原电池 vs 电解池、电极判断、电极反应式书写、放电顺序、各类电池、电解应用、得失电子守恒计算——一条主线串起来,再动手拨一拨。
下面这张图把原电池和电解池放在一起。点切换:看电子在外电路怎么走、离子在内电路怎么走、电极各叫什么。
| 原电池 | 电解池 | |
|---|---|---|
| 能量转化 | 化学能→电能 | 电能→化学能 |
| 发生氧化的极 | 负极(电子流出) | 阳极(接电源正极) |
| 发生还原的极 | 正极(电子流入) | 阴极(接电源负极) |
| 电子方向(外电路) | 负极→正极 | 电源负极→阴极…阳极→电源正极 |
| 阳离子移向 | 正极 | 阴极 |
| 阴离子移向 | 负极 | 阳极 |
⚠ 电子只在导线/电极里跑,绝不进溶液!溶液里靠离子定向移动导电。两者方向要分开说。
把上面的对照"动"起来:绿点是电子在外电路流动,溶液中阳/阴离子分别奔向各自电极,形成闭合回路。
书写电极反应式有固定四步。下面以"惰性电极电解 CuSO₄ 溶液的阴极"为例,点"下一步"逐步生成:
电解时谁先放电有固定顺序。下面是一个排序练习——把离子按"越靠左越先放电"拖成正确顺序(或点"自动归位"看答案)。
活泼金属阳离子(Al³⁺ 及更左如 Mg²⁺/Na⁺/K⁺)在水溶液中不放电,改由水放电生成 H₂。
| 电解对象(惰性电极) | 阴极产物 | 阳极产物 | 溶液变化 |
|---|---|---|---|
| CuCl₂ 溶液 | Cu | Cl₂ | 电解质本身被消耗 |
| CuSO₄ 溶液 | Cu | O₂(+H⁺) | 变酸,相当于"电解水+析铜" |
| NaCl 溶液(氯碱) | H₂ | Cl₂ | 阴极区变碱(生成 NaOH) |
| Na₂SO₄ / NaOH / 稀硫酸 | H₂ | O₂ | 实质=电解水 |
⚠ "放氢生碱、放氧生酸":阴极放 H₂(消耗 H⁺/H₂O)→ 阴极区变碱;阳极放 O₂(生成 H⁺)→ 阳极区变酸。
⚠ 配平口诀:酸缺氧补 H₂O、缺氢补 H⁺;碱缺氧补 OH⁻、缺氢补 H₂O。最后查两边电荷守恒(得失电子数 = 电荷差)。
充电时:原负极接电源负极当阴极、原正极接电源正极当阳极。"放电的负极"在充电时变"阴极"。
⚠ 写电池电极式先看介质(产物里能不能出现 H⁺/OH⁻/CO₃²⁻);熔融介质里没有水,别乱补 H₂O。
精炼时电解液 Cu²⁺ 浓度会略降(活泼杂质也溶解占电子)。
⚠ 电镀/精炼/氯碱都要分清阳极是"活泼电极溶解"还是"溶液阴离子放电";氯碱阳极用惰性电极,放电的是 Cl⁻。
核心一句:整个电路里转移的电子数处处相等(串联时各电解池得失电子相同)。输入电流和时间,算出转移电子与各产物质量:
触发信号:给装置图,问"是原电池还是电解池""X 极是什么极"。
标准动作:有外接电源→电解池(阳氧阴还);无电源、能自发→原电池(负氧正还)。再由电子流向/电源正负极定名。
例:装置无电源,Zn、Cu 插稀硫酸,Zn 上溶解、Cu 上冒气。
解:无电源=原电池;Zn 失电子=负极(氧化),Cu=正极(2H⁺+2e⁻=H₂)。
⚠ 看到"电源/电池/直流"就是电解池;别被"也有金属电极"迷惑。
触发信号:"写出 X 极的电极反应式"。
标准动作:四步法——定反应物→标 e⁻→按介质配原子→查电荷守恒;最后两极相加=总反应验证。
例:碱性氢氧燃料电池正极。
解:O₂ 得电子、碱性补 H₂O/OH⁻:O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。
⚠ 介质决定补 H⁺ 还是 OH⁻;熔融盐里别补水。
触发信号:"惰性电极电解 XXX 溶液,两极产物是什么"。
标准动作:阴极按阳离子放电顺序、阳极先判电极活性(活泼则电极溶解,惰性才看阴离子顺序)。
例:石墨电极电解 CuSO₄ 溶液。
解:阴极 Cu²⁺ 先于 H₂O → 析 Cu;阳极惰性、SO₄²⁻ 不放电 → OH⁻(水)放电出 O₂,溶液变酸。
⚠ 含氧酸根(SO₄²⁻、NO₃⁻)在水溶液阳极不放电,是水放电。
触发信号:"电解一段时间后,加入什么可使溶液复原""pH 如何变"。
标准动作:看两极"实际消耗了什么":电解 CuSO₄=出去了 Cu 和 O₂=损失 CuO,复原加 CuO(或 Cu(OH)₂/CuCO₃)。
例:惰性电极电解 CuSO₄ 一段时间。
解:阴极析 Cu、阳极放 O₂,净失"CuO",故加适量 CuO 即复原;溶液变酸 pH 下降。
⚠ "复原=补回净失出的元素组合",不是简单加水或加电解质。
触发信号:"铅蓄电池/锂电池充电时阳极反应式"。
标准动作:充电是放电逆过程;原负极→充电阴极、原正极→充电阳极。把放电式左右颠倒、e⁻ 改方向。
例:铅蓄电池充电时阳极。
解:放电正极是 PbO₂+4H⁺+SO₄²⁻+2e⁻=PbSO₄+2H₂O,逆写即充电阳极:PbSO₄+2H₂O-2e⁻=PbO₂+4H⁺+SO₄²⁻。
⚠ 充电接线:正接正、负接负;"放电负极"在充电时是"阴极",别叫错。
触发信号:电镀件该接哪极、精炼粗铜放哪极、氯碱产物。
标准动作:电镀:镀件作阴极、镀层金属作阳极、镀液含镀层金属盐;精炼:粗铜作阳极、纯铜作阴极;氯碱:惰性阳极放 Cl₂、阴极放 H₂ 生 NaOH。
例:在铁件上镀银。
解:铁件作阴极、纯 Ag 作阳极、电镀液用 AgNO₃ 类。阳极 Ag-e⁻=Ag⁺,阴极 Ag⁺+e⁻=Ag。
⚠ 电镀阳极=镀层金属(会溶解补充离子),不是惰性电极。
触发信号:给电流·时间或某产物量,求另一产物/串联另一池产物。
标准动作:Q=It→n(e⁻)=Q/96500→按电极反应换算;串联各池 n(e⁻) 相等做桥梁。
例:2 A 电流通 CuSO₄ 溶液 32.17 min。
解:Q=2×1930≈3860 C,n(e⁻)≈0.04 mol;阴极 Cu²⁺+2e⁻=Cu → n(Cu)=0.02 mol=1.28 g;阳极 O₂=0.01 mol=224 mL(标况)。
⚠ 时间务必换成秒;每极"几电子对应几产物"别看错系数。
① 电子不进溶液!外电路电子走、内电路离子走,方向分开记。
② 阳极先判电极:活泼电极(Cu/Fe/Ag)自身溶解,惰性电极(Pt/Au/C)才轮到溶液阴离子。
③ 含氧酸根(SO₄²⁻、NO₃⁻、PO₄³⁻)在水溶液阳极不放电,是 OH⁻(水)放电出 O₂。
④ 活泼金属阳离子(K⁺/Ca²⁺/Na⁺/Mg²⁺/Al³⁺)在水溶液阴极不放电,是 H₂O 放电出 H₂。
⑤ 配平先看介质:酸补 H⁺/H₂O,碱补 OH⁻/H₂O,熔融盐不补水。
⑥ 充电是放电逆反应;"放电负极"在充电时叫"阴极",接线正接正负接负。
⑦ 计算时间换成秒,F=96500 C/mol;串联各池转移电子数相等。
⑧ "放氢生碱、放氧生酸":阴极区常变碱、阳极区常变酸。
① 一切归于电子守恒。任何电化学题,先问"转移了几个电子",再问"这些电子在两极各干了什么"。守恒是连接两极、连接串联多池、连接气体体积与金属质量的总枢纽。
② "氧化/还原"比"正负/阴阳"更本质。名称会因池型而变,但"失电子=氧化、得电子=还原"永不变。先判氧化还原,再贴名称标签,绝不会错。
③ 放电顺序=氧化性/还原性强弱的应用。阴极阳离子谁氧化性强谁先得电子;阳极阴离子谁还原性强谁先失电子。把它和金属活动性、卤素活泼性串起来记,不必死背长串。
④ 介质思维。看到电极式先定介质:酸/碱/中性/熔融,决定能否出现 H⁺、OH⁻、H₂O、CO₃²⁻。流程/新能源电池新情境题,介质判断是拿分关键。
⑤ 区域 pH 变化 → 溶液复原。把"两极净消耗了哪种元素组合"想清楚,复原(加什么)、pH 升降、离子浓度变化全都串成一条逻辑线。
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