Ⅰ.原电池
【考点1】原电池原理
1.构成条件
(1) 自发的氧化还原反应：（强还原剂在负极上自发的失去电子，被氧化；氧化剂在正极上自发的得到电子，被还原。）
(2) 两个不同材料的电极：两极都是固体材料。正极：能导电的固体，两个作用：一是只导电，不参加反应。参加反应的是溶液中的离子或溶于溶液中的氧化性气体。二是即导电又作氧化剂。
负极：一是比正极活泼的金属，作还原剂参加反应；二是楕性电极，只导电不参加反应。
(3) 电解质溶液：溶液中离子的移动方向:正向正，负向负。
(4) 形成闭合回路：电子不能通过溶液。电流可通过溶液。
有盐桥的原电池：①盐桥作用:a.隔绝正负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;b.通过离子的定向移动,构成闭合回路;c.平衡电极区的电荷。
②装置Ⅰ中有部分Zn与Cu2 直接反应,使电池效率降低;装置Ⅱ中使Zn与Cu2 隔离,电池效率提高,电流稳定。
2.应用
（1）比较金属的活动性强弱：Fe—Cu–CuSO，说明铁比铜活动性强
Mg-Al-NaOH(或Al-Cu—浓HNO3)电池中有反常特例。
(2) 加快化学反应速率：形成了原电池使反应速率加快。
例如,Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原电池,加快反应进行。
(3)设计制作化学电源
如:根据反应2FeCl3 Cu
2FeCl2 CuCl2
设计的原电池为:
练：根据反应10KI 2KMnO4 8H2SO4=5I2 6K2SO4 2MnSO4 8H2O设计的原电池（用盐桥）
【考点2】电极反应的书写
1. 电极反应的书写方法：
根据氧化还原反应原理写出电极反应式：
(1) 负极反应：负极上还原剂失去电子。可以是金属或还原性气体。
负极失去电子发生氧化反应。负极失去多少个电子，依据反应前后化合价的变化来计算。
注意：负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。
如果要加H 或OH-使电荷平衡，负极左边加OH-，右边加H 。
(2) 正极反应：正极上氧化剂得到电子。溶液中的氧化性离子或溶于其中的氧化性气体以及氧化性的金属氧化物。
正极得到电子发生还原反应。正极得到电子的多少，也要依据反应前后化合价的变化来计算。
注意：正极反应生成的阴离子（或阳离子）与电解质溶液中的阳离子（或阴离子）是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阳离子（或阴离子）应写入负极反应式。
例如：当正极上的反应物质是O2时：若电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，O2生成OH－，写为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水，写为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。如果是K2CO3，正极通CO2，则正极反应为：O2 4e- 2CO2=2CO32-
2.几种常见原电池电极反应的书写：
（1）负极参加反应，还原剂失电子，发生氧化反应；正极材料不反应：
① .Fe-Cu-CuSO4
负极：Fe-2e=Fe2
正极：Cu2 2e=Cu
总反应：
② Fe-C-NaCI(O2)。
负极：Fe-2e=Fe2
正极：O2 4e 2H2O=4OH-
总反应：
③ Al-Mg-NaOH。
负极：Al-3e- 4OH-=AlO2- 2H2O
正极:2H2O 2e=H2↑ 2OH-
总反应：
④ Al-H2O2-KOH负极：
Al-3e- 4OH-=AlO2- 2H2O
正极：H2O2 2e=2OH-
总反应：
⑤ Zn—碳棒—MnO2（KOH）：
负极:Zn 2OH–2e-
Zn(OH)2
正极：2MnO2 2H2O 2e-
2MnO(OH) 2OH-
总反应：
（2）正极、负极材料都参加反应。
负极：还原剂失电子，发生氧化反应；正极：氧化剂得电子，发生还原反应：
⑥ Pb-PbO2-H2SO4 负极：Pb-2e SO42-=PbSO4 正极：PbO2 2e 4H SO42-=PbSO4 2H2O
总反应：
⑦ Zn—Ag2O—KOH负极：Zn 2OH–2e-
Zn(OH)2 正极：Ag2O H2O 2e-
2Ag 2OH-
总反应：
（3）负极、正极材料都不参加反应（燃料电池）：
① CH4-O2-H2SO4 负极： CH4-8e 2H2O=CO2 8H 正极：O2 4e 4H =H2O
总反应：
② CH4-O2-NaOH 负极：CH4-8e 10OH-=CO32- 7H2O 正极：O2 4e 2H2O=4OH-
总反应：
③ CH4-O2-K2CO3 负极：CH4-8e 4CO32-=5CO2 2H2O正极：O2 4e 2CO2=2CO32-
总反应：
④ C3H8-O2-H2SO4负极：C3H8-20e 6H2O=3CO2 20H 正极:O2 4e 4H =2H2O
总反应：
⑤ C3H8-O2-NaOH负极：C3H8-20e 26OH-=3CO32- 17H2O 正极：O2 4e 2H2O=4OH-
总反应：
⑥ C3H8-O2-K2CO3负极：C3H8-20e 10CO32-=13CO2 4H2O 正极：O2 4e 2CO2=2CO32-
总反应：
（4）M（Li）、M（H2）、C6（Li）等物质电极反应的书写：
M和C6都是吸附Li、H2的材料，化合价为0.
例：C6（Li）-e-=Li C6
LixCn-xe-==xLi nC
【考点3】原电池中要牢记重要的五个问题
1.正极电势高，负极电势低，电流：正出负入，电子：负出向正入。
2.电子不通过电解质溶液。
3.电解质溶液中，离子流向：正向正，负向负。
4.电解质溶液PH值的变化：正极（阴极）附近PH变大或显碱性，负极（阳极）附近PH变小或显酸性。
5.充电时，与电源的两极相连：正连正，负连负。
Ⅱ.电解池
【考点1】电解原理：电解质溶液的导电过程。
构成电解池：（1）要有电源：电势高的电极叫正极，电势低的电极叫负极，电流正极出，电子负极出。
（2）有两个电极：发生氧化反应的极叫阳极，与电源的正极相连，阳极上的离子失去电子；发生还原反应的极叫阴极，与电源的负极相连，阴极上的离子得到电子。
（3）有电解质溶液：电子不能通过电解质溶液，要通过离子运动导电。阳离子向阴极移动，在阴极上得到电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极上失去电子，被氧化。
电解质溶液导电必然发生氧化还原反应。
【考点2】书写电极反应
1.书写电极反应：
(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被氧化(注：Fe生成Fe2＋)。若是惰性电极，则看溶液中存在什么离子,按放电顺序进行放电反应。
(2)二看介质，介质是否参与电极反应。其中的H 和OH–，要看是水电离的H 和OH–，还是酸或碱电离出的H 和OH–，电极反应书写方法不相同。电解产生的H 或OH–能否与溶液中的某些离子发生反应，如果能发生反应，则这个离子也要与入电极反应。
(3)三看是否有特殊信息，如电解制取氧化铝，因而阳极产物不能是Al3＋；再如电镀AI的非水体系，且不产生其他离子，因而离子只能在Al2Cl7(－)和AlCl4(－)之间转化。
2.熟记放电顺序：
阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。
阳极：金属电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子(NO3(－)、SO4(2－)、CO3(2－))>F－。
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清洁燃料产生二氧化碳（科学家开发高效概念方法）
研究人员已经开发出一种高效的概念，将二氧化碳转化为清洁、可持续的燃料，没有任何不需要的副产品或废物。来自剑桥大学的研究人员此前已经表明，生物催化剂或酶可以利用可再生能源清洁地生产燃料，但效率很低。
他们的最新研究在实验室环境下将燃料生产效率提高了18倍，证明了污染性的碳排放可以有效地转化为绿色燃料而不浪费任何能源。这些成果在《自然-化学》和《美国国家科学院院刊》（PNAS）的两篇相关论文中进行了报道。
大多数将二氧化碳转化为燃料的方法也会产生不必要的副产品，如氢气。科学家们可以改变化学条件，以尽量减少氢气的产生，但这也降低了二氧化碳转化的性能：因此可以生产更清洁的燃料，但要以效率为代价。
剑桥大学开发的概念验证依赖于从细菌中分离出来的酶，为将二氧化碳转化为燃料的化学反应提供动力。酶比其他催化剂更有效，但它们对其当地的化学环境高度敏感。如果当地的环境不完全正确，酶就会崩溃，化学反应就会很慢。
剑桥大学的研究人员与葡萄牙新里斯本大学的一个团队合作，已经开发出一种方法，通过微调溶液条件来改变酶的局部环境，从而提高电解的效率。
PNAS论文的第一作者、剑桥大学优素福-哈米德化学系的Esther Edwardes Moore博士说：“酶经过数百万年的进化，已经具有极高的效率和选择性，而且它们对于燃料生产非常有利，因为没有任何不需要的副产品。然而，酶的敏感性带来了一系列不同的挑战。我们的方法考虑到了这种敏感性，因此局部环境被调整为符合酶的理想工作条件。”
研究人员使用计算方法来设计一个系统，以改善二氧化碳的电解。使用基于酶的系统，与目前的基准解决方案相比，燃料生产水平提高了18倍。
为了进一步改善当地的环境，该团队展示了两种酶如何一起工作，一种生产燃料，另一种控制环境。他们发现，通过添加另一种酶，加快了反应的速度，既提高了效率，又减少了不需要的副产品。
《自然-化学》论文的第一作者Sam Cobb博士说：“我们最终得到了我们想要的燃料，没有副产品，只有边际的能量损失，以最大的效率生产清洁燃料。通过从生物学中获取灵感，它将帮助我们开发更好的合成催化剂系统，如果我们要大规模部署二氧化碳电解，这正是我们需要的。”
领导这项研究的Erwin Reisner教授说：“电解在减少碳排放方面可以发挥很大作用。我们已经展示了一个新的概念，而不是捕捉和储存二氧化碳，这是令人难以置信的能源密集型，以节能的方式捕捉碳并从它那里制造出有用的东西。”
研究人员表示，更有效的二氧化碳电解的秘密在于催化剂。近年来，合成催化剂的开发有了很大的改进，但它们与这项工作中使用的酶相比仍有差距。
“一旦你设法做出更好的催化剂，二氧化碳电解的许多问题就会消失，”Cobb说。“我们正在向科学界展示，一旦我们能够生产出未来的催化剂，我们将能够摒弃目前的许多妥协，因为我们从酶中学到的东西可以转移到合成催化剂上。”
“一旦我们设计了这个概念，性能的提高是惊人的，” Edwardes Moore说。“我曾担心我们会花数年时间试图了解在分子水平上发生了什么，但是一旦我们真正理解了局部环境的影响，它的发展真的很快。”
Cobb说：“在未来，我们希望利用我们所学到的知识来解决一些目前最先进的催化剂难以解决的挑战性问题，例如直接使用空气中的二氧化碳，因为在这些条件下，酶作为理想的催化剂的特性可以真正发挥出来。”
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纳米材料二氧化硅制备化学方程式（纳米二氧化硅的物理化学性质）
纳米二氧化硅是一种无机化工材料，俗称白炭黑，化学性质稳定，不溶于水和酸（氢氟酸除外）及有机溶剂，能溶于碱及氢氟酸，外观为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染，微结构为球形，呈絮状和网状的准颗粒结构，具有卓越的光、电、力、热、磁、放射、吸收等特殊性能，能提高其他材料的抗老性、强度和耐化学性能。
纳米二氧化硅属于非金属酸性氧化物，与金属氧化物在高温下生成硅酸盐，除氢氟酸外不与其他酸反应，与强碱反应生成盐，能与氢氟酸反应生成氟硅酸，反应方程如下：SiO2 4HF → H2SiF4 H2O
纳米二氧化硅的用途非常广泛，一般添加重量在0.5—2%，个别产品体系可到10%以上，不同纳米二氧化硅质量指标如下表：
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