吸氧腐蚀的正极反应式为____________________；析氢腐蚀发生在______（填"较强酸性"或"中性"）环境中。 8. 下列保护钢铁的方法中，属于牺牲阳极的阴极保护法的是（　） A. 在钢闸门上连接直流电源负极　　B. 在船体外壳焊接锌块 C. 在铁制品表面涂油漆　　D. 在铁中加入铬、镍制成不锈钢 9. 甲池电解饱和食盐水、乙池电解 AgNO₃ 溶液（均为惰性电极），两池串联。若乙池阴极析出银 10.8 g，求甲池阳极产生气体的体积（标准状况）。 10. 判断正误：① 原电池中负极材料一定比正极材料活泼；（　）② 电解池中电子由电源负极出发，经导线进入阴极，再穿过溶液到达阳极；（　）③ 阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；（　）④ 铅蓄电池放电时负极质量增加。（　） 参考答案与提示 1. C（A 两极相同无电势差、B 非电解质、D 未构成闭合回路；原电池四条件缺一不可）。 2. Zn − 2e⁻ = Zn²⁺；铜（阳离子移向得电子的正极）。 3. 2H₂ + 4OH⁻ − 4e⁻ = 4H₂O（碱性介质用 OH⁻ 配电荷，产物是 H₂O 而不是 H⁺）。 4. Cl₂；H₂；增大（阴极生成 OH⁻）。 5. B（析出 Cu、放出 O₂，相当于取走 CuO，加 CuO 复原）。 6. 阴；阳；CuSO₄；不变（阳极溶解与阴极析出的铜的量相等）。 7. O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；较强酸性。 8. B（A 为外加电流的阴极保护法，C 为覆盖保护层，D 为改变内部结构）。 9. n(Ag) = 10.8 g ÷ 108 g·mol⁻¹ = 0.1 mol；Ag⁺ + e⁻ = Ag，转移电子 0.1 mol；甲池阳极：2Cl⁻ − 2e⁻ = Cl₂↑，n(Cl₂) = 0.1 mol ÷ 2 = 0.05 mol，V = 1.12 L。 10. ① ×（如 Mg—Al—NaOH 原电池中 Al 作负极）；② ×（电子不能穿过溶液）；③ √；④ √（Pb 转化为 PbSO₄ 附着于电极，质量增加）。 十四、知识网络与结语 电化学（氧化还原反应的两极拆分） 原电池（化学能 → 电能） 电子守恒（串联电路转移电子数相等） 电解池（电能 → 化学能） 负极：失电子、氧化；正极：得电子、还原 电极反应式：价态对、电荷平、原子守 阳极（接正极）：失电子、氧化；阴极（接负极）：得电子、还原 应用：化学电源、金属腐蚀（负极被氧化）、牺牲阳极保护法 离子移动：阳离子奔得电子极，阴离子奔失电子极 应用：氯碱工业、电镀、精炼铜、电冶金、外加电流保护法 电化学的全部内容，本质只有一句话：把氧化还原反应拆到两个电极上，让电子"绕路"做功。抓住"失电子在哪、得电子在哪、电子怎么走、离子怎么移"这四问，任何陌生的电池、陌生的电解装置都能按同一套程序分析出来。建议复习时把铅蓄电池、氢氧燃料电池、氯碱工业、吸氧腐蚀四个"母题"的电极反应式默写到熟练，再去做新题——电化学的分数，就是由这些基本功砌成的。 附录　常见化学电源速查表 电池 负极（氧化） 正极（还原） 总反应 / 特点 锌锰干电池 Zn − 2e⁻ = Zn²⁺ 2MnO₂ + 2NH₄⁺ + 2e⁻ = Mn₂O₃ + 2NH₃ + H₂O 一次电池，电压约 1.5 V 铅蓄电池（放电） Pb + SO₄²⁻ − 2e⁻ = PbSO₄ PbO₂ + 4H⁺ + SO₄²⁻ + 2e⁻ = PbSO₄ + 2H₂O Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O；二次电池，放电时硫酸浓度减小 氢氧燃料电池（酸性） 2H₂ − 4e⁻ = 4H⁺ O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ = 2H₂O 总反应 2H₂ + O₂ = 2H₂O；产物只有水 氢氧燃料电池（碱性） 2H₂ + 4OH⁻ − 4e⁻ = 4H₂O O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ 同上 甲烷燃料电池（碱性） CH₄ + 10OH⁻ − 8e⁻ = CO₃²⁻ + 7H₂O 2O₂ + 4H₂O + 8e⁻ = 8OH⁻ 总反应 CH₄ + 2O₂ + 2OH⁻ = CO₃²⁻ + 3H₂O 甲醇燃料电池（酸性） CH₃OH + H₂O − 6e⁻ = CO₂ + 6H⁺ 3/2O₂ + 6H⁺ + 6e⁻ = 3H₂O 总反应 2CH₃OH + 3O₂ = 2CO₂ + 4H₂O 锂离子电池（简化） LiₓC₆ − xe⁻ = 6C + xLi⁺ Li₁₋ₓMO₂ + xLi⁺ + xe⁻ = LiMO₂ 二次电池，能量密度高 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $