2023年高考化學複習指導----必須背的知識點15
電化學基礎知識整理
1.原電池
原電池是將化學能轉化為電能的裝置
①、原電池：將化學能轉變成電能的裝置
②、形成條件：①活動性不同的兩電極（連線）；②電解質溶液（插入其中並與電極自發反應）；③電極形成閉合電路④能自發的發生氧化還原反應
③、電極名稱：
負極：較活潑的金屬（電子流出的一極）
正極：較不活潑的金屬或能導電的非金屬（電子流入的一極）
④、電極反應：
負極：氧化反應，金屬失電子
正極：還原反應，溶液中的陰離子得電子或氧氣得電子（吸氧腐蝕）
⑤、電子流向：由負極沿導線流向正極
鋅-銅電池，負極-zn，正極-cu。
負極：zn-2e=zn2+，電解質溶液——稀硫酸。
正極：2h++2e=h2↑
總反應：2h++zn=h2↑+zn2+
注意：如果在銅鋅的導線中加乙個電流計，電流計指標會發生偏轉。隨時間的延續，電流計指標的偏轉角度逐漸減小。
鹽橋的作用：鹽橋起到了使整個裝置構成通路的作用
例如:銅鋅原電池中用到了鹽橋
現象:⑴、檢流計指標偏轉，說明有電流通過。從檢流計指標偏轉的方向可以知道電流的方向是cu極→zn極。
根據電流是從正極流向負極，因此，zn極為負極，cu極為正極。而電子流動的方向卻相反，從zn極→cu極。電子流出的一極為負極，發生氧化反應；電子流入的一極為正極，發生還原反應。
一般說來，由兩種金屬所構成的原電池中，較活潑的金屬是負極，較不活潑的金屬是正極。其原理正是置換反應，負極金屬逐漸溶解為離子進入溶液。反應一段時間後，稱重表明，zn棒減輕，cu棒增重。
[**⑵、取出鹽橋，檢流計指標歸零，重新放入鹽橋，指標又發生偏轉，說明鹽橋起到了使整個裝置構成通路的作用。鹽橋是裝有飽和kcl瓊脂溶膠的u形管，溶液不致流出來，但離子則可以在其中自由移動。
鹽橋是怎樣構成原電池中的電池通路呢？zn棒失去電子成為zn2+進入溶液中，使znso4溶液中zn2+過多，帶正電荷。cu2+獲得電子沉積為cu，溶液中cu2+過少，so42-過多，溶液帶負電荷。
當溶液不能保持電中性，將阻止放電作用的繼續進行。鹽橋的存在，其中cl-向znso4 溶液遷移，k+向cuso4 溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶在兩個燒杯中分別放入鋅片和鋅鹽溶液、銅片和銅鹽溶液，將兩個燒杯中的溶液用乙個裝滿電解質溶液的鹽橋(如充滿kcl飽和溶液和瓊脂製成的膠凍)連線起來，再用導線將鋅片和銅片聯接，並在導線中串聯乙個電流錶，就可以觀察到下面的現象：
(1)電流錶指標發生偏轉，根據指標偏轉方向，可以判斷出鋅片為負極、銅片為正極.
(2)銅片上有銅析出，鋅片則被溶解.
(3)取出鹽橋，指標回到零點，說明鹽橋起了溝通電路的作用.
2. 化學電源
化學電源又稱電池，是一種能將化學能直接轉變成電能的裝置，它通過化學反應，消耗某種化學物質，輸出電能。它包括一次電池、二次電池和燃料電池等幾大類。
判斷一種電池的優劣或是否符合某種需要，主要看這種電池單位質量或單位體積所能輸出電能的多少（比能量，單位是（w·h）/kg, （w·h）/l）,或者輸出功率的大小（比功率，w/kg,w/l）以及電池的可儲存時間的長短。除特殊情況外，質量輕、體積小而輸出點能多、功率大、可儲存時間長的電池，更適合使用者的需要。
（一）一次電池
一次電池的活性物質（發生氧化還原反應的物質）消耗到一定程度，就不能使用了。一次電池中電解質溶液製成膠狀，不流動，也叫乾電池。常用的有普通的鋅錳乾電池、鹼性鋅錳電池、鋅汞電池、鎂錳乾電池等。
例如；鹼性鋅錳乾電池
負極： zn ＋ 2oh——2e—＝zn（oh）2
正極：2mno2 ＋ 2h2o ＋2e—＝2mnooh ＋ 2oh—
總反應：zn ＋2mno2 ＋ 2h2o＝2mnooh ＋zn（oh）2
補充：銀一鋅電池
電子手錶、液晶顯示的計算器或乙個小型的助聽器等所需電流是微安或毫安級的，它們所用的電池體積很小，有「鈕扣」電池之稱。它們的電極材料是ag2o和zn，所以叫銀一鋅電池。電極反應和電池反應是：
負極： zn＋2oh－—2e—＝zn(oh)2
正極：ag2o＋h2o＋2e—＝2ag＋2oh－
總反應： zn＋ag2o＋h2o＝zn(oh)2＋2ag
利用上述化學反應也可以製作大電流的電池，它具有質量輕、體積小等優點。這類電池已用於宇航、火箭、潛艇等方面。
鋰－二氧化錳非水電解質電池
以鋰為負極的非水電解質電池有幾十種，其中效能最好、最有發展前途的是鋰一二氧化錳非水電解質電池，這種電池以片狀金屬及為負極，電解活性mno2作正極，高氯酸及溶於碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有機溶劑作為電解質溶液，以聚丙烯為隔膜，電極反應為：
負極反應：li＝li＋＋e
正極反應：mno2＋li＋＋e＝limno2
總反應：li＋mno2＝limno2
該種電池的電動勢為2.69v，重量輕、體積小、電壓高、比能量大，充電1000次後仍能維持其能力的90％，貯存效能好，已廣泛用於電子計算機、手機、無線電裝置等。
（二）二次電池
二次電池又稱充電電池或蓄電池，放電後可以再充電使活性物質獲得再生。這類電池可以多次重複使用。鉛蓄電池是最常見的二次電池，它由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有pbo2，負極板上覆蓋有pb，電介質是h2so4 .
鉛蓄電池放電的電極反應如下：
負極：pb（s）＋so42－（aq）－2e－＝pbso4（s）（氧化反應）
正極：pbo2（s）＋so42－（aq）十4h＋（aq）＋2e－＝pbso4（s）＋2h2o (l)（還原反應）
總反應：pb（s）＋pbo2（s）＋2h2so4（aq）＝2pbso4（s）十2h2o (l)
鉛蓄電池充電的反應是上述反應的逆過程：
陰極：pbso4（s）＋2e－＝pb（s）＋so42－（aq）（還原反應）
陽極：pbso4（s）＋2h2o (l) －2e－＝pbo2（s）＋so42－（aq）十4h＋（aq）（氧化反應）
總反應：2pbso4（s）十2h2o (l) ＝pb（s）＋pbo2（s）＋2h2so4（aq）
可以把上述反應寫成乙個可逆反應方程式：
pb（s）＋pbo2（s）＋2h2so4（aq） ＝ 2pbso4（s）十2h2o (l)
（三）燃料電池
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。燃料電池的電極本身不包含活性物質，只是乙個催化轉化元件。它工作時，燃料和氧化劑連續的由外部供給，在電極上不斷的進行反應，生成物不斷地被排除，於是電池就連續不斷的提供電能。
⑴氫氧燃料電池以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑做電極，使用酸性電解質。它的的工作原理：
負極：2h2 － 4e－＝ 4h＋
正極：o2十4h＋（aq）＋4e－＝2h2o
總反應：2h2十o2＝2h2o
⑵以鹼性氫氧燃料電池為例，它的燃料極常用多孔性金屬鎳，用它來吸附氫氣。空氣極常用多孔性金屬銀，用它吸附空氣。電解質則由浸有koh溶液的多孔性塑料製成，其電極反應為：
負極反應：2h2＋4oh－＝4h2o＋4e －
正極反應：o2＋2h2o＋4e －＝4oh－
總反應：2h2＋o2＝2h2o
除氫氣以外，烴、肼、甲醇、氨等液體或氣體，均可作燃料電池的燃料；除純氧外，空氣中的氧氣也可以做氧化劑。
(3)甲烷燃料電池（koh做電解質）
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。電極反應式為：[**
負極：ch4＋10oh－－8e ＝＋7h2o；
正極：4h2o＋2o2＋8e ＝8oh。[**
電池總反應式為：ch4＋2o2＋2koh＝k2co3＋3h2o
知識拓展：海洋電池
2023年，我國首創以鋁－空氣－海水為能源的新型電池，稱之為海洋電池。它是一種無汙染、長效、穩定可靠的電源。海洋電池徹底改變了以往海上航標燈兩種供電方式：
一是一次性電池，如鋅錳電池、鋅銀電池、鋅空（氣）電池等。這些電池體積大，電能低，**高。二是先充電後給電的二次性電源，如鉛蓄電池，鎳鎘電池等。
這種電池要定期充電，工作量大，費用高。
海洋電池，是以鋁合金為電池負極，金屬（pt、fe）網為正極，用取之不盡的海水為電解質溶液，它靠海水中的溶解氧與鋁反應產生電能的。我們知道，海水中只含有0.5%的溶解氧，為獲得這部分氧，科學家把正極製成仿魚鰓的網狀結構，以增大表面積，吸收海水中的微量溶解氧。
這些氧在海水電解液作用下與鋁反應，源源不斷地產生電能。兩極反應為：
負極：（al）：4al－12e－＝4al3＋
正極：（pt或fe等）：3o2＋6h2o十12e－＝12oh－
總反應式：4al＋3o2十6h2o＝4al(oh)3↓
海洋電池本身不含電解質溶液和正極活性物質，不放入海洋時，鋁電極就不會在空氣中被氧化，可以長期儲存。用時，把電池放入海水中，便可供電，其能量比乾電池高20～50倍。
電池設計使用週期可長達一年以上，避免經常交換電池的麻煩。即使更換，也只是換一塊鋁板，鋁板的大小，可根據實際需要而定。
海洋電池沒有怕壓部件，在海洋下任何深度都可以正常了作。海洋電池，以海水為電解質溶液，不存在汙染，是海洋用電設施的能源新秀。
3. 電解池
（一）電解原理
⑴．電解質溶液的導電
我們知道，金屬導電時，是金屬內部的自由電子發生的定向移動，而電解質溶液的導電與金屬導電不同。
通電前電解質溶液中陰、陽離子在溶液中自由地移動；通電後在電場的作用下，這些自由移動的離子改作定向移動，帶負電荷的陰離子由於靜電作用向陽極移動，帶正電荷的陽離子則向陰極移動。
電極名稱：電解池中與直流電源負極相連的電極叫陰極，與直流電源正極相連的電極叫陽極。
物質能否導電是由其內部能否形成定向移動的自由電荷所決定的，對金屬就是自由電子，而對電解質溶液就是自由移動的陰陽離子。
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