核心知识梳理

一、构成原电池的条件

构成原电池的条件有：

（1）电极材料。两种金属活动性不同的金属或金属和其它导电性（非金属或某些氧化物等）；

（2）两电极必须浸没在电解质溶液中；

（3）两电极之间要用导线连接，形成闭合回路。

说明：

①一般来说，能与电解质溶液中的某种成分发生氧化反应的是原电池的负极。

②很活泼的金属单质一般不作做原电池的负极，如K、Na、Ca等。 

1.图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)

2.正确判断电极产物

①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe^2＋，而不是Fe^3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S^2－＞I^－＞Br^－＞Cl^－＞OH^－(水)。

②阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：

Ag^＋＞Hg^2＋＞Fe^3＋＞Cu^2＋＞H^＋＞Pb^2＋＞Fe^2＋＞Zn^2＋＞H^＋(水)。

3.对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)

二、原电池正负极的判断：

（1）较活泼的或能和电解质溶液反应的金属一般作负极。

（2）有气泡产生一极一般是正极。

（3）电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极。

（4）被腐蚀的一极是负极。

（5）发生氧化反应的一极是负极，发生还原反应的一极是正极。

（6）溶液中阳离子移向的一极是正极，阴离子移向的一极为负极。

（7）析氢或吸氧的反应，均能使正极附近电解质溶液的pH增大。

三、电极反应式的书写

（1）负极：一般来说，较活泼的金属失去电子，为原电池的负极，这时负极材料本身被氧化，其电极反应式有两种情况：

          ①负极金属失去电子后生成的金属阳离子不与电解质溶液的成分反应，此时的电极反应式可表示为：M－ne－＝Mn+；

         ②负极金属失去电子后生成的金属阳离子与电解质溶液的成分反应，此时的电极反应要将金属失去电子后的反应、金属阳离子与电解质溶液的反应叠加在一起，如铅蓄电池的负极反应为：Pb + SO42－ － 2e－ ＝ PbSO4。

          ③还有一种情况是负极材料本身不反应，如燃料电池，在正负极上发生的电极反应不是孤立的，在书写负极反应式时，要将燃料失电子的反应极其产物与电解质溶液中的反应叠加在一起书写。氢氧燃料电池有酸式和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现OH－，在碱溶液中，电极反应式中不能出现H+，如： H2－O2（KOH溶液）电池的负极反应为：H2 + 2OH－－2e－＝2H2O。像CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以CO32－离子形式存在，而不是放出CO2气体。

          ④例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中，由于铝片表明的钝化，这时铜失去电子，是负极，其电极反应为：

负极：Cu －2e^－＝ Cu^2＋

正极：NO₃^－ + 4H^＋ + 2e^－ ＝ 2H₂O + 2NO₂↑

再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中，虽然镁比铝活泼，但由于镁不与氢氧化钠反应，而铝却反应，失去电子，是负极，其电极反应为：

负极：2Al + 8OH^－－2×3e^－＝2AlO₂^－ + 2H₂O

正极：6H₂O + 6e^－ ＝ 6OH^－ + 3H₂↑

（3）要考虑电子的转移数目

在同一个原电池中，负极失去电子数必然等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应时，一定要考虑电荷守恒。防止由总反应方程式改写成电极反应式时所带来的失误，同时也可避免在有关计算中产生误差。

（4）要利用总的反应方程式

从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池，而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应，便可以写出另一个电极反应方程式。 

四、化学电源的反应 

1．铝—镍电池(负极—Al，正极—Ni，电解液—NaCl溶液、O₂)

负极：4Al－12e^－=4Al^3＋；

正极：3O₂＋6H₂O＋12e^－=12OH^－；

总反应式：4Al＋3O₂＋6H₂O=4Al(OH)₃。

2．镁—铝电池(负极—Al，正极—Mg，电解液—KOH溶液)

负极：2Al＋8OH^－－6e^－=2AlO₂^-＋4H₂O；

正极：6H₂O＋6e^－=3H₂↑＋6OH^－；

总反应离子方程式：2Al＋2OH^－＋2H₂O=2AlO₂^-＋3H₂↑。

3．锂电池一型(负极—Li，正极—石墨，电解液—LiAlCl₄—SOCl₂)

已知电池总反应式：4Li＋2SOCl₂=SO₂↑＋4LiCl＋S。

试写出正、负极反应式：

负极：4Li－4e^－=4Li^＋；

正极：2SOCl₂＋4e^－=SO₂↑＋S＋4Cl^－。

4．铁—镍电池(负极—Fe，正极—NiO₂，电解液—KOH溶液)

已知Fe＋NiO₂＋2H₂O放电充电Fe(OH)₂＋Ni(OH)₂，则：

负极：Fe－2e^－＋2OH^－=Fe(OH)₂；

正极：NiO₂＋2H₂O＋2e^－=Ni(OH)₂＋2OH^－。

阴极：Fe(OH)₂＋2e^－=Fe＋2OH^－；

阳极：Ni(OH)₂－2e^－＋2OH^－=NiO₂＋2H₂O。

5．LiFePO₄电池(正极—LiFePO₄，负极—Li，含Li^＋导电固体为电解质)

已知FePO₄＋Li放电充电LiFePO₄，则

负极：Li－e^－=Li^＋；

正极：FePO₄＋Li^＋＋e^－=LiFePO₄。

阴极：Li^＋＋e^－=Li；

阳极：LiFePO₄－e^－=FePO₄＋Li^＋。

6．高铁电池(负极—Zn，正极—石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质)

已知：3Zn＋2K₂FeO₄＋8H₂O放电充电3Zn(OH)₂＋2Fe(OH)₃＋4KOH，则：

负极：3Zn－6e^－＋6OH^－=3Zn(OH)₂；

正极：2FeO₄ ^2-＋6e^－＋8H₂O=2Fe(OH)₃＋10OH^－。

阴极：3Zn(OH)₂＋6e^－=3Zn＋6OH^－；

阳极：2Fe(OH)₃－6e^－＋10OH^－=2FeO₄ ^2-＋8H₂O。

7．氢氧燃料电池

(1)电解质是KOH溶液(碱性电解质)

负极：2H₂－4e^－＋4OH－=4H₂O；

正极：O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－；

总反应方程式：2H₂＋O₂=2H₂O。

(2)电解质是H₂SO₄溶液(酸性电解质)

负极：2H₂－4e^－=4H^＋；

正极：O₂＋4H^＋＋4e^－=2H₂O；

总反应方程式：2H₂＋O₂=2H₂O。

(3)电解质是NaCl溶液(中性电解质)

负极：2H₂－4e^－=4H^＋；

正极：O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－；

总反应方程式：2H₂＋O₂=2H₂O。

8．甲烷燃料电池(铂为两极、正极通入O₂和CO₂、负极通入甲烷、电解液有三种)

(1)电解质是熔融碳酸盐(K₂CO₃或Na₂CO₃)

正极：2O₂＋8e^－＋4CO₂=4CO₃^2-；

负极：CH₄－8e^－＋4CO₃^2-=5CO₂↑＋2H₂O；

总反应方程式：CH₄＋2O₂=CO₂↑＋2H₂O。

(2)酸性电解质(电解液为H₂SO₄溶液)

正极：2O₂＋8e^－＋8H^＋=4H₂O；

负极：CH₄－8e^－＋2H₂O=CO₂↑＋8H^＋；

总反应方程式：CH₄＋2O₂=CO₂↑＋2H₂O。

(3)碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液)

正极：2O₂＋8e^－＋4H₂O=8OH^－；

负极：CH₄－8e^－＋10OH^－=CO₃^2-＋7H₂O；

总反应方程式：CH₄＋2O₂＋2OH^－=CO₃^2-＋3H₂O。

9．甲醇燃料电池

(1)碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液)

正极：3O₂＋12e^－＋6H₂O=12OH^－；

负极：2CH₃OH－12e^－＋16OH^－=2CO₃^2-＋12H₂O；

总反应方程式：2CH₃OH＋3O₂＋4KOH=2K₂CO₃＋6H₂O。

(2)酸性电解质(铂为两极、电解液为H₂SO₄溶液)

正极：3O₂＋12e^－＋12H^＋=6H₂O；

负极：2CH₃OH－12^－＋2H₂O=12H^＋＋2CO₂；

总反应方程式：2CH₃OH＋3O₂=2CO₂＋4H₂O。

10．CO燃料电池(总反应方程式均为2CO＋O₂=2CO₂)

(1)熔融盐(铂为两极、Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，空气与CO₂的混合气为正极助燃气)

正极：O₂＋4e^－＋2CO₂=2CO₃^2-；

负极：2CO＋2CO₃^2-－4e^－=4CO₂。

(2)酸性电解质(铂为两极、电解液为H₂SO₄溶液)

正极：O₂＋4e^－＋4H^＋=2H₂O；

负极：2CO－4e^－＋2H₂O=2CO₂＋4H^＋。

 ‍

正误判断，下列说法正确的打“√”，错误的打“×”

高考题再现

1．（2018课标Ⅰ）最近我国科学家设计了一种CO₂+H₂S协同转化装置，实现对天然气中CO₂和H₂S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：

①EDTA-Fe²⁺-e^-＝EDTA-Fe³⁺

②2EDTA-Fe³⁺+H₂S＝2H⁺+S+2EDTA-Fe²⁺

该装置工作时，下列叙述错误的是

A. 阴极的电极反应：CO₂+2H⁺+2e^-＝CO+H₂O

B. 协同转化总反应：CO₂+H₂S＝CO+H₂O+S

C. 石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

D. 若采用Fe³⁺/Fe²⁺取代EDTA-Fe³⁺/EDTA-Fe²⁺，溶液需为酸性

2．（2017课标Ⅰ）支撑海港码头基础的钢管柱，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是

A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

3．（2017课标Ⅱ）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H₂SO₄—H₂C₂O₄混合溶液。下列叙述错误的是

A．待加工铝质工件为阳极

B．可选用不锈钢网作为阴极

C．阴极的电极反应式为：A³⁺+3e^-=Al

D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

考题套路归纳

角度一　利用电解原理处理污染

1.[2016·天津理综，10(5)]化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na₂FeO₄，同时获得氢气：Fe＋2H₂O＋2OH^－电解=====FeO42－＋3H₂↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO42－，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na₂FeO₄只在强碱性条件下稳定，易被H₂还原。

①电解一段时间后，c(OH^－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

③c(Na₂FeO₄)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na₂FeO₄)低于最高值的原因：

________________________________________________________________________。

答案①阳极室　 ②防止Na₂FeO₄与H₂反应使产率降低　③M点：c(OH^－)低，Na₂FeO₄稳定性差，且反应慢[或N点：c(OH^－)过高，铁电极上有Fe(OH)₃生成，使Na₂FeO₄产率降低]

角度二　利用电解原理制备物质

(一)“单膜”电解池

2.[2018·全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO₃也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式：___________________________________________。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________________________________________________________________________。

答案①2H₂O＋2e^－===2OH^－＋H₂↑②K^＋　由a到b

 (二)“双膜”电解池

3.[2018·全国卷Ⅰ，27(3)]制备Na₂S₂O₅也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，

其中SO₂碱吸收液中含有NaHSO₃和Na₂SO₃。阳极的电极反应式为________________________________________________________。电解后，____________室的NaHSO₃浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na₂S₂O₅。

答案2H₂O－4e^－===4H^＋＋O₂↑a

4.用NaOH溶液吸收烟气中的SO₂，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H₂SO₄，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。

(1)图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是________。

(2)SO32－放电的电极反应式为_______________________________________________________。

(3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因：_______________________________________________________________________________。

答案(1)负　硫酸

(2)SO32－－2e^－＋H₂O===SO42－＋2H^＋

(3)H₂OH^＋＋OH^－，在阴极H^＋放电生成H₂，c(H^＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强

(三)“多膜”电解池

5.[2014·新课标全国卷Ⅰ，27(4)]H₃PO₂也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：

①写出阳极的电极反应式：_______________________________________________________。

②分析产品室可得到H₃PO₂的原因：________________________________________________

________________________________________________________________________。

③早期采用“三室电渗析法”制备H₃PO₂：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H₃PO₂稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有____________杂质。该杂质产生的原因是_________________________________。

答案　①2H₂O－4e^－===O₂↑＋4H^＋

②阳极室的H^＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H₂PO2－穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H₃PO₂

③PO43－H₂PO2－或H₃PO₂被氧化

角度三　电化学学科交叉计算

6.Ⅰ.[2015·全国卷Ⅱ，26(1)(2)]酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO₂、ZnCl₂和NH₄Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。

(1)该电池的正极反应式为__________________________________________________；

电池反应的离子方程式为___________________________________________________。

(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。(已知F＝96 500 C·mol^－1)

Ⅱ.新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子(O^2－)在其间通过。如图所示，其中多孔电极不参与电极反应。

(1)该电池的负极反应式为___________________________________________________。

(2)如果用该电池作为电解装置，当有16 g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量表达式为__________________________________C(1个电子的电量为1.6×10^－19C)。

Ⅲ.以CH₄(g)为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀H₂SO₄作电解质溶液，其负极电极反应式为_____________________________________________________________________，

已知该电池的能量转换效率为86.4%，甲烷的燃烧热为－890.3 kJ·mol^－1，则该电池的比能量为________kW·h·kg^－1(结果保留1位小数，比能量＝()()燃料质量kg电池输出电能kW·h,1 kW·h＝3. 6×10⁶ J)。

答案　Ⅰ.(1)MnO₂＋H^＋＋e^－===MnOOH

2MnO₂＋Zn＋2H^＋===2MnOOH＋Zn^2＋

[注：式中Zn^2＋可写为Zn(NH₃)42＋、Zn(NH₃)₂Cl₂等，H^＋可写为NH4＋](2)0.05

Ⅱ.(1)CH₃OH－6e^－＋3O^2－===CO₂＋2H₂O

(2)0.5 mol×6×1.6×10^－19C×6.02×10²³ mol^－1(或2.890×10⁵)

Ⅲ.CH₄－8e^－＋2H₂O===CO₂＋8H^＋13.4

整理的文档版：‍‍‍‍「原电池专项核心突破.docx」，来自夸克网盘分享。

/~a52e320Zop~:/

链接：https://pan.quark.cn/s/3f1a325a10e1

提取码：X1UR

来源：高中化学，致谢！‍