电化学基础_课件

电化学基础,§1原电池,§2化学电源,§4金属的电化学腐蚀与防护,电化学基础,§3电解池,氧化还原反应,化学能转化为电能，自发进行,电能转化为化学能，外界能量推动,知识结构,一、原电池原理,把化学能转变为电能的装置叫 原电池,要解决的问题： 1. 什么是原电池？ 2. 原电池的工作原理？ （电子的流向、电流的流向、离子的流向、形成条件、电极的判断、电极反应的写法）,原电池及其工作原理：,1.定义：,化学能转化为电能的装置为原电池。 从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池；,.电极名称：,相对活泼的电极为负极 相对不活泼的电极为正极,3.电极反应：,负极： 正极：,失电子的氧化反应 得电子的还原反应,4. 原电池的形成条件,(4)形成闭合回路。 （两电极用导线连接，或接触。）,（1）能自发地发生的氧化还原反应： 电极和电解质溶液 两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）,（2）电解质溶液： 参与电极反应或构成内电路,（3）两导体作电极： 活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导 体石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。 两不活泼的导体石墨或Pt等。（燃料电池电极）,5.定向移动方向：电子、离子,原电池,“负极给出电子，并流向正极”,必发生 失电子 的 氧化反应,必发生 得电子 的 还原反应,例1. 下列哪几个装置能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,M,N,CuSO4,例2. 在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( ) (A)正极附近的SO42 离子浓度逐渐增大 (B)电子通过导线由铜片流向锌片 (C)正极有O2逸出 (D)铜片上有H2逸出,D,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液 盐桥,失e，沿导线传递，有电流产生,还原反应,2H+2e- =H2,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,2H+2e- =H2,Zn-2e- =Zn2+,Zn+2H+=Zn2+H2,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,(离子方程式）,（化学方程式）,电极反应,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,阳离子,外电路,内电路,强调：原电池的工作原理：,1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( ) A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,B,2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH( ) A.不变 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小,C,练习：,例3.市场上出售的“热敷袋”，其主要成分是：铁屑、炭粉、木屑与少量NaCl、水等。它在使用之前，需要塑料袋与空气隔绝。使用时开启塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会有热量放出。当使用完后还会发现有铁锈生成。,(1) 热敷袋使用时，为什么会放出热量？,(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。,(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？,(1) 热敷袋使用时，为什么会放出热量？,(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。,利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。,负极：2Fe - 4e- = 2Fe2+ 正极：O2+2H2O + 4e- = 4OH- 总反应：4Fe+3O2+6H2O = 4Fe(OH)3,(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？,碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化。 氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。,（）盐桥的作用是什么？ 可提供定向移动的阴阳离子，使由它连接的两溶液保持电中性，盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。 导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。,. 双液原电池的工作原理（有关概念）,（）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的 胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出,盐桥的作用： （1）形成闭合回路。 （2）平衡电荷。,(3)双液原电池的优点： 能产生持续、稳定的电流。,例4. 依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s) = Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。,请回答下列问题： (1)电极X的材料是_； 电解质溶液Y是_； (2)银电极为电池的_极， 发生的电极反应为_ X电极上发生的电极反应为_； (3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。,铜(或Cu),AgNO3溶液,正,Age = Ag,Cu -2e = Cu2,负(Cu),正(Ag),利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。,(+),(-),负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应） 正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）,(+),(-),强调：原电池的设计,请将氧化还原反应 Cu+2Ag+ = Cu2+2Ag,设计成一个 能产生持续、稳定电流的原电池装置,Cu,CuSO4,Ag,AgNO3,例5、判断右边原电池的 正、负极，并写出电极反应式。,强调：电极的判断及电极反应式的书写,FeCl3溶液,负极：Cu -2e Cu 2+ 正极：2Fe3+ +2e -2Fe2+,Cu C,Mg Al,A,稀硫酸溶液,NaOH溶液,（稀硫酸）负极:Mg -2e-Mg2+ 正极：2H+2e-H2,（NaOH溶液） 负极：2Al+8OH- -6e- 2AlO2-+4H2O,2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2,正极：6H2O+6e- 3H2+6OH-,方法一：根据电极材料的性质确定。 1.对于金属金属电极， 活泼金属是负极，不活泼金属是正极； 2.对于金属非金属电极， 金属是负极，非金属是正极，如干电池等； 3.对于金属化合物电极， 金属是负极，化合物是正极。 方法二：根据电极反应的本身确定。 失电子的反应氧化反应负极； 得电子的反应还原反应正极。,强调：电极的判断及电极反应式的书写,练习：,宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH，反应保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正确的是：（ ） AH2为正极反应物，O2为负极反应物 B电极反应（正极）： O2+2H2O+4e- = 4OH- C电极反应（负极）： 2H2+4OH- + 4e- = 4H2O D负极发生氧化反应，正极发生还原反应,BD,二、化学电源,Zn+2OH-2e- = Zn(OH)2,2MnO+2HO+2e-=2MnO(OH)+2OH-,Zn + 2MnO +2HO= Zn(OH)2+ 2MnO(OH),负极：,正极：,总反应：,1. 碱性锌锰电池,负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+， 正极（石墨）: 2NH4+2MnO2 + 2e-=2NH3+Mn2O3+H2O 总反应： Zn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,干电池（NH4Cl糊状物为电解质）,2. 铅蓄电池,PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e - = PbSO4 + 2H2O,Pb + PbO2 + 2H2SO4 =2PbSO4 + 2H2O,总反应式为：,Pb + SO42- -2e - = PbSO4,负极：,正极：,放电,当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的物质的量为,0.5mol,2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4,PbSO4 + 2H2O - 2e - = PbO2 + 4H+ + SO42-,PbSO4 + 2e - = Pb + SO42-,阳极：,阴极：,总反应,充电,补：2. 铅蓄电池,电解液 H2O,3. 氢氧燃料电池,2e,-,2e,-,氢气,氧气,H,+,OH,-,A,负极 正极,O2,H2,H2O,3. 氢氧燃料电池,2H2 + 4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-,总反应式：2H2 + O2 =2H2O,碱性燃料电池,负极：,正极：,2H2 4e- = 4H+,O2 +4e- + 4H = 2H2O,总反应式：2H2 +O2 = 2H2O,酸性,负极：,正极：,3. 氢氧燃料电池,4. 甲烷燃料电池（电解质为KOH）,负极：CH4 + 10OH- - 8e- = CO32- + 7H2O 正极：2O2 + 4H2O +8e- = 8OH- 总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O,思考：甲醇燃料电池 （电解质为KOH）,5. 锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：2Li - 2e- = 2Li+， 正极：I2 + 2e- = 2I-， 总反应：2Li + I2 = 2LiI,跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？,与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。,6. 银锌电池（电解质为KOH）,负极：Zn + 2OH- 2e- = Zn(OH)2 正极：Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH- 总反应：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag,7. 海水电池（电解质溶液为海水）,负极：4Al - 12e- = 4Al3+， 正极：3O2+ 6H2O + 12e- = 12OH- 总反应：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3,1、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。 试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为 ； 正极发生的反应为 ； 反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为,Al -3e- = Al3,Ag2S+2e- = 2Ag+S2-,3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S,？思考,2.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 负极反应式：2CO+2CO32- = 4CO2+4e- 正极反应式： 总电池反应：,2CO2+O2+4e- = 2CO32-,2CO+O2 = 2CO2,3. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是： 1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2 据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ） A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不 断增大 B. 电池放电时，镍元素被氧化 C. 电池充电时，氢元素被还原 D. 电池放电时，H2是负极,CD,4. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- 负极上CH4失去电子，电极反应式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 正极上