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电化学基础思维导图
电化学基础思维导图，知识点包括原电池、化学电源、电解池、金属的电化学腐蚀与防护，希望梳理的内容对你有所帮助！
编辑于2021-10-19 12:40:49- 电化学基础
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电化学基础
原电池 化学电源
原电池
概念
把化学能转化为电能的装置
本质
氧化还原反应
工作原理
铜锌原电池
装置图
第一个装置
还原剂Zn与氧化剂$Cu^{2+}$直接接触，易造成能量损耗，装置效率低
第二个装置
还原剂在负极区，氧化剂在正极区，能避免能量损耗
反应原理
原理的应用
比较不同金属的活动性强弱
加快氧化还原反应的速率
形成原电池以后，两电极产生电位差，使电子的运动速率加快
Zn与稀硫酸反应制取氢气，可向溶液中滴加少量硫酸铜溶液，形成Cu-Zn原电池，加快反应速率
用于金属的防护
在铁质闸门上用导线将其与一锌块相连，使Zn作为原电池的负极，铁质闸门作为正极
设计制作化学电源
拆分反应
将氧化还原反应分成两个半反应
选择电极材料
将还原剂作为负极，活动性比负极材料弱的金属或非金属导体作为正极
构成闭合回路
如果两个半反应分别在两个容器中进行，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子
画出装置图
按要求绘制图，要求标注电极材料名称、正负极、电解质溶液。
三个方向
电子移动方向
从负极流出沿导线流入正极
电流方向
从正极沿导线流向负极
离子迁移方向
电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移
构成条件
两极为导体，且存在活动性差异
一般活动性较强的金属作为负极
一般活动性较弱的金属或非金属作为正极
两极插入电解质溶液中
电子不会通过电解质溶液
形成闭合回路或两极直接接触
自发地放生氧化还原反应
必须自发
正负极的是电子总数相同
原电池的正负极
负极
电子流出的极
发生的反应
电极材料本身失去电子或还原剂在负极上失去电子发生氧化反应
金属质量减少，说明金属溶解，则为负极
正极
电子流入的极
发生的反应
电极材料本身不反应，溶液中的某些阳离子或某氧化剂在正极上获得电子，发生还原反应
正极质量增加，说明正极有物质析出
正极有起泡冒出，一般是发生了析出氢气的电极反应
正极附近溶液PH值增大
电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极
特例
Mg和Al为原电池的两极，KOH为电解质溶液时，Mg作为正极
书写电极反应方程式
一般电池
列物质、标得失
负极发生氧化反应
正极发生还原反应
看环境，配守恒
在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物
氢离子，水等是否参加反应
遵守电荷守恒，原子守恒，得失电子守恒
两式加，验总式
两电极反应式相加，与总反应式对照
燃料电池
写出电池的总反应式
燃料电池的总反应式与燃料燃烧的发应一致
若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应
写出电池正极的反应式
一般正极上发生还原反应的物质都是氧气，根据电解质不同
酸性电解质
碱性电解质
固体电解质（高温下能传到O2-）
熔融碳酸盐环境
根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式
总反应式=正极反应式+负极反应式
知道总反应式写电极反应式
写出总反应式，标出电子转移的方向和数目
找出正负极
失电子为负极
得电子为正极
确定溶液得酸碱性
写出电极反应式
负极
还原剂-ne- = 氧化产物
正极
氧化剂+ne- = 还原产物
三个原则
共存原则
电极反应式的书写必须考虑解质环境
碱性溶液中二氧化碳不能存在，氢离子也不可能参加反应
酸性溶液中氢氧根不参加反吟
得氧失氧原则
得氧时，在反应物中加水（电解质我i酸性）或氢氧根（电解质为碱性或中性）
失氧时，在反应物中甲水（电解质为碱性或中性时）或氢离子（电解质为酸性时）
中性吸氧反应成碱原则
在中性电解质中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其最后的产物时碱
盐桥原电池
构成条件
电极金属和其对应的盐溶液
一般不要任意替换成其他阳离子的盐溶液，否则会影响效果
盐桥中装有饱和的KCL，KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻
盐桥的作用
连接内电路，形成闭合回路
平衡电荷，使原电池不断产生电流
盐桥中的离子不断移动到两个池中，逐渐失去导电作用，需要定期更换盐桥
化学电源
定义
实际能使用的原电池
分类
一次电池
普通锌锰干电池
特点
构造简单、价格便宜
放电时间短
放电后电压下降
构造
极性
负极
锌
正极
碳棒
反应式
碱性锌锰电池
特点
比普通锌锰干电池性能好，比能量和可储存时间提高
适用于大电流和连续放电
结构
负极
锌
正极
二氧化锰
电解质
KOH
反应式
银锌电池
特点
比能量大，电压稳定
储存时间长
适用于小电流连续放电
结构
负极
Zn
正极
氧化银
电解质
KOH
反应式
二次电池
概念
又称可充电电池或蓄电池
特点
放电时是原电池，将化学能转化为电能
充电时是电解池，将电能转化为化学能
充电时外接电源负极与电池的负极相接以获得电子
工作时电极反应式在充放电时恰好相反
同一点击周围的溶液在充电与放电时PH的变化趋势也恰好相反
铅蓄电池
放电反应式
充电反应式
总反应式
镉镍碱性蓄电池
特点
新型的封闭式充电电池
负极：Cd
正极：NiO(OH)
电解质：KOH
放电反应式
充电反应式
总反应式
爱迪生蓄电池（铁镍蓄电池）
放电反应式
充电反应式
总反应式
氢镍坚信电池
结构
电解质
KOH
放电反应式
充电反应式
燃料电池
氢氧燃料电池
概念
以氢气为燃料，以氧气为氧化剂
分类
电解质溶液为酸性
电极反应式
电解质溶液为碱性
电极反应式
甲烷-氧气燃料电池
概念
金属铂片插入KOH溶液中作点击，在两极上分别通入甲烷和氧气
电极反应式
甲醇-氧气燃料电池
电极反应式
金属的电化学腐蚀与防护
金属的腐蚀
概念
金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象
实质
金属原子失去电子而被氧化的过程
类型
化学腐蚀
定义
金属接触到的干燥气体（氧气，氯气，二氧化硫等）或非电解质液体（石油等）直接发生化学反应而引起的腐蚀
条件
金属与氧化剂直接接触
现象
无电流产生
本质
金属被氧化而腐蚀
反应速率
电化学腐蚀速率大于化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化而发生的腐蚀
条件
不纯的金属跟电解质溶液接触
现象
有微弱电流产生
本质
较活泼的金属被氧化而腐蚀
危害更大
实例
钢铁的电化学腐蚀
析氢腐蚀
本质
被腐蚀金属为原电池的负极，失去电子变成金属阳离子，发生氧化反应
电极反应
条件
水膜酸性较强
电解质溶液
含有二氧化碳，二氧化硫等酸性水溶液
氧化剂
氢离子
吸氧腐蚀
电极反应
条件
水膜酸性很弱或呈中性
电解质溶液
溶有氧气的水溶液
氧化剂
氧气
吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
其他反应
金属腐蚀快慢的判断方法
与构成原电池的材料有关
两极材料的活泼型差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快
与金属所接触的溶液性质有关
活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀
在强电解质溶液中的腐蚀快于在同浓度弱电解质溶液中的腐蚀
一般来说
点解原理引起的腐蚀 > 原电池原理引起的腐蚀 > 化学腐蚀 > 有房户措施的腐蚀
金属的防护
电化学防护
外加电流的阴极保护法
把被保护的金属连接再电源的负极上，就能消除引起金属腐蚀的原电池反应
效果强于牺牲阳极的阴极保护法
牺牲阳极的阴极保护法
把被保护的金属上铆接上比它更活泼的金属，当发生原电池反应式，较活泼的金属被腐蚀
其他保护
改变金属的组成和结构
在铁中加入一定比例的铬炼制成铬钢，具有很强的耐腐蚀性
铬镍不锈钢的耐腐蚀性更好
在金属表面覆盖一层保护膜
使金属与空气、水等隔开，
在金属表面喷漆，电镀，表面钝化
电解池
概念
定义
把电能转化为化学能的装置
阳极
氧化反应
与直流电源正极相连的一极
阴极
还原反应
与直流电源负极相连的一极
构成条件
有与直流电源相连的两个电极
惰性电极
由Pt，Au，石墨等制成的不易失电子的，一般不与电解质溶液反应的电极，只起到传递电子的作用
惰性电极电解电解质稀溶液的规律
电解水型
含氧酸电解质，如硫酸，硝酸
可溶性强碱如氢氧化钾，氢氧化钠
活泼金属的含氧酸盐
规律
电极反应式
电解质溶液浓度
增大
溶液酸碱性
含氧酸电解质消耗水，酸性增强
可溶性碱溶液消耗水，兼性增强
活泼金属的含氧酸盐，PH不变
电解质溶液恢复
加水
电解电解质型
无氧酸，如盐酸
不活泼金属的无氧酸盐，如氯化铜
规律
电极反应式
电解质溶液浓度
减小
溶液酸碱性
无氧酸会消耗HCL，酸性减弱
PH值增大
电解质溶液恢复
无氧酸如盐酸通入HCL气体
氯化铜加入氯化铜
电解电解质和水型
放出氢气生成碱型
活泼金属的无氧酸盐，如氯化钠
规律
电极反应式
电解质溶液浓度
消耗电解质和水，生成新的电解质
氯化钠溶液中氢离子放电，被消耗，兼性增强
PH值增大
恢复电解质溶液许通入HCL
放出氧气生成酸型
不活泼金属的含氧酸盐
硫酸铜
消耗电解质和水，生成新的电解质
电极反应式
氢氧根被消耗，酸性增强
恢复电解质应加入氧化铜
硝酸银
消耗电解质和水，生成新的电解质
电极反应式
氢氧根被消耗，酸性增强
回复电解质应加入氧化银Ag2O
电解时其他规律总结
PH变化规律
电解时，若只生成氢气而不生成氧气，则PH值增大
电解时，若只生成氧气而不生成氢气，则PH值减小
电解时即生成氢气，又生成氧气，则实际为电解水的过程
原溶液为酸性溶液，PH值减小
原溶液为碱性溶液，PH值增大
原溶液为中性溶液，PH值不变
阴阳极判断
根据电源解法判断
与电源负极接的是阴极
与电源正极接的是阳极
根据反应类型判断
阳极
氧化反应
阴极
还原反应
根据带电粒子的移动方向来确定
电子流出和阴离子移向的电极是阳极
电子流入和阳离子移向的是阴极
根据现象来断定
根据质量
质量不断增大的是阴极
不断溶解，质量不断减小的是阴极
根据生成的气体判断
产生如氯气，氧气等其他的电极式阳极
产生氢气的为阴极
从指示剂的颜色变化来判断
电极附近的溶液使紫色石蕊变红，则为阳极
电极附近的溶液使无色酚酞变红，则为阴极
电解问题的基本解题思路
通电前
电解质溶液中含有哪些阴阳离子，包括水电离出的氢离子和氢氧根
通电时
阴离子移向阳极，阳离子移向阴极
结合放电顺序分析谁优先放电
阳极为活性电极时，金属有限放电
正确书写电极反应式，要注意原子数，电荷数是否守恒。
分析电解时两极现象，水的电离平衡移动，离子浓度变化，pH值变化
活性电极
本身参与反应的电极
阴极无论使何种材料，都属于“惰性电极”，不会溶解
两个电极插入电解质溶液（或熔融电解质）中
形成闭合回路
反应原理
电子和离子的移动
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
阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极
电解质复原
原则
出什么加什么
即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物
用惰性电极电解盐酸（足量）一段时间后，一段时间后应通入HCl气体而不能加入盐酸
用惰性电极电解硫酸铜溶液一段时间后，若使溶液复原，应加入氧化铜而不是氢氧化铜
电极反应
阳极
若为惰性电极（石墨，Pt，Au），则电极本身不反应，溶液中的还原性强的阴离子失去电子，发生氧化反应
若为活性电极（金属活动顺序表中Pt以前的金属），则电极本身失去电子，发生氧化反应
阴离子放电顺序
阴极
电极本身不反应，溶液中氧化性强的阳离子在阴极上获得电子（放电），发生还原反应
阳离子的放电顺序
最常用、最重要的放电顺序
阴极
电解水溶液时，钾离子，钙离子，钠离子，镁离子铝离子不可能在阴极放电
不能通过电解他们的水溶液获得相应金属
电解池电极反应式的书写
根据装置书写
根据电源确定阴阳两极
确定阳极是否是活性电极
根据电极类型及电解质溶液中阴阳离子放电顺序写出电极反应式
确保阴阳两极转移电子数目相同的条件下，将两极电极反应式相加即可、
根据氧化还原反应方程式书写
找出发生氧化还原反应的物质
确定反应生成物
若写出一极而另一极不好写，用总反应式减去已写出的
其他事项
书写电解池中的电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总反应式时，弱电解质要写成化学式、
别忘记注明通电或电解
电解水溶液时，应注意放电顺序中氢离子，氢氧根之后的离子一般不参与放电
有电化学的计算
解题关键
电极名称要区分清楚
电极产物要判断准确
各产物间量的关系遵顼的失电子守恒
三种计算方法
根据总反应式
先写出电极反应式
再写出总反应式
最后根据总反应式写出比例式
根据电子守恒
用于串联电路的两极产物、正负两极产物、相同电量等计算
用于混合溶液中电解的分阶段计算
根据关系式
根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系，得出所需要的关系式
计算电路中通过的电量
电解原理的应用
氯碱工业
食盐水的精制
加入的试剂必须过量，以使杂质离子沉淀完全
氯化钡、NaOH、碳酸钠的加入顺序不固定，但碳酸钠必须在氯化钡后加入
盐酸最后加入，除去过量的氢氧根和碳酸根
电极反应
主要设备
离子交换膜电解槽
阳极
金属钛网制成（表面涂钛、钌等氧化物）
阴极
碳钢网（覆有镍涂层）
阳离子交换膜
具有选择透过性，只允许钠离子透过，而氯离子，氢氧根和气体不能透过
产品及用途
烧碱
造纸、纺织等
氯气
农药、合成有机物、合成氯化物
氢气
金属冶炼、合成有机物、制取盐酸
电解精炼铜
装置
装置
阳极
粗铜
阴极
精铜
电解质
硫酸铜溶液
过程
含杂质的粗铜在阳极不断溶解，则位于金属活动顺序中铜以前的金属杂质如Zn，Ni，Fe等也在不断发生氧化反应，生成阳离子进入溶液
金属活动顺序中位于铜以后的金属杂质如Au，Ag、Pt等在电解过程中不发生反应，最终沉积在阳极的底部，与其他不溶性杂质一起形成阳极泥
阳极泥是提炼金、银、铂等贵金属的原料
结论
在电解过程中，由于铜离子比其他阳离子更容易得电子，因此优先被还原，在阴极上析出铜。从而粗铜变精铜
精铜得纯度可达99.95%~99.98%
电解过程中电解质溶液中得铜离子浓度会减小，阴阳极得质量变化也不等
电镀
概念
应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属和合金得方法
目的
使金属增强抗腐蚀能力
增加美观度
增加表面硬度
举例
在铁表面镀上锌、铜、锡、铬、铅、镍等
电镀池的构成
阳极
镀层金属
阴极
镀件
电镀液
含镀层金属阳离子得电解质溶液
电源
直流电源
过程
镀件连在电源的负极上作阴极，镀层金属阳离子在镀件上获得电子而被还原成金属，覆盖在镀件表面
镀层金属连在电源正极作阳极，发生氧化反应成为阳离子进入溶液
阳极不断被消耗直至消失，阴极不断有金属镀层析出，两极的质量变化之相等，电镀液的组成基本不发生变化
阳极的电极质量必然减小，阴极的电极质量必然增大
阴极和阳极会发生副反应
电冶金
原理
使矿石中的金属阳离子获得电子，从它们的化合物中还原出来
一般水电离产生的氢离子不放电
对象
钠、钙、镁、铝等
示例
离子交换膜
常见的离子交换膜
阳离子交换膜
简称阳膜
只允许阳离子通过
阴离子交换膜
简称阴膜
只允许阴离子通过
质子交换膜
只允许氢离子通过，不允许其他阳离子和阴离子通过
离子交换膜的作用
能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应
能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用
解题步骤
分清离子交换膜的类型
写出电极反应式
判断离子交换膜两侧离子变化，推断电荷变化
根据电荷平衡判断离子迁移方向
分析离子交换膜的作用
再产品制备中，离子交换膜的作用式提高产品纯度
避免产物之间发生反应
避免产物之间发生反应而造成危险