電化學(xué)基礎(chǔ)講義

1、電化學(xué)基礎(chǔ),主講老師：王龍 2018.03.18,電化學(xué)基礎(chǔ),第一節(jié) 原電池,思考題,1、鋅片和銅片插入稀硫酸的現(xiàn)象是什么？ 2、鋅片和銅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中， 現(xiàn)象是什么？ 3、銅片為什么有氣泡產(chǎn)生？ 4、如何檢驗(yàn)證明是那種情況? 5、電子流向如何？ 6、該裝置實(shí)現(xiàn)了怎樣的能量轉(zhuǎn)化?,1、原電池的構(gòu)成條件,把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置原電池,兩極：,正極：,負(fù)極：,較不活潑的金屬或非金屬(如石墨),較活潑的金屬,電解質(zhì)溶液,形成閉合回路,下列裝置中屬于原電池的是,氧化反應(yīng),Zn2eZn2,電解質(zhì)溶液,失e,沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生,還原反應(yīng),2H2eH2,陰離子,陽離子,負(fù)極,正極,Zn

2、2eZn2 2H2eH2 Zn2HZn2H2 (離子方程式） ZnH2SO4ZnSO4H2 （化學(xué)方程式）,電極反應(yīng),負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)：,（氧化反應(yīng)） （還原反應(yīng)）,鋅銅 原電池,2、原電池反應(yīng)原理,粒子流向,電子：負(fù)極正極,電流：正極負(fù)極,溶液中陰離子負(fù)極,溶液中陽離子正極,電極 反應(yīng),負(fù)極：氧化反應(yīng),活潑金屬失電子變陽離子,正極：還原反應(yīng),溶液中離子得電子,總反應(yīng)：負(fù)極金屬與電解液的離子反應(yīng),3、化學(xué)電池的反應(yīng)本質(zhì),氧化還原反應(yīng),原電池將自發(fā)的氧化還原反應(yīng)分割為氧化、還原兩個(gè)反應(yīng)在負(fù)、正兩極同時(shí)不同地進(jìn)行，正負(fù)兩極上進(jìn)出電子總數(shù)相等。,根據(jù)電子守恒原理進(jìn)行計(jì)算,練習(xí),1、判斷下列哪些

3、裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請說明理由；若是，請指出正負(fù)極名稱，并寫出電極反應(yīng)式.,(),(),(),2H2eH2,負(fù)極：,總反應(yīng)：,正極：,Zn2eZn2,Zn2HZn2H2,(),(),負(fù)極：,正極：,總反應(yīng)：,正極：,負(fù)極：,總反應(yīng)：,Zn2eZn2,2H2eH2,Zn2HZn2H2,Fe2eFe2,Cu22eCu,FeCu2Fe2Cu,FeCuSO4CuFeSO4,(),(),負(fù)極：,正極：,總反應(yīng)：,Zn2eZn2,Cu22eCu,ZnCu2Zn2Cu,或 ZnCuSO4ZnSO4Cu,2、如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯中央滴入C

4、uSO4溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是,( D ),A. 鐵圈和銀圈左右搖擺不定； B. 保持平衡狀態(tài)； C. 鐵圈向下傾斜； D. 銀圈向下傾斜；,等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，下列圖表示產(chǎn)生H2的體積（V）與時(shí)間（t）的關(guān)系，其中正確的是：,D,X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硫酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X與Y組成原電池時(shí)，Y為負(fù)極。X、Y、Z三種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)?A、XY Z B、X Z Y C、Y X Z D、Y Z X,C,把A、B、C、D四塊金屬片用導(dǎo)線兩兩相連，浸入稀硫酸中組成原電池。若A、B相連時(shí)，A為負(fù)極；C、D相

5、連時(shí)，D上產(chǎn)生大量氣泡；A、C相連時(shí)，電流由C經(jīng)導(dǎo)線流向A；B、D相連時(shí)，電子由D經(jīng)導(dǎo)線流向B，則此4種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?A、ABC D B、A C D B C、C A B D D、 B A C D,B,4、原電池電極反應(yīng)的書寫方法,正極反應(yīng),負(fù)極反應(yīng),總反應(yīng),負(fù)極金屬與電解質(zhì)溶液的離子反應(yīng),負(fù)極金屬失電子變成陽離子的反應(yīng),總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng),電化學(xué)基礎(chǔ),第二節(jié) 化學(xué)電源,一、一次電池,1、堿性鋅錳電池,放電之后不能充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)不可逆),一次電池,堿性鋅錳干電池,總反應(yīng)： 2MnO22H2OZnZn(OH)22MnOOH,負(fù)極是Zn、正極是MnO2 、電解質(zhì)是KOH,正

6、極： 2MnO22H2O2e2MnOOH2OH,負(fù)極：Zn2OH2eZn(OH)2,2、銀鋅紐扣電池,總反應(yīng)： Ag2OZnZnO2Ag,負(fù)極是Zn、正極是Ag2O 、電解質(zhì)是KOH,正極： Ag2OH2O2e2Ag2OH,負(fù)極：Zn2OH2eZnO+H2O,二、二次電池,能量：,化學(xué)能,電能,放電,充電,蓄電池放電過程工作原理,正極：PbO2,PbO2 2e SO424H PbSO4 2H2O,負(fù)極：Pb,Pb2eSO42 PbSO4,總反應(yīng)： Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O,（難溶于水）,放電過程為化學(xué)電池！,鎳鎘電池：,負(fù)極：Cd,正極：NiO(OH),電解質(zhì)：KO

7、H,鎳鎘電池應(yīng)用：收錄機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、電動(dòng)剃須刀等,缺點(diǎn)：如不會回收會嚴(yán)重污染環(huán)境,鋰,鋰電池：,可充電的綠色電池,負(fù)極：,應(yīng)用：,常用在電話機(jī)、照相機(jī)、汽車、計(jì)算機(jī)等中， 此外在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事上也有廣泛的應(yīng)用。,三、燃料電池,電極材料 ：多孔性鎳、鉑,電解質(zhì)溶液 ： KOH等強(qiáng)堿、 H2SO4等強(qiáng)酸、NaCl等鹽溶液,1、燃料電池的構(gòu)成,再寫正極 反應(yīng)：,O22H2O4e4OH,酸性,先寫總反應(yīng)：燃料在氧氣中的燃燒,2、燃料電池的電極反應(yīng)的書寫,若有CO2生成，且電解質(zhì)為強(qiáng)堿時(shí)， 考慮CO2+2OH=CO32+H2O,O24H+4e 2H2O,堿性,最后寫負(fù)極反應(yīng)：,總反應(yīng)減去

8、正極反應(yīng),常見燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等,電化學(xué)基礎(chǔ),第三節(jié) 電解池,下列屬于原電池裝置的是,B裝置會出現(xiàn)怎么樣的現(xiàn)象呢？,一、電解原理,1、電解池的構(gòu)成條件,把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置，又叫電解池,兩極,陰極：,陽極：,與電源負(fù)極相連,與電源正極相連,電解質(zhì)溶液,形成閉合回路,兩極材料可同可不同,石墨、 Au 或Pt作為電極時(shí)稱惰性電極,直流電源,2、電解池的反應(yīng)原理,還原反應(yīng),Cu2 2eCu,電解質(zhì)溶液,氧化反應(yīng),2Cl2eCl2,陰離子,陰極,陽極,石墨|石墨,正極,負(fù)極,陽離子,e,e,e,e,總反應(yīng)：,粒子 流向,電子：,電流：,溶液中陰離子,溶液中陽離子,電極

9、反應(yīng),陽極：氧化反應(yīng),電極金屬或溶液陰離子失電子,陰極：還原反應(yīng),溶液陽離子得電子變單質(zhì),總反應(yīng)：陰陽極反應(yīng)相加,2、電解池的反應(yīng)原理,陽極正極,負(fù)極陰極,正極陽極,陰極負(fù)極,放電,放電,陽氧陰還,陽極,陰極,3、電解池中離子放電順序,金屬S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F,金屬要求活動(dòng)性Ag以前,陽極：,陽極：,AgHg2Fe3Cu2H Pb2Sn2Fe2Zn2H Al3Mg2NaCa2K,較大濃度時(shí)先于H放電,3、電解池中離子放電順序,金屬S2 I Br Cl OH,金屬要求活動(dòng)性Ag以前,陽極：,陽極：,AgHg2Fe3Cu2H Al3Mg2NaCa2K,4、電解反應(yīng)的書寫,找出溶

10、液中所有離子,按放電順序?qū)懗鲫庩枠O反應(yīng),加和得到總反應(yīng),若H+、OH由水電離 則總反應(yīng)中需將其變成H2O 所有總反應(yīng)的條件均為電解,可以相同可以不同,不同,陰陽極由外電源決定 與電源負(fù)極相連的為陰極 與電源正極相連的為陽極,正負(fù)極由電極材料決定 活潑性較強(qiáng)的金屬做負(fù)極,陽極：氧化反應(yīng) 陰極：還原反應(yīng),負(fù)極：氧化反應(yīng) 正極：還原反應(yīng),電能化學(xué)能,化學(xué)能電能,有外加電源,本身是電源，外接用電器,負(fù)陰 陽正,負(fù)導(dǎo)線正,下列裝置是否屬于電解池？若是，寫出電極反應(yīng),練習(xí)：,H2SO4 NaOH Na2SO4,H2O,增大,增大,增大,增大,減小,不變,加H2O,加H2O,加H2O,HCl CuCl2,H

11、Cl CuCl2,減小,減小,增大,增大,加HCl 加CuCl2,NaCl CuSO4,電解質(zhì)和水,部分離子濃度減小,部分離子濃度減小,增大,減小,加HCl,加CuO,陽極: 4OH-4e- =2H2O+O2 陰極: 4H+ 4e- =2H2 ,陽: 2Cl-2e - =Cl2 陰: 2H+ 2e - =H2 ,陽: 2Cl-2e - =Cl2 陰: Cu 2+ 2e - = Cu,陽: 2Cl-2e - =Cl2 陰: 2H+ 2e - =H2 ,陽: 4OH-4e- =2H2O+O2 陰: 2Cu 2+ 4e- =2 Cu,二、電解原理的應(yīng)用,1、電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣、氫氣,工業(yè)上用

12、電解飽和食鹽水溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱為氯堿工業(yè),陽：2Cl 2e=Cl2 陰：2H+2e =H2 總：2NaCl+2H2O = 2NaOH + H2+Cl2,電解,2、電鍍,是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程,電鍍液：含鍍層金屬離子的溶液,定義,裝置,陽極,：鍍層金屬（與電源正極相連）,陰極,：待鍍金屬制品（與電源負(fù)極相連）,陽極：（鍍層） M ne = Mn+ 陰極：（待鍍） Mn+ne =M,電極反應(yīng),3、電冶金,對象：鈉、鈣、鎂、鋁這樣的活潑金屬,電解液： 熔融的態(tài)電解質(zhì),實(shí)例,不能用AlCl3代替Al2O3,

13、冰晶石用來降低Al2O3熔點(diǎn),電化學(xué)基礎(chǔ),第四節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防腐,閱讀：你有何感想？,金屬腐蝕 我國作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國家（2005年全國生產(chǎn)鋼材37117.02萬噸） ，每年被腐蝕的鐵占到我國鋼鐵年產(chǎn)量的十分之一，因?yàn)榻饘俑g而造成的損失占到國內(nèi)生產(chǎn)總值的2%4%；約合人民幣：3000億元（ 2005年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值將達(dá)15萬億元） 。 根據(jù)各國調(diào)查結(jié)果，一般說來，金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失大致為該國國民生產(chǎn)總值的4%左右。 另據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，金屬腐蝕的年損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震（平均值）損失的總和，在這里還不包括由于腐蝕導(dǎo)致的停工、減產(chǎn)和爆炸等造成的間接損失。,金屬腐蝕

14、的主要害處，不僅在于金屬本身的損失，更嚴(yán)重的是金屬制品結(jié)構(gòu)損壞所造成的損失比金屬本身要大到無法估量。 腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也經(jīng)常對安全構(gòu)成威脅。 國內(nèi)外都曾發(fā)生過許多災(zāi)難性腐蝕事故，如飛機(jī)因某一零部件破裂而墜毀；橋梁因鋼梁產(chǎn)生裂縫而塌陷；油管因穿孔或裂縫而漏油，引起著火爆炸；化工廠中儲酸槽穿孔泄漏，造成重大環(huán)境污染；管道和設(shè)備跑、冒、滴、漏，破壞生產(chǎn)環(huán)境，有毒氣體如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更會危及工作人員和附近居民的生命安全。,面對這樣驚人的數(shù)據(jù)和金屬腐蝕危害事實(shí)，大家有沒有想過，鐵怎么會被腐蝕？怎樣防腐？,一、金屬的電化學(xué)腐蝕,1、金屬腐蝕,2、金屬腐蝕類型,是指金屬或合金跟接觸的

15、氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。,化學(xué)腐蝕,金屬與接觸到的干燥氣體（O2、Cl2、SO2）或非電解質(zhì)液體（石油）等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕,電化學(xué)腐蝕,不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸，形成原電池，使金屬失去電子被氧化,2、金屬的電化學(xué)腐蝕類型,析氫腐蝕,發(fā)生條件：,酸性,負(fù)極Fe：,Fe-2e-=Fe2+,正極C：,2H+2e-=H2,總反應(yīng):,Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ,吸氧腐蝕,發(fā)生條件：,中性、堿性,常見,Fe2O3 nH2O,（鐵銹）,2Fe-4e-=2Fe2+,O2+2H2O+4e-=4OH,2Fe+2H2O+O2= 2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,負(fù)極Fe：,正極C：,總反應(yīng):,課堂練習(xí),1、如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：,（1）,若液面上升，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕,電極反應(yīng)式為：負(fù)極： , 正極：,若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生腐蝕，電極反應(yīng)