电化学基础讲义.ppt

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1、 电化学基础第一节 原电池 思考题1、锌片和铜片插入稀硫酸的现象是什么？2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，现象是什么？3、铜片为什么有气泡产生？4、如何检验证明是那种情况?5、电子流向如何？6、该装置实现了怎样的能量转化?1、原电池的构成条件 把化学能直接转化为电能的装置原电池 两极：正极：负极：较不活泼的金属或非金属(如石墨)较活泼的金属 电解质溶液 形成闭合回路下列装置中属于原电池的是氧化反应Zn2eZn2电解质溶液失e,沿导线传递，有电流产生还原反应2H2eH2阴离子阳离子负极 正极 Zn2eZn22H2eH2Zn2HZn2H2(离子方程式）ZnH2SO4ZnSO4H2（化学方程式

2、）电极反应负极：正极：总反应：（氧化反应）（还原反应）锌铜原电池2、原电池反应原理 粒子流向 电子：负极正极 电流：正极负极 溶液中阴离子负极 溶液中阳离子正极 电极反应 负极：氧化反应 活泼金属失电子变阳离子 正极：还原反应 溶液中离子得电子 总反应：负极金属与电解液的离子反应 3、化学电池的反应本质 氧化还原反应原电池将自发的氧化还原反应分割为氧化、还原两个反应在负、正两极同时不同地进行，正负两极上进出电子总数相等。根据电子守恒原理进行计算练习1、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.()()()2H2eH2负极：总反应：正极：Zn2e

3、Zn2Zn2HZn2H2()()负极：正极：总反应：正极：负极：总反应：Zn2eZn22H2eH2Zn2HZn2H2Fe2eFe2Cu22eCuFeCu2Fe2CuFeCuSO4CuFeSO4 ()()负极：正极：总反应：Zn2eZn2Cu22eCuZnCu2Zn2Cu或 ZnCuSO4ZnSO4Cu2、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是(D)A.铁圈和银圈左右摇摆不定；B.保持平衡状态；C.铁圈向下倾斜；D.银圈向下倾斜；等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量的C

4、uSO4溶液，下列图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系，其中正确的是：DX、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硫酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为A、XY Z B、X Z YC、Y X Z D、Y Z XC把A、B、C、D四块金属片用导线两两相连，浸入稀硫酸中组成原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上产生大量气泡；A、C相连时，电流由C经导线流向A；B、D相连时，电子由D经导线流向B，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为 A、ABC D B、A C D B C、C A B D D、B A C DB4、原电池电极反应的书写

5、方法 正极反应 负极反应 总反应 负极金属与电解质溶液的离子反应 负极金属失电子变成阳离子的反应 总反应减去负极反应 电化学基础第二节 化学电源 一、一次电池 1、碱性锌锰电池放电之后不能充电(内部的氧化还原反应不可逆)一次电池 碱性锌锰干电池总反应：2MnO22H2OZnZn(OH)22MnOOH 负极是Zn、正极是MnO2、电解质是KOH 正极：2MnO22H2O2e2MnOOH2OH 负极：Zn2OH2eZn(OH)2 2、银锌纽扣电池总反应：Ag2OZnZnO2Ag 负极是Zn、正极是Ag2O、电解质是KOH 正极：Ag2OH2O2e2Ag2OH 负极：Zn2OH2eZnO+H2O 二

6、、二次电池 能量：化学能电能 放电 充电 蓄电池放电过程工作原理正极：PbO2 PbO2 2e SO424H PbSO4 2H2O 负极：Pb Pb2eSO42 PbSO4 总反应：Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O （难溶于水）2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4放电充电放电过程为化学电池！镍镉电池：负极：Cd正极：NiO(OH)电解质：KOH镍镉电池应用：收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等缺点：如不会回收会严重污染环境锂锂电池：可充电的绿色电池负极：应用：常用在电话机、照相机、汽车、计算机等中，此外在工业、医学、军事上也有广泛的应用。三、燃料电池

7、 燃料 O2 电解质溶液 电极材料：多孔性镍、铂 电解质溶液：KOH等强碱、H2SO4等强酸、NaCl等盐溶液1、燃料电池的构成 再写正极 反应：O22H2O4e4OH 酸性 先写总反应：燃料在氧气中的燃烧2、燃料电池的电极反应的书写若有CO2生成，且电解质为强碱时，考虑CO2+2OH=CO32+H2OO24H+4e 2H2O 碱性 最后写负极反应：总反应减去正极反应常见燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等 电化学基础第三节 电解池 下列属于原电池装置的是B装置会出现怎么样的现象呢？一、电解原理 1、电解池的构成条件把电能转变为化学能的装置，又叫电解池 两极 阴极：阳极：与电源负极相

8、连 与电源正极相连电解质溶液 形成闭合回路两极材料可同可不同石墨、Au 或Pt作为电极时称惰性电极直流电源2、电解池的反应原理还原反应Cu2 2eCu电解质溶液氧化反应2Cl2eCl2阴离子 阴极 阳极 石墨|石墨正极负极阳离子eeee2ClCu2Cu+Cl2电解总反应：粒子 流向 电子：电流：溶液中阴离子溶液中阳离子电极反应 阳极：氧化反应 电极金属或溶液阴离子失电子阴极：还原反应 溶液阳离子得电子变单质总反应：阴阳极反应相加 2、电解池的反应原理阳极正极 负极阴极正极阳极阴极负极放电放电阳氧阴还阳极阴极3、电解池中离子放电顺序金属S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F金属要求活动性Ag以

9、前阳极：阳极：AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2HAl3Mg2NaCa2K较大浓度时先于H放电 3、电解池中离子放电顺序金属S2 I Br Cl OH 金属要求活动性Ag以前阳极：阳极：AgHg2Fe3Cu2HAl3Mg2NaCa2K4、电解反应的书写找出溶液中所有离子 按放电顺序写出阴阳极反应加和得到总反应若H+、OH由水电离则总反应中需将其变成H2O所有总反应的条件均为电解练习练习电解池电解池原电池原电池电极材料电极材料电极名称电极名称电极反应电极反应能量变换能量变换电子流向电子流向特征特征可以相同可以不同不同阴阳极由外电源决定与电源负极相连的为阴极与电源正极相连的为阳极正负

10、极由电极材料决定活泼性较强的金属做负极阳极：氧化反应阴极：还原反应负极：氧化反应正极：还原反应电能化学能化学能电能有外加电源本身是电源，外接用电器负阴 阳正负导线正下列装置是否属于电解池？若是，写出电极反应练习：类型类型实例实例电极反应电极反应实际电实际电解对象解对象电解质溶电解质溶液浓度液浓度溶液溶液PH电解质溶电解质溶液复原液复原电解电解水型水型电解电解电解电解质型质型电解电解电解电解质和质和水型水型H2SO4NaOHNa2SO4H2O增大增大增大增大减小不变加H2O加H2O加H2OHClCuCl2HClCuCl2减小减小增大增大加HCl加CuCl2NaClCuSO4电解质和水部分离子浓度

11、减小部分离子浓度减小增大减小加HCl加CuO 阳极:4OH-4e-=2H2O+O2阴极:4H+4e-=2H2 阳:2Cl-2e-=Cl2 阴:2H+2e-=H2 阳:2Cl-2e-=Cl2 阴:Cu 2+2e-=Cu阳:2Cl-2e-=Cl2 阴:2H+2e-=H2 阳:4OH-4e-=2H2O+O2阴:2Cu 2+4e-=2 Cu二、电解原理的应用 1、电解饱和食盐水制烧碱、氯气、氢气工业上用电解饱和食盐水溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业阳：2Cl 2e=Cl2阴：2H+2e=H2 总：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2电解2

12、、电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程电镀液：含镀层金属离子的溶液定义装置阳极：镀层金属（与电源正极相连）阴极：待镀金属制品（与电源负极相连）阳极：（镀层）M ne=Mn+阴极：（待镀）Mn+ne=M电极反应3、电冶金对象：钠、钙、镁、铝这样的活泼金属电解液：熔融的态电解质实例2NaCl(熔融)2Na+Cl2 电解2Al2O3(熔融)4Al+3O2 电解冰晶石不能用AlCl3代替Al2O3冰晶石用来降低Al2O3熔点 电化学基础第四节 金属的电化学腐蚀与防腐 阅读：你有何感想？阅读：你有何感想？金属腐蚀金属腐蚀我国作为世界上钢铁产量最多的国家（我国作为世界上钢铁产量最

13、多的国家（2005年全国生年全国生产钢材产钢材37117.02万吨）万吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的到国内生产总值的2%4%；约合人民币：；约合人民币：3000亿元（亿元（2005年我国国内生产总值将达年我国国内生产总值将达15万亿元）万亿元）。根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。左右。另据国外统计，金属腐蚀的年损失另据国外统计，金属腐蚀

14、的年损失远远超过远远超过水灾、火水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的灾、风灾和地震（平均值）损失的总和总和，在这里，在这里还不还不包括包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。损失。金属腐蚀的主要害处，金属腐蚀的主要害处，不仅在不仅在于金属本身的损失，于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。本身要大到无法估量。腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因国内外都曾发生过

15、许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的生命安全。附近居民的生命安全。面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，事实，大家有

16、没有想过，铁怎么会被铁怎么会被腐蚀？怎样防腐？腐蚀？怎样防腐？一、金属的电化学腐蚀 1、金属腐蚀2、金属腐蚀类型是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。化学腐蚀金属与接触到的干燥气体（O2、Cl2、SO2）或非电解质液体（石油）等发生化学反应而引起的腐蚀电化学腐蚀不纯金属与电解质溶液接触，形成原电池，使金属失去电子被氧化2、金属的电化学腐蚀类型析氢腐蚀发生条件：酸性负极Fe：Fe-2e-=Fe2+正极C：2H+2e-=H2总反应:Fe+2H+=Fe2+H2 吸氧腐蚀发生条件：中性、碱性常见Fe2O3 nH2O（铁锈）2Fe-4e-=2Fe2+O2+2H2O+4e-=4

17、OH2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3负极Fe：正极C：总反应:课堂练习1、如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）若液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀,电极反应式为：负极：,正极：若液面下降，则溶液呈 性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：正极：。（2）中性或碱性 吸氧Fe2e-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH酸性析氢Fe2e-Fe2+2H+2e-H2 原理：形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。二、金属的电化学防腐 1、牺牲阳极法将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。辅助阳极（不溶性）外加电流的阴极保护法示意图2、外加电流法