电化学基础讲义

C、Y ＞ X ＞ Z
D、Y ＞ Z ＞ X
把A、B、C、D四块金属片用导线两两相连，浸入稀硫酸中组成原电池。若A、B相连 时，A为负极；C、D相连时，D上产生大量气泡；A、C相连时，电流由C经导线流向A； B、D相连时，电子由D经导线流向B，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为 B
A、A＞B＞C ＞ D
等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量 的稀H2SO4，同时向a中加入少量的CuSO4 溶液，下列图表示产生H2的体积（V）与 时间（t）的关系，其中正确的是：D
X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硫酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原 电池时，Y为负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为 C
A、X＞Y ＞ Z B、X ＞ Z ＞ Y
锂电池：
可充电的绿色电池
负极：
锂
应用： 常用在电话机、照相机、汽车、计算机等中， 此外在工业、医学、军事上也有广泛的应用。
三、燃料电池
1、燃料电池的构成
燃料
电解质
溶液
O2
电解质溶液 ： KOH等强碱、 H2SO4等强酸、NaCl等盐溶液
电极材料 ：多孔性镍、铂
2、燃料电池的电极反应的书写
①先写总反应：燃料在氧气中的燃烧
4、电解反应的书写
①找出溶液中所有离子
②按放电顺序写出阴阳极反应
③加和得到总反应
若H+、OH－由水电离
则总反应中需将其变成H2O 所有总反应的条件均为电解
练习
电极材料
电解池
可以相同可以不同
阴阳极由外电源决定
原电池
不同
正负极由电极材料决定
极 负极：氧化反应 正极：还原反应 化学能→电能 负→导线→正 本身是电源，外接用电器
负极： Zn－2e－＝Zn2＋
④ (∨)
正极： 2H＋＋2e－＝H2↑ Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑ 总反应：
负极： Fe－2e－＝Fe2＋
⑤ (∨)
正极： Cu2＋＋2e－＝Cu 总反应：Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu Fe＋CuSO4＝Cu＋FeSO4
⑥
(×)
负极：
Zn－2e－＝Zn2＋ Cu2＋＋2e－＝Cu
②阳极： Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞ Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋＞ Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋
较大浓度时 先于H＋放电
3、电解池中离子放电顺序
①阳极：
金属＞S2－＞ I－＞ Br－＞ Cl－＞ OH－ 金属要求活动性Ag以前
②阳极： Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞ Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋
Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ （化学方程式）
2、原电池反应原理
电子：负极→正极 电流：正极→负极
①粒子流向
溶液中阴离子→负极
溶液中阳离子→正极
负极：氧化反应
②电极
反应
活泼金属失电子变阳离子
正极：还原反应 溶液中离子得电子 总反应：负极金属与电解液的离子反应
3、化学电池的反应本质
氧化还原反应
• 面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害 事实，大家有没有想过，铁怎么会被 腐蚀？怎样防腐？
一、金属的电化学腐蚀
1、金属腐蚀
是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。
2、金属腐蚀类型
①化学腐蚀 金属与接触到的干燥气体（O2、Cl2、SO2）或非电解质液体（石油）等发生化学反应 而引起的腐蚀
电化学基础
主讲老师：王龙 2018.03.18
电化学基础
第一节 原电池
思考题
1、锌片和铜片插入稀硫酸的现象是什么？ 2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中， 现象是什么？ 3、铜片为什么有气泡产生？ 4、如何检验证明是那种情况? 5、电子流向如何？ 6、该装置实现了怎样的能量转化?
把化学能直接转化为电能的装置——原电池
--2e - =Cl ↑ 阳 : 2Cl 2 NaCl 电解 阴: 2H++ 2e - =H2 ↑
减小 减小
部分离子 浓度减小 部分离子 浓度减小
电解 质和 CuSO 阳: 4OH--4e- =2H2O+O2↑ 4 水型 阴: 2Cu 2++ 4e- =2 Cu
电解质 和水
减小
加CuO
二、电解原理的应用
总反应： Pb ＋ PbO2 ＋2H2SO4 ＝2PbSO4 ＋2H2O
2PbSO4 ＋2H2O
充电 Pb ＋ PbO2 ＋ 2H2SO4 放电
放电过程为化学电池！
镍镉电池：
负极：Cd 正极：NiO(OH)
电解质：KOH 镍镉电池应用：收录机、无线对讲 机、电子闪光灯、电动剃须刀等 缺点：如不会回收会严重污染环境
负极：Zn＋2OH－－2e－＝ZnO+H2O
正极： Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－
总反应： Ag2O＋Zn＝ZnO＋2Ag
二、二次电池
放电
能量：
化学能
充电
电能
蓄电池放电过程工作原理
负极：Pb
Pb－2e－＋SO42－ ＝PbSO4
（难溶于水）
正极：PbO2
PbO2 ＋2e － ＋SO42－＋4H ＋ ＝PbSO4 ＋2H2O
电极名称 与电源负极相连的为阴极 活泼性较强的金属做负
与电源正极相连的为阳极
电极反应
能量变换 电子流向 特征
阳极：氧化反应 阴极：还原反应 电能→化学能 负→阴 阳→正
有外加电源
下列装置是否属于电解池？若是，写出电极反应
C C
Fe
C
Fe
C
Fe
C
Fe
C
Fe
Cu
H 2SO4 溶液
H 2SO4 溶液
CH 3 CH 2 OH
B、A ＞ C ＞ D ＞ B
C、C ＞ A ＞ B ＞ D D、 B ＞ A ＞ C ＞ D
4、原电池电极反应的书写方法
①总反应 负极金属与电解质溶液的离子反应
②负极反应
负极金属失电子变成阳离子的反应
③正极反应
总反应减去负极反应
电化学基础
第二节 化学电源
一、一次电池
一次电池 放电之后不能充电(内部的氧化还原反应不可逆)
1、电解饱和食盐水制烧碱、氯气、氢气
工业上用电解饱和食盐水溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一 系列化工产品，称为氯碱工业
阳：2Cl－ —2e－=Cl2↑
阴：2H++2e－ =H2 ↑
总：2NaCl+2H2O = 2NaOH + H2↑+Cl2↑ 电解
2、电镀
①定义
是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程
若有CO2生成，且电解质为强碱时， 考虑CO2+2OH—=CO32—+H2O
②再写正极 反应：
碱性 酸性
O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ O2＋4H+＋4e－＝ 2H2O 总反应减去正极反应
③最后写负极反应：
常见燃料：H2、NH3、CO、CH4、CH3OH等
电化学基础
第三节 电解池
下列属于原电池装置的是
②电化学腐蚀
不纯金属与电解质溶液接触，形成原电池，使金属失去电子被氧化
2、金属的电化学腐蚀类型
①析氢腐蚀
发生条件： 酸性
负极Fe：
Fe-2e-=Fe2+
正极C：
2H++2e-=H2↑
总反应:
Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 ↑
②吸氧腐蚀
常见
发生条件：
负极Fe：
中性、碱性
2Fe-4e-=2Fe2+
②装置 阳极 ：镀层金属（与电源正极相连）
阴极
：待镀金属制品（与电源负极相连）
电镀液：含镀层金属离子的溶液
③电极反应
阳极：（镀层） M —ne— = Mn+ 阴极：（待镀） Mn++ne— =M
3、电冶金
①对象：钠、钙、镁、铝这样的活泼金属
②电解液： 熔融的态电解质 ③实例 2NaCl (熔融) 2Al2O3 (熔融) 2Na+Cl2↑电解 4Al+3O2↑ 电解
2、电解池的反应原理
← e— 负极 还原反应 ↓e— ←e— 正极
↑e—
氧化反应
阴极
阳离子 Cu2＋＋ 2e－＝Cu
石墨||石墨
阳极
阴离子 2Cl－－2e－＝Cl2↑
电解质溶液
总反应：
2Cl－＋Cu2＋＝Cu+Cl2↑ 电解
2、电解池的反应原理
电子： ①粒子 流向 电流： 负极→阴极 正极→阳极
Na2SO4 4H++ 4e- =2H2 ↑
加H2O 加H2O 加H2O 加HCl 加CuCl2 加HCl
阳: 2Cl--2e - =Cl2 ↑
HCl 阴: 2H++ 2e - =H ↑ 2 电解 电解 CuCl2 阳: 2Cl--2e - =Cl2 ↑ 质型 阴: Cu 2++ 2e - = Cu
原电池将自发的氧化还原反应分割为氧化、还原两个反应在负、正两极 同时不同地进行，正负两极上进出电子总数相等。
根据电子守恒原理进行计算
练习
1、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由； 若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.
①
( ×)
②
(×)
负极： Zn－2e＝Zn2＋ ③ ( ∨) 正极： 2H＋＋2e＝H2↑ 总反应： Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑
• 金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失， 更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属 本身要大到无法估量。 • 腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。
• 国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因 某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌 陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化 工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道 和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体 如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和 附近居民的生命安全。
冰晶石
不能用AlCl3代替Al2O3 冰晶石用来降低Al2O3熔点
电化学基础
第四节 金属的电化学腐蚀与防腐
阅读：你有何感想？
金属腐蚀 • 我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生 产钢材37117.02万吨） ，每年被腐蚀的铁占到我国钢 铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占 到国内生产总值的2%~4%；约合人民币：3000亿元 （ 2005年我国国内生产总值将达15万亿元） 。 • 根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经 济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。 • 另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火 灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不 包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接 损失。
Fe
C
C
C
H 2SO4 溶液
CuCl2 溶液
A
B装置会出现怎么样的现象呢？
B
一、电解原理
1、电解池的构成条件
把电能转变为化学能的装置，又叫电解池 ①两极 阴极： 阳极： 两极材料可同可不同 石墨、 Au 或Pt作为电极时称惰性电极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路 与电源负极相连 与电源正极相连
④直流电源
1、原电池的构成条件
①两极： 正极： 负极： ②电解质溶液 ③形成闭合回路 较不活泼的金属或非金属(如石墨) 较活泼的金属
下列装置中属于原电池的是
失e－,沿导线传递，有电流产生
氧化反应
Zn－2e－＝Zn2＋
还原反应
负极 锌——铜 正极
原电池
阴离子
2H＋＋2e－＝H2↑
电解质溶液
阳离子
－＝Zn2＋ （氧化反应） Zn － 2e 负极： 电 极 2H＋＋2e－＝H2↑ （还原反应） 正极： 反 应 总反应： Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑ (离子方程式）
1、碱性锌锰电池
碱性锌锰干电池
负极是Zn、正极是MnO2 、电解质是KOH
负极：Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2
正极： 2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－
总反应： 2MnO2＋2H2O＋Zn＝Zn(OH)2＋2MnOOH
2、银锌纽扣电池
负极是Zn、正极是Ag2O 、电解质是KOH
阳氧阴还 阳极→正极 阴极→负极
溶液中阴离子 溶液中阳离子
→阳极
放电
→阴极
放电
阳极：氧化反应
②电极
反应
电极金属或溶液阴离子失电子
阴极：还原反应 溶液阳离子得电子变单质 总反应：阴阳极反应相加
3、电解池中离子放电顺序
①阳极：
金属＞S2－＞ I－＞ Br－＞ Cl－＞ OH－ ＞含氧酸根＞ F－
金属要求活动性Ag以前
⑦源自文库
( ∨)
正极：
总反应：Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu 或 Zn＋CuSO4＝ZnSO4＋Cu
2、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬 在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4 (D) 溶液，片刻后可观察到的现象是
A. 铁圈和银圈左右摇摆不定；
B. 保持平衡状态；
C. 铁圈向下倾斜； D. 银圈向下倾斜；
CuCl2 溶液 HCl CuCl2 混合溶液
CuCl2 溶液
A
B
C
D
E
F
练习：
类型 实例
H2SO4
电极反应 阳极:
实际电 电解质溶 溶液PH 解对象 液浓度
电解质溶 液复原
增大 H2O 增大 增大
HCl CuCl2
减小 增大 不变 增大 增大 增大
电解 4OH--4e- =2H2O+O2↑ NaOH 水型 阴极: