高中化学之电化学思维导图

高中党复习必备！高中化学之电化学思维导图分享！这一份思维导图囊括了金属的腐蚀与防护、电解池和原电池三大板块的内容，并且还配有相关图例，内容详实，条理清晰，值得学习。

电化学

• 原电池
  • 概念：
    • 能将化学能转化为电能的装置
  • 条件
    • 1、有两个活泼性不同的电极
      • 相对活泼的做负极
        • 金属活动性顺序里规定， 氢之前为活泼，之后不活泼
        • 1、活泼金属
        • 2、外电路电子流出，电流流入
        • 3、内电路阴离子移向
        • 4、失去电子，升价，发生氧化反应
        • 5、不断溶解，质量减少
      • 相对不活泼做正极
        • 1、较不活泼金属或非金属
        • 2、外电路电子流入，电流流出
        • 3、内电路阳离子流向
        • 4、得到电子，降价，发生还原反应
        • 5、电极增重或质量不变，有气泡出现
    • 2、电解质溶液
    • 3、两电极构成闭合回路
      • 外电路
        • 1、只允许通过电子
        • 2、电子由负极转移到正极
        • 3、正极电势大于负极
        • 4、电流由正极通向负极
      • 内电路
        • 盐桥
          • 作用
            • 1、构成闭合回路，代替两溶液直接接触（阻止某些副反应）
            • 2、平衡电荷
              • 如在 Zn/ZnSO 4 －Cu/CuSO 4 原电池中 Zn 失去电子 Zn 2 ＋ 进入 ZnSO 4 溶液，ZnSO 4 溶液中因 Zn 2 ＋ 增多而带正电荷。同时，CuSO 4 溶液则由于Cu 2 ＋ 变成 Cu，使得 SO 2 － 4 相对较多而带负电荷。通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两极电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性。
        • 电解质溶液（离子自由自动场所；正向正，负向负）
    • 5、内部条件：能自发进行氧化还原反应
    • 4、注意
      • 原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解 质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
        • 如镁、铝、氢氧化钠电池中，不活泼的铝为负极（铝在强碱溶液中比镁更易失电子）；Fe、Al在浓硝酸中钝化后，比Cu更难失电子，所以Cu作负极，Fe、Al作正极。
  • 电极方程式的书写
    • (1) 负失氧、正得还。(审题理清反应物和生成物) (2) 注意溶液的酸碱性，适当在电极反应方程式两边添加 H ＋ 、 OH － 、 H 2 O 等，以遵循电荷守恒和质量守恒。 （酸性电池不得出现氢氧根，碱性电池不得出现氢离子，水是救火队长） (3) 注意电极反应产物是否与电解质溶液反应。
    • （4）正负极加起来是总方程式
    • （5）注意事项：1、碱性条件下二氧化碳，和氢离子不可能出现，而二氧化碳以碳酸根的形式存在；2、酸性条件下，碳的存在形式是二氧化碳3、中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立的反应，最后产物是碱。
  • 种类及其工作原理
    • 一次锌锰干电池
      • • 巧记
          • 金属单质做负极，金属氧化物做正极，碱性只有氢氧和水，二氧化锰开氧加氢
    • 二次铅蓄电池
      • • • 1．放电时的反应 (1)负极反应：Pb(s)＋SO 2 － 4 (aq)－2e － ===PbSO 4 (s)。 (2)正极反应：PbO 2 (s)＋4H ＋ (aq)＋SO 2 － 4 (aq)＋2e － ===PbSO 4 (s)＋2H 2 O(l)。 (3)总反应：Pb(s)＋PbO 2 (s)＋2H 2 SO 4 (aq)===2PbSO 4 (s)＋2H 2 O(l)。 2.充电时的反应，负极连阴极，正极连阳极，方程式相反。
            • 巧记
              • 金属单质做负极，金属氧化物做正极，酸性只有氢跟水，正负都有硫酸铅
    • 氢氧燃料电池
      • • 巧记
          • 1、氧气做正极
          • 2、酸性无氢氧根，碱性无氢离子
          • 3、先写总在写正，两式相减是负极
          • 4、酸性正极水在右，碱性正极水在左
    • 燃料电池电极反应的书写
      • 第一步：写燃料电池的总反应式
        • 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。 如甲烷燃料电池(电解质为 NaOH 溶液)的反应式为 CH4＋2O2===CO2＋2H2O① CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O② ①式＋②式得燃料电池总反应式为 CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋ 3H2O。
      • 第二步：写正极反应式
        • 一般在正极上发生还原反应的物质是 O 2 ，随着电解 质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况： (1)酸性电解质溶液环境下电极反应式： O 2 ＋4H ＋ ＋4e － ===2H 2 O。 (2)碱性电解质溶液环境下电极反应式： O 2 ＋2H 2 O＋4e － ===4OH － 。 (3)固体电解质(高温下能传导 O 2 － )环境下电极反应式： O 2 ＋4e － ===2O 2 － 。 (4)熔融碳酸盐(如熔融 K 2 CO 3 )环境下电极反应式： O 2 ＋2CO 2 ＋4e － ===2CO 2 － 3 。
      • 第三步：总反应式减正极反应
        • 电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为 O2 不是负极反应物 ，因此 两个反应式相减时要彻底消除 O2 。
      • 多看例子
        • (1)酸性条件： 燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O 燃料电池正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O (2)碱性条件： 燃料电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O 燃料电池正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (3)固体电解质(高温下能传导 O2－) ： 燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O 燃料电池正极反应式：O2＋4e－===2O2－ (4)熔融碳酸盐(如熔融 K2CO3)环境下： 电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O 正极电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3
    • 锂离子电池
      • 1、含锂电池电解液要用有机液，水溶液会爆炸
      • 2、常见的锂离子电极材料 正极材料： LiMO2(M ： Co 、 Ni 、 Mn 等 ) LiM2O4(M ： Co 、 Ni 、 Mn 等 ) LiMPO4(M ： Fe 等 ) 负极材料：石墨 ( 能吸附锂原子 ) ， 负极反应： Li x C n － x e － === x Li ＋＋ n C ， 正极反应： Li1 － x MO2 ＋ x Li ＋＋ x e － ===LiMO
  • 应用
    • 1、比较不同金属的活动性强弱
    • 2、加快化学反应速率
    • 3、用于金属的防护
    • 4、制作化学电源
• 电解池
  • 概念
    • 1、把电能转变为化学能的装置；2使电流通过电解质 溶液而在阴阳两极 引起氧化还原反应 的过程叫电解
  • 与原电池的关系
    • 正 阳氧，负 阴还
  • 电极放电顺序
    • 阳极
      • 活泼性电极
        • 电极材料失去电子，电极被溶解（顺序是金属活泼性顺序）
      • 惰性电极（Pt、Au、石墨）
        • 看溶液中阴离子的还原性（S 2－ ＞I － ＞Br － ＞Cl － ＞OH － ＞含氧酸根＞F －）
    • 阴极
      • 阳离子（氧化性）
        • Ag ＋ ＞ Hg 2 ＋ ＞ Fe 3 ＋（注意） ＞ Cu 2 ＋ ＞ H ＋ ＞ Pb 2 ＋ ＞ Sn 2 ＋ ＞ Fe 2 ＋ ＞ Zn 2 ＋ ＞ Al 3 ＞ Mg 2 ＋ ＞ Na ＋ ＞ Ca 2 ＋ ＞ K ＋ 。
    • 阴阳相吸
  • 惰性电极电解的几种类型
    • 电解水型（相当于溶剂减少）
    • 电解质型（相当于溶质减少）
    • 放氢生碱（氯碱工业原理）
    • 放氧生酸
    • 电解质溶液复原（缺啥补啥 ，缺就是脱离体系)
      • 电解硫酸铜，欲使其复原，应该加氧化铜或碳酸铜
      • pH变化：氢氧共出则酸酸碱 碱中中，氢出碱增，氧出酸增
  • 电极反应式的书写
    • 做多点题就完事！
  • 应用
    • 1、电解饱和食盐水（放氢生碱） （氯碱工业）
      • （1）电极反应
        • 阳极： 2Cl － － 2e － ===Cl 2 ↑ ( 反应类型：氧化反应 ) 阴极： 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ ( 反应类型：还原反应 )
      • （2）总反应
        • 2NaCl ＋ 2H 2 O 电解(=====) 2NaOH ＋ H 2 ↑ ＋ Cl 2 ↑
      • 原理是阴极电解水的氢离子 剩下氢氧根与钠离子结合
    • 2、电解精炼铜
      • 两极材料
        • 阳极：粗铜
        • 阴极：精铜
      • 两极反应
        • 阳极（Zn、Ni、Ag、Au等杂质）
        • 阴极
      • 电解质溶液
        • 硫酸铜溶液
      • 过程
        • 阳极放电顺比较还原性（金属性），所以铜前金属先放电 铜后金属形成阳极泥 阴极比较氧化性（非金属性），所 以铜离子先放电（刚开始先放电的铜离子来自电解质溶液） ，溶液中铜离子浓度相对降低。
    • 3、电镀（以电镀上铜为例）
      • 两极材料
        • 阳极：铜
        • 阴极：待镀金属制品
      • 电镀液
        • 含镀层金属阳离子的电解质溶液
      • 电极反应
    • 4、冶炼金属（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）（干法炼金）
      • • 熔融只断离子键， 而氯化铝是共价化合物 ，故用氧化铝 （但还是耐高温材料）
    • 5、用于金属的防护
• 金属的腐蚀与防护
  • 金属的防护
    • 1、改变金属的组成结构
      • 如：铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢， 含镍又含铬的不锈钢其耐腐蚀性更好
    • 2、在金属表面覆盖一层保护层（隔离）
      • 如：在金属表面喷漆、电镀 或覆盖搪瓷、使表面钝化等。
    • 3、电化学保护法
      • 外加电流的阴极保护法（电解池）
        • 如果把金属连接在电源的负极上， 能消除引起金属腐蚀的原电池反应 （阴极被保护）。
      • 牺牲阳极的阴极保护法（原电池）（易错）
        • 在金属上铆接比它更活泼的另一种金属， 发生腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀，而 金属本身被保护（正极被保护）。
    • 外加电流的阴极保护法保护效 果大于牺牲阳极的阴极保护法
  • 金属的腐蚀
    • 化学腐蚀
    • 电化学腐蚀
      • 吸氧腐蚀 pH大于或等于 5.6小于7（联想酸雨） （水膜呈弱酸性或中性、 潮湿的空气）
        • 正极反应（氧气）
        • 负极反应（Fe）
          • • 亚铁离子注意了
      • 析氢腐蚀 pH小于5.6(水 膜呈酸性，氯化铵溶液等）
        • 正极反应（氢离子）
        • 负极反应（Fe）
      • 金属腐蚀快慢规律
        • （1）对同一电解质溶液来说，腐蚀速率： 电解原理>原电池原理>化学腐蚀>有防腐措施
        • （2）对同一金属来说，在不同溶液中，腐蚀速率： 强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液
        • （3）活动性不同的两种金属：活动性 差别越大，金属腐蚀越快。
        • （4）对同一电解质溶液来说， 电解质浓度越大,金属腐蚀越快。
      • 说明
        • 在金属活动性顺序中位于氢前和后的金属都能 发生吸氧腐蚀，但只有位于氢前的金属才可能 发生析氢腐蚀。 通常情况下，吸氧腐蚀常见。
        • 后续 反应