《电化学及应用》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高三化学总复习,基本理论,电化学,原电池和电解池的比较,原电池,电解池,概,念,能量,转化,借助,氧化还原反应,而产生,电流,的装置,。,借助,电流,引起,氧化还原反应,的装置,化学能,转化为,电能,电能,转化为,化学能,一、原电池,构成原电池的基本条件是什么？,（1）,必须自发进行氧化还原反应,（3）,两个电极必须插入,电解质溶液中,或,熔融,的电解质中,；,（4）,两个电极必须,相连,并形成,闭合回路,。,（2）,必须有,两种活泼性不同的,导电材料,作电极；,把,化学能,转化为,电能,的装置。,原电池正负极的比较,比较项目,正极,负极,电子流动方向,电子流入,电子流出,金属活泼性,相对不活泼,相对活泼,电极反应,N,m+,+me,-,=N,(,还原反应),M-ne,-,=M,n+,(,氧化反应),电极质量变化,增大或不变,一般：减小,离子移动方向,阳离子,移向该极,阴离子,移向该极,氧化反应,M-ne,=M,n+,产生电流,失,e,-,沿导线转移,还原反应,N,m+,+me,=N,原电池的工作原理,负极,正极,阴离子,阳离子,e,e,综,述,1、负极失电子发生氧化反应；溶液中氧化性较强的微粒在正极上得电子发生还原反应；,2、电子由负极流向正极，电流方向是由正极流到负极（外电路）。,用,Al、Cu,作电极，如何使,Cu,作负极，,Al,作正极？,浓硝酸作电解液,用,Mg、Al,作电极，如何使,Al,作负极，,Mg,作正极？,NaOH,作电解液,思考,原电池原理的应用,(2)比较金属的活泼性；,构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性,正极,(3)加快某些化学反应的反应速率；,(1)制做化学电源；,(4)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。,金属的电化学腐蚀,（一）金属腐蚀,1.概念：,金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。,2.金属腐蚀的本质,金属原子失去电子变成阳离子而损耗,3.金属腐蚀的分类：,化学腐蚀和电化学腐蚀,绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀,电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀,比较项目,化学腐蚀,电化学腐蚀,发生条件,共同点,是否构成原电池,有无电流,实质,化学腐蚀,与,电,化学腐蚀,的比较,电化学,腐蚀,比,化学腐蚀,普遍得多,金属跟接触到的物质直接发生化学反应,不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应,无电流,无原电池,构成无数微小原电池,有弱电流,金属被腐蚀,较活泼金属被腐蚀,金属原子失去电子变成阳离子而损耗,钢铁的电化学腐蚀,比较项目,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,发生条件,电极反应,负极,正极,总反应,钢铁表面吸附的水膜酸性较強时,Fe-2e,-,=Fe,2+,2,H,+,+2e,-,=H,2,Fe+,2H,+,=Fe,2+,+,H,2,钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时,Fe-2e,-,=Fe,2+,O,2,2H,2,O4e,-,=4OH,-,Fe,2+,+2OH,-,=Fe(OH),2,4,Fe(OH),2,+O,2,+2H,2,O=4Fe(OH),3,4,Fe(OH),3,Fe,2,O,3,xH,2,O,(,铁锈),+(3-,x)H,2,O,吸氧,腐蚀,比,析氢,腐蚀,普遍得多,金属的防护,方 法：,1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）,2.在金属表面覆盖保护层：,（1）在表面刷一层油漆；,（2）在表面涂上机油；,（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；,（4）在表面烧制搪瓷；,（5）使金属表面形成致密的氧化膜。,3,.,电化学保护法,：,（1）牺牲阳极的阴极保护法,（2）外加电流的阴极保护法,判断金属腐蚀快慢的规律,不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：,1）与构成微电池的材料有关，,两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快；,2）与金属所接触的电解质强弱有关，,活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。,一般说来可用下列原则判断：,（电解原理引起的腐蚀）原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀,二、常见的化学电池,干电池,电极:,Zn,为负极,碳棒为正极,电解液,：,NH,4,Cl、ZnCl,2,和淀粉糊,另有黑色的,MnO,2,粉末，吸收正极产生的,H,2,，,防止产生极化现象。,电极方程式：,负极(,Zn):,Zn2e,-,Zn,2,正极：2,MnO,2,+2NH,4,+,+2e,-,=Mn,2,O,3,+2NH,3,+H,2,O,银锌电池,Zn,为负极,Ag,2,O,为正极,电解液:,KOH,溶液,电极反应式:,负极:,Zn2OH,2e,-,Zn(OH),2,正极:,Ag,2,OH,2,O2e,-,2Ag2OH,总反应式:,ZnAg,2,OH,2,O2AgZn(OH),2,铅蓄电池,:,电极：,Pb,为负极,PbO,2,为正极.,电解液:,30%的,H,2,SO,4,溶液,电极反应式:,放电时：,为原电池,负极(,Pb)：,PbSO,4,2-,2e,-,PbSO,4,正极(,PbO,2,),PbO,2,4H,SO,4,2,2e,-,PbSO,4,2H,2,O,总电池反应:,PbO,2,Pb2H,2,SO,4,2PbSO,4,2H,2,O,充电时：,为电解池,阴极(,Pb)：,PbSO,4,2e,-,PbSO,4,2-,阳极(,PbO,2,),PbSO,4,2H,2,O2e,-,PbO,2,4H,SO,4,2,总电解反应:,2,PbSO,4,2H,2,O PbO,2,Pb2H,2,SO,4,通电,铝空气海水电池,负极：4,Al-12e,-,4Al,3+,正极：3,O,2,+6H,2,0+12e,-,120H,-,电池总反应式为：,4,Al+3O,2,+6H,2,0=4Al,(,OH,),3,1991年，我国首创以铝-空气-海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质,燃料电池,(1)电极:,Pt,制作的惰性电极,(2)电解质溶液:,KOH,溶液,(4)反应原理:,正极:,2,H,2,+4OH,4e,-,4H,2,O,负极:,O,2,2H,2,O,4e,-,4OH,总反应：,2,H,2,O,2,2H,2,O,电极反应：负极：,CH,4,+10OH,-,8e=CO,3,2-,+7H,2,O,正极：,O,2,+2H,2,O+4e=4OH,-,总反应式：,CH,4,+2O,2,+2KOH=K,2,CO,3,+3H,2,O,以甲烷作燃料的燃料电池,电极为金属铂，电解质为,KOH，,在两极分别通入甲烷和氧气。,组成电解池的条件,：,(1)外接直流电源,(2)电极(金属或惰性电极),(3)电解质溶液或熔融的电解质,(4)形成闭合回路,阳极,氧化反应,阴极,还原反应,e,-,e,-,电解池,电解池阴阳极的比较,比较项目,阴极,阳极,与电源连接,接电源负极,接电源正极,电子流动方向,电子流入,电子流出,电极反应,N,m+,+me,=N,(,还原反应),R,n,ne,=R,M ne,=M,n+,(,氧化反应),电极质量变化,增大或不变,减小或不变,离子移动方向,阳离子,移向该极,阴离子,移向该极,阳极,阴极,电解池的工作原理,阴离子,阳离子,氧化反应,还原反应,N,m+,+me,-,=N,e,e,R,n,ne,R,4,OH,4e,2H,2,OO,2,非惰性电极：,M-ne,-,=M,n+,（,电极本身溶解）,电子流动方向,电解质溶液,电源负极,电解池阴极,电源正极,电解池阳极,在惰性电极上离子放电顺序：,阴极(与电极材料无关)：,Ag,+,Fe,3+,Cu,2+,H,+,Pb,2+,Fe,2+,Zn,2+,Al,3+,Mg,2+,Na,+,Ca,2+,K,+,得到电子 由易到难,阳极(与电极材料有关)：,在水溶液中,SO,4,2-,，NO,3,-,等不会放电。,金属,S,2-,I,-,Br,-,Cl,-,OH,-,NO,3,-,SO,4,2-,F,-,失去电子由易到难,电极反应,阳极,活泼金属作电极,由电极本身失电子,R,-ne =R,n+,惰性电极,溶液中较易失电子的,阴离子优先放电,阴极,一定是溶液中易得电子的阳离子优先放电,R,n+,+ne =R,电解时电极产物的判断,R,n-,-ne =R,（,Pt、Au、,石墨）,用惰性电极电解电解质溶液的规律,（1）电解水型,（,NaOH、H,2,SO,4,、K,2,SO,4,等）的电解,阴极：4,H,+,+4e,-,2H,2,阳极：4,OH,-,-4e,-,O,2,+2H,2,O,总反应式：2,H,2,O 2H,2,+O,2,电解,（2）分解电解质型,（,HCl、CuCl,2,等）溶液的电解,阴极：,Cu,2+,+2e,-,Cu,阳极：2,Cl,-,-2e,-,Cl,2,总反应式：,CuCl,2,Cu+Cl,2,电解,（3）放氢生碱型,（,NaCl、MgBr,2,）,溶液的电解,阴极：4,H,+,+4e,-,2H,2,阳极：2,Cl,-,-2e,-,Cl,2,2,NaCl+2H,2,O 2NaOH +H,2,+Cl,2,电解,（4）放氧生酸型,阴极；2,Cu,2+,+4e,-,2Cu,阳极：4,OH,-,-4e,-,O,2,+2H,2,O,（,CuSO,4,、AgNO,3,等）溶液的电解,总反应：2,CuSO,4,+2H,2,O 2Cu+O,2,+2H,2,SO,4,电解,电解原理的应用,铜的电解精炼,粗铜,纯铜,CuSO,4,溶液,阳极：,粗铜,阴极：,纯铜薄片,电解质溶液：,CuSO,4,溶液（加入一定量的,H,2,SO,4,）,Cu2e,=Cu,2+,比铜活泼的杂质也会同时失去电子而溶解：,Zn2e,=Zn,2+,Fe2e,=Fe,2+,Ni2e,=Ni,2+,比铜不活泼的杂质（,Au、Ag）,不会溶解而从阳极上脱落下来而形成,阳极泥,。,Cu,2+,2e,=Cu,CuSO,4,溶液的浓度基本保持不变。,提炼金、银等贵重金属。,电镀铜,阳极：,铜片,阴极：,待镀铁制品,Cu2e,=Cu,2+,Cu,2+,2e,=Cu,CuSO,4,溶液的浓度保持不变。,实验结果：,在铁制品上镀上了一层铜,利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或合金的过程叫,电镀,。,电镀,电镀的目的：,（1）增强防锈抗腐能力；,（2）增加美观和表面硬度。,阳极,镀层金属:,MneM,n,阴极,镀件:,M,n,neM,电解液:,含镀层金属阳离子的盐溶液,电镀槽,特点,（1）阳极本身溶解；,（2）电解液浓度保持不变。,离子交换膜法制烧碱,阳极：,钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）,阴极：,碳钢网,只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过,将电解槽隔成阴极室和阳极室。,阳离子交换膜：,阳极室放出,Cl,2,；,阴极室放出,H,2,并生成,NaOH,食盐水的精制。,粗盐,泥沙,Ca,2+,、Mg,2+,、Fe,3+,SO,4,2,等杂质,混入产品，导致产品不纯,生成,Mg(OH),2,、Fe(OH),3,等沉淀，堵塞膜孔。,如何除去粗盐水中的杂质？,试剂：,BaCl,2,溶液、,Na,2,CO,3,溶液、,NaOH,溶液、,HCl,溶液,粗盐水,NaOH,BaCl,2,Na,2,CO,3,过滤,适量,HCl,除,Mg,2+,、Fe,3+,除,SO,4,2-,除,Ca,2+,及过量,Ba,2+,滤去泥沙及沉淀,除过量的,OH、CO,3,2,阳离子交换树脂,精盐水,少量,Ca,2+,、Mg,2+,1、,Na,2,CO,3,必须在,BaCl,2,之后,2、加入盐酸在过滤之后,电解法测定阿伏加德罗常数,【例题】,某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来测定阿佛加德罗常数值，其实验方案的要点为：用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如右图：在电流强度为,I,安培，通电时间为,t,秒钟