化学：第四章《电化学基础》课件(新人教版选修4)ppt课件

.,电化学基础,.,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.定向移动方向：电子、离子,外电路电子：负极导线正极内电路离子：阳离子正极阴离子负极,.,5.原电池的形成条件,(4)形成闭合回路。,（1）能自发地发生的氧化还原反应：,（2）电解质溶液：,（3）两个活性不同的电极：,.,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,.,（）盐桥的作用是什么？形成闭合回路。平衡电荷。,.双液原电池的工作原理,（）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,.,(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,.,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-2eCu2+正极：2Fe3+2e-2Fe2+,CuC,MgAl,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-,.,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：,.,2H24e-=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+10OH-8e-=CO32-+7H2O正极上是O2获得电子，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-电池放电后，溶液pH升高A.B.C.D.,A,.,5.“嫦娥一号”的成功发射，标志着我国航天技术已达到了一个新的领域。在航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+，则其正极反应式为_。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为_。,O2+4e-+4H+=2H2O,2H2-4e-+4OH-=4H2O,.,思维拓展以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液构成的原电池，人们普遍认为铝是负极。某研究性学习小组为探究该原电池究竟谁是负极，发生怎样的电极反应，进行了如下实验：如图，剪取约8cm的镁条及大小相近的铝片，用砂纸去膜，使镁条与铝片分别与量程为500A的教学演示电表的“”、“”端相连接，迅速将两电极插入盛有1mol/LNaOH溶液的烧杯中。,.,开始，电表指针向右偏移约500A，铝片表面有许多气泡，很快电流逐渐减小至0；随后，指针向左偏移，且电流逐渐增大至约400A，此时，铝片表面气泡有所减少，但镁条表面只有极少量的气泡产生。根据以上实验现象，回答下列问题：,.,(1)开始阶段，原电池的正极是_（填“Mg”或“Al”）片；铝片表面产生的气泡是_；负极发生的反应是。(2)随后阶段，铝片发生的电极反应式是_；镁条表面只有极少量的气泡产生，其原因是：2H2O+2e-=H2+2OH-（极少），试判断此电极发生的主要反应是_；铝片表面气泡有所减少，但未消失，产生这一现象的可能原因是。,Al,H2,Mg+2OH-2e-=Mg(OH)2,Al+4OH-3e-=AlO2-+2H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,铝片中含有杂质，构成原电池。,.,三、金属的腐蚀与防护,.,1.金属的腐蚀金属或合金跟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。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,（1）化学腐蚀与电化腐蚀,.,1.金属的腐蚀：金属或合金跟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。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,（1）化学腐蚀与电化腐蚀,.,2H+2e-=H2,Fe-2e-=Fe2+,Fe+2H+=Fe2+H2,思考与交流,析氢腐蚀：,负极：,正极：,电池反应：,当钢铁处于酸性环境中,析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀。,.,练习：请你根据原电池原理，写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应式及电池反应方程式。,2Fe-4e-=2Fe2+,O2+2H2O+4e-=4OH-,2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x)H2O,进一步反应：,负极：,正极：,电池反应：,.,（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）,电极反应,负极,正极,总反应式,水膜酸性较强,水膜酸性很弱或中性,Fe-2e-=Fe2+,2H+2e-=H2,O2+2H2O+4e-=4OH-,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,.,金属的腐蚀金属或合金跟周围到的气体或液体进行而腐蚀的过程。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,接触,化学反应,损耗,.,2.金属防护的几种重要方法,（1）改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。（2）在金属表面覆盖保护层，使金属和周围物质隔离开来。（3）电化学保护法：利用电解池反应将需要保护的金属作为电解池的阴极而受到保护或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。,还可以利用化学反应使金属钝化而受到保护,.,上述各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是。,讨论与交流,3.在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解池阳极的腐蚀原电池阴极的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀,5、2、1、3、4,.,思考与练习,.,1.保利集团在香港拍卖会上购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是Cu2(OH)2CO3这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是()A.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；B.环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；C.铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；D.它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；,D,.,2.下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（）,A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；,B.在氧化还原反应中甲比乙失去的电子多；,C.将甲乙作电极稀硫酸作电解质溶液组成原电池时甲是负极；,D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；,C,.,3.有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，试设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。,M,N,盐酸,若N产生气泡，则活泼性MN,.,4.将锌片和铜片用导线连接置于稀硫酸溶液中,下列各叙述正确性的是()A.锌片做负极，锌发生还原反应B.铜片做正极，铜得电子C.溶液中的PH值增大D.锌片、铜片同时有气泡冒出，说明锌片不纯,5.把a、b、c三种金属片浸泡在稀H2SO4中。若a、b相连时，a为负极；b、c相连时，c为负极；a、c相连时，c上有气泡冒出。则这三种金属的活动性顺序（）A.abc;B.acbC.cab;D.bac,CD,B,.,5.a今有2H2+O2=2H2O反应,KOH为电解质溶液构成燃料电池,则负极应通入_气,正极通入_气,电极反应为:负极_正极_b如把KOH改为H2SO4作导电物质则电极反应:负极_正极_a和b的电池液不同,反应进行后溶液的PH值各有何变化_c.如把H2改CH4,KOH作导电物质则电极反应为:负极_正极_总反应式_,氢,氧,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,2H2-4e-=4H+,O2+4H+4e-=2H2O,a变小b变大,CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O,2O2+4H2O+8e-=8OH-,CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,.,四、电解原理的应用,.,（一）电解池的定义、构成条件,(1)直流电源(2)两个电极（活性或惰性）(3)电解质溶液（或熔融电解质）(4)闭合回路,1.概念：电能转化为化学能的装置为电解池，它是一个非自发的氧化还原反应。,2.构成条件：,3.电极名称：,与电源负极相连的电极为阴极与电源正极相连的电极为阳极,电极的判断方法？,.,4.带电粒子定向移动方向：,“负极出电子，电子回正极”,电解池,必发生得电子的还原反应,必发生失电子的氧化反应,.,例1.判断下列装置的性质、现象、产物,.,1.通电前，溶液中有哪些离子？运动情况如何？,思考,3.当离子定向移动到电极表面时，发生的是什么类型的反应？,2.通电时，离子的运动情况有什么改变？,CuCl2=Cu2+2Cl-H2OH+OH-,阳离子：Cu2+、H+移向阴极阴离子：SO42-、OH-移向阳极,无规则运动,定向运动,氧化还原反应,.,4.离子放电顺序,活泼金属阳极S2-I-Br-Cl-OH含氧酸根,（1）阳极上（氧化反应）,(2)阴极上（还原反应）无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：,上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的金属其阳离子越难得到电子，但Fe3+氧化性较Cu2+强。,K+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+H+Cu2+Ag+,阳离子放电能力（得电子能力）逐渐增强,阴离子放电（失电子）能力：逐渐减弱,.,分析电解反应的一般思路（惰性电极电解时）,明确溶液中存在哪些离子,根据阳极氧化，阴极还原分析得出产物,阴阳两极附近有哪些离子,.,说出下列装置中电解池的阴阳极，写出电极反应式及总反应的化学方程式、离子方程式。,阳极：阴极：总反应：,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,（二）电极反应书写,HCl溶液,.,阳极：,阴极：,4H+4e-=2H2,H2SO4溶液,总反应：,4OH-4e-=2H2O+O2,.,4H+4e-=2H2,NaOH溶液,阳极：,阴极：,总反应：,4OH-4e-=2H2O+O2,.,阳极：,阴极：,4H+4e-=2H2,总反应：,Na2SO4溶液,4OH-4e-=2H2O+O2,.,阳极：阴极：总反应：,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,.,阳极：,4OH-4e-=2H2O+O2,阴极：,Cu2+2e-=Cu,总反应：,.,（三）电解质溶液发生电解的类型,1.分解溶质型例：CuCl2HCl2.电解水型例：NaOHH2SO4Na2SO43.放氢生碱型例：NaClKBr4.放氧生酸型例：CuSO4AgNO3,.,（1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH。（2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH。（3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。若为酸性pH，若碱性溶液，则溶液的pH，若为中性，则pH。,增大,减小,减小,增大,不变,（四）电解过程中溶液pH的变化规律,.,电解水型！,分解电解质型！,放氧生酸型！,放氢生碱型！,.,【思考】“实验派”经过反复、多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时pH值的变化如下图曲线：,（1）电解前氯化铜溶液的pH值处于A点位置的原因是什么？（2）“实验派”的实验结论是，该观点的理由是（从化学原理上加以简述）:,随着电解的进行,溶液的pH下降.生成的氯气溶于水使溶液酸性增强.,氯化铜为强酸弱碱盐,铜离子水解使溶液呈酸性.,.,电解质溶于水或受热融化状态,电解质电离后，再通直流电,电解质电离成为自由移动的离子。CuCl2=Cu2+2Cl-,只产生自由移动的离子,发生氧化还原反应生成了新物质,电解必须建立在电离的基础上,小结1,电解与电离的区别与联系,.,电解池与原电池的比较,较活泼金属做负极,阴极：连接电源负极的一极,负极发生氧化反应,阳极氧化,负极流向正极,阳极流向阴极,化学能变为电能,电能变为化学能,小结2,.,例.(2008江苏13)用惰性电极实现电解，下列说法正确的是（）A.电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶液pH减小C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:2D.电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:1,D,.,想一想？,如果要在某铁制品表面镀上一层银，请你选择合适的电极材料和电镀液，并写出电极反应方程式。,阴极某铁制品阳极金属银电镀液含有硝酸银的溶液,阳极：Ag=Ag+e-阴极：Ag+e=Ag,.,电解原理的应用-电镀,1.定义：,利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的过程。,2.目的：,4.电镀的特点：,3.电镀材料的选择：,阴极镀件,电镀液含有镀层金属离子的溶液,阳极镀层金属,使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。,1）阳极本身参加电极反应2）电解质溶液的浓度保持不变,.,电解原理的应用-铜的电解精炼,阳极：,Cu=Cu2+2e-,阴极：,Cu2+2e-=Cu,杂质比铜活泼的Zn、Fe等：,Zn=Zn2+2e-,Fe=Fe2+2e-,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。,电解质溶液硫酸铜的浓度略有减小。,.,（08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（）（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=NiB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,D,.,工业上利用这一反应，制取烧碱、氯气和氢气。,电解原理的应用-氯碱工业,想一想：在左面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间可能发生哪些化学反应？,.,（1）NaCl溶液中,NaCl电离出，H2O电离出。通电后，在电场的作用下，向阴极移动，向阳极移动。在阳极，由于容易失去电子，被氧化生成。阳极方程式：;（2）在阴极，由于容易得到电子被还原生成使H2O电离向右移动，因此阴极浓度增大PH。阴极方程式：。,2Cl-2e-=C