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高中二~高中三年级 (16-18岁)

高中化学 电化学

干电池里，容易失去电子的金属和容易得到电子的离子被隔开，中间用导线相连，电子沿导线流动时就能点亮灯泡。 像这样从自发的氧化还原反应中获得电流的装置是原电池，它的电动势由两个电极的标准还原电势之差算出。 反过来，用外部电源把电子推进去，让本来不会自发发生的反应发生，就是电解；由通过的电量可以求出析出物质的量。 在上图中更换负极金属，电动势随之改变；下图是硫酸铜溶液的电解，可以与原电池对照。

电子的流动产生电

💡 把它想成水车
①就像高处的水流向低处带动水车，电子从想失去它的一方流向想得到它的一方并做功
②锌容易失去电子，铜离子容易得到电子，用导线把两者连起来，电子就从锌流向铜
③两个电极得电子能力的差别越大，就像水的落差越大一样，电动势越大
④干电池和手机电池是原电池，电镀和铜的精炼是电解

原电池

Zn | Cu
🔍 电池里发生了什么
①负极（−）的金属 M 失去 2 个电子，以 M²⁺ 的形式溶解，这是氧化
②电子沿导线流到正极（+）的铜电极
③在正极，溶液中的 Cu²⁺ 得到电子，析出铜，这是还原
④盐桥中的 K⁺ 移向 Cu²⁺ 不断减少的正极一侧，NO₃⁻ 移向 M²⁺ 不断增多的负极一侧，使两边溶液保持电中性；拿掉盐桥，电流很快就会停止
⑤负极换成 Mg 时电动势为 2.71 V，换成 Pb 时只有 0.47 V。越容易失去电子的金属，电动势越大

标准电极电势

计算电动势
E°电池 = E°正极 − E°负极
标准还原电势大的一方为正极（+），小的一方为负极（−）

标准还原电势

标准还原电势（25 ℃）
还原半反应E° (V)
F₂ + 2e⁻ → 2F⁻+2.87
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu+0.34
2H⁺ + 2e⁻ → H₂ (SHE)0.00
Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb−0.13
Fe²⁺ + 2e⁻ → Fe−0.44
Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn−0.76
Mg²⁺ + 2e⁻ → Mg−2.37
Li⁺ + e⁻ → Li−3.04
💡 怎样读电势表
①E° 越大越容易被还原，也就是越容易得到电子
②E° 越小，该金属越容易被氧化，也就是越容易失去电子
③从表中选出两个半反应，上面的作正极，下面的作负极，电动势是两个值之差
④Zn–Cu 电池为 0.34 − (−0.76) = 1.10 V
⑤这些值都是以标准氢电极（SHE）为 0.00 V 的相对值

电解

法拉第定律
m = MItnF
m：析出的质量，M：摩尔质量，I：电流，t：时间，n：每个离子得失的电子数，F：96500 C/mol（1 mol 电子的电量）

原电池与电解

两种装置的比较
项目原电池电解
能量转化化学能 → 电能电能 → 化学能
是否自发自发（E° > 0）非自发（需要外部电源）
发生氧化的电极负极（−）阳极（+）
发生还原的电极正极（+）阴极（−）
应用干电池、燃料电池电镀、铜的精炼

例题演练

例题 1
求 Zn–Cu 原电池的标准电动势 E°。（E°(Cu²⁺/Cu) = +0.34 V，E°(Zn²⁺/Zn) = −0.76 V）
1
标准还原电势大的 Cu 为正极（+），小的 Zn 为负极（−）。
E°电池 = E°正极 − E°负极
2
代入两个值。
E°cell = 0.34 − (−0.76) = 1.10 V
▸ 1.10 V
E° > 0，反应能自发进行，电池可以工作。这与上图负极选 Zn 时的数值相同。
例题 2
用 2 A 的电流电解 CuSO₄ 溶液 5 分钟（300 秒），阴极上析出铜的质量是多少？（Cu 的摩尔质量 64 g/mol，F = 96500 C/mol）
1
通过的电量 = 电流 × 时间。每个 Cu²⁺ 变成 Cu 需要 2 个电子，所以 n = 2。
m = MItnF, It = 2 × 300 = 600 C
2
代入数值计算。
m = 64 × 6002 × 96500 ≈ 0.199 g
▸ 约 0.20 g
600 C 的电量相当于 600 ÷ 96500 ≈ 0.0062 mol 电子，其一半约 0.0031 mol 的铜析出。析出量与电量成正比，与 n 成反比。

总结

关键公式
E°电池 = E°正极 − E°负极
E° > 0 时反应能自发进行，可以做成电池
韩国高考类题改编
下列关于原电池和电解的说法中，错误的是哪一项？
①原电池把化学能转化为电能
②原电池中发生氧化的电极是负极（−）
③电解是需要外部电源的非自发反应
④电解中发生氧化的电极是（−）极
⑤两种装置中氧化和还原都同时发生
▸ ④ 电解中发生氧化的电极是（−）极
1
电解时，与电源 + 极相连的电极上的电子被抽走，这个电极（阳极，+）发生氧化。
2
所以 ④“电解中发生氧化的电极是（−）极”是错误的，发生氧化的电极为（−）极的是原电池。
🎯 考试重点
①E°电池 = E°正极 − E°负极，标准还原电势大的一方是正极
②原电池是自发反应，负极（−）发生氧化，正极（+）发生还原
③电解是非自发反应，与电源 + 相连的阳极发生氧化，与 − 相连的阴极发生还原，正负号与原电池相反
④法拉第定律：m = MIt / nF
⑤两种装置中，失去电子的氧化和得到电子的还原总是同时发生
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生命现象的特性

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