電化學(xué)基礎(chǔ)-原電池與電解池的原理課件

1、23工業(yè)生產(chǎn)電解銅實(shí)例工業(yè)生產(chǎn)電解銅實(shí)例3、 電池分類簡表電池分類簡表1、 原電池原電池(primary cell)：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 2、 電解池（電解池（electrolytic cell）：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。）：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。電池電池單液電池單液電池 原原電電池池電解池電解池液態(tài)電池液態(tài)電池 固態(tài)電池固態(tài)電池 濃差電池濃差電池 化學(xué)電池化學(xué)電池 雙液電池雙液電池 電解質(zhì)濃差電池電解質(zhì)濃差電池 電極濃差電池電極濃差電池 一次電池一次電池 二次電池二次電池 燃料電池燃料電池 5 原電池裝置與原理原電池裝置與原理1.1.定義定義 原電池

2、是利用氧化還原原電池是利用氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流的裝置。反應(yīng)產(chǎn)生電流的裝置。2.2.原電池的構(gòu)成原電池的構(gòu)成 電勢不同的兩個(gè)電極；電勢不同的兩個(gè)電極； 鹽橋；鹽橋； 外電路（檢流計(jì)）。外電路（檢流計(jì)）。3.電子由電子由Zn極流向極流向Cu極。極。4.Zn極電勢低，為負(fù)極；極電勢低，為負(fù)極；Cu極電勢高，為正極。極電勢高，為正極。6 3.特征特征 正極：氧化劑正極：氧化劑( (Cu2+) )被還原，半電池反應(yīng)為：被還原，半電池反應(yīng)為： Cu2+ + 2e Cu負(fù)極：還原劑負(fù)極：還原劑(Zn)被氧化，半電池反應(yīng)為：被氧化，半電池反應(yīng)為： Zn Zn 2+ + 2e 電池反應(yīng)為：電池反應(yīng)為：Cu2+

3、+ Zn Cu + Zn 2+71.1.電解電解 借助電能使不能自發(fā)進(jìn)行的借助電能使不能自發(fā)進(jìn)行的得以進(jìn)得以進(jìn)行的過程。行的過程。2.2.電解池電解池 電解的裝置稱為電解池電解的裝置稱為電解池( (或電解槽或電解槽) )。電解池裝置與原理電解裝置電解裝置83.3.陰極陰極與外電源負(fù)極相連接的電極與外電源負(fù)極相連接的電極稱為陰極。稱為陰極。電解池中正離子移向陰極，電解池中正離子移向陰極，在陰極上得到電子，發(fā)生在陰極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。還原反應(yīng)。4.4.陽極陽極與外電源正極相連接的電極稱為陽極。與外電源正極相連接的電極稱為陽極。電解池中負(fù)離子移向陽極，在陽極上給出電子，發(fā)電解池中負(fù)離子移向陽

4、極，在陽極上給出電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。生氧化反應(yīng)。離子在相應(yīng)電極上得失電子的過程均稱放電。離子在相應(yīng)電極上得失電子的過程均稱放電。910電解質(zhì)溶液負(fù)載電阻正極負(fù)極ZnZnSO4溶液陽陽極極CuCuSO4溶液陰陰極極（a)丹尼爾電池陰離子遷向陽極陽離子遷向陰極-+電源（b）電解池+陽陽極極-e-e-e-e-e-陰陰極極2+Zn2+Cu2-4SO2-4SOVZnZn763.02鹽橋的組成和特點(diǎn)鹽橋的組成和特點(diǎn)： 高濃度電解質(zhì)溶液， 正負(fù)離子遷移速度差小 。鹽橋的作用鹽橋的作用：1）防止兩種電解質(zhì)溶液）防止兩種電解質(zhì)溶液混和，消除液接電位，混和，消除液接電位，確保準(zhǔn)確測定。確保準(zhǔn)確測定。2）提供離子遷

5、移通道。）提供離子遷移通道。原電池與電解池對(duì)比原電池與電解池對(duì)比陰陰極極陽陽極極ee電電解解質(zhì)質(zhì)溶溶液液電電源源陰陰極極陽陽極極ee電電解解質(zhì)質(zhì)溶溶液液電電源源溶液中的陽離子向負(fù)極遷溶液中的陽離子向負(fù)極遷移，從負(fù)極上取得電子而移，從負(fù)極上取得電子而發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)溶液中的陰離子向正極遷溶液中的陰離子向正極遷移，從正極上失去電子而移，從正極上失去電子而發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)電極反應(yīng)電極反應(yīng)凡是進(jìn)行氧化反應(yīng)的凡是進(jìn)行氧化反應(yīng)的電極稱為陽極電極稱為陽極電位低的電極稱為負(fù)極電位低的電極稱為負(fù)極凡是進(jìn)行還原反應(yīng)的凡是進(jìn)行還原反應(yīng)的電極稱為陰極電極稱為陰極電位高的電極稱為正極電位高的電極稱為正極

6、在電解池中正極為在電解池中正極為陽極，負(fù)極為陰極；陽極，負(fù)極為陰極；在原電池中則相反在原電池中則相反電化學(xué)基礎(chǔ)-原電池與電解池的原理14電勢低的電極稱為負(fù)極，電子電子從負(fù)極流向正極。電勢高的電極稱為正極，電流電流從正極流向負(fù)極。發(fā)生還原作用的電極稱為陰極。發(fā)生氧化作用的電極稱為陽極。15氧化氧化Ox（氧化態(tài)）（氧化態(tài)） neRed（還原態(tài)）（還原態(tài)）還原還原負(fù)極，陽極，氧化反應(yīng)，負(fù)極，陽極，氧化反應(yīng)，Red 原電池原電池正極，陰極，還原反應(yīng)，正極，陰極，還原反應(yīng)，Red 正極，陽極，氧化反應(yīng)，正極，陽極，氧化反應(yīng)，Red 電解池電解池負(fù)極，陰極，還原反應(yīng)，負(fù)極，陰極，還原反應(yīng)，Red 1617

7、 在Cl2電極上，發(fā)生 ，還原反應(yīng)，Cl2 奪取電極上的電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極電勢升高。兩電極間產(chǎn)生電極差。 HeH222CleCl222 發(fā)生自發(fā)反應(yīng)， ，原電池自由能下降，轉(zhuǎn)化為對(duì)外所作的電功，若電池反應(yīng)是可逆的， 。原電池總結(jié)果：原電池裝置：原電池裝置：1、構(gòu)成：2、導(dǎo)電機(jī)理： (1)界面上自發(fā)反應(yīng)：（2）在溶液中：離子遷移產(chǎn)生電流在溶液中：離子遷移產(chǎn)生電流。 在 H2電極上，發(fā)生 ，氧化反應(yīng)，H+進(jìn)入溶液，電子流在電極上，電極電勢降低，為負(fù)極。G0-G=W=QE18原電池原電池H2-2e2H+發(fā)生氧化作用，是陽極。電流由Cl2極流向H2極,H2極電勢低，是 。Cl2 +2e 2Cl-

8、發(fā)生還原作用，是陰極。電子由H2極流向Cl2極， Cl2極電勢高，是 。19（3）電極間外電路：電極間外電路：金屬導(dǎo)體靠電子遷移導(dǎo)電金屬導(dǎo)體靠電子遷移導(dǎo)電，構(gòu)成整個(gè)回路中連續(xù)的電流。 222HeH222CleCl 外電源消耗了電功，導(dǎo)致了電池內(nèi)發(fā)生了非自發(fā)的反應(yīng)，使系統(tǒng)的自由能升高。電解池總結(jié)果：電解池裝置：電解池裝置：1、構(gòu)成：2、導(dǎo)電機(jī)理：（1）溶液中，離子的定向移動(dòng)導(dǎo)致溶液中有電流通過；（2）電流在溶液與電極界面處連續(xù)電流在溶液與電極界面處連續(xù)。在負(fù)極：在正極：總的效果： 好像負(fù)極有電子進(jìn)入溶液，正極得到從溶液中跑出來的電子一樣，使電流在界面處連續(xù)。20電解池與外電源正極相接，是正極。發(fā)

9、生氧化反應(yīng)，是陽極。 2Cl-2eCl2與外電源負(fù)極相接，是負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)，是陰極。2H+2eH221電解池電解池22原電池原電池23 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)1.定義定義 元素的氧化值發(fā)生了變化的化學(xué)反應(yīng)。元素的氧化值發(fā)生了變化的化學(xué)反應(yīng)。Sn2+ + Fe3+ Sn4+ + Fe2+ 2.特點(diǎn)特點(diǎn)（1）存在著氧化劑與還原劑；）存在著氧化劑與還原劑；（2）存在著氧化態(tài)與還原態(tài)。）存在著氧化態(tài)與還原態(tài)。氧化氧化Ox（氧化態(tài)）（氧化態(tài)） neRed（還原態(tài)）（還原態(tài)）還原還原3.氧化還原反應(yīng)方程式的配平氧化還原反應(yīng)方程式的配平離子離子-電子法電子法1.配平原則：配平原則： 電荷守恒：反應(yīng)過程

10、中氧化劑與還原劑得失電電荷守恒：反應(yīng)過程中氧化劑與還原劑得失電 子數(shù)相等。子數(shù)相等。 質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素的原子總數(shù)相等。質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素的原子總數(shù)相等。252.配平的具體步驟：配平的具體步驟：（1）寫出寫出離子方程式：離子方程式： （2）將反應(yīng)）將反應(yīng)拆分拆分為氧化和還原兩個(gè)半反應(yīng)式：為氧化和還原兩個(gè)半反應(yīng)式： (3) 配平配平：使半反應(yīng)兩邊的原子數(shù)和電荷數(shù)相等：使半反應(yīng)兩邊的原子數(shù)和電荷數(shù)相等（4） 使兩個(gè)半反應(yīng)得失電子數(shù)為其最小公倍數(shù)，使兩個(gè)半反應(yīng)得失電子數(shù)為其最小公倍數(shù)，合并合并成一成一個(gè)配平的離子反應(yīng)式：個(gè)配平的離子反應(yīng)式：+ 2728工業(yè)生產(chǎn)電解銅實(shí)例工業(yè)生產(chǎn)電解銅實(shí)例

11、29工業(yè)生產(chǎn)電解銅實(shí)例工業(yè)生產(chǎn)電解銅實(shí)例（1）陽極反應(yīng)）陽極反應(yīng) 陽極上進(jìn)行的是銅和一些雜質(zhì)的氧化反應(yīng)。陽極上進(jìn)行的是銅和一些雜質(zhì)的氧化反應(yīng)。式中式中M為為 比比Cu更負(fù)電性的元更負(fù)電性的元素素。這些元素在銅中的含量低，其電極電位更負(fù)，因。這些元素在銅中的含量低，其電極電位更負(fù)，因此此 ，同時(shí)銅也不斷地溶解到電，同時(shí)銅也不斷地溶解到電解液中。水和硫酸根離子的氧化電位比銅正得多，其解液中。水和硫酸根離子的氧化電位比銅正得多，其反應(yīng)不可能進(jìn)行。金、銀和鉑族金屬的電位更正，不反應(yīng)不可能進(jìn)行。金、銀和鉑族金屬的電位更正，不能被氧化進(jìn)入電解液，最后進(jìn)入陽極泥中。能被氧化進(jìn)入電解液，最后進(jìn)入陽極泥中。22

12、CueCuVECuCu34. 00/222MeMVEMM34. 00/2222122OHeOHVEOOH229. 10/222324212OSOeSOVEOSO42. 20/224將優(yōu)先溶解進(jìn)入電解液將優(yōu)先溶解進(jìn)入電解液30（2 2）陰極反應(yīng)）陰極反應(yīng) 陰極上進(jìn)行的是銅的還原反應(yīng)。陰極上進(jìn)行的是銅的還原反應(yīng)。 氫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比銅負(fù)，且在銅陰極上的超氫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比銅負(fù)，且在銅陰極上的超電位，使氫的電極電位更負(fù)，所以在正常電解條件電位，使氫的電極電位更負(fù)，所以在正常電解條件下不會(huì)析出氫。電極電位比銅下不會(huì)析出氫。電極電位比銅 的元素，也不能的元素，也不能在陰極上析出在陰極上析出。CueCu2

13、2VECuCu34. 00/2222HeHVEHH00/2MeM22VEMM34. 00/2工業(yè)生產(chǎn)電解銅實(shí)例工業(yè)生產(chǎn)電解銅實(shí)例32同極間距：9.5-10.4cm陰極表面電解液流速：0.12m3/(m2h)槽溫：40-46電流密度：190-240.320-340A/m2電流效率：86-93%槽電壓：1.9-2.0V槽電流：14-36KA每噸銅直流電耗：1900-2000kwh333435AVAV36AVAV3738A.自由電子作定向移動(dòng)而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中導(dǎo)體本身不發(fā)生變化C.溫度升高，電阻也升高D.導(dǎo)電總量全部由電子承擔(dān)又稱電子導(dǎo)體，如金屬、石墨等。1. 第一類導(dǎo)體導(dǎo)電體的類型導(dǎo)電體的類型3

14、9A.正、負(fù)離子作反向移動(dòng)而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生C.溫度升高，電阻下降D.導(dǎo)電總量分別由正、負(fù)離子分擔(dān)又稱離子導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液、熔融電解質(zhì)等。*固體電解質(zhì)，如 等，也屬于離子導(dǎo)體，但它導(dǎo)電的機(jī)理比較復(fù)雜，導(dǎo)電能力不高，本章以討論電解質(zhì)水溶液為主。2AgBrPbI、40電極類型電極類型 1.1.金屬金屬- -金屬離子電極：金屬離子電極：Zn | Zn2+(c) 電極反應(yīng)電極反應(yīng) Zn2+ + 2e Zn 2.金屬金屬- -金屬難溶鹽金屬難溶鹽-陰離子電極：陰離子電極： Ag，AgCl(s) | Cl-(c) 電極反應(yīng)電極反應(yīng) AgCl + e Ag + Cl- 3. 雙離子電對(duì)電極

15、（氧化還原電極）：雙離子電對(duì)電極（氧化還原電極）： Pt| Fe2+(c1)，F(xiàn)e3+(c2) 電極反應(yīng)電極反應(yīng) Fe3+ + e Fe2+ 4.氣體電極：氣體電極：Pt，Cl2(p) | Cl- (c) 電極反應(yīng)電極反應(yīng) Cl2 + 2e 2Cl-4142434445OO+2H+2eOHOH46電池電動(dòng)勢電池電動(dòng)勢 1.定義定義 電池電動(dòng)勢是電池正負(fù)極之間的瞬時(shí)電電池電動(dòng)勢是電池正負(fù)極之間的瞬時(shí)電 勢差。（在接近零電流下所測定的電勢差）勢差。（在接近零電流下所測定的電勢差） 2.表示表示 電池電動(dòng)勢電池電動(dòng)勢 E E+ - E- E+ 某時(shí)刻正極的電勢，某時(shí)刻正極的電勢， E- 某時(shí)刻負(fù)極的

16、電勢。某時(shí)刻負(fù)極的電勢。思考：為什么手電筒電光愈用愈暗？思考：為什么手電筒電光愈用愈暗？因?yàn)槠潆姵仉妱?dòng)勢愈用愈低。因?yàn)槠潆姵仉妱?dòng)勢愈用愈低。47 原電池的符號(hào)表示原電池的符號(hào)表示及書寫要求及書寫要求（1 1）負(fù)極寫在左邊，正極寫在右邊；）負(fù)極寫在左邊，正極寫在右邊；（2 2）正負(fù)極之間用鹽橋）正負(fù)極之間用鹽橋“”相接；相接；（3 3）電極固體標(biāo)志用一豎線）電極固體標(biāo)志用一豎線“”表示；表示；（4 4）同相之不同物質(zhì)間用）同相之不同物質(zhì)間用“，”間隔；間隔；（5 5）若為離子時(shí)應(yīng)注明其活度（濃度亦可）；）若為離子時(shí)應(yīng)注明其活度（濃度亦可）；（6 6）若電對(duì)不含金屬導(dǎo)體，則需加一惰性導(dǎo)體；）若電對(duì)

17、不含金屬導(dǎo)體，則需加一惰性導(dǎo)體；（7 7）純氣體、液體或固體與惰性電極名稱之間）純氣體、液體或固體與惰性電極名稱之間以以“，”間隔，并應(yīng)注明其狀態(tài)。間隔，并應(yīng)注明其狀態(tài)。484950515253545556目錄進(jìn)度如何5758BBaBaQ59FEGmzrKRTGmlnr60HBrazFRTElnAgBrHHBrAgaaaazFRTEE2/ 12ln2)/ln(mmFRTE61根據(jù)德拜極限公式根據(jù)德拜極限公式 ln m1/2，當(dāng)當(dāng)m1/2 0， 1測不同測不同m時(shí)時(shí)E, 以以則則對(duì)對(duì)m1/2作圖作圖然后直線外推到然后直線外推到m1/2=0，截距即為，截距即為Eyy)/ln(2ln2mmFRTEFRTE)/ln(2ln2mmFRTFRTEEmmFRTEEmln2lim0mmEl