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第二节 化学电源
一、化学电池
1.定义：化学电池是将____________转变成__________的
装置。
化学能
电能
转化率高
2.分类：一次电池(如普通锌锰电池、银锌电池)；二次电
池(如铅蓄电池)；燃料电池(如氢氧燃料电池、甲醇燃料电池)。
3.优点：(1)能量__________、供能稳定可靠；(2)可制成各
种形状和大小，不同容量和电压的电池及电池组；(3)使用方便，
易于维护，并可在各种环境下工作。
负极：_________________________；
二、一次电池
干电池
Zn
MnO2
KOH
1.概念：一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)
消耗到一定程度，就不能再用了。电池中的电解溶液制成胶状，
不流动，也叫做____________。
2.常见的一次电池
(1)碱性锌锰电池。
①组成：负极：______，正极：______，电解质：______。
②工作原理。
负极：___________________________________。
正极(石墨)：_______________________________________。
总反应式：________________________________________。
(2)锌银电池。
Ag2O
KOH
①组成：负极：______，正极：______，电解质：______。
②工作原理。
正极：___________________________________。
总反应方程式：___________________________________。
Zn
三、二次电池
充电电池
蓄电池
1.定义：二次电池又称__________或__________，它在放
电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，使活性物
质恢复原状，如此充放电可循环进行，至一定周期后终止。
2.常见的二次电池——铅蓄电池
(1)铅蓄电池的放电原理。
负极：__________________________________；
正极：______________________________________；
(2)铅蓄电池的充电原理。
阳极：_____________________________________；
阴极： ________________________________；
四、燃料电池
1.定义：燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能
直接转换成电能的化学电池。
氧气
氢气
2.组成(以氢氧燃料电池为例)
正极室：通__________(氧化剂)；
负极室：通__________(燃料)；
电解质：稀硫酸溶液；
电极材料：铂电极。
3.工作原理
总反应：____________________；
负极：____________________；
正极：_______________________；
燃料电池
1.氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航
天领域。它的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，
如铂电极、活性炭电极等。该电池以氢气为燃料，氧气为氧化
剂，可用酸性电解质(如稀 H2SO4)，也可用碱性电解质(如 KOH
溶液)。氢氧燃料电池构造如图 4－2－1 所示。
图 4－2－1
介质 电极反应
酸性
(H2SO4) 负极
正极
电池反应
碱性
(KOH) 负极
正极
电池反应
氢氧燃料电池在不同介质中发生的电极反应归纳如下表：
2.甲烷燃料电池
该电池用金属铂片插入 KOH 溶液中作电极，在负极通入
甲烷，正极通入氧气。
电池的电极反应式书写
1.书写要遵循的原则
(1)原电池两电极上分别发生氧化反应和还原反应，因此电
极反应式的书写要遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒。
(2)弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的用离子
符号表示。
(3)正极产物、负极产物根据题意或化学方程式确定，也要
注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。
2.书写步骤
(1)首先判断该电池所依据的化学反应，从而确定两个半反
应即电极反应。
(2)给出总反应式，写电极反应式
各类电极反应式的一般书写如下：①列物质，标得失；②
选离子，配电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验总式。以
2H2O，电
氢氧燃料电池为例：已知总电池反应为 2H2＋O2
解质溶液为 KOH 溶液，试写出两极反应式。
负极书写步骤为：
同理，正极电极反应式书写如下：
将正负两电极反应方程式相加，得到反应式与总反应式相
符，说明写法正确。
3.书写充电电池、燃料电池电极反应式的注意事项
(1)充电电池。
在书写可充电池电极反应式时，关键是明确电池和电极。
①放电为原电池，充电为电解池。
②原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素
化合价升高；原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对
应元素化合价降低。
(2)燃料电池。
①电池的负极一定是可燃性物质，失电子发生氧化反应；
电池的正极多为氧气或空气，得电子发生还原反应。
②电极材料一般不参加化学反应，只是一个催化转化元
件。
③书写电极反应式时，要分清电解质溶液的酸碱性，在碱
性电解质溶液中，电极反应式中不能出现 H＋，在酸性电解质
溶液中，电极反应式中不能出现 OH－。
④正、负两极的电极反应式在得失电子守恒的前提下，相
加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶
液反应的叠加反应式。
各种电池工作原理的考查
【例 1】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而
得到广泛应用。锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液。电
池总反应式为 Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)
Zn(OH)2(s)＋
A.电池工作时，锌失去电子
C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量理论上减少 6.5 g
名师点拨：根据电池总反应可知，反应中 Zn 失去电子，
根据电极反应可以确定外电路中每通过 0.2 mol 电子，就有 0.1
mol Zn 发生反应，质量为 6.5 g。原电池中电子由负极通过外
电路流向正极。
答案：C
1.(2011 年广东梅州检测)氢氧燃料电池可以使用在航天飞
机上，其反应原理示意图如图 4－2－2。下列有关氢氧燃料电
池的说法正确的是(
)。
D
A.该电池工作时电能转化为化学能
B.该电池中电极 b 是负极
C.外电路中电子由电极 b 通过导线流向
图 4－2－2
电极 a
D.该电池的总反应：2H2＋O2
2H2O
2.(双选)据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电
池，因为锌电池容量大，而且没有铅污染。其电池反应为 2Zn
＋O2
2ZnO，原料为锌粒，电解液和空气。下列叙述正确
的是(
)。
BD
A.锌为正极，空气进入负极反应
Zn2＋
B.负极反应为 Zn－2e－
C.正极发生氧化反应
D.电解液肯定不是强酸
新型化学电池
【例 2】(双选)固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研
制开发的。它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解
质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理
如图 4－2－3 所示，该电池的一极(a)填充氧气，另一极(b)填
充氢气，其中多孔电极 a、b 均不参与电极反应。下列判断正
确的是(
)。
图 4－2－3
答案：AD
D.充电时阳极附近溶液的碱性增加
答案：AD
A.充电时阴极发生氧化反应
C.通入 0.25 mol 氧气并完全反应后，有 0.5 mol 电子转移
D.放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的 pH 升高
解析：充电时阴极发生还原反应，A 错误；放电时 CH3OH
失去电子，作负极，B 正确；1 mol 氧气完全反应，要得到 4 mol
电子，C 错误；放电时氧气极生成 OH－，pH 升高，D 正确。
答案：BD
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一 原电池、电解池及其电极的判断
1.原电池、电解池的判断
(1)先分析是否有外接电源，有外接电源的为电解池，无外
接电源的可能为原电池。
(2)多池相连，但无外接电源时，两极活泼性差异最大的一
池为原电池，其他各池可看作电解池。
(3)在可充电电池中，充电对应电解池，放电对应原电池。
(2)电极判断
【例 1】(2009 年广东化学)可用于电动汽车的铝－空气燃
料电池，通常以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液，铝合金为
负极，空气电极为正极。下列说法正确的是(
)。
A.以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液时，正极反应都为
C.以 NaOH 溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的
pH 保持不变
D.电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
答案：A
二 加减法在书写电极反应式和总反应式中的应用
1.规律：原电池或电解池的两电极反应式之和即为总反应
式，总反应式与任一电极反应式之差为另一电极反应式。
2.写法
(1)根据给出的两电极反应式，写总反应式
①当电解过程中电解的是水或者电解质本身时，使阴、阳
极反应式得失电子数目相同，将两式相加，即得总反应式。
(2)给出总反应式，写电极反应式
书写步骤一般分为四步：①列物质，标得失；②选离子，
配电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验总式。注意书写的
技巧：先写较易的电极反应式，再用总反应式减去较易的反应
式得另一极的电极反应式。
铅蓄电池使用(放电)一段时间后，其内阻明显增大，电压
却几乎不变，此时只有充电才能继续使用。镍镉碱性充电电池
使用(放电)到后期，当电压明显下降时，其内阻却几乎不变，
此时充电后也能继续使用。回答下列问题：
(1)铅蓄电池在放电时的负极反应为__________________，
其在充电时阳极反应为________________________________
________________________。
(2)镍镉碱性充电电池在充电时的总反应的化学方程式为
_____________________________________________________
___________________。
(3)上述两种电池使用一段时间后，一个内阻明显增大，而
另一个内阻却几乎不变的主要原因可能是_______________
____________________________。
(4)如果铅蓄电池在放电时回路中有 2 mol 电子转移时，消
耗 H2SO4__________ mol。
(3)铅蓄电池放电时离子浓度减小，而镍镉电池放电时离子
浓度不变
(4)2
1.(2011 年广东)某小组为研究电化学原理，设计如图 4－Z
A.a 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出
B.a 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应
为：Cu2＋＋2e－
Cu
C.无论 a 和 b 是否连接，铁片均会溶解，溶
液从蓝色逐渐变成浅绿色
图 4－Z－1
D.a 和 b 分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋
向铜电极移动
解析：若 a 和 b 不连接，则不能构成原电池，单质铁直接
与 Cu2＋发生氧化还原反应而置换出铜，A 正确；若 a 和 b 用导
线连接，则构成原电池，此时铁作负极，铜作正极，电极反应
B 分析可知，选项 C 正确；若 a 和 b 分别连接直流电源正、负
极，则构成电解池，此时铜作阳极失去电子被氧化，铁作阴极，
在电解池中阳离子向阴极运动，D 错误。
答案：D
B
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中，锌电极是负极
3.(2009 年广东理基)钢铁生锈过程发生如下反应：
下列说法正确的是(
)。
A
A.反应①、②中电子转移数目相等
B.反应①中氧化剂是氧气和水
C.与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀
D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
4.生物体中细胞膜内的葡萄糖与细胞膜外富氧液体及细
胞膜构成微型的生物原电池。下列有关电极反应及产物的判断
正确的是(
)。
答案：B
C.充电时，铁为阳极
D.放电时，正极附近溶液的碱性减弱
答案：B
6.摩托罗拉公司开发了一种以甲醇为原料，以 KOH 为电
解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可以连续
请填空：
(1)放电时，负极的电极反应式为___________________
____________________________________________________。
(2)通入甲醇一端的电极是______极，电池在放电过程中溶
液的 pH 将______(填“上升”、“下降”或“不变”)。
(3)若在常温、常压下，1 g CH3OH 燃烧生成 CO2 和液态
水时放出 22.68 kJ 的热量，表示该反应的热化学方程式为
______________________________________。
7.(2011 年江苏)Ag2O2 是银锌碱性电池的正极活性物质，
可通过下列方法制备：在 KOH 加入适量 AgNO3 溶液，生成
Ag2O 沉淀，保持反应温度为 80 ℃，边搅拌边将一定量 K2S2O8
溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空
回答下列问题：
(1)上述制备过程中，检验洗涤是否完全的方法是
_________________________________________________
_____________________________________________________
__________________________________________________。
(2)银锌碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时
正极的 Ag2O2 转化为 Ag，负极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4，写
出该电池反应方程式：_________________________________
____________________________________________________。
(3)准确称取上述制备的样品(设仅含 Ag2O2 和 Ag2O)2.558
g，在一定的条件下完全分解为 Ag 和 O2 ，得到 224.0 mL O2(标
准状况下)。计算样品中 Ag2O2 的质量分数(计算结果精确到小
数点后两位)。
解析：(1)观察化学方程式，洗涤除去的杂质是混合物中可
能含有的未反应的反应物及其他生成物，其中易于检验的物质
有 AgNO3 和 KOH，据此写出检验方法。
(2)书写化学方程式时注意，Ag2O2 作为氧化剂，由 O 的化
合价为－2，可知 1 mol Ag2O2 参与反应，转移的电子数为 4 mol。
(3)已知两者的质量及其分解产物氧气的体积，可列方程组
解答。
答案：(1)取少许最后一次洗涤液，滴入 1～2 滴 Ba(NO3)2
溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全(或取少许最后一
次洗涤滤液，滴入 1～2 滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示
已洗涤完全)
(2)Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O
2K2Zn(OH)4＋2Ag
(3) 解 ： n(O2) ＝ 224.0 mL/(22.4 L/mol·1 000 mL/L) ＝
1.000×10－2 mol
设样品中 Ag2O2 的物质的量为 x，Ag2O 的物质的量为 y
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第 2 课时
电解原理的应用
阳极：____________________。
一、氯碱工业
氯碱工业是电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气。
阴极：____________________。
总反应式：__________________________________。
二、电镀
待镀金属制品
镀层金属
1.定义：电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层
其他金属或合金的方法。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀
能力，增加美观和表面硬度。
含有镀层金属离子的溶液
2.构成条件：________________作阴极，__________作阳
极，用________________________作电镀液。
3.特点：电镀液浓度在电镀前后______________。
基本不变
三、电解精炼铜
1.装置：______作阳极，______作阴极，用__________作
电解液。
粗铜逐渐溶解
2.结果：阳极上______________，阴极上___________
____________________。
四、电冶金
金属离子
还原
1.金属冶炼的本质：使矿石中的__________获得电子，从
它们的化合物中__________出来。
粗铜
纯铜
CuSO4 溶液
纯铜逐渐析出
2.电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些
__________单质的制取，如冶炼____________________等活泼
金属。
Na、Ca、Mg、Al
(1)电解熔融氯化钠。
阳极反应：________________________；
阴极反应：_________________；
总反应：_________________________。
活泼金属
阴极反应：___________________；
(2)电解熔融氧化铝冶炼金属铝。
阳极反应：____________________；
总反应：______________________________。
电解原理的应用
1.氯碱工业
(1)立式隔膜电解槽的结构。
阳极：由金属钛网制成；阴极：由碳钢网制成；离子交换
膜；电解槽框及导电铜棒。
(2)阳离子交换膜的作用。
2.铜的精炼
装置如图 4－3－3 所示，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4
溶液作电解液。
图 4－3－3
(3)电解精炼铜的结果：阳极上粗铜逐渐溶解，杂质 Ag、
Au 等沉积在电解槽的底部，阴极上纯铜逐渐析出，电解液浓
度在电解后减小。
方法名称 主要化学反应原理(举例) 主要特点
加热法 对于 Hg、Ag，通常
采用煅烧其金属化
合物的方法来制取
还
原
剂
法 CO 作还原剂 用还原剂(C、CO、
H2、Al 等)还原金属
氧化物，适用于活动
性介于 Zn～Cu 之间
的大多数金属的冶
炼
H2 作还原剂
Na、Mg、Al、
Ca 等作还原剂
3.常见的金属冶炼方法
方法名称 主要化学反应原理(举例) 主要特点
电
解
法 普通电解 适用于冶炼 K、Ca、
Na、Mg、Al 等活泼
金属
电解精炼
续表
原电池 电解池 电镀池
定
义 将化学能转变成电
能的装置 将电能转变为化
学能的装置 应用电解原理在某些
金属表面镀上一层其
他金属的装置
装
置
举
例
原电池、电解池、电镀池三种装置的区别与联系
原电池 电解池 电镀池
形
成
条
件 ①活泼性不同的两
电极
②电解质溶液(电极
插入其中，并与电极
发生自发反应)
③形成闭合回路 ①两电极接直流
电源
②两电极插入电
解质溶液
③形成闭合回路 ①镀层金属接电源正
极，待镀金属接电源
负极
②电镀液必须含有镀
层金属离子(电镀过程
浓度不变)
续表
原电池 电解池 电镀池
电
极
名
称 负极：氧化反应，金
属失电子或燃料失
电子
正极：还原反应，溶
液中的阳离子得电
子或者氧气得电子 阳极：氧化反应，
溶液中的阴离子
失电子或电极金
属失电子
阴极：还原反应，
溶液中的阳离子
得电子 阳极：金属电极失电
子
阴极：电镀液中镀层
金属阳离子得电子(在
电镀控制的条件下，
＋
由水电离产生的 H 及
－
OH 一般不放电)
续表
原电池 电解池 电镀池
电
子
流
向
①同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等；②同一电
解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。③串联电路中的
各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下，在写电极反应
式时得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电
子数相等计算
续表
氯碱工业的考查
【例 1】氯碱厂电解饱和食盐水制取 NaOH 的工艺流程示
意图如下：
图 4－3－4
依据图 4－3－4，完成下列填空：
(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应为
__________________________，与电源负极相连的电极附近溶
液 pH 值________ (填“不变”、“升高”或“下降”)。
a.Ba(OH)2
b.Ba(NO3)2
c.BaCl2
a.先加 NaOH，后加 Na2CO3，再加钡试剂
b.先加 NaOH，后加钡试剂，再加 Na2CO3
c.先加钡试剂，后加 NaOH，再加 Na2CO3
(5)脱盐工序中利用 NaOH 和 NaCl 在溶解度上的差异，通
过________、冷却、________(填写操作名称)除去 NaCl。
(6)在隔膜法电解饱和食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴
极区，防止 Cl2 与 NaOH 反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，
Cl2 与 NaOH 充分接触，产物仅是 NaClO 和 H2，相应的化学方
程式为__________________________________________。
(7)从该氯碱厂电解饱和食盐水制取 NaOH 的工艺流程看，
该厂的生产工艺________(填“是”或“不是”)目前世界上先
进的离子交换膜法。
(7)离子交换膜电解食盐水，Cl－ 不能穿透阳离子膜进入阴极
室，故阴极室能得到很纯净的 NaOH 溶液，而不是 NaOH 和
NaCl 的混合液，故该厂的制碱生产工艺还不是目前世界先进
的离子交换膜法。
(3)ac
(4)bc
(5)蒸发 过滤
(7)不是
图 4－3－5
A.装置中出口①处的物质是氯气，出口②处的物质是氢气
B.该离子交换膜只能让阳离子通过，不能让阴离子通过
D.该装置是将电能转化为化学能
答案：C
2. 下图中能验证氯化钠溶液( 含酚酞) 电解产物的装置是
(
)。
D
解析：电解饱和食盐水时，阴极生成 H2，收集时试管口
向下；阳极生成 Cl2，通入淀粉碘化钾溶液时，溶液变蓝色；
电子从直流电极负极流向电解池阴极，故正确的选项是 D。
铜的精炼
【例 2】以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质 Fe、Zn、
)。
Ag 的粗铜进行电解精炼。下列叙述正确的是(
①粗铜与直流电源负极相连
③电路中每通过 3.01×1023 个电子，得到的精铜质量为 16 g
④杂质 Ag 以 Ag2SO4 的形式沉入电解槽形成“阳极泥”
A.①③
C.③④
B.②④
D.②③
名师点拨：电解过程中，粗铜作阳极，连接电源的正极；
精铜作阴极，连接电源的负极，因此①错误，②正确。根据阴
个电子，得到的精铜质量为 16 g，③正确。由于粗铜中主要成
分为铜，只要有金属铜存在，Ag 就不会放电，因此 Ag 以单
质形式存在于阳极泥中，④错误。
答案：D
3.(2011 年全国卷)用石墨作电极电解 CuSO4 溶液。通电一
段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量
的(
)。
A.CuSO4
C.CuO
B.H2O
D.CuSO4·5H2O
C
A.粗铜板作阳极
C
B.电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为 Cu2＋
C.粗铜中所含 Ni、Fe、Au 等金属杂质，电解后以单质形
式沉积槽底，形成阳极泥
D.电解铜的纯度可达 99.95%～99.98%
解析：Ni、Fe 比 Cu 活泼，更容易失电子，不可能以单质
形式存在于阳极泥中。
5.(2010 年海南化学，双选)利用电解法可将含有 Fe、Zn、
Ag、Pt 等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是(
)。
BD
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生还原反应
C.粗铜连接电源负极，其电极反应是 Cu
Cu2＋＋2e－
D.电解后，电解槽底部会形成含少量 Ag、Pt 等金属的阳
极泥
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第四章
电化学基础
第一节 原电池
一、原电池
氧化还原
1.原电池原理(以锌铜原电池为例)
(1)原电池是利用__________反应原理将化学能转化为电
能的装置(如图 4－1－1 所示)。
图 4－1－1
(2)实验现象：①有盐桥时电流表指针__________；
回到零点
②锌片____________；
③铜片上有红色物质沉积；
逐渐溶解
④取出盐桥后，电流表指针____________。
(3)锌半电池：锌原子____________，被氧化，锌为负极，
即电子流出极，电极反应式为____________________。
为正极，即电子流入极，电极反应式为____________________。
偏转
失去电子
得到电子
还原
2.原电池形成的条件
负极
正极
(1)两个活泼性不同的电极：相对活泼的金属作______，较
不活泼的金属或非金属作__________。
(2)________溶液。
电解质
闭合
氧化还原
(3)形成________回路。
(4)能自发地发生______________反应。
二、电极反应的书写
原电池反应所依据的化学反应原理是氧化还原反应，正极
发生还原反应，负极发生氧化反应，据此书写电极反应。
负极：失去电子被氧化，发生氧化反应。
正极：得到电子被还原，发生还原反应。
总反应：两个半电池的电极反应相加得出原电池的总反
应，但要注意得失电子守恒。
原电池的工作原理
1.原电池工作原理是把氧化反应和还原反应分开进行，还
原剂在负极上失去电子发生氧化反应，电子通过导线流向正
极，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。
2.原电池工作原理分析(锌铜电池)
(1)当有盐桥存在时，在 ZnSO4 溶液中，锌片逐渐溶解，
即 Zn 被氧化，锌原子失去电子，形成 Zn2＋进入溶液；从锌片
上释放出的电子，经过导线流向铜片，CuSO4 溶液中的 Cu2＋
在铜片上得到电子，还原成金属铜并沉积在铜片上。随着反应
使 ZnSO4 溶液和 CuSO4 溶液均保持电中性，氧化还原反应得
以继续进行，从而使原电池不断地产生电流(如 4－1－2 所示)。
图 4－1－2
3.盐桥的作用
常见的盐桥：含琼胶的 KCl 饱和溶液。
(1)使原电池装置形成闭合回路，代替两溶液直接接触，使
之产生稳定的电流。
(2)平衡两个半电池的电荷，使电解质溶液呈电中性。
原电池原理的应用
1.比较金属活动性强弱
(1)在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼
金属作正极，发生还原反应。
(2)电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而
电流方向是由正极流向负极，二者是相反的。
2.原电池对反应速率的影响
形成原电池时反应速率比直接接触的反应速率快，如粗锌
与稀硫酸反应产生 H2 的速率快，因为锌、杂质金属与稀硫酸
形成了原电池。在锌与稀硫酸反应时，向稀硫酸中加入少量
CuSO4，也同样会加快产生 H2 的速率，因为锌、铜(铜单质是
锌与 Cu2＋反应生成的)与稀硫酸形成了原电池。
3.根据原电池原理，把各种氧化还原反应设计成原电池。
氧化还原反应设计成原电池
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计
成原电池。关键是选择合适的两个电极和电解质溶液。
1.电极材料的选择
(1)在原电池中选择还原性强的物质作负极，氧化性强的物
质作正极，电极材料的选择的原则是必须能导电。
(2)几种常见的电极
①活泼性不同的两种金属，如铜锌原电池中的铜、锌两种
金属；
②金属与非金属，如锌锰干电池中的锌和石墨；
③金属和化合物，如铅蓄电池中金属 Pb 和氧化铅；
④惰性电极，如氢氧燃料电池中的铂电极。
2.电解质溶液的选择
电解质是使负极放电的物质。因此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(如空气
中的氧气)能与负极发生反应。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
选择与电极材料相同的阳离子。
设计思路 实例
①以自发的氧化还原反应
为基础
②把氧化还原反应分解为
氧化反应和还原反应两个
半反应，从而确定电极反应
3.设计思路：原电池的设计一定要满足形成原电池的条
件。其设计的具体步骤如下表所示：
设计思路 实例
③以两极反应为原理，确定
电极材料及电解质溶液 负极材料：Cu
正极材料：石墨或比 Cu 不活泼
的其他金属(汞除外)
电解质溶液：FeCl3 溶液
④画出示意图
续表
原电池的基本理论
【例 1】(2010 年广东理综，双选)铜锌原电池(如图
4－1 －3)工作时，下列叙述正确的是(
)。
图 4－1－3
名师点拨：原电池工作时，负极失去电子，发生氧化反应，
电子经外电路由负极流向正极；正极得到电子，发生还原反应。
由内电路离子的定向移动，盐桥中阳离子移向正极，阴离子移
向负极。
答案：BC
1.(2011 年广东中山检测)下列各装置能组成原电池的是
(
)。
解析：A 中两个电极都是 Zn，活泼性相同，无法形成原
电池；B 中满足原电池的形成条件，可形成原电池；C 中酒精
是非电解质，在水溶液中不存在自由移动的离子，也不能形成
原电池；D 中没有形成闭合回路，也不能形成原电池。
答案：B
电极判断、电极反应及总反应式的书写
【例 2】已经广泛应用于电子仪表上的银锌电池是在壳内
一端充入 Ag2O 和活性石墨组成的材料，在另一端填充 Zn－
Hg 合金组成的活性材料，电解质溶液为浓 KOH 溶液，它的电
(1)原电池的负极材料是______________。
(2)写出两极的电极反应：__________________________
______________________________________________。
2.(1)Cu、Fe 作两电极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：
Cu作______极，Fe作______极，电极反应式：负极
____________________，正极____________________，电池反
应为：________________________________。
(2)如将稀硫酸改为浓硝酸：
Cu作______极，Fe作______极，电极反应式：负极
__________________，正极__________________，电池反应为
____________________________________。
解析：(2)在浓硝酸中，Fe 发生钝化，而 Cu 可溶于浓硝酸，
此时 Cu 比 Fe 容易失去电子，因此 Cu 为负极。
金属活动性强弱考查
【例 3】X、Y、Z、W 4 块金属分别用导线两两相连浸入
稀硫酸中组成原电池。X、Y 相连时，X 为负极；Z、W 相连
时，电流方向 W→Z；X、Z 相连时，Z 极上产生大量气泡；
W、Y 相连时，W 极发生氧化反应。据此判断 4 种金属的活动
性顺序是(
)。
A.X>Z>W>Y
B.Z>X>Y>W
C.X>Y>Z>W
D.Y>W>Z>X
名师点拨：在原电池中，活泼金属作原电池的负极，不活
泼的金属作原电池的正极。电子由负极经导线流向正极，与电
流的方向相反。因此，X、Y 相连时 X 为负极，则活泼性：
X>Y；Z、W 相连时电流方向是 W→Z，则活泼性：Z>W；X、
Z 相连时 Z 极上产生大量气泡，X 为负极，则活泼性：X>Z；
W、 Y 相连时，W 极发生氧化反应，Y 为正极，则活泼性：
W>Y。综上所述，可以得出金属的活动性顺序是 X>Z>W>Y。
答案：A
3.把 A、B、C、D 四块金属泡在稀 H2SO4 中，用导线两两
相连可以组成各种原电池。若 A、B 相连时，A 为负极；C、
D 相连，D 上有气泡逸出；A、C 相连时 A 极减轻；B、D 相
连，电流方向 B→D。则四种金属的活泼性顺序由大到小排列
为(
)。
C
A.A＞B＞C＞D
C.A＞C＞D＞B
B.A＞C＞B＞D
D.B＞D＞C＞A
有关原电池的简单计算
【例 4】把锌片、铜片连接后浸入硫酸溶液中，构成了铜
锌原电池，工作一段时间后，锌片的质量减少了 3.25 g，铜片
表 面 析 出 氢 气 __________L( 标 准 状 况 ) ， 导 线 中 通 过
__________mol 电子。
2 mol
65 g
3.25 g
22.4 L
V
x
电子守恒法是较常用的一种解计算题的方法，其依据是氧
化剂与还原剂得失电子数目相等。计算时可由电极反应式中的
氧化剂(或还原剂)与得到(或失去)电子之间的关系进行计算。
解得：V＝1.12 L，x＝0.1 mol。
答案：1.12 0.1
4.用铜、银与 AgNO3 溶液设计成一个原电池，此电池的负
极是______，电极反应式是________________。总反应式是
__________________，当有 32 g 铜溶解时，在正极上析出银
__________g，导线中通过________mol 电子。
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第三节 电解池
第 1 课时
电解原理
一、电解 CuCl2 溶液的实验
1.实验装置
图 4－3－1
实验现象 结论
电流表指针发生偏转 说明电解质溶液在导
电，形成闭合回路
与负极相连的石墨棒上逐渐
覆盖了一层__________ 析出金属铜
与正极相连的碳棒一侧有刺
激性气味的气体产生，使湿润
的淀粉 KI 试纸__________ 产生了氯气
2.实验现象和结论
红色物质
变蓝
3.实验原理分析
自由运动
定向运动
阳极
阴极
(2)两个电极上的反应和总反应
阳极：_______________________；
阴极：______________________；
总反应：____________________。
(3) 结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的
__________过程。
电解
二、电解原理
1.概念
电解质溶液
氧化还原反应
电解是使电流通过______________而在两个电极上引起
__________________的过程。
2.电解池
电能
化学能
(1)定义：将__________转化为__________的装置。
(2)构成。
电源
电解质
电解质
①__________。
负极
还原
正极
氧化
②____________溶液或熔融____________。
③两个电极
闭合回路
阴极：与电源______相连的电极，发生______反应；
阳极：与电源______相连的电极，发生______反应。
④形成______________。
电解规律
1.电极反应规律与离子放电顺序
(1)电极反应规律。
①阴极：得电子，发生还原反应。
a.一般电极本身不参加反应；
b.电解质溶液中阳离子“争”得电子；
c.阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应，阳
②阳极：失电子，发生氧化反应。
a.若阳极是由活性材料(除石墨、Pt、Au 等以外的其他金
属)做成，阳极金属失去电子而被氧化成阳离子；
b.若阳极是由石墨、Pt、Au 等惰性材料做成，阳极反应则
是电解质溶液中阴离子在阳极失去电子被氧化。阴离子失电子
能力大小顺序为 I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。
(2)离子放电顺序。
离子的放电顺序主要取决于离子本身的性质，还与离子的
浓度、溶液的酸碱性有关。
①阳离子放电顺序。
(水溶液中只考虑此部分) (浓度很大时排在 H＋前)
(只在熔融状态下放电、在水溶液中永远不放电)
上述顺序基本上与金属活动性顺序一致，即越活泼的金属，
其阳离子越难结合电子，但 Fe3＋氧化性较强，排在 Cu2＋之前。
②阴离子放电顺序。
(水溶液中只考虑此部分)
(在水溶液中不放电)
类型 电极反应特点 实例 电解的
对象 电解质
浓度的
变化 溶液 pH
变化 电解质
溶液复
原方法
电解水型
水电离出的 H＋、OH －
放电，阳极：4OH－
－4e－===O2↑＋
2H2O
阴极：4H＋ ＋4e－
===2H2↑ 强碱(NaOH) 水 增大 升高 加入适
量水
强酸(H2SO4) 降低
活泼金属的
含氧酸盐
(Na2SO4) 不变
常见的电解反应类型(用惰性电极电解电解质溶液)
类型 电极反应特点 实例 电解的
对象 电解质
浓度的
变化 溶液 pH
变化 电解质
溶液复
原方法
电解电
解质型 电解质电离出的阴、
阳离子分别在两极放电 无氧酸(HCl) 电解质 减小 升高 加电解
质本身
不活泼金属
的无氧酸盐
(CuCl2)
续表
类型 电极反应特点 实例 电解的
对象 电解质
浓度的
变化 溶液 pH
变化 电解质
溶液复
原方法
同
时
电
解
溶
质
和
溶
剂 放 H2 生
碱型 阳极：电解质电离出
的阴离子在阳极上失
电子
阴极：水电离出的 H＋
得电子，2H ＋ ＋2e－
===H2↑ 活泼金属的
无氧酸盐
(NaCl) 电解质
和水 生成新
电解
质，原
电解质
浓度减
小 升高 加对应
的无氧
酸(通入
HCl 气
体)
放 O2 生
酸型 阳极：水电离出的 OH－
失电子，2H2O－4e－
===O2↑＋4H ＋
阴极：电解质电离出
的阳离子在阴极上得
电子 不活泼金属
的含氧酸盐
(CuSO4) 降低 加对应
的氧化
物
续表
电解原理
A.电池的电解液为碱性溶液，正极为 Ni2O3，负极为 Fe
答案：C
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
图 4－3－2
D.当有 0.1 mol 电子转移时，有 0.1 mol Cu2O 生成
答案：A
电解规律
【例 2】用惰性电极实现电解，下列说法正确的是(
)。
名师点拨：根据电解规律，电解稀硫酸、NaOH 溶液和
Na2SO4 溶液时，实质上都是电解水，电解一段时间后，稀硫
酸的浓度增大，pH 减小；NaOH 溶液的浓度增大，pH 增大，
A、B 都错。电解 Na2SO4 溶液，在阴极和阳极上析出产物分别
是 H2 和 O2，物质的量之比为 2∶1，C 错；电解 CuCl2 溶液，
在阴极和阳极上析出产物分别是 Cu 和 Cl2，物质的量之比为
1∶1，D 正确。
答案：D
2.用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再向电解池中
加入一定质量括号的物质，溶液能与原来溶液完全一样的是
(
)。
C
A.CuCl2(CuO)
B.NaOH(NaOH)
C.NaCl(HCl)
D.CuSO4[Cu(OH)2]
解析：D 项中使 CuSO4 溶液复原应加入 CuO。
电解原理的计算
【例 3】将浓度均为 2 mol/L 的 AgNO3 与 Cu(NO3)2 溶液各
0.5 L 混合，以铜为电极进行电解，一段时间后阴极上有 1.6 g
铜析出。
(1)直流电源已输出__________mol 电子。
答案：(1)1.05 (2)1.5
有关电解的计算通常是求电解后产物的质量、气体的体
积、某元素的化合价以及溶液的 pH、物质的量浓度。解答此
类题目时，首先要分清各种电极是惰性电极还是活性电极，是
惰性电极时要根据阴阳离子放电顺序写出电极反应式，是活性
电极时注意阳极金属失电子。然后根据电解方程式或电极反应
式利用各电极或电路中转移的电子数目守恒，列等式求解。
3.将分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解
槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物
)。
质的量之比是(
A.1∶2∶3
C.6∶3∶1
B.3∶2∶1
D.6∶3∶2
解析：三个电解槽串联，说明通过三个电解槽的电量相等，
即转移电子数相等，则析出的钾、镁、铝的物质的量之比为
6∶3∶2。
D
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第四节 金属的电化学腐蚀与保护
一、金属的电化学腐蚀
1.金属腐蚀
氧化还原
氧化
(1)概念：金属或合金与周围接触的气体或液体物质发生
______________反应而引起损耗的现象。
化学
电化学
(2)实质：金属原子__________电子变成阳离子的过程，即
金属发生了__________反应。
(3)类型：根据与金属接触的气体或液体物质不同，可分为
__________腐蚀和__________腐蚀。
失去
2.化学腐蚀
非电解质
加快
金 属 跟 接 触 到 的 干 燥 气 体 ( 如 O2 、 Cl2 、 SO2) 等 或
__________液体(石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。化
学腐蚀的速度随温度升高而__________。
3.电化学腐蚀
(1)概念：__________的金属跟__________溶液接触时，构
成了__________，比较__________的金属__________电子而被
氧化而引起的腐蚀。
不纯
电解质
原电池
活泼
失去
(2)实质(以钢铁腐蚀为例)：在潮湿的空气中，钢铁的表面
形成了一层溶有__________等的水膜，使水膜中含有一定量的
H＋，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好构成了__________。其
中__________是负极，________是正极。
CO2、SO2
原电池
碳
铁
(3)析氢腐蚀和吸氧腐蚀
①析氢腐蚀(如图 4－4－1 所示)：金属表面的电解质溶液
酸性较强，腐蚀过程中有 H2 放出。
图 4－4－1
负极反应：_________________；
正极反应：_________________；
总反应：______________________。
②吸氧腐蚀(如图 4－4－2 所示)：钢铁表面吸附的水膜酸
性很弱或呈中性时，氧气参加电极反应，发生吸氧腐蚀。
图 4－4－2
电极反应如下：
负极：______________________；
正极：_____________________________；
总反应：_____________________________。
最终生成 Fe2O3·xH2O，过程如下：
1.牺牲阳极的阴极保护法
原电池
正极
负极
应用__________原理，让被保护金属作______，另找一种
活泼性较强的金属作________。如轮船底镶上锌板。
二、金属的电化学防护
___________________________________________________
_________________________。
水就生成Fe2O3·xH2O
2.外加电流的阴极保护法
阴
阳
直流
把被保护的钢铁设备作为______极，用惰性电极作为辅助
______极。在电解质溶液里，接外加__________电源。通电后，
电子被强制流向被保护的钢铁设备，从而起到保护作用。
金属
腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀
定义 金属与接触到的干燥气
体(如 O2、Cl2、SO2 等)
或非电解质液体(如石
油)等直接发生化学反
应而引起的腐蚀 不纯的金属与电解质溶
液接触时，会发生原电池
反应，较活泼的金属失去
电子而被氧化的腐蚀
化学腐蚀与电化学腐蚀的区别
金属
腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与干燥气体或非电
解质溶液等直接接触 不纯金属或合金与电解
质溶液接触
本质 无电流产生 有微弱电流产生
实例 金属与接触到的物质
(如 O2、Cl2、SO2 等)直
接发生化学反应 钢铁在潮湿的空气中被
腐蚀
实质与
联系 始终都是金属原子失去电子被氧化而损耗；化学
腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀
更普遍，危害更大，腐蚀速率更快
续表
判断金属的腐蚀类型要从本质入手，化学腐蚀和电化学腐
蚀的本质区别在于是否发生原电池反应。电化学腐蚀中，只有
在金属活动顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而
位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更
为普遍。
金属的化学腐蚀与电化学腐蚀
【例 1】关于金属腐蚀的说法中正确的是(
)。
A.金属被腐蚀的本质是 M＋nH2O
M(OH)n＋H2↑
B.马口铁(锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化
C.在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D.常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
名师点拨：金属腐蚀的本质主要是金属原子失电子被氧
化，腐蚀的内因是金属的化学性质，外因是金属与空气、水和
其他腐蚀性的物质相接触，腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐
蚀，两种腐蚀同时存在，以电化学腐蚀为主。常温下，空气中
的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。
答案：C
1.(2009 年广东化学，双选)出土的锡青铜(铜锡合金)文物
常有 Cu2(OH)3Cl 覆盖在其表面。下列说法正确的是(
)。
A.锡青铜的熔点比纯铜高
B.在自然环境中，锡青铜中的锡对铜起保护作用
C.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快
D.生成 Cu2(OH)3Cl 覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化
学反应过程
解析：锡青铜属于合金，熔点比成分金属的低；由于锡比
铜活泼，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜；潮湿的环
境将会加快金属的腐蚀速率；电化学腐蚀过程实质是有电子的
转移，属于化学反应过程。
答案：BC
金属的电化学保护
A.轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块
B.铝片不用特殊方法保存
C.纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后速率加快
D.镀锌的铁比镀锡的铁耐用
名师点拨：A 项是通过构成 Zn－Fe 原电池，从而保护船
体不被腐蚀；B 项是靠氧化膜保护铝，属于化学腐蚀；C 项
Zn＋Cu2＋
Cu＋Zn2＋，生成的 Cu 与 Zn 在溶液中构成原电
池加快反应的速率；D 项中 Zn－Fe 原电池 Zn 为负极，而 Fe
－Sn 原电池中 Fe 为负极，故前者 Zn 被氧化保护了铁。
答案：B
2.(双选)下列金属防护属于电化学保护的是(
)。
A.改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力
B.在金属表面覆盖一层保护层
C.牺牲阳极的阴极保护法
D.外加电流的阴极保护法
CD
金属腐蚀快慢的判断
【例 3】如图 4－4－3 所示，各烧杯中盛有海水，铁在其
中被腐蚀由快到慢的顺序为(
)。
图 4－4－3
A.②①③④
C.④②①③
B.④③①②
D.③②④①
名师点拨：②、③、④实质均为原电池装置。③中 Fe 为
正极，被保护；②、④中 Fe 为负极，均被腐蚀，但相对快慢
来说，Fe 和 Cu 的金属活动性较 Fe 和 Sn 的差别大，故 Cu－
Fe 原电池中 Fe 被腐蚀得最快；①中因铁不纯而发生微小原电
池反应。
答案：C
金属腐蚀快慢的判断依据
1.在同一电解质溶液中，电解原理引起的腐蚀(电解池阳
极)＞原电池原理引起的腐蚀(原电池的负极)＞化学腐蚀＞有
防护腐蚀措施的腐蚀(电解池的阴极、原电池的正极及加有镀
层的金属等)。
2.对同一种金属来说，强电解质溶液>弱电解质溶液>非电
解质溶液。
3.活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。
4.对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀
越快。
3.下列各装置中都盛有 0.1 mol·L－1 的 NaCl 溶液，放置一
)。
定时间后，锌片的腐蚀速率由快到慢的顺序是(
图 4－4－4
A.③①④②
C.①②③④
B.①②④③
D.②①④③
D
返回
