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(xiàn)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,①兩極：,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,②

2、電解質(zhì)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(yīng),Zn－2e－＝Zn2＋,,電解質(zhì)溶液,失e－,沿導(dǎo)線(xiàn)傳遞，有電流產(chǎn)生,,還原反應(yīng),2H＋＋2e－＝H2↑,陰離子,陽(yáng)離子,負(fù)極,正極,Zn－2e－＝Zn2＋2H＋＋2e－＝H2↑Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑ (離子方程式）Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ （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

3、反應(yīng)原理,①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(yáng)離子→正極,②電極反應(yīng),,負(fù)極：氧化反應(yīng),活潑金屬失電子變陽(yáng)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、判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若

4、不是，請(qǐng)說(shuō)明理由；若是，請(qǐng)指出正負(fù)極名稱(chēng)，并寫(xiě)出電極反應(yīng)式.,①,②,③,(×),(×),(∨),2H＋＋2e＝H2↑,負(fù)極：,總反應(yīng)：,正極：,Zn－2e＝Zn2＋,Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑,⑤,④,(∨),(∨),負(fù)極：,正極：,總反應(yīng)：,正極：,負(fù)極：,總反應(yīng)：,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(fù)極：,正極：,總反應(yīng)：,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(xiàn)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(guān)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)；

6、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(guò)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、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(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)流向A；B、D相連時(shí)，電子由D經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向B，則此4種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?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(yīng)的書(shū)寫(xiě)方法,③正極反應(yīng),②負(fù)極反應(yīng),①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(yáng)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)：2MnO2＋2H2O＋Zn＝Zn(OH)2＋2MnOOH,負(fù)極是Zn、正極是MnO2 、電解質(zhì)是KOH,正極：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2O

9、H－,負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2,2、銀鋅紐扣電池,總反應(yīng)：Ag2O＋Zn＝ZnO＋2Ag,負(fù)極是Zn、正極是Ag2O 、電解質(zhì)是KOH,正極：Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－,負(fù)極：Zn＋2OH－－2e－＝ZnO+H2O,二、二次電池,能量：,化學(xué)能,,電能,放電,充電,,蓄電池放電過(guò)程工作原理,正極：PbO2,PbO2 ＋2e － ＋SO42－＋4H ＋ ＝PbSO4 ＋2H2O,負(fù)極：Pb,Pb－2

10、e－＋SO42－ ＝PbSO4,總反應(yīng)： Pb ＋ PbO2 ＋2H2SO4 ＝2PbSO4 ＋2H2O,（難溶于水）,放電過(guò)程為化學(xué)電池！,鎳鎘電池：,負(fù)極：Cd,正極：NiO(OH),電解質(zhì)：KOH,鎳鎘電池應(yīng)用：收錄機(jī)、無(wú)線(xiàn)對(duì)講機(jī)、電子閃光燈、電動(dòng)剃須刀等,缺點(diǎn)：如不會(huì)回收會(huì)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(huà)機(jī)、照相機(jī)、汽車(chē)、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

11、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,②再寫(xiě)正極 反應(yīng)：,O2＋2H2O＋4e－＝4OH－,酸性,①先寫(xiě)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(shū)寫(xiě),若有CO2生成，且電解質(zhì)為強(qiáng)堿時(shí)，考慮CO2+2OH—=CO32—+H2O,O2＋4H+＋4e－＝ 2H2O,堿性,③最后寫(xiě)負(fù)極反應(yīng)：,總反應(yīng)減去正極反應(yīng),,常見(jiàn)燃料：H2、NH3、CO、

12、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(huì)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,①兩極,陰極：,陽(yáng)極：,與電源負(fù)極相連,與電源正極相連,②電解質(zhì)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(shí)稱(chēng)惰性電極,④直流電源,2、電解池的反應(yīng)原理,還原反應(yīng),Cu2＋＋ 2e－＝Cu,,電解質(zhì)溶液,,氧化反應(yīng),2Cl－－2e－

13、＝Cl2↑,陰離子,陰極,陽(yáng)極,石墨||石墨,正極,負(fù)極,陽(yáng)離子,,,←e—,↓e—,↑e—,←e—,總反應(yīng)：,①粒子 流向,,電子：,電流：,溶液中陰離子,溶液中陽(yáng)離子,②電極反應(yīng),,陽(yáng)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(yáng)離子得電子變單質(zhì),總反應(yīng)：陰陽(yáng)極反應(yīng)相加,2、電解池的反應(yīng)原理,陽(yáng)極→正極,負(fù)極→陰極,正極→陽(yáng)極,陰極→負(fù)極,放電,放電,陽(yáng)氧陰還,→陽(yáng)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(dòng)性Ag以前,①陽(yáng)極：,②陽(yáng)極：,Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋,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－＞

15、Cl－＞ OH－,金屬要求活動(dòng)性Ag以前,①陽(yáng)極：,②陽(yáng)極：,Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋,4、電解反應(yīng)的書(shū)寫(xiě),①找出溶液中所有離子,②按放電順序?qū)懗鲫庩?yáng)極反應(yīng),③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(yáng)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(yáng)極,正負(fù)極由電極材料決定活潑性

16、較強(qiáng)的金屬做負(fù)極,陽(yáng)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(yáng)→正,負(fù)→導(dǎo)線(xiàn)→正,下列裝置是否屬于電解池？若是，寫(xiě)出電極反應(yīng),練習(xí)：,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(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(yáng)極:4OH--4e- =2H2O+O2↑陰極: 4H++ 4e- =2H2 ↑,陽(yáng): 2Cl--2e - =Cl2 ↑陰: 2H++ 2e - =H2 ↑,陽(yáng): 2Cl--2e - =Cl2 ↑陰: Cu 2++ 2e - = Cu,陽(yáng): 2Cl--2e - =Cl2 ↑陰: 2H++ 2e - =H2 ↑,陽(yáng): 4

18、OH--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)上用電解飽和食鹽水溶液的方法來(lái)制取NaOH、Cl2和H2，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品，稱(chēng)為氯堿工業(yè),陽(yáng)：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(guò)程,電鍍液：含鍍層金屬離子的溶液,①定義,②裝置,陽(yáng)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(yáng)極：（鍍層） M —ne— = Mn+陰極：（待鍍） Mn++ne— =M,③電極反應(yīng),3、電冶金,①對(duì)象：鈉、鈣、鎂、鋁這樣的活潑金屬,②電解液： 熔融的態(tài)電解質(zhì),③實(shí)例,不能用AlCl3代替Al2O3,冰晶石用來(lái)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？,

20、金屬腐蝕我國(guó)作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國(guó)家（2005年全國(guó)生產(chǎn)鋼材37117.02萬(wàn)噸） ，每年被腐蝕的鐵占到我國(guó)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(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的2%~4%；約合人民幣：3000億元（ 2005年我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值將達(dá)15萬(wàn)億元） 。根據(jù)各國(guó)調(diào)查結(jié)果，一般說(shuō)來(lái)，金屬腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失大致為該國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的4%左右。另?yè)?jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，金屬腐蝕的年損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震（平均值）損失的總和，在這

21、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(wú)法估量。腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也經(jīng)常對(duì)安全構(gòu)成威脅。國(guó)內(nèi)外都曾發(fā)生過(guò)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(chǎng)中儲(chǔ)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C

22、l2、H2S、HCN等的泄漏，更會(huì)危及工作人員和附近居民的生命安全。,面對(duì)這樣驚人的數(shù)據(jù)和金屬腐蝕危害事實(shí)，大家有沒(méi)有想過(guò)，鐵怎么會(huì)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(lèi)型,是指金屬或合金跟接觸的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而腐蝕損耗的過(guò)程。,①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,②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

23、失去電子被氧化,2、金屬的電化學(xué)腐蝕類(lèi)型,①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 ↑,②吸氧腐蝕,發(fā)生條件：,中性、堿性,常見(jiàn),,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(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(guān)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：

25、 ,正極：,若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生　　　腐蝕，電極反應(yīng)式為：負(fù)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