電化學基礎講義

1、電化學基礎,主講老師：王龍2018.03.18,電化學基礎,第一節 原電池,思考題,1、鋅片和銅片插入稀硫酸的現象是什么？2、鋅片和銅片用導線連接后插入稀硫酸中， 現象是什么？3、銅片為什么有氣泡產生？4、如何檢驗證明是那種情況?5、電子流向如何？6、該裝置實現了怎樣的能量轉化?,1、原電池的構成條件,把化學能直接轉化為電能的裝置——原電池,①兩極：,正極：,負極：,較不活潑的金屬或非金屬(如石墨),較活潑的金屬,②

2、電解質溶液,③形成閉合回路,下列裝置中屬于原電池的是,氧化反應,Zn－2e－＝Zn2＋,,電解質溶液,失e－,沿導線傳遞，有電流產生,,還原反應,2H＋＋2e－＝H2↑,陰離子,陽離子,負極,正極,Zn－2e－＝Zn2＋2H＋＋2e－＝H2↑Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑ (離子方程式）Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ （化學方程式）,電極反應,負極：正極：總反應：,（氧化反應）（還原反應）,鋅——銅原電池,2、原電池

3、反應原理,①粒子流向,,電子：負極→正極,電流：正極→負極,溶液中陰離子→負極,溶液中陽離子→正極,②電極反應,,負極：氧化反應,活潑金屬失電子變陽離子,正極：還原反應,溶液中離子得電子,總反應：負極金屬與電解液的離子反應,3、化學電池的反應本質,氧化還原反應,原電池將自發的氧化還原反應分割為氧化、還原兩個反應在負、正兩極同時不同地進行，正負兩極上進出電子總數相等。,根據電子守恒原理進行計算,練習,1、判斷下列哪些裝置構成了原電池？若

4、不是，請說明理由；若是，請指出正負極名稱，并寫出電極反應式.,①,②,③,(×),(×),(∨),2H＋＋2e＝H2↑,負極：,總反應：,正極：,Zn－2e＝Zn2＋,Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑,⑤,④,(∨),(∨),負極：,正極：,總反應：,正極：,負極：,總反應：,Zn－2e－＝Zn2＋,2H＋＋2e－＝H2↑,Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑,Fe－2e－＝Fe2＋,Cu2＋＋2e－＝Cu,Fe＋Cu2＋＝

5、Fe2＋＋Cu,Fe＋CuSO4＝Cu＋FeSO4,⑦,⑥,(×),(∨),負極：,正極：,總反應：,Zn－2e－＝Zn2＋,Cu2＋＋2e－＝Cu,Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu,或 Zn＋CuSO4＝ZnSO4＋Cu,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CuSO4溶液，片刻后可觀察到的現象是,( D ),A. 鐵圈和銀圈左右搖擺不定；B. 保持平衡狀態；

6、C. 鐵圈向下傾斜；D. 銀圈向下傾斜；,等質量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4，同時向a中加入少量的CuSO4溶液，下列圖表示產生H2的體積（V）與時間（t）的關系，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，Y為負極。X、Y、Z三種金屬的活動性順序為,A、X＞Y ＞ Z B、X ＞ Z ＞ YC、Y ＞ X ＞ Z

7、 D、Y ＞ Z ＞ X,C,把A、B、C、D四塊金屬片用導線兩兩相連，浸入稀硫酸中組成原電池。若A、B相連時，A為負極；C、D相連時，D上產生大量氣泡；A、C相連時，電流由C經導線流向A；B、D相連時，電子由D經導線流向B，則此4種金屬的活動性由強到弱的順序為,A、A＞B＞C ＞ D B、A ＞ C ＞ D ＞ B C、C ＞ A ＞ B ＞ D D、 B ＞ A ＞ C ＞ D,B,4、原電池電極

8、反應的書寫方法,③正極反應,②負極反應,①總反應,負極金屬與電解質溶液的離子反應,負極金屬失電子變成陽離子的反應,總反應減去負極反應,電化學基礎,第二節 化學電源,一、一次電池,1、堿性鋅錳電池,放電之后不能充電(內部的氧化還原反應不可逆),一次電池,堿性鋅錳干電池,總反應：2MnO2＋2H2O＋Zn＝Zn(OH)2＋2MnOOH,負極是Zn、正極是MnO2 、電解質是KOH,正極：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2O

9、H－,負極：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2,2、銀鋅紐扣電池,總反應：Ag2O＋Zn＝ZnO＋2Ag,負極是Zn、正極是Ag2O 、電解質是KOH,正極：Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－,負極：Zn＋2OH－－2e－＝ZnO+H2O,二、二次電池,能量：,化學能,,電能,放電,充電,,蓄電池放電過程工作原理,正極：PbO2,PbO2 ＋2e － ＋SO42－＋4H ＋ ＝PbSO4 ＋2H2O,負極：Pb,Pb－2

10、e－＋SO42－ ＝PbSO4,總反應： Pb ＋ PbO2 ＋2H2SO4 ＝2PbSO4 ＋2H2O,（難溶于水）,放電過程為化學電池！,鎳鎘電池：,負極：Cd,正極：NiO(OH),電解質：KOH,鎳鎘電池應用：收錄機、無線對講機、電子閃光燈、電動剃須刀等,缺點：如不會回收會嚴重污染環境,鋰,鋰電池：,可充電的綠色電池,負極：,應用：,常用在電話機、照相機、汽車、計算機等中，此外在工業、醫學、軍事上也有廣泛的應用。,三、燃料電

11、池,電極材料 ：多孔性鎳、鉑,電解質溶液 ：KOH等強堿、 H2SO4等強酸、NaCl等鹽溶液,1、燃料電池的構成,②再寫正極 反應：,O2＋2H2O＋4e－＝4OH－,酸性,①先寫總反應：燃料在氧氣中的燃燒,2、燃料電池的電極反應的書寫,若有CO2生成，且電解質為強堿時，考慮CO2+2OH—=CO32—+H2O,O2＋4H+＋4e－＝ 2H2O,堿性,③最后寫負極反應：,總反應減去正極反應,,常見燃料：H2、NH3、CO、

12、CH4、CH3OH等,電化學基礎,第三節 電解池,下列屬于原電池裝置的是,B裝置會出現怎么樣的現象呢？,一、電解原理,1、電解池的構成條件,把電能轉變為化學能的裝置，又叫電解池,①兩極,陰極：,陽極：,與電源負極相連,與電源正極相連,②電解質溶液,③形成閉合回路,兩極材料可同可不同,石墨、 Au 或Pt作為電極時稱惰性電極,④直流電源,2、電解池的反應原理,還原反應,Cu2＋＋ 2e－＝Cu,,電解質溶液,,氧化反應,2Cl－－2e－

13、＝Cl2↑,陰離子,陰極,陽極,石墨||石墨,正極,負極,陽離子,,,←e—,↓e—,↑e—,←e—,總反應：,①粒子 流向,,電子：,電流：,溶液中陰離子,溶液中陽離子,②電極反應,,陽極：氧化反應,電極金屬或溶液陰離子失電子,陰極：還原反應,溶液陽離子得電子變單質,總反應：陰陽極反應相加,2、電解池的反應原理,陽極→正極,負極→陰極,正極→陽極,陰極→負極,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

14、＞S2－＞ I－＞ Br－＞ Cl－＞ OH－ ＞含氧酸根＞ F－,金屬要求活動性Ag以前,①陽極：,②陽極：,Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋,較大濃度時先于H＋放電,,3、電解池中離子放電順序,金屬＞S2－＞ I－＞ Br－＞

15、Cl－＞ OH－,金屬要求活動性Ag以前,①陽極：,②陽極：,Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋,4、電解反應的書寫,①找出溶液中所有離子,②按放電順序寫出陰陽極反應,③加和得到總反應,若H+、OH－由水電離則總反應中需將其變成H2O所有總反應的條件均為電解,可以相同可以不同,不同,陰陽極由外電源決定與電源負極相連的為陰極與電源正極相連的為陽極,正負極由電極材料決定活潑性

16、較強的金屬做負極,陽極：氧化反應陰極：還原反應,負極：氧化反應正極：還原反應,電能→化學能,化學能→電能,有外加電源,本身是電源，外接用電器,負→陰 陽→正,負→導線→正,下列裝置是否屬于電解池？若是，寫出電極反應,練習：,H2SO4NaOHNa2SO4,H2O,增大,增大,增大,增大,減小,不變,加H2O,加H2O,加H2O,HClCuCl2,HClCuCl2,減小,減小,增大,增大,加HCl加CuCl2,Na

17、ClCuSO4,電解質和水,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: 4

18、OH--4e- =2H2O+O2↑陰: 2Cu 2++ 4e- =2 Cu,二、電解原理的應用,1、電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣、氫氣,工業上用電解飽和食鹽水溶液的方法來制取NaOH、Cl2和H2，并以它們為原料生產一系列化工產品，稱為氯堿工業,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

19、合金的過程,電鍍液：含鍍層金屬離子的溶液,①定義,②裝置,陽極,：鍍層金屬（與電源正極相連）,陰極,：待鍍金屬制品（與電源負極相連）,陽極：（鍍層） M —ne— = Mn+陰極：（待鍍） Mn++ne— =M,③電極反應,3、電冶金,①對象：鈉、鈣、鎂、鋁這樣的活潑金屬,②電解液： 熔融的態電解質,③實例,不能用AlCl3代替Al2O3,冰晶石用來降低Al2O3熔點,電化學基礎,第四節 金屬的電化學腐蝕與防腐,閱讀：你有何感想？,

20、金屬腐蝕我國作為世界上鋼鐵產量最多的國家（2005年全國生產鋼材37117.02萬噸） ，每年被腐蝕的鐵占到我國鋼鐵年產量的十分之一，因為金屬腐蝕而造成的損失占到國內生產總值的2%~4%；約合人民幣：3000億元（ 2005年我國國內生產總值將達15萬億元） 。根據各國調查結果，一般說來，金屬腐蝕所造成的經濟損失大致為該國國民生產總值的4%左右。另據國外統計，金屬腐蝕的年損失遠遠超過水災、火災、風災和地震（平均值）損失的總和，在這

21、里還不包括由于腐蝕導致的停工、減產和爆炸等造成的間接損失。,金屬腐蝕的主要害處，不僅在于金屬本身的損失，更嚴重的是金屬制品結構損壞所造成的損失比金屬本身要大到無法估量。腐蝕不僅造成經濟損失，也經常對安全構成威脅。國內外都曾發生過許多災難性腐蝕事故，如飛機因某一零部件破裂而墜毀；橋梁因鋼梁產生裂縫而塌陷；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，造成重大環境污染；管道和設備跑、冒、滴、漏，破壞生產環境，有毒氣體如C

22、l2、H2S、HCN等的泄漏，更會危及工作人員和附近居民的生命安全。,面對這樣驚人的數據和金屬腐蝕危害事實，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氣體或液體發生氧化還原反應而腐蝕損耗的過程。,①化學腐蝕,金屬與接觸到的干燥氣體（O2、Cl2、SO2）或非電解質液體（石油）等發生化學反應而引起的腐蝕,②電化學腐蝕,不純金屬與電解質溶液接觸，形成原電池，使金屬

23、失去電子被氧化,2、金屬的電化學腐蝕類型,①析氫腐蝕,發生條件：,酸性,負極Fe：,Fe-2e-=Fe2+,正極C：,2H++2e-=H2↑,總反應:,Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ↑,②吸氧腐蝕,發生條件：,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(O

24、H)3,負極Fe：,正極C：,總反應:,,課堂練習,1、如圖, 水槽中試管內有一枚鐵釘，放置數天觀察：,（1）,若液面上升，則溶液呈 性，發生 　　　腐蝕,電極反應式為：負極：

25、 ,正極：,若液面下降，則溶液呈 性，發生　　　腐蝕，電極反應式為：負極： 正極： 。,（2）,中性或堿性,吸氧,Fe–2e-＝Fe2+,O2+2H2O+4e-＝4OH－,酸性,析氫,Fe–2e-＝Fe2+,2H++2e-＝H2↑,,,,,,,,,原理 ：,形