電化學基礎-原電池與電解池的原理課件

1、23工業(yè)生產電解銅實例工業(yè)生產電解銅實例3、 電池分類簡表電池分類簡表1、 原電池原電池(primary cell)：將化學能轉化為電能的裝置。：將化學能轉化為電能的裝置。 2、 電解池（電解池（electrolytic cell）：將電能轉化為化學能的裝置。）：將電能轉化為化學能的裝置。電池電池單液電池單液電池 原原電電池池電解池電解池液態(tài)電池液態(tài)電池 固態(tài)電池固態(tài)電池 濃差電池濃差電池 化學電池化學電池 雙液電池雙液電池 電解質濃差電池電解質濃差電池 電極濃差電池電極濃差電池 一次電池一次電池 二次電池二次電池 燃料電池燃料電池 5 原電池裝置與原理原電池裝置與原理1.1.定義定義 原電池

2、是利用氧化還原原電池是利用氧化還原反應產生電流的裝置。反應產生電流的裝置。2.2.原電池的構成原電池的構成 電勢不同的兩個電極；電勢不同的兩個電極； 鹽橋；鹽橋； 外電路（檢流計）。外電路（檢流計）。3.電子由電子由Zn極流向極流向Cu極。極。4.Zn極電勢低，為負極；極電勢低，為負極；Cu極電勢高，為正極。極電勢高，為正極。6 3.特征特征 正極：氧化劑正極：氧化劑( (Cu2+) )被還原，半電池反應為：被還原，半電池反應為： Cu2+ + 2e Cu負極：還原劑負極：還原劑(Zn)被氧化，半電池反應為：被氧化，半電池反應為： Zn Zn 2+ + 2e 電池反應為：電池反應為：Cu2+

3、+ Zn Cu + Zn 2+71.1.電解電解 借助電能使不能自發(fā)進行的借助電能使不能自發(fā)進行的得以進得以進行的過程。行的過程。2.2.電解池電解池 電解的裝置稱為電解池電解的裝置稱為電解池( (或電解槽或電解槽) )。電解池裝置與原理電解裝置電解裝置83.3.陰極陰極與外電源負極相連接的電極與外電源負極相連接的電極稱為陰極。稱為陰極。電解池中正離子移向陰極，電解池中正離子移向陰極，在陰極上得到電子，發(fā)生在陰極上得到電子，發(fā)生還原反應。還原反應。4.4.陽極陽極與外電源正極相連接的電極稱為陽極。與外電源正極相連接的電極稱為陽極。電解池中負離子移向陽極，在陽極上給出電子，發(fā)電解池中負離子移向陽

4、極，在陽極上給出電子，發(fā)生氧化反應。生氧化反應。離子在相應電極上得失電子的過程均稱放電。離子在相應電極上得失電子的過程均稱放電。910電解質溶液負載電阻正極負極ZnZnSO4溶液陽陽極極CuCuSO4溶液陰陰極極（a)丹尼爾電池陰離子遷向陽極陽離子遷向陰極-+電源（b）電解池+陽陽極極-e-e-e-e-e-陰陰極極2+Zn2+Cu2-4SO2-4SOVZnZn763.02鹽橋的組成和特點鹽橋的組成和特點： 高濃度電解質溶液， 正負離子遷移速度差小 。鹽橋的作用鹽橋的作用：1）防止兩種電解質溶液）防止兩種電解質溶液混和，消除液接電位，混和，消除液接電位，確保準確測定。確保準確測定。2）提供離子遷

5、移通道。）提供離子遷移通道。原電池與電解池對比原電池與電解池對比陰陰極極陽陽極極ee電電解解質質溶溶液液電電源源陰陰極極陽陽極極ee電電解解質質溶溶液液電電源源溶液中的陽離子向負極遷溶液中的陽離子向負極遷移，從負極上取得電子而移，從負極上取得電子而發(fā)生還原反應發(fā)生還原反應溶液中的陰離子向正極遷溶液中的陰離子向正極遷移，從正極上失去電子而移，從正極上失去電子而發(fā)生氧化反應發(fā)生氧化反應電極反應電極反應凡是進行氧化反應的凡是進行氧化反應的電極稱為陽極電極稱為陽極電位低的電極稱為負極電位低的電極稱為負極凡是進行還原反應的凡是進行還原反應的電極稱為陰極電極稱為陰極電位高的電極稱為正極電位高的電極稱為正極

6、在電解池中正極為在電解池中正極為陽極，負極為陰極；陽極，負極為陰極；在原電池中則相反在原電池中則相反電化學基礎-原電池與電解池的原理14電勢低的電極稱為負極，電子電子從負極流向正極。電勢高的電極稱為正極，電流電流從正極流向負極。發(fā)生還原作用的電極稱為陰極。發(fā)生氧化作用的電極稱為陽極。15氧化氧化Ox（氧化態(tài)）（氧化態(tài)） neRed（還原態(tài)）（還原態(tài)）還原還原負極，陽極，氧化反應，負極，陽極，氧化反應，Red 原電池原電池正極，陰極，還原反應，正極，陰極，還原反應，Red 正極，陽極，氧化反應，正極，陽極，氧化反應，Red 電解池電解池負極，陰極，還原反應，負極，陰極，還原反應，Red 1617

7、 在Cl2電極上，發(fā)生 ，還原反應，Cl2 奪取電極上的電子，發(fā)生還原反應，電極電勢升高。兩電極間產生電極差。 HeH222CleCl222 發(fā)生自發(fā)反應， ，原電池自由能下降，轉化為對外所作的電功，若電池反應是可逆的， 。原電池總結果：原電池裝置：原電池裝置：1、構成：2、導電機理： (1)界面上自發(fā)反應：（2）在溶液中：離子遷移產生電流在溶液中：離子遷移產生電流。 在 H2電極上，發(fā)生 ，氧化反應，H+進入溶液，電子流在電極上，電極電勢降低，為負極。G0-G=W=QE18原電池原電池H2-2e2H+發(fā)生氧化作用，是陽極。電流由Cl2極流向H2極,H2極電勢低，是 。Cl2 +2e 2Cl-

8、發(fā)生還原作用，是陰極。電子由H2極流向Cl2極， Cl2極電勢高，是 。19（3）電極間外電路：電極間外電路：金屬導體靠電子遷移導電金屬導體靠電子遷移導電，構成整個回路中連續(xù)的電流。 222HeH222CleCl 外電源消耗了電功，導致了電池內發(fā)生了非自發(fā)的反應，使系統(tǒng)的自由能升高。電解池總結果：電解池裝置：電解池裝置：1、構成：2、導電機理：（1）溶液中，離子的定向移動導致溶液中有電流通過；（2）電流在溶液與電極界面處連續(xù)電流在溶液與電極界面處連續(xù)。在負極：在正極：總的效果： 好像負極有電子進入溶液，正極得到從溶液中跑出來的電子一樣，使電流在界面處連續(xù)。20電解池與外電源正極相接，是正極。發(fā)

9、生氧化反應，是陽極。 2Cl-2eCl2與外電源負極相接，是負極。發(fā)生還原反應，是陰極。2H+2eH221電解池電解池22原電池原電池23 氧化還原反應氧化還原反應1.定義定義 元素的氧化值發(fā)生了變化的化學反應。元素的氧化值發(fā)生了變化的化學反應。Sn2+ + Fe3+ Sn4+ + Fe2+ 2.特點特點（1）存在著氧化劑與還原劑；）存在著氧化劑與還原劑；（2）存在著氧化態(tài)與還原態(tài)。）存在著氧化態(tài)與還原態(tài)。氧化氧化Ox（氧化態(tài)）（氧化態(tài)） neRed（還原態(tài)）（還原態(tài)）還原還原3.氧化還原反應方程式的配平氧化還原反應方程式的配平離子離子-電子法電子法1.配平原則：配平原則： 電荷守恒：反應過程

10、中氧化劑與還原劑得失電電荷守恒：反應過程中氧化劑與還原劑得失電 子數相等。子數相等。 質量守恒：反應前后各元素的原子總數相等。質量守恒：反應前后各元素的原子總數相等。252.配平的具體步驟：配平的具體步驟：（1）寫出寫出離子方程式：離子方程式： （2）將反應）將反應拆分拆分為氧化和還原兩個半反應式：為氧化和還原兩個半反應式： (3) 配平配平：使半反應兩邊的原子數和電荷數相等：使半反應兩邊的原子數和電荷數相等（4） 使兩個半反應得失電子數為其最小公倍數，使兩個半反應得失電子數為其最小公倍數，合并合并成一成一個配平的離子反應式：個配平的離子反應式：+ 2728工業(yè)生產電解銅實例工業(yè)生產電解銅實例

11、29工業(yè)生產電解銅實例工業(yè)生產電解銅實例（1）陽極反應）陽極反應 陽極上進行的是銅和一些雜質的氧化反應。陽極上進行的是銅和一些雜質的氧化反應。式中式中M為為 比比Cu更負電性的元更負電性的元素素。這些元素在銅中的含量低，其電極電位更負，因。這些元素在銅中的含量低，其電極電位更負，因此此 ，同時銅也不斷地溶解到電，同時銅也不斷地溶解到電解液中。水和硫酸根離子的氧化電位比銅正得多，其解液中。水和硫酸根離子的氧化電位比銅正得多，其反應不可能進行。金、銀和鉑族金屬的電位更正，不反應不可能進行。金、銀和鉑族金屬的電位更正，不能被氧化進入電解液，最后進入陽極泥中。能被氧化進入電解液，最后進入陽極泥中。22

12、CueCuVECuCu34. 00/222MeMVEMM34. 00/2222122OHeOHVEOOH229. 10/222324212OSOeSOVEOSO42. 20/224將優(yōu)先溶解進入電解液將優(yōu)先溶解進入電解液30（2 2）陰極反應）陰極反應 陰極上進行的是銅的還原反應。陰極上進行的是銅的還原反應。 氫的標準電極電位比銅負，且在銅陰極上的超氫的標準電極電位比銅負，且在銅陰極上的超電位，使氫的電極電位更負，所以在正常電解條件電位，使氫的電極電位更負，所以在正常電解條件下不會析出氫。電極電位比銅下不會析出氫。電極電位比銅 的元素，也不能的元素，也不能在陰極上析出在陰極上析出。CueCu2

13、2VECuCu34. 00/2222HeHVEHH00/2MeM22VEMM34. 00/2工業(yè)生產電解銅實例工業(yè)生產電解銅實例32同極間距：9.5-10.4cm陰極表面電解液流速：0.12m3/(m2h)槽溫：40-46電流密度：190-240.320-340A/m2電流效率：86-93%槽電壓：1.9-2.0V槽電流：14-36KA每噸銅直流電耗：1900-2000kwh333435AVAV36AVAV3738A.自由電子作定向移動而導電B.導電過程中導體本身不發(fā)生變化C.溫度升高，電阻也升高D.導電總量全部由電子承擔又稱電子導體，如金屬、石墨等。1. 第一類導體導電體的類型導電體的類型3

14、9A.正、負離子作反向移動而導電B.導電過程中有化學反應發(fā)生C.溫度升高，電阻下降D.導電總量分別由正、負離子分擔又稱離子導體，如電解質溶液、熔融電解質等。*固體電解質，如 等，也屬于離子導體，但它導電的機理比較復雜，導電能力不高，本章以討論電解質水溶液為主。2AgBrPbI、40電極類型電極類型 1.1.金屬金屬- -金屬離子電極：金屬離子電極：Zn | Zn2+(c) 電極反應電極反應 Zn2+ + 2e Zn 2.金屬金屬- -金屬難溶鹽金屬難溶鹽-陰離子電極：陰離子電極： Ag，AgCl(s) | Cl-(c) 電極反應電極反應 AgCl + e Ag + Cl- 3. 雙離子電對電極

15、（氧化還原電極）：雙離子電對電極（氧化還原電極）： Pt| Fe2+(c1)，Fe3+(c2) 電極反應電極反應 Fe3+ + e Fe2+ 4.氣體電極：氣體電極：Pt，Cl2(p) | Cl- (c) 電極反應電極反應 Cl2 + 2e 2Cl-4142434445OO+2H+2eOHOH46電池電動勢電池電動勢 1.定義定義 電池電動勢是電池正負極之間的瞬時電電池電動勢是電池正負極之間的瞬時電 勢差。（在接近零電流下所測定的電勢差）勢差。（在接近零電流下所測定的電勢差） 2.表示表示 電池電動勢電池電動勢 E E+ - E- E+ 某時刻正極的電勢，某時刻正極的電勢， E- 某時刻負極的

16、電勢。某時刻負極的電勢。思考：為什么手電筒電光愈用愈暗？思考：為什么手電筒電光愈用愈暗？因為其電池電動勢愈用愈低。因為其電池電動勢愈用愈低。47 原電池的符號表示原電池的符號表示及書寫要求及書寫要求（1 1）負極寫在左邊，正極寫在右邊；）負極寫在左邊，正極寫在右邊；（2 2）正負極之間用鹽橋）正負極之間用鹽橋“”相接；相接；（3 3）電極固體標志用一豎線）電極固體標志用一豎線“”表示；表示；（4 4）同相之不同物質間用）同相之不同物質間用“，”間隔；間隔；（5 5）若為離子時應注明其活度（濃度亦可）；）若為離子時應注明其活度（濃度亦可）；（6 6）若電對不含金屬導體，則需加一惰性導體；）若電對

17、不含金屬導體，則需加一惰性導體；（7 7）純氣體、液體或固體與惰性電極名稱之間）純氣體、液體或固體與惰性電極名稱之間以以“，”間隔，并應注明其狀態(tài)。間隔，并應注明其狀態(tài)。484950515253545556目錄進度如何5758BBaBaQ59FEGmzrKRTGmlnr60HBrazFRTElnAgBrHHBrAgaaaazFRTEE2/ 12ln2)/ln(mmFRTE61根據德拜極限公式根據德拜極限公式 ln m1/2，當當m1/2 0， 1測不同測不同m時時E, 以以則則對對m1/2作圖作圖然后直線外推到然后直線外推到m1/2=0，截距即為，截距即為Eyy)/ln(2ln2mmFRTEFRTE)/ln(2ln2mmFRTFRTEEmmFRTEEmln2lim0mmEl