電化學(xué)電極省公開課一等獎(jiǎng)全國示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

細(xì)說電極1/19定義：電子或電器裝置、設(shè)備中一個(gè)部件，用做導(dǎo)電介質(zhì)(固體、氣體、真空或電解質(zhì)溶液)中輸入或?qū)С鲭娏鲀蓚€(gè)端。輸入電流一極叫陽極或正極，放出電流一極叫陰極或負(fù)極。電極有各種類型，如陰極、陽極、焊接電極、電爐電極等。什么是“電極”2/19一次電池電極二次電池電極燃料電池電極新型電極功效電極原電池石墨電極鉑電極電解池電極3/19依據(jù)組成電極物質(zhì)狀態(tài)，能夠把電極分為三類。第一類電極是金屬電極和氣體電極，如丹尼爾電池中鋅電極和銅電極，還有標(biāo)準(zhǔn)氫電極；第二類電極是金屬-金屬難溶鹽電極及金屬-金屬難溶氧化物電極，如Ag-AgCl電極。第三類電極是氧化還原電極（任一電極皆為氧化還原電極，這里所說氧化還原電極是專指參加電極反應(yīng)物質(zhì)均在同一個(gè)溶液中），如Fe3+，F(xiàn)e2+溶液組成電極。氧化還原電極4/19一次電池電極酸性鋅錳干電池是以鋅筒作為負(fù)極，并經(jīng)汞齊化處理，使表面性質(zhì)更為均勻，以降低鋅腐蝕，提升電池儲(chǔ)備性能，正極材料是由二氧化錳粉、氯化銨及碳黑組成一個(gè)混合糊狀物。正極材料中間插入一根炭棒，作為引出電流導(dǎo)體。（－）Zn|NH4Cl（20%）ZnCl2|MnO2，C（+）2MnO2+Zn+2NH4Cl→2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2該電池電流—電壓特征和二氧化錳起源相關(guān)，也直接地依賴于錳氧化價(jià)態(tài)、晶粒大小及水化程度等。當(dāng)前已全部以ZnCl2電解液代替NH4Cl，充分說明Zn與Cl配合[ZnCl4]，而無須有NH4存在，放電前pH=5，放電后pH上升到pH=7為中性。5/19一次電池電極堿性鋅錳干電池(簡稱為堿錳電池)在結(jié)構(gòu)上采取與普通鋅錳電池相反電極結(jié)構(gòu)，增大了正負(fù)極間相對(duì)面積，采取高導(dǎo)電性堿性電解液，正負(fù)極采取高能電極材料，所以，堿錳電池容量和放電時(shí)間是同等型號(hào)普通電池3～7倍，低溫性能二者差距更大，堿錳電池更耐低溫，而且更適合于大電流放電和要求工作電壓比較穩(wěn)定用電場(chǎng)所。正極為陰極反應(yīng)：MnO2+H2O+eˉ→MnO(OH)+OHˉMnO(OH)在堿性溶液中有一定溶解度MnO(OH)+H2O+OHˉ→Mn(OH)4Mn(OH)4+2eˉ→負(fù)極為陽極反應(yīng)：Zn+2OHˉ→Zn(OH)2+2eˉZn(OH)2+2OHˉ→Zn(OH)4總電池反應(yīng)為：Zn+MnO2+2H2O+4OHˉ→Mn(OH)42ˉ+Zn(OH)46/19二次電池電極鎘鎳電池：負(fù)極為海綿狀金屬鎘，正極為氧化鎳（NiOOH）電池表示式為：(-)Cd︱KOH(NaOH)︱NiOOH(+)鎘鎳電池標(biāo)稱電壓為1.2V，有圓柱密封式（KR）、扣式（KB）、方形密封式（KC）等各種類型。含有使用溫度范圍寬、循環(huán)和貯存壽命長、能以較大電流放電等特點(diǎn)，但存在“記憶”效應(yīng)，常因規(guī)律性不正確使用造成電性能下降。端電壓u:U=+％+(RT／nF)lnIl,t，(-1)l+(RTInF)lnlllo電池內(nèi)阻與其荷電狀態(tài)相關(guān)，即充電態(tài)內(nèi)阻小于放電態(tài)內(nèi)阻。這是因?yàn)榉烹姂B(tài)活性物質(zhì)已轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣態(tài)Ni(OH)：和Cd(OH)：，內(nèi)阻較大，但隨充電進(jìn)行，Ni(OH)：逐步向含有半導(dǎo)體性質(zhì)NiOOH轉(zhuǎn)變，Cd(OH)：向金屬cd轉(zhuǎn)化，使電池內(nèi)阻值下降。7/19燃料電池電極燃料電池是很有發(fā)展前途新動(dòng)力電源，普通以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，作為負(fù)極，用空氣中氧作為正極。這類電池含有轉(zhuǎn)換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)槌杀靖?，系統(tǒng)比較復(fù)雜，僅限于一些特殊用途，如飛船、潛艇、軍事、電視中轉(zhuǎn)站、燈塔和浮標(biāo)等方面。氫氧燃料電池工作時(shí)，向氫電極供給氫氣，同時(shí)向氧電極供給氧氣。氫、氧氣在電極上催化劑作用下，經(jīng)過電解質(zhì)生成水。這時(shí)在氫電極上有多出電子而帶負(fù)電，在氧電極上因?yàn)槿狈﹄娮佣鴰д?。接通電路后，這一類似于燃燒反應(yīng)過程就能連續(xù)進(jìn)行。8/19新型電極——石墨烯催化劑中再加入鎳嘗試用石墨烯作為替換催化劑。研究人員先利用片狀石墨烯制作出立體結(jié)構(gòu)，然后用氣相沉積法給立體結(jié)構(gòu)鍍上氮和硫。結(jié)果發(fā)覺，鍍上氮和硫量越多，就越能高效催化制造出更多氫。石墨烯是一個(gè)由碳原子組成單層片狀結(jié)構(gòu)新材料，價(jià)格不高。研究人員指出，假如在石墨烯催化劑中再加入鎳，其制氫能力就能夠超越鉑催化劑，預(yù)計(jì)將此技術(shù)市場(chǎng)化后，能夠使燃料電池成本大大下降。9/19功效電極甘汞電極甘汞電極是由金屬汞及其難溶鹽Hg2Cl2和KCl溶液組成電極。它電極電勢(shì)隨氯離子濃度不一樣而不一樣，其值有表可查。氯化鉀溶液濃度為0.1mol·dm-3甘汞電極電動(dòng)勢(shì)溫度系數(shù)小，但飽和氯化鉀甘汞電極輕易制備，而且使用時(shí)能夠起鹽橋作用，所以平時(shí)用得較多。PH電極電位法是能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)在線測(cè)量和過程監(jiān)控唯一方法，而且電位法可取得準(zhǔn)確且結(jié)果可重復(fù)pH值，pH電極測(cè)量關(guān)鍵理論是能斯特方程。其中一個(gè)半電池稱作測(cè)量電極，它電位與特定離子活度相關(guān)；另一個(gè)半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它普通是與測(cè)量溶液相通，而且與測(cè)量儀表相連。最熟悉也是最慣用PH指示電極是玻璃電極。一套工業(yè)在線pH測(cè)量系統(tǒng)通常由pH傳感器即pH電極、pH變送器、電極護(hù)套及電纜等四部分組成。10/19

甘汞電極

電極反應(yīng)：Hg2Cl2+2e-=2Hg+2Cl-

半電池符號(hào)：Hg，Hg2Cl2（固）KCl

電極電位（25℃）：

電極內(nèi)溶液Cl-活度一定，甘汞電極電位固定。11/19甘汞電極電極電位（25℃）溫度校正，對(duì)于SCE，t℃時(shí)電極電位為：Et=0.2438-7.6×10-4(t-25)（V）12/19關(guān)鍵部分是一個(gè)玻璃泡（敏感玻璃薄膜）：SiO2(x=72%)，Na2O(x=22%)，CaO(x=6%)；厚度約為30~100μm。在玻璃中裝有pH一定溶液（內(nèi)部溶液或內(nèi)參比溶液，通常為0.1mol/LHCl），其中插入一銀-氯化銀電極作為內(nèi)參比電極。玻璃電極13/19電池組成

電位法測(cè)量溶液pH值時(shí)，通常以pH玻璃電極作指示電極(-)，以SCE作參比電極(+)，與待測(cè)試液組成以下原電池：標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液膜電位不對(duì)稱電位擴(kuò)散電位（液接電位）14/19惰性電極石墨電極（聚興碳素材料），主要以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結(jié)合劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機(jī)加工而制成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對(duì)爐料進(jìn)行加熱熔化導(dǎo)體，依據(jù)其質(zhì)量指標(biāo)高低，可分為普通功率、高功率和超高功率。電解池電極15/19石墨電極包含：（1）普通功率石墨電極。允許使用電流密度低于17A／cm2石墨電極，主要用于煉鋼、煉硅、煉黃磷等普通功率電爐。（2）抗氧化涂層石墨電極。表面涂覆一層抗氧化保護(hù)層石墨電極，形成既能導(dǎo)電又耐高溫氧化保護(hù)層，降低煉鋼時(shí)電極消耗。（3）高功率石墨電極。允許使用電流密度為18～25A／cm2石墨電極，主要用于煉鋼高功率電弧爐。（4）超高功率石墨電極。允許使用電流密度大于25A／cm2石墨電極。主要用于超高功率煉鋼電弧爐。16/19工業(yè)應(yīng)用：電火花加工優(yōu)勢(shì)：1.加工速度：高速銑粗加工較銅快3倍；高速銑精加工較銅快5倍2.可加工性好，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何造型3.重量輕，密度不足銅1/4，電極輕易夾持4