微生物电解池(第9章)讲解学习
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电解池
（2）以铂片为电极，使电解质质量不变，水量减 少进行电解，则可采用的电解质是_________；
（3以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水量 都减少，进行电解，则可采用的电解质是______。
练习2：1 用石墨作电极电解CuSO4溶液通电一段时间 后，欲使电解液恢复到初始状态应向溶液中加适量的：
A CuSO4 B CuO C H20 D CuSO4.5H20 3：用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间 后,向所得溶液中加入0.1mol的Cu(OH)2后恰好恢复到电 解前的浓度，则电解过程中转移的电子数为 A、0.1mol B、0.2mol C、0.3mol D、0.4mol
根据一个反应设计电化学装置的步骤： 1、根据反应原理确定是什么装置； 2、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。 3、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质 溶液
探究2
放电 离子
反应的 物质
方程 式
pH
恢复原 状措施
H2SO4 H+ OH- 水
NaOH 4OH- - 4e-= O2↑+ 2H2O
K2SO4 4H+ ＋ 4e- = 2H2↑
①活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳 离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离 子的放电顺序（由易到难）是：
S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>NO3－>SO42－>F－
[例]以石墨碳棒为电极，请写出分别电解下列溶液时, 在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。 (1)NaCl溶液: 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑
的考查
D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成
（3以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水量 都减少，进行电解，则可采用的电解质是______。
练习2：1 用石墨作电极电解CuSO4溶液通电一段时间 后，欲使电解液恢复到初始状态应向溶液中加适量的：
A CuSO4 B CuO C H20 D CuSO4.5H20 3：用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间 后,向所得溶液中加入0.1mol的Cu(OH)2后恰好恢复到电 解前的浓度，则电解过程中转移的电子数为 A、0.1mol B、0.2mol C、0.3mol D、0.4mol
根据一个反应设计电化学装置的步骤： 1、根据反应原理确定是什么装置； 2、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。 3、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质 溶液
探究2
放电 离子
反应的 物质
方程 式
pH
恢复原 状措施
H2SO4 H+ OH- 水
NaOH 4OH- - 4e-= O2↑+ 2H2O
K2SO4 4H+ ＋ 4e- = 2H2↑
①活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳 离子进入溶液，阴离子不容易在电极上放电。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离 子的放电顺序（由易到难）是：
S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>NO3－>SO42－>F－
[例]以石墨碳棒为电极，请写出分别电解下列溶液时, 在阴、阳两极上发生的电极反应式及总的化学方程式。 (1)NaCl溶液: 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑
的考查
D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成
微生物电解池(第9章)讲解学习
（一）异养细菌发酵制氢 （二）厌氧梭菌发酵制氢 （三）混合微生物发酵制氢 （四）活性污泥发酵制氢 （五）光合细菌利用有机废水制氢 （六）微型藻制氢 （七）甲醇制氢
气
氢
究
研
能量回收
能源型微生物研究
能源型微生物主要分类
根据安斯沃思的分类系统，运用伯杰细菌鉴定法和洛德的酵母菌 等鉴定法分类鉴定表明，能源性微生物的主要种类是：甲烷产生菌；乙 醇产生菌；氢气产生菌。
整体的物质传递系数可以分为两种阻力：
1 1 1
K k k CA
H2,w
H2,m
如果假设在阴极产生纯氢气，那么阴极表面的氢气浓度应等于纯氢气的 平衡浓度。根据亨利定律，则阴极室水中氢气的浓度为：
c H 2 ,C a c H H tH 2 ,2 g 5 .7 2 m 0 6 .0 /L 气 o m 4/l /0 L m 气 o 体 2 /L l液 o体 l 7 .体 2 6 1 4 m 0/L 液 ol 体
氢损失
相关计算题
使用下图所示的反应器，以生活污水为底物进行产氢测试。基于稳定运 行的系统，计算(a)假设Nafion117膜的厚度为0.0183 cm．膜与电极之间的 间距为8.6 cm2，求最大氢气过膜通量；(b)膜面积Am=11.9 cm2，40 h间歇流 实验后，计算氢气的容积损失（与9.2 mL的氢气回收量相比）；(c)阴极热 压在膜上时，重复计算上述数值。
能量回收
氢损失
原因一
透过水和膜向阳极室扩散；
导
致
原因二
氢
微生物消耗氢的产甲烷作用以及利用其他电子受体（如硫
损
酸盐和硝酸盐）的呼吸作用；
失
原因三
氢气转化为甲烷的非生物过程（热力学自发的）。
电解池PPT学习课件PPT学习教案
阴极上的电极反应式是 Cu2+ +2e－＝Cu
。
第33页/共35页
例：如图：B为铜电极，A、C、 D均为碳棒，已知通电后，E点 变蓝，回答下列问题：
(_在，1_阳淀)_E极粉_点_失遇_变电I_2变_子蓝_蓝生_的色_成_原I_2_因__：___________ _________正__________________
纯铜
粗铜含杂质(Zn
阳极：Zn
Fe Ni Cu Ag Au
Fe Ni Ag Au 等) Zn -2e- → Zn2+ Fe -2e- → Fe2+ Ni -2e- → Ni2+ Cu -2e- → Cu2+
阳极泥
CuSO4溶液 阴极: Cu2+ + 2e- → Cu 思考：电解完后，CuSO第4溶26页液/共的35页浓度有何变化？
注阳：极电(镀氧时化通反过应控)制：条还件原，性Fe强2+的和Z阴n2离+得子电先子失的电能力子强于H+
金属（除C\Pt、Au） > S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－
金属阳极先放电，离子后放电
第7页/共35页
总结：分析电解反应的一般思路： 明确溶液中存在哪些离子
(先电离)
判断阳极材料及阴阳两极附近离 (后电解) 子种类及离子放电顺序(不能忽 视非惰性阳极）
变大
不加 变 H2O
2H2O == 2H2 ↑+O2 ↑
第13页/共35页
第四组：电解HCl溶液
阳极
阴极
氯气
氢气
实例
电极反应
浓度
PH值
HCl
电解池新课讲解(课堂PPT)
35
2﹑设备: 离子交换膜电解槽----------由阳极
﹑阴极﹑离子交换膜﹑电解槽框和导电铜棒等组 成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成.
电解槽的阳极用金属钛网制成,为了延长电极使
用寿命和提高电解效率,钛阳极网上涂有钛﹑钌
等氧化物涂层;阴极由碳钢网制成,上面涂有镍涂
层;阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室.
增大 减小 H2O 增大 增大 H202O
三、电解原理的应用
以碳棒作电极电解饱和氯化钠溶液的电 极反应式及总反应
阳极 ： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极 ：2H+ +2e－＝ H2 ↑ 总反应：2NaCl+2H2O＝电＝解 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑
21
1、电解饱和食盐水反应原理
在U型管里装入饱和食 盐水，用一根碳棒作阳 极，一根铁棒作阴极。 接通直流电源
电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢 复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。
17
⑷、电解活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水 都有一部分被电解，如电解NaCl溶液等。
阳极 (C)： 2Cl －－ 2e－＝Cl2↑ 阴极 (C)： 2H+ +2e－＝ H2 ↑ 总反应：2NaCl+2H2O＝电＝解 2NaOH+ Cl2↑ + H2↑
精制时加入的试剂顺序为:
(NaOH) (Na2CO3)
BaCl2→Na2CO3→NaOH→HCl
除SO42-
除Ca2+﹑过量 的Ba2+
除Mg2+﹑Fe3+
除CO32-,并调 节溶液PH值
有关离子 方程式: Ba2++SO42-=BaSO4↓,
第9章---第2节
菜
单
高考新课标大一轮总复习 · 配人教版 · 化学 三、金属的腐蚀与防护 1．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 ．
基 础 · 回 扣 · 检 验
随 堂 · 分 类 · 练 习
考 点 · 突 破 · 方 法
课 时 · 知 能 · 训 练
菜
单
高考新课标大一轮总复习 · 配人教版 · 化学 2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
考 点 · 突 破 · 方 法 随 堂 · 分 类 · 练 习
基 础 · 回 扣 · 检 验
【答案】 (1)负 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 溶液中有红褐色 答案】 负 ＋ 沉淀生成 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；4Fe(OH)2＋O2＋ ＋ 2H2O===4Fe(OH)3 (2)阴 2Cl－－2e－===Cl2↑ 用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近 ，若 阴 用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F， 试纸变蓝，则产生的气体是 试纸变蓝，则产生的气体是Cl2 (3)AE
随 堂 · 分 类 · 练 习
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课 时 · 知 能 · 训 练
菜
单
高考新课标大一轮总复习 · 配人教版 · 化学 二、电解原理的应用
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考 点 · 突 破 · 方 法
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菜
单
高考新课标大一轮总复习 · 配人教版 · 化学
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菜
单
高考新课标大一轮总复习 · 配人教版 · 化学 (2010·全国高考 下图是一个用铂丝作电极，电解稀的 全国高考)下图是一个用铂丝作电极 全国高考 下图是一个用铂丝作电极， MgSO4，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示 电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。 指示 剂的pH变色范围 变色范围： ～ ，酸色—红色 碱色—黄色 红色， 黄色) 剂的 变色范围：6.8～8.0，酸色 红色，碱色 黄色 回答下列问题： 回答下列问题： (1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正 下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正 确的是________(填编号 ； 确的是 填编号)； 填编号 管溶液由红变黄； ①A管溶液由红变黄； ②B溶液由红变黄 管溶液由红变黄 溶液由红变黄 ③A管溶液不变色 管溶液不变色 ④B管溶液不变色 管溶液不变色 (2)写出 管中发生反应的反应式：______； 写出A管中发生反应的反应式 写出 管中发生反应的反应式： ； (3)写出 管中发生反应的反应式： _____； 写出B管中发生反应的反应式 写出 管中发生反应的反应式： ； (4)检验 管中气体的方法是_________； 检验a管中气体的方法是 ； 检验 管中气体的方法是 (5)检验 管中气体的方法是 检验b管中气体的方法是 检验 管中气体的方法是________； ； (6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观 电解一段时间后， 电解一段时间后 切断电源， 察到的现象是______。 察到的现象是 。
9第9章 电分析化学法导论
9-2-2 盐桥-液接电位的消除
盐桥中KCl浓度相应的液接电位
KCl盐桥作用
0.01mol· L-1 0.1mol· L-1
CKCl/ mol· L-1 0.1 0.2 0.5 1.0 2.5 3.5 饱和
液接电位/ mv 27 20 13 8.4 3.4 1.1 <1
液 1.2mV
作用：隔离、接通电路、减小液接电位
① H+ + e = H
② H+ H+ =H2+ 慢，决定整个反应速度
③ H2++e=H2↑ 要使反应 ② 加快，必须增加活化能，使
φc→负
9-5-3 超电位
定义：由于极化，使实际电位和可逆电位之间存在差异，此
差异即为 超电位
影响因素： ⑴电流密度， ⑵T， ⑶电极材料不同，不同 ⑷产物是气体的电极，其大，析出物为金属其小
第9章 电分析化学法导论
9-1 电化学电池
9-2 9-3 9-4 9-5 9-6
液体接界电位与盐桥 电极电位 一般电极反应过程 电极的极化和超电位 电极的类型
电分析化学法
又称电化学分析法---
应用电化学原理和实验技术建立起来的一类分析方
法的统称。 依据被测物溶液的电化学性质及其变化而建立起来 的分析方法。 根据电学参数可分为：电导法、电位法、电解分析法、 库仑分析法、伏安法和极谱法等
1.反应中的氧化剂与还原剂必须分隔开来，不能使其直接 接触，并保持两种溶液都处于电中性
2.电子由还原剂传递给氧化剂，要通过溶液之外的导线 （外电路） 反应装置－电化学电池（化学电池）
9-1-1 原电池与电解池
1.原电池 (以Cu-Zn原电池为例） 自发地将本身的化学能转变成电能的装置-化学电池
电解池的工作原理及应用精品PPT课件
化学能转变成电能的装置。 自发的氧化还原反应
①活动性不同两电极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路
负极：较活泼金属； 正极：较不活泼金属(或能导 电的非金属等)
负极：氧化反应 正极：还原反应
电解池
将电能转变成化学能的装置。非 自发的氧化还原反应
①两电极接直流电源 ②电极插入电解质溶液 ③形成闭合回路
阳极：电源正极相连 阴极：电源负极相连
分析电解反应的一般思路 判断电解池的阴、阳极 溶液中存在的离子
离子的移动方向及放电顺序 两极上的电极反应
电解Na2SO4溶液的分析 阳极
阴极
氧
氢
气
气
实例
电极反应
浓度 PH 复原
值
Na2SO4
阳极: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑
阴极: 4H ++ 4e- = 2H2 ↑
通电
2H2O
2H2 ↑+O2 ↑
常见阳离子放电顺序： Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
阳极：_失__电子，发生_氧_化__反应，离子 还__原_性__越强，反应越容易。
①当阳极为惰性电极(石墨、铂、金)时,常见阴离子 放电顺序：
S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F－
（3）电解反应的化学方程式＿C＿uC＿l2＿＝＿C＿u ＿+ C＿l2。￪
（4）在上述电解反应中，被氧化的物质是＿C＿uC＿l2＿，
被还原的物质是＿＿＿C＿uC。l2
①活动性不同两电极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路
负极：较活泼金属； 正极：较不活泼金属(或能导 电的非金属等)
负极：氧化反应 正极：还原反应
电解池
将电能转变成化学能的装置。非 自发的氧化还原反应
①两电极接直流电源 ②电极插入电解质溶液 ③形成闭合回路
阳极：电源正极相连 阴极：电源负极相连
分析电解反应的一般思路 判断电解池的阴、阳极 溶液中存在的离子
离子的移动方向及放电顺序 两极上的电极反应
电解Na2SO4溶液的分析 阳极
阴极
氧
氢
气
气
实例
电极反应
浓度 PH 复原
值
Na2SO4
阳极: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑
阴极: 4H ++ 4e- = 2H2 ↑
通电
2H2O
2H2 ↑+O2 ↑
常见阳离子放电顺序： Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
阳极：_失__电子，发生_氧_化__反应，离子 还__原_性__越强，反应越容易。
①当阳极为惰性电极(石墨、铂、金)时,常见阴离子 放电顺序：
S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F－
（3）电解反应的化学方程式＿C＿uC＿l2＿＝＿C＿u ＿+ C＿l2。￪
（4）在上述电解反应中，被氧化的物质是＿C＿uC＿l2＿，
被还原的物质是＿＿＿C＿uC。l2
【中国科学技术大学物理化学课件】第9章 - 电解与极化概述
4）H2 从电极扩散到溶液内或成气泡逸出。
存在两种理论：
1）迟缓放电理论：
电化学脱附为控制步， 较高，适用
于 Hg，Ag，Zn … 上的极化；
2）复合理论：
复合脱附为控制步， 较低，适用于 Pt，Pd … 上的极化。
3. 迟缓放电理论推导 Tafel 公式
基本思路：
导出电极电势的改变量 （或 ）与电
= i （ i 0）
其中 为常数，与金属的性质有关。
2. 氢离子的阴极还原机理
氢离子电极过程的基本历程： 1） H+向电极表面扩散； 2） H+吸附到电极表面：H+ H+吸 3） H+在电极表面放电并脱附： H+吸 + e ⇌ H吸 H吸+ H+ + e ⇌ H2 （电化学脱附） 或：H吸+ H吸=H2 （复合脱附）
H2O H2 + ½ O2
E可逆 = H+/O2 H+/H2 = 1.23 V
而 E分解 E可逆
（如 H2SO4：E分解 = 1.67 1.23V）
b）中间几个数据，电解反应： HCl ½ H2 + ½ Cl2
E可逆 = Cl/Cl2 0.05916 lg (m )2
化学反应速度（电流密度 i）的关系。
控制步骤为电化学脱附放电过程：
H吸+ H+ + e ⇌ H2
一般地表为：
Ox Ze
Re ( k , k)
Ox Ze
Re ( k , k)
考虑电解过程阴极极化，极化后使 变小
物理化学课后答案第9章电解与极化作用.ppt
2019/3/22
金属的电化学腐蚀和防腐
电化学腐蚀的例子：
铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？ 带有铁铆钉的铜板若 暴露在空气中，表面被潮 湿空气或雨水浸润，空气 中的CO2,SO2 和海边空气中 的NaCl溶解其中，形成电 解质溶液，这样组成了原 电池，铜作阴极，铁作阳 极，所以铁很快腐蚀形成 铁锈。
2 + 2 +
这时组成原电池的电动势为 0.204V ，是自发电池。
2019/3/22
腐蚀时阴极上的反应
（2）耗氧腐蚀 如果既有酸性介质，又有氧气存在，在阴极上发 生消耗氧的还原反应：
+ O( g ) + 4 H 4 e 2 HO 2 2
R T 1 E ( O|HO E l n 2 2 ,H) 4 4 F a a + O 2 H
R T E ( A | A ) E ( A | A ) l n a () 阳 z A z F
z z
2019/3/22
9.3 电解时电极上的反应
分解电压
确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出 电势相减，就得到了实际分解电压。
因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所以 用阳极析出电势减去阴极析出电势。
2019/3/22
极化的类型
根据极化产生的不同原因，通常把极化大致分为 两类：浓差极化和电化学极化。 （2）电化学极化 电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应
速率较慢，需要较高的活化能，为了使电极反应顺
利进行所额外施加的电压称为电化学超电势（亦称
为活化超电势），这种极化现象称为电化学极化。
2019/3/22
2019/3/22
氢气在几种电极上的超电势
2019/3/22
金属的电化学腐蚀和防腐
电化学腐蚀的例子：
铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？ 带有铁铆钉的铜板若 暴露在空气中，表面被潮 湿空气或雨水浸润，空气 中的CO2,SO2 和海边空气中 的NaCl溶解其中，形成电 解质溶液，这样组成了原 电池，铜作阴极，铁作阳 极，所以铁很快腐蚀形成 铁锈。
2 + 2 +
这时组成原电池的电动势为 0.204V ，是自发电池。
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腐蚀时阴极上的反应
（2）耗氧腐蚀 如果既有酸性介质，又有氧气存在，在阴极上发 生消耗氧的还原反应：
+ O( g ) + 4 H 4 e 2 HO 2 2
R T 1 E ( O|HO E l n 2 2 ,H) 4 4 F a a + O 2 H
R T E ( A | A ) E ( A | A ) l n a () 阳 z A z F
z z
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9.3 电解时电极上的反应
分解电压
确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出 电势相减，就得到了实际分解电压。
因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所以 用阳极析出电势减去阴极析出电势。
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极化的类型
根据极化产生的不同原因，通常把极化大致分为 两类：浓差极化和电化学极化。 （2）电化学极化 电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应
速率较慢，需要较高的活化能，为了使电极反应顺
利进行所额外施加的电压称为电化学超电势（亦称
为活化超电势），这种极化现象称为电化学极化。
2019/3/22
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氢气在几种电极上的超电势
2019/3/22
第9章可逆电池的电动势及其应用解读
阳极 （Ag＋AgCl(s)）： Ag (s) + Cl - → AgCl (s) + e 总反应： ½Zn2++ Ag(s)+Cl - → ½ Zn(s)+AgCl(s) ----- (2) 充放电时电流都很小，两个总反应正好相反，上述电池为可逆电池。 若充电时施以较大的外加电压，有较大的电流通过，虽然电池反应仍 可按（2）式进行，但能量是不可逆的，∴ 仍旧为不可逆电池。
氢电极
卤素电极 汞齐电极
Pt, H2 (g) | H + (aq)
Pt, Cl2 (g) | Cl Na+ (a+) | Na (Hg) (a) 正极 a—Na(Hg) 活度
（2）第二类电极
难溶氧化物电极：由金属表面覆盖一薄层该金属氧化物，插入含 H+ 或 OH- 的溶液中构成的电极。
OH- (a -) | Hg (l) ＋ HgO (s)
Cd(Hg)│CdSO4 ·8/3H2O (s)│CdSO4 (饱和)│CdSO4 ·8/ 3H2O(s)│Hg2SO4+ Hg (l)
特点：电池反应可逆，电动势稳定，随温度（ CdSO4· 8/ 3H2O(s)的溶解 度）变化波动小。 20℃ E ＝1. 01845 V 25℃ E ＝1. 01832 V
（2）由 电动势E 及其温度系数 (∂E / ∂T)p 求 r Hm 及 r Sm 吉布斯－亥姆霍兹公式： [ ∂ ( G /T ) / ∂ T ] P = - H / T 2 将 rGm = - zEF 代入 rHm＝ - zEF ＋ zET (∂E / ∂T)p rHm＝ rGm ＋ T rSm 常温下 QR=T rSm = zTF (∂E / ∂T)p
物理化学中国石油大学课后习题答案第9章
问当外加电压逐渐增加时，两电极上首先分别发生什么反应？这时外加电压至少为多
少？（设活度系数均为 1，并不考虑超电势）
( ) ϕ ϕ = = −0.250V 解： Ni2+ ,Ni
1.0 mol⋅kg −1 Ni2+ ,Ni
-1-
物理化学习题解答
ϕ ϕ( ) = = −0.402V Cd2+ ,Cd
1.0mol⋅kg−1 Cd 2+ ,Cd
ϕH+ ,H2
=
RT F
ln
a H
+
=
RT F
ln 10−7
= −0.414V
则在阴极上首先发生的反应是Ni2+还原成Ni析出
ϕCl2 ,Cl−
( ) 1.0mol⋅kg−1 = ϕ − Cl2,Cl−
RT F
ln
a Cl
−
= 1.304V
ϕO2 ,OH −
物理化学习题解答
ϕ Ag2O, Ag
= ϕ! AOH
−
= 0.344 − 8.314× 298 × ln 0.01 = 0.462V 96500
所以阳极先发生Ag氧化为Ag2O
E分解 = 0.462 − (−1.58) = 2.04V
7.在 298K , p! 压力时，以Pt为阴极，C(石墨)为阳极，电解含CdCl2(0.01 mol⋅kg-1)和 CuCl2(0.02 mol⋅ kg-1)的水溶液。若电解过程中超电势可忽略不计，试问：(设活度系数均 为 1)
H+ ,H2
则 −0.7924 > −1.1338 − 0.116 lg j j > 1.14×10−3 A ⋅ cm−2
即电流密度应控制在 1.14×10-3A·cm-2以下时，H2气才不会和锌同时析出。 5. 在 298K时，当电流密度为 0.1 A·cm-2时，H2(g)和O2(g)在Ag(s)电极上的超电势分别为 0.87 和 0.98V。今用Ag(s)电极插入 0.01mol· kg-1的NaOH溶液中进行电解，问在该条件下 在两个银电极上首先发生什么反应？此时外加电压为多少？（设活度系数为 1） 解：阴极可能发生的反应有：
微生物电解池 微生物燃料电池
微生物电解池微生物燃料电池微生物电解池和微生物燃料电池是两种不同的技术，但都属于微生物电化学领域。
这些技术可以将微生物的代谢能力应用于能源转换中，可以用于废水处理和能源生产。
本文将介绍微生物电解池和微生物燃料电池的基本原理、构造和应用。
微生物电解池微生物电解池（Microbial electrolysis cell，简称MEC）是一种利用微生物在电化学反应过程中催化底物的代谢能力来去除有机物、转化氮、还原氧化物和产生氢气的设备。
它是一种先进的废水处理技术和一种新型的能源生产方式。
与传统的生物处理技术相比，MEC具有很强的适应性和更高的效率。
MEC的核心是微生物群体，它们在电极表面定居形成生物膜。
反应池中设置两个电极，由于微生物与电极表面的联系，导致底物在电极附近被催化，生成电子和离子，电子由电极收集，离子则通过渗透膜传递到另一极，最终在另一极还原，形成产物。
例如，当底物为氢氧化钠时，电极表面的微生物会将其催化为氢气和氢氧化物离子。
MEC的构造设计通常分为双室型和单室型。
单室型MEC 是将阳极和阴极直接置于反应池内，通过设立特殊的分隔膜，防止微生物与反应物直接接触。
而双室型MEC则将阳极和阴极隔离成两个不同的室内，通过中间渗透膜来实现质子传递。
单室型MEC的优势在于结构简单，易于操作；而双室型MEC则可以进一步提高产氢效率和底物转化率。
MEC技术的应用领域主要是废水处理和能源生产。
在废水处理领域，MEC可以将大量的有机物转化为有价值的氢气和水，具有高效处理废水，减少污染的优点。
在能源生产领域，MEC可以直接将废水转化为氢气，等效于水电解，但过程中不需要外部能源，因此被广泛看作未来非化石能源的重要发展方向。
微生物燃料电池微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，简称MFC）是一种利用微生物在氧化还原反应中的代谢能力，将底物转化为电能的设备。
它是一种新型的生物能源转换技术，可以利用自然和人工环境中的有机废料产生电能。
第9章---解题方法策略
高考新课标大一轮总复习 · 配人教版 · 化学 2．解题思路 ． 注意反思解题途径，要建立解决问题的“原型” 其程序如下： 注意反思解题途径，要建立解决问题的“原型”。其程序如下：
高考新课标大一轮总复习 · 配人教版 · 化学 (2010·福建高考 铅蓄电池的工作原理为：Pb＋PbO2＋ 福建高考)铅蓄电池的工作原理为 福建高考 铅蓄电池的工作原理为： ＋ 2H2SO4===2PbSO4＋2H2O装置如图，下列判断不正确的是 装置如图， 装置如图 下列判断不正确的是(
高考新课标大一轮总复习 · 配人教版 · 化学
蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用， 蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用，下 式是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应： ＋ 式是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：Fe＋NiO2＋ 2H2O Fe(OH)2＋Ni(OH)2 下列有关对爱迪生蓄电池的推断错误的是( ) 下列有关对爱迪生蓄电池的推断错误的是 A．放电时，Fe作负极，发生氧化反应 作负极， ．放电时， 作负极 B．放电时，NiO2作正极，发生还原反应 作正极， ．放电时， C．充电时，阴极上 放电， ．充电时，阴极上Fe(OH)2放电，发生氧化反应 D．蓄电池的电极应浸入碱性电解质溶液中 ． 解析】 放电时为原电池原理， 作负极发生氧化反应 作负极发生氧化反应， 【解析】 放电时为原电池原理，Fe作负极发生氧化反应，有化 合价升高过程， 在正极发生还原反应，有化合价降低的变化。 合价升高过程，NiO2在正极发生还原反应，有化合价降低的变化。 A、B项正确；充电时阴极发生还原反应，C项错误；此蓄电池中有 项正确； 项错误； 、 项正确 充电时阴极发生还原反应， 项错误 Fe(OH)2、Ni(OH)2等能溶于酸的弱碱，所以电解质溶液不能是酸， 等能溶于酸的弱碱，所以电解质溶液不能是酸， 应是碱性溶液。 应是碱性溶液。 答案】 【答案】 C
《电解池》PPT授课-课件【人教版】
（已知：氧化性Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）
A．阳极发生还原反应，其电极反应式： Ni2+ + 2e— = Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加 相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和 Zn2+
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
通电 2NaCl+2H2O === 2NaOH + Cl2↑ + H2 ↑ 工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。
程式A.l3+~3Cl-~3e-~3OH-~Al(OH)3
Ａ：2Ｈ＋＋2ｅ－→Ｈ２↑
依据电路中转 移电子相等
3H2 ~ 6e- ~ 2Al(OH)3 ~热量 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);
3mol
2×78g QKJ △H=-285.8KJ/mol1.56g 8.5７4KJ
《电解池》PPT授课-课件【人教版】 优秀课 件（实 用教材 ）
活泼性在铜之后的银、金等：
还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单 质的形式留在溶液中，成为阳极泥。
阴极： Cu2++ 2e- → Cu
电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。
（05天津高考12 ）金属镍有广泛的用途。粗镍中含 有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯
度的镍，下列叙述正确的是（ D ）
点 的离子
生成了新物质
联系
电解必须建立在电离的基础上
小结2 原电池和电解池知识总结比较表
内容
原电池
电极 较活泼金属做负极 规定
电极 反应
负极发生氧化反应
电子移 动方向
负极流向正极
A．阳极发生还原反应，其电极反应式： Ni2+ + 2e— = Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加 相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和 Zn2+
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
通电 2NaCl+2H2O === 2NaOH + Cl2↑ + H2 ↑ 工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。
程式A.l3+~3Cl-~3e-~3OH-~Al(OH)3
Ａ：2Ｈ＋＋2ｅ－→Ｈ２↑
依据电路中转 移电子相等
3H2 ~ 6e- ~ 2Al(OH)3 ~热量 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);
3mol
2×78g QKJ △H=-285.8KJ/mol1.56g 8.5７4KJ
《电解池》PPT授课-课件【人教版】 优秀课 件（实 用教材 ）
活泼性在铜之后的银、金等：
还原性比铜差的，不能失去电子，它们以单 质的形式留在溶液中，成为阳极泥。
阴极： Cu2++ 2e- → Cu
电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。
（05天津高考12 ）金属镍有广泛的用途。粗镍中含 有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯
度的镍，下列叙述正确的是（ D ）
点 的离子
生成了新物质
联系
电解必须建立在电离的基础上
小结2 原电池和电解池知识总结比较表
内容
原电池
电极 较活泼金属做负极 规定
电极 反应
负极发生氧化反应
电子移 动方向
负极流向正极
人教版化学选修4《电解池》PPT文档共24页
人教版化学选修4《电解池》
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
Байду номын сангаас
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
Байду номын сангаас
电解池的工作原理中小学PPT教学课件
负极
还原
• ②阴极：与电源 相连的电极，发生 反应。
• (4)形成闭合回路阳。极
阴极
• 4．电流流向
• 5．电极反应式
• A极为阳极，电极反应式2C为l－－2e－===Cl2↑
。
Cu2＋＋2e－===Cu
• B极为阴极，Cu电Cl2极=通==反电==应Cu式＋C为l2↑ 。
• 总反应式为
。
阴离子
阳离子
解Na2SO4溶液的本质是电解水，其电解总方程式为 2H2O =电==解== 2H2↑＋O2↑，a极逸出H2多于b极逸出的O2， 故A不正确。
• 【答案】 D
•【规律技巧】 ①处理有关电解池两极产物的问 题，一定要先看电极，看电极是活性电极 还是惰性电极。活性电极在阳极放电，电 极溶解生成相应的金属离子，此时阴离子 在阳极不放电。对于惰性电极，则只需比 较溶液中定向移动到两极的阴阳离子的放 电顺序即可。
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条 件
弱酸 中性
水膜呈 性或 .
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
较强酸性
水膜呈
2H＋＋2e－===H2↑
.
正
极
Fe－2e－===Fe2＋
反
.
.
应 2Fe＋O2 ＋ 2H2O===2Fe(OH)2 2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑
负 极
• 3.金属的防护方法
• (1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
足量的铜离子。通电一段时间后，
若A极恰好全部溶解，此时B极 质量增加7.68 g，溶液质量增加 0.03 g，则A极合金中Cu、Zn的 原子个数之比为( )
• 【答案】 C
• 【规律方法】 ①解答有关电解的计算， 关键是正确判断离子的放电顺序及电极产 物。
电解池课件
•X Y • a Pt
Cu
b
CuSO4溶液
NaCl和酚酞溶液
5.工作原理
－
－- ＋ e
阴极
Cu
＋
阳极
eoooo oooo oooo oooo oooo oooooooooooo ooooooooooo
Cl2
Cu2+
Cl
Cl
单击电子流动
电解氯化铜溶液实验装置
电解池小结
1、电源、电极、电极反应关系
与电源正极相连 发生氧化反应
阴离子移向
阳离子移向
阳极
阴极
2.电解池： 电能转变为化学能的装置。 是电能转变为化 学能的装置！ 3.构成电解池的条件： ①直流电源； 与电源负极相连的电极为阴极 ②阴、阳电极 与电源正极相连的电极为阳极 ③电解质溶液或熔融电解质；
C
C
4.放电顺序：
阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电 极反应常用惰性电极，发生反应的是溶液中的阳 离子。氧化性强的离子先得电子
电解熔融状态的氧化铝。
阳极：6O 2- －12e- == 3O2↑
阴极： 4Al 3+ + 12e- == 4Al
总反应： 2Al2O3(熔融)
通电
冰晶石
4Al + 3O2 ↑
二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。
2、电镀 把待镀的金属制品作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层 金属离子的溶液作电镀液。在直流的作用下，镀层表面就覆 盖一层均匀光洁而致密的镀层。 3、电冶金属 制取金属钠 电解熔融状态的氯化钠。
如NaCl
如CuSO4、AgNO3
Ⅱ与Ⅳ区：电解水型
Cu
b
CuSO4溶液
NaCl和酚酞溶液
5.工作原理
－
－- ＋ e
阴极
Cu
＋
阳极
eoooo oooo oooo oooo oooo oooooooooooo ooooooooooo
Cl2
Cu2+
Cl
Cl
单击电子流动
电解氯化铜溶液实验装置
电解池小结
1、电源、电极、电极反应关系
与电源正极相连 发生氧化反应
阴离子移向
阳离子移向
阳极
阴极
2.电解池： 电能转变为化学能的装置。 是电能转变为化 学能的装置！ 3.构成电解池的条件： ①直流电源； 与电源负极相连的电极为阴极 ②阴、阳电极 与电源正极相连的电极为阳极 ③电解质溶液或熔融电解质；
C
C
4.放电顺序：
阴极：无论是惰性电极还是活性电极都不参与电 极反应常用惰性电极，发生反应的是溶液中的阳 离子。氧化性强的离子先得电子
电解熔融状态的氧化铝。
阳极：6O 2- －12e- == 3O2↑
阴极： 4Al 3+ + 12e- == 4Al
总反应： 2Al2O3(熔融)
通电
冰晶石
4Al + 3O2 ↑
二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气。
2、电镀 把待镀的金属制品作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层 金属离子的溶液作电镀液。在直流的作用下，镀层表面就覆 盖一层均匀光洁而致密的镀层。 3、电冶金属 制取金属钠 电解熔融状态的氯化钠。
如NaCl
如CuSO4、AgNO3
Ⅱ与Ⅳ区：电解水型
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基于氢气的总回收物质的量与理论值之比，产氢效率为：
rCat
nH 2 nCE
整体氢气回收率最大为rH2 =l mol/mol，而对于葡萄糖，氢气产率最大值为 YH2= 0.126 gH2/gCOD。
能量回收
氢气作为能源的优点
• 优点一 质量最轻的元素。
• 优点二 导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数 高10倍。 • 优点三 自然界中存在的最普遍的元素。
产氢速率
特点一
氢的主要来源是 水，以水裂解制 氢应是当代高技 术的主攻方向。
产氢速率研究
特点二
电解是一种制备 高纯氢气的传统 方法，制得的氢 气的纯度可达 99.9%，但是此工 艺只适用于水力 资源丰富的地区 ，并且耗电量较 大。
特点三
在MEC中，人 们已经成功地实 现了由纤维素、 葡萄糖、乙酸、 丙酸、丁酸、乳 酸以及戊酸生产 氢气。
YH 2
n M H 2 H 2 VLCS
产氢速率 计算题
葡萄糖细菌发酵最多生成4 molH2/mol葡萄糖。(a)将这个结果与MEC系统 最大摩尔产氢量对比。(b)将此结果转化为30℃下的体积产量。
(a)为了计算摩尔产量，首先把葡萄糖在厌氧条件下生成CO2的化学方程式配平： C6 H12 O6+ 6H2O→6CO2+12H2 这样，氧化1 mol葡萄糖转移24 mol的电子，生成12 mol的氢气。质量产率如下：
产氢速率 产氢转化过程总结
氢气回收率
计算方法
最大产氢物 质的量
阴极氢回收 率
整体氢回收 率
氢气回收率
最大产氢物质的量
氢气产率代表了基于COD去除的氢气产量，氢气回收率则以更细致的分 析指标表征了系统性能。例如针对特定的底物，氢气的摩尔产量nth为：
nt
h
bH2/
SVLCS MS
理论上基于COD去除的最大氢气产率(gH2/gCOD)为：
产氢速率
产氢速率表示
MEC系统的性能可以用多种方法来表征。产氢率就是其中的一个，它基于 COD去除率和YH2(mgH2/mgCOD)：
YH 2
n M H 2 H 2 VLCOD
氢气的物质的量依照下面的公式计算：
nH 2
V H
2
p
RT
对于已知的底物，较容易计算出底物消耗的质量。假设CS为底物变化的质 量，摩尔质量为Ms，则产率YH2（gH2/g底物）为：
m H 2 3m 0 L 0 g d 5 · c L C 0 1 a 5 c 0 O 0 p a 0 . g 1 g D p C 2 2 1 H k 6 5 m O 0 g 3 d g D 6 6 . 8 5 1 4 5 k 0 g (b)据以上条件，氢气的价值为：
价值 6.8 4 150 k g$6$2.7 5 160 /yr yrkg
微生物电解池(第9章)
操作原理Biblioteka 操作方法电解池中与电源负极相连为阴极，阳离子在该极接受电子被还原； 与电源正极相连为阳极，阴离子或电极本身失去电子被氧化。该电解池通 过阳极微生物的作用，将溶液中有机物降解，同时产生氢离子和电子，电 子通过电子载体传递到阳极，再经外电路到达阴极，氢离子通过质子交换 膜或直接通过电解质到达阴极，在外加低电压电源的作用下，在阴极上还 原为氢气。
Y H 2 1 m m l2 lg o 2 u o m 2 g lH 2 2 H o 1 1 m lg l8 H lg o g u 0 1 .0 lg g u 6 g C l0 .u O 1g 2 D 2/ H 6 gCO (b)利用理想气体定律计算氢气体积得：
Y H 2 0 .g 1g C 2 2 H 6 0 O .0 m L 8 D k a o 2 t1 3 la 1 m k 0 t1 m 2 m g 32 2 H o 1 3 L l m 0 H 1 Lm 57 2 /L g 0 C H
操作原理
操作方法优点
优点一 原料来源广泛 优点二 清洁高效，无二次污染 优点三 应器设计简单，操作条件温和
优点一
优点二
优点三
操作原理
大多数为混合菌，相对于纯菌，混 合菌抗环境冲击能力强、可利用的基质 范围广
采用碳布或碳纸为基材，将催化剂 涂布或采用电沉积技术附着在阴极上
产氢微生物
阴极催化剂
阳极
采用无腐蚀性的导电材料作为阳 极，从阴极的具体形式上可以将阳极 分为平板式和填料型2种
CE
nCE是电路回收电子总物质的量的一半。同时，nth是完全氧化底物转移电 子总数的一半。因此，氢气库仑回收率r CE与库仑效率相同。
氢气回收率 阴极氢回收率
已知由电路电流计算出氢气的回收量，就可以知道实际电流产生多少 氢气。其中，rCat是阴极氢气的回收率。
BEAMR研究中的氢气回收率
氢气回收率 整体氢气回收率
反应器及操作参数优化 双室、单室、连续式加式
操作原理 微生物燃料电池研究方向
向
研究高效廉价产氢电极的催化 剂，提高电子的传递速率。
方
进一步优化反应器的结构。
究
扩大底物利用范围。
研
研究采用膜技术对氢气进行选择
性纯化。
MFC系统
MFC系统
1
以阳极微生 物作为催化剂,利 用电化学技术将 废水中有机物的 化学能转化为氢 能的装置。
• 优点四 除核燃料外氢气的发热值是所有化石燃料、化 工燃料和生物燃料中最高的
优点
能量回收
燃烧性能好，与空气混合时有 广泛的可燃范围，而且燃点高，燃 烧速度快。
无毒
利用形式多
优点
可以取消远 距离高压输电
可以以气态、液态或固态金 属氢化物的形式出现
氢气可以减轻燃料自重
能量回收 处于“中试”阶段的氢气研究
nth YthVLCOD
氢气回收率
最大产氢物质的量
现在，基于库仑效率和阴极氢气回收的物质的量，就可以解释氢气损失 是如何发生的了。库仑氢气回收率（库仑效率）是基于测量的电流，计算得 到的氢气物质的量nCE为：
t
Idt
nCE
t0
2F
则库仑氢气回收率r CE可以由下式计算得到：
rCE
nCE nth
2
由阳极和阴 极组成,中间用质 子交换膜（PEM） 分开。
3
使用的是自然 界筛选到的微生 物和醋酸。
MFC系统
相关计算题
一个人口为100000的城市的生活污水可产生多少氢气？(a)计算例1 中每年可产生氢气的质量？(b)假设每千克氢气为6美元，这些氢气的价 值是多少？
（a）按例1中的计算结果得到的产氢量如下：