原電池和電解池的對(duì)比復(fù)習(xí)

鮑敏

高中化學(xué)階段，電化學(xué)知識(shí)是比較重要的一章內(nèi)容，它包括原電池、電解池，是無機(jī)化學(xué)中很重要的知識(shí)。它既涉及到理論知識(shí)，又與元素化合物知識(shí)密切相關(guān)，是考查學(xué)生主干知識(shí)和各種能力方面很好的結(jié)合點(diǎn)，倍受高考關(guān)注。在高考題目中連續(xù)幾年都出現(xiàn)了電化學(xué)題目。而在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生經(jīng)常分不清原電池和電解池的區(qū)別和聯(lián)系。為此，我們可把原電池，電解池放在一起對(duì)比講解，加深學(xué)生的理解。

對(duì)有關(guān)原電池，電解池的題目，一般采取以下步驟：

1.判斷是原電池還是電解池。若有外接電源，則是電解池。若只有一個(gè)，且無外接電源，則是原電池。若有幾個(gè)，無外接電源，則一般是其中一個(gè)是原電池，其他是電解池。

2.判斷兩極。若是電解池，則與電源負(fù)極相連的就是陰極，與電源正極相連的就是陽極。若是原電池，則較活潑的一級(jí)為負(fù)極，較不活潑的一級(jí)為正極。（當(dāng)然也有例外，如鎂鋁用導(dǎo)線插入氫氧化鈉溶液中，鎂做正極，鋁做負(fù)極）。對(duì)簡單的原電池，一般質(zhì)量增加或者產(chǎn)生氫氣的一極為正極，質(zhì)量減少的一級(jí)為負(fù)極。若為復(fù)雜的電池，則發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的為正極。如氫氣和氧氣在氫氧化鈉溶液中，電極材料都是鉑做電極。這時(shí)氫氣發(fā)生氧化反應(yīng)為負(fù)極，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)為正極。

3．電極材料。對(duì)簡單原電池，結(jié)合電極材料以及電解質(zhì)溶液，才能寫出電極反應(yīng)。對(duì)電解池，若是陰極，可認(rèn)為電極材料與電極反應(yīng)無關(guān)。對(duì)陽極，則先要判斷電極材料為惰性電極（金，鉑，石墨）還是非惰性電極（除金，鉑，石墨以外的其它材料）。若是非惰性電極，則電極材料被氧化。

4.電解質(zhì)溶液。對(duì)原電池，只有結(jié)合電極材料，電解質(zhì)溶液才能正確的寫出電極方程式。對(duì)于電極材料不能直接與電解質(zhì)溶液反應(yīng)時(shí)，有時(shí)還需考慮吸氧腐蝕。例如將Fe 和Zn用導(dǎo)線連接，放入氯化鈉溶液中，此時(shí)正極發(fā)生的吸氧腐蝕，而溶液中的Na+，Cl-未參與反應(yīng)。若是電解池，則要考慮溶液中陰陽離子的放電順序，根據(jù)放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)。

具體知識(shí)點(diǎn)：

一， 原電池1.概念：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。原理：自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

2.構(gòu)成原電池條件：

⑴活潑性不同的金屬構(gòu)成兩極。

（2）有電解質(zhì)溶液，能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

（3）形成閉合回路。

3.電極：

負(fù)極：較活潑的一級(jí)；電子流出的一級(jí)；發(fā)生氧化反應(yīng)。

正極：較不活潑的一級(jí)；電子流入的一級(jí)；發(fā)生還原反應(yīng)。

4.電子，陰陽離子移動(dòng)方向。

電子（外電路）：負(fù)極→正極

原電池內(nèi)部：陰離子→負(fù)極，  陽離子→正極

舉例：Zn，Cu ，原電池，飽和氯化鉀溶液做鹽橋

鹽橋的作用：使Cl-向鋅鹽方向移動(dòng)，K+向銅鹽方向移動(dòng)，使鋅鹽和銅鹽溶液一直保持電中性，從而使電子不斷從Zn極流向Cu極。這樣可以大大提高電池效率。

二.電解池1.能量轉(zhuǎn)化：電能→化學(xué)能

2.電解：使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩級(jí)引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。

3.電解池電極：

陰極：與電源負(fù)極相連；陽離子發(fā)生還原反應(yīng)。

陽極：與電源正極相連；活性電極或陰離子發(fā)生氧化反應(yīng)。

4.電子離子移動(dòng)方向：

電子（外電路）：負(fù)極→陰極  陽極→正極

原電池內(nèi)部：陰離子→陽極極，  陽離子→陰極

5.放電順序：

陰極：與電解材料無關(guān),放電由難到易

K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、(H+)Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+、(H+)、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Ag+、

陽極：若是惰性電極作陽極，溶液中的陰離子放電，放電順序由易到難：

 S2-、I-、Br-、Cl-、OH-、含氧酸根離子(NO3-、SO42-、CO32-)、F-

若是非惰性電極材料，則電極材料本身失去電子。

三．可充電電池充放電關(guān)系（非可逆反應(yīng)，因?yàn)闂l件不一樣）。

放電：為原電池。 充電：為電解池

充電   原電池的負(fù)極與電源負(fù)極相連作陰極；電極反應(yīng),原電池的負(fù)極與電解池的陰極相反。      

  原電池的正極與電源正極相連作陽極；電極反應(yīng),原電池的正極極與電解池的陽極相反。

舉例：鉛蓄電池，總反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO4  2PbSO4+2H2O

放電：負(fù)極：Pb-2e-+SO42-= PbSO4

      正極：PbO2+4H++2e-+ SO42-= PbSO4+2H2O

充電：陰極：PbSO4+2e-= Pb+SO42-

      陽極：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-

四．兩極pH值以及溶液總pH的判斷。對(duì)此必須是電解質(zhì)的水溶液。例如鋰電池，為非水做溶劑，則不能討論pH的變化。

電極pH判斷：1.原電池

正極： H+，O2放電，pH均增大:2H++2e- = H2，或O2+4e-+2H2O=4OH-

  負(fù)極：H2放電pH減?。篐2-2e-=2H+

2．電解池

陰極： 成氫氣，pH增大: 2H++2e-=H2↑

  陽極：生產(chǎn)氧氣，pH減小：4OH--4e-=O2↑+2H2O

總?cè)芤簆H變化看總反應(yīng)，以及濃度變化。例如：

鉛蓄電池放電：總反應(yīng)Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4+2H2O。c（H2SO4）減小，pH增大。

電解池：電解硝酸銀溶液：4AgNO3+2H2O  4Ag+4HNO3+O2↑。生成強(qiáng)酸，pH減小。

分別電解NaOH溶液，H2SO4溶液，Na2SO4溶液，本質(zhì)電解水，各物質(zhì)濃度均增大。NaOH溶液pH增大，H2SO4溶液pH減小，Na2SO4溶液pH不變。

典型例題練習(xí)及講解

判斷兩極．1.如圖所示，下列敘述正確的是(　　)

 

A．Y為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)     B．X為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)

C．Y與濾紙接觸處有氧氣生成   D．X與濾紙接觸處變紅

解析：圖中左邊裝置是以Zn、Cu為電極的原電池裝置，該電池中，Zn極為負(fù)極，Cu極為正極，而右邊為電解池，根據(jù)連接情況可以推知，X為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，Y為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，兩極的電極反應(yīng)式分別為X：Cu－－2e－===Cu2+，Y：2H＋＋2e－===H2↑，從而可得出答案應(yīng)為A.

判斷離子移動(dòng)方向及負(fù)氧陽氧。2．LiFePO4新型鋰離子動(dòng)力電池以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為奧運(yùn)會(huì)綠色能源的新寵．已知該電池放電時(shí)的電極反應(yīng)式為：正極FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，負(fù)極Li－e－===Li＋.下列說法中正確的是(　　)                                                 

A．充電時(shí)的總反應(yīng)為FePO4＋Li===LiFePO4

B．充電時(shí)動(dòng)力電池上標(biāo)注“＋”的電極應(yīng)與外接電源的正極相連

C．放電時(shí)電池內(nèi)部Li＋向負(fù)極移動(dòng)

D．放電時(shí)，在正極上是Li＋得電子被還原

解析：放電時(shí)，＋3價(jià)鐵在正極得電子被還原為＋2價(jià)鐵，Li在負(fù)極失電子生成Li＋，Li＋向正極移動(dòng)，C、D不正確．充電時(shí)的總反應(yīng)為LiFePO4===FePO4＋Li，A不正確．電池的正極在充電時(shí)作陽極，與外接電源的正極相連，B正確．答案：B

判斷電子移動(dòng)方向及放電順序3．用酸性氫氧燃料電池電解苦鹵水(含Cl－、Br－、Na＋、Mg2＋)的裝置如下圖所示(a、b為石墨電極)．下列說法中，正確的是        (　　)

A．電池工作時(shí)，正極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．電解時(shí)，a電極周圍首先放電的是Br－而不是Cl－，說明當(dāng)其他條件相同時(shí)前者的還原性強(qiáng)于后者

C．電解時(shí)，電子流動(dòng)路徑是：負(fù)極→外電路→陰極→溶液→陽極→正極

D．忽略能量損耗，當(dāng)電池中消耗0.02 g H2時(shí)，b極周圍會(huì)產(chǎn)生0.04 g H2

解析：A項(xiàng)中正極反應(yīng)式為：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；電解時(shí)，a電極與原電池正極相連，為電解池的陽極，由于Br－的還原性強(qiáng)于Cl－，因此Br－先放電，B正確；C項(xiàng)中，在電解池內(nèi)部，溶液是通過陰陽離子的定向移動(dòng)導(dǎo)電；在整個(gè)閉合電路中，轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量相等，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案為B

轉(zhuǎn)移電子與產(chǎn)物關(guān)系4．一種由甲醇、氧氣和強(qiáng)堿溶液(作電解質(zhì))組成的新型手機(jī)電池，可持續(xù)使用一個(gè)月，其電池反應(yīng)

為：2CH3OH＋3O2＋4OH－2CO3(2－)＋6H2O，則有關(guān)說法正確的是  (　　)                                                  

A．放電時(shí)CH3OH參與反應(yīng)的電極為正極

B．放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)為CH3OH＋8OH－   -6e－―→CO3(2－)＋6H2O

C．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，通入5.6 L O2并完全反應(yīng)后，有0.5 mol電子轉(zhuǎn)移

D．放電一段時(shí)間后，通入氧氣的電極附近溶液的pH降低

解析：A項(xiàng)中放電時(shí)為原電池反應(yīng)，CH3OH失電子被氧化，該電極為負(fù)極；C項(xiàng)中5.6 L O2完全反應(yīng)，應(yīng)轉(zhuǎn)移電子22.4 L/mol(5.6 L)×4＝1 mol；D項(xiàng)中氧氣得電子與水反應(yīng)生成OH－，pH升高．答案：B

判斷電解池和原電池電極pH值變化5.把鋅片和鐵片放在盛稀食鹽水和酚酞試液混合溶液的玻璃皿中（如圖所示平圖），經(jīng)過一段時(shí)間后，首先觀察到溶液變紅的區(qū)域是（       ）

A、Ⅰ和III附近   B、Ⅰ和Ⅳ附近

C、Ⅱ和III附近   D、Ⅱ和Ⅳ附近

解析：此題通過習(xí)題的形式將電解知識(shí)與原電池知識(shí)揉和一起。學(xué)生要解決此問題，必須要從概念、模型、電極名稱、電極反應(yīng)式等方面去區(qū)分。左圖Zn，F(xiàn)e與電源相連，為電解池。與負(fù)極相連的陰極發(fā)生2H++2e-=H2↑，pH變大。右圖無外接電源，為原電池，鐵較不活潑，發(fā)生吸氧腐蝕：O2+4e-+2H2O=4OH-，pH增大。答案為B。

這樣，原電池和電解池對(duì)比學(xué)習(xí)，相互聯(lián)系，相互對(duì)照。有關(guān)電化學(xué)問題的分析思路就一目了然，學(xué)生認(rèn)識(shí)也更加深刻。相信同學(xué)們能駕輕就熟解決關(guān)于電化學(xué)問題的考題，尤其是主要考基本概念，離子移動(dòng)的選擇題。

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