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电化学基础_课件

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  • 卖家[上传人]:小**
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    • 1、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

      2、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

      3、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

      4、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

      5、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=

      6、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:,

      7、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- +

      8、 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

      9、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

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