电解池范文

导语：如何才能写好一篇电解池，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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一. 在教学中渗透原电池及电解池回路的构成

原电池是能将化学能直接转变为电能的电化学装置,也叫自发电池。在讲原电池的回路之前,应该先给学生讲清楚概念,使学生能够较清楚地理解回路的构成原理。

原电池的回路是由两个电极和电解质溶液及导线组成的闭合回路,在原电池内部是离子导电,同时阳极板上发生氧化反应,阴极板上发生还原反应,原电池中的氧化还原反应是自发的,因此原电池中化学反应的结果是在外线路中产生电流,即原电池本身是一种电源,原电池正极上,因氧化反应而有电子的积累,故电位较小是负极,即电流从负极流出经过外线路流入正极,整个原电池的回路就这样构成,同样在讲电解池的同时,要给学生讲明电解池的概念,电解池是将电能转化为化学能的电化学体系,电解池回路与原电池回路相似,也是由两个电极和电解质溶液及电源组成的闭合回路,在外线路中,电流从电源的正极经电解池流向电源的负极,这样从外电源的负极流出的电子到了电解池的负极,经过还原反应,将负电荷传递给正极 ,极板上积累的电子经过导线流入电源的正极,这样就构成了电解池的回路,此时给学生讲清楚电化学中阳极的规定,把发生氧化反应即失电子的电极叫阳极,把发生还原反应的电极叫阴极,学生只要能熟练掌握原电池及电解池的概念，并能理解二者回路的构成原理,就对电化学基础知识有了进一步的认识,也为今后电化学知识的学习打下了坚实的基础。

二. 比较原电池和电解池的异同

学生了解了原电池和电解池的回路,如果同时再对原电池和电解池的异同进行比较,就会使学生在理论上得到升华,理解的深度和广度得到扩展,对各种问题的运用也将得心应手,本人在教学中常常从二者的概念,电极反应，能量转化几方面进行对比。电解池和原电池是具有类似结构的电化学体系,当电池反应时,都是在阴极上发生得电子的还原反应,在阳极上发生失电子的氧化反应,但是它们反应进行的方向是不同的,在原电池中,反应是自发进行的,体系的自由能变化是小于零的,化学反应的结果是体系对外做功,产生电能。在电解池中,电池反应是被动进行进行的,需要外界给体系输入能量,促使化学反应发生,故体系自由能变化是大于零,因此从能量转化的方向看,电解池与原电池中进行的恰好是互逆过程,在回路中,原电池的转化方向不相同,在电解池中,阴极是负极,阳极是正极。在原电池中,阴极板是正极,阳极板是负极,与电解池恰好相反,这一点非常重要,要求学生特别注意区别,切勿混淆。

三．掌握原电池及电解池的电极反应

若使学生能熟练写出电极反应,首先必须学会判断原电池的正极和负极,在原电池中,判断正负极的理论依据为,两个电极材料的活泼性差异,通常把活泼的金属做负极,发生失电子的反应,即氧化反应,把不活泼的金属或者非金属做正极,发生得电子反应即还原反应,以最简单的原电池为例:在电池中两电极反应为:

负极（―）：Zn―2e― == Zn2+

正极（+）：Cu2+ + 2e―==Cu

电池反应：Zn+ Cu2+ == Cu+ Zn2+

在电解池中,判断阴阳极的方法很简单,是由外电路电源的正负极决定的,与电极材料无关,与外接电源的正极相连的是阴极，发生得电子的还原反应,例如电解饱和食盐水制取氧气和氢氧化钠,电极反应:

阳极(石墨):2Cl――2e―==Cl2

阴极(铁):2H++2e―== H2

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1、理解电解的原理，掌握电解池形成的条件，能够准确判断电解池的阴、阳两极。

2、初步掌握离子的放电顺序以及阴、阳极上产物的分析判断。

3、初步掌握书写两极所发生的反应及电解的总化学方程式；会判断两极所发生的是氧化反应，还是还原反应。

学习过程：

一、电解原理

【探究实验】

实验步骤如图甲所示，将用导线连接在一起的两根石墨碳棒插入盛CuCl2溶液的U型管中，观察现象。如图乙所示，将两根石墨棒分别跟直流电源的正极和负极连接，浸入U型管的CuCl2溶液中，再接通12V直流电,观察现象。实验现象结论【小结】1、电解：

2、电解池（又称电解槽）：把能转化为能的装置。

【思考与交流1】

根据以上电解氯化铜的装置，结合原电池的构成条件，你能否总结出电解池的一般构成条件？

【小结】电解池形成的条件：。

【反馈练习】1、如图所示的装置能够组成电解池的是（ ）

【思考与交流2】

1、通电前CuCl2溶液中存在哪些离子？这些离子作怎样的运动？

2、通电过程中CuCl2溶液中的离子运动情况有何变化？当阴、阳 离子移向碳电极表面时，哪些离子发生了反应？

【学生活动】讨论上面问题并完成下列填空：

①通电前，CuCl2溶液中存在的阳离子有，阴离子有，这些离子来自于和。

②通电过程中，阳离子移向，阴离子移向。在阳极反应的离子是，在阴极反应的离子是，分别发生反应和反应，生成

和。

③电极反应式为：阳极： ； 阴极，

电解CuCl2溶液的总反应方程式为： 。

【思考与交流3】

在溶液中存在的阳离子有Cu2+、H+，阴离子有OH-、Cl-，为什么首先在阴极上放电的是Cu2+而不是H+，在阳极上放电的是Cl-而不是OH-？

【小结】电解时离子放电顺序：

1、影响离子放电的因素：。

2、离子的放电顺序

①阴极： 离子放电， 电子能力强先放电；；

②阳极： 离子放电， 电子能力强先放电。。

【思考与交流4】

1、在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成氯化氢，其结果如何呢？试写出电极反应式。

2、在电解氯化铜溶液的装置中，若把电极材料换成锌，其结果又如何呢？试写出电极反应式。

【小结】若 极材料是除惰性材料（铂、金、碳）以外的金属，溶液中的阴离子一般不放电，而是 极材料本身失电子，被氧化，参与 极反应 。

【反馈练习】2、用惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合溶液，开始时阴极和阳极上分别析出的物质是（）

A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2 C.H2和O2 D. Cu和 O2

【教材反思】

初中教材里，我们在电解水时加入了稀硫酸或者氢氧化钠溶液的作用是什么? 它们对电解产物有影响吗？能说明相关离子放电能力的大小吗?

【反馈练习】3、指出下列装置的名称、电极名称，并表示出电子移动方向。

【小结】原电池与电解池的比较:原电池电解池能量转换离子的迁移方向发生氧化反应的电极发生还原反应的电极相同点(从原理分析)

【课后拓展练习】

1、分别用惰性电极电解下列溶液时的电极反应式的书写

①NaCl溶液

阳极：阴极：

总反应方程式： 。

②CuSO4溶液

阳极：阴极：

总反应方程式： 。

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一、根据物质的性质和存在状态，确定体系中的粒子种类

别忘了酸性溶液中一定有大量的H+，碱性溶液中一定有大量的OH-，水溶液中既有H+又有OH-。

二、要明白在两个电极上发生的反应类型

判断溶液中的离子种类以及放电的先后顺序，根据易得的先得，易失的先失进行判断，当溶液中电解质足量时，放电的粒子是确定的。

三、巧记电解规律，快速作出判断

1.电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液，其实质是电解水。

2.电解无氧酸溶液（氢氟酸除外）、不活泼金属的无氧酸盐溶液，如电解盐酸、CuCl2等溶液，其实质是电解质自身被电解。

3.电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质和水都有一部分被电解――电解质的阳离子被消耗。

4.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――电解质的阴离子被消耗。

四、注意特殊情形

在解决问题时还应注意以下几点：

1.当电解质的量不足时，溶液中放电的离子种类会发生变化，那时一定要判断剩余离子的放电顺序，所以同一个电极上发生的电极反应将不止一个。（若还要求计算，则按电荷守恒进行求解）

2.溶液中离子的放电顺序还与离子的浓度有关，放电顺序要按照实际析出的主要物质去确定，不能一律按照顺序表。（因为极稀离子与电极接触的机会少，因此得到电子的机会就少）

五、总结

电解池反应的书写步骤一般分为五步，即：

1.找离子―依次找出溶液中存在的阴阳两类离子。

2.判断放电顺序―依据两个放电顺序表进行判断。

3.书写电极反应―规律：阳极氧化，阴极还原，且阴阳两极得失电子数必须相等。

4.确定是否有水参加反应―当参加电极反应的氢离子或氢氧根离子不是由电解质直接提供而是由水提供时，必须要考虑水的电离，并根据所需粒子（氢离子或氢氧根离子）的数目给水的电离方程式配上适当的计量数。

5.合并电极反应式，注意要调整电极反应式的计量数，按实际参加反应或反应所生成的物质的量将电极反应（和水的电离方程式）进行合并，就可以得到电解池的总反应式的离子方程式。

按以上步骤多练习，相信掌握电极反应式的书写不会再是难题。

参考文献：

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《全日制普通高级中学教科书[必修加选修]化学》课本(人民教育出版社化学室编著)中的电化学实验共7个:6个教师演示实验,1个学生实验。通常结合教学的需要,教师还会补充一些实验,如Fe(OH)3胶体电泳的演示实验和电镀铜及铜的精炼等学生实验。做这些实验都要用到电化学装置――原电池或电解池。

在发明多功能电化学实验夹以前,我们按照课本上的装置组装原电池或电解池,电极和导线的连接方式大致有两种:

1.把导线直接缠绕在电极上,然后通过铁架台的铁夹把电极固定在装置的适当位置;

2.采用带支架的螺杆将电极固定,再用支架上的螺栓、螺母将导线固定在支架的适当位置。

两种方式比较,第一种方式的电极和导线容易松开,导致电路中断,第二种方式较好一些。

但是这种传统的电极杆设计方式在实际使用中给教师和学生带来了很多麻烦。其主要的问题是装置不易维护,成本较高。一方面,电极连接到支架上后不易取下,活泼的电极材料如锌片、铝片等,在电化学反应中消耗后,难以进行更换,支架经常随着电极消耗而报废。另一方面,即使电极材料不消耗,也常常由于支架上的螺栓螺母易锈死,导致电路中断而必须使装置整体更换。若购买现成的多功能电化学实验仪器,实验效果相当好,但价格较昂贵,而且其中配套的玻璃仪器极易损坏,损坏后无法更换。

随着我校探究式实验教学的推广,学生越来越渴望通过实验完成大量的电化学实验探究,但是受实验装置条件的限制,师生往往需要花大量的时间来组装装置,还常常观察不到满意的实验效果。

我们积极思索,采用夹持定位的设计思想,设计了三个互相连接在一起的夹子:管口夹、电极夹和电线夹。三个夹子均用不锈钢材料制作而成(见图1)。管口夹用于夹持在直径为15mm的普通U形管管口上;电极夹可夹持各种电极材料,如实验室中易找到的铁钉、碳棒和易剪成形的铜片、铝片、锌片等;电线夹可直接夹持导线的接头。这种设计方式,既便于更换电极材料,又利于分别观察两极实验现象。

图1

接下来,我们又考虑到有很多的电化学实验是在250mL的烧杯中完成的,结合这个实际需要,我们又设计了可放置在250ml的烧杯上进行实验的电极板。电极板的结构很简单,即在一块有机玻璃上固定两组相互连接的电极夹和电线夹(见图2)。我们很快在电脑上完成了设计,然后根据设计完成了制作。

图2

电化学实验夹研制成功后,2008年9月,我们将该装置应用于《电解食盐水》、《电解硫酸铜溶液》、《铝制钥匙镀铜》、《原电池原理》4个学生实验,效果较好。有了多功能电化学实验夹,学生能够结合实验需要,比以往更加灵活、快速地更换电极材料,更高效地完成好电化学实验,学生在电化学课外实验中的探究也有了很大的进步。

在学生用电化学实验夹进行实验的探究中,我们欣喜地发现,电化学实验夹小巧灵活,适宜完成很多对比实验,这是现有传统电化学实验仪器很难做到的。例如,学生在做探究《影响干电池电动势的因素》的实验中,需要测出在不同浓度的氯化铵溶液中,不同电极组成的电池的电动势变化的三组对比实验,在使用电化学实验夹来完成该实验时,更快速灵活地完成了实验。

特点:该教具采用夹持固定方式,设计合理、小巧轻便、操作方便,可快速固定U形管,快速更换电极材料,快速连接电路。与该教具配套使用的玻璃仪器与电极材料为实验室常用器材。

用途:本教具适宜完成电化学知识中的学生实验、教师实验、学生实验探究及电化学实验中的对比实验,如:原电池实验、电镀实验、电解实验、胶体电泳实验、学生实验探究等。

本装置的具体用途有:

①探究离子浓度对溶液导电能力的影响,

②探究干电池原理,

③探究影响干电池电动势的因素,

④探究铁钉在不同外界条件下的腐蚀情况,

⑤探究镁铝电池在不同电解质溶液中的电流方向,

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Abstract: This paper analyzes the causes of equipment loss and results deviation etc. during the experiment of using "Electric Quantity - Weight Method" todetermine the hydrocarbon content of coal and proposes solutions. Based on taking the national standard GB / T 476-2008 "Determination Method of Carbon and Hydrogen Content of Coal " as the experimental specifications and through the accumulation of experience, this paper proposes method of further improving the test procedure and test efficiency.

关键词:电量-重量法;煤中碳氢含量检测;电解池;BCH-1型碳氢分析仪

Key words: Electric Quantity - Weight Method;determining the hydrocarbon content of coal;electrolytic cell;BCH-1 hydrocarbon analyzer

中图分类号:TE6文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)22-0098-01

1实验概述

本文使用江苏江分电分析仪器有限公司生产的BCH-1型碳氢分析仪进行检测。覆盖三氧化钨的煤样在高锰酸银热解产物作用下,于800℃下,在氧气流中燃烧。生成的水与铂-五氧化二磷电解池中的五氧化二磷反应生成偏磷酸,后者经电解生成氢气、氧气和五氧化二磷,根据电解所消耗的电量,计算煤中氢的含量;生成的二氧化碳用二氧化碳吸收剂吸收,由吸收剂的增重,计算煤中碳的含量。试样中硫和氯对测定的干扰用高锰酸银热解产物除去,氮对碳的干扰由粒状二氧化锰除去。

2关于电解池以及实验拖尾的问题

在氢值测定的过程中,电解池的状态往往很大程度上影响测定的准确性。

2.1 电解池在工作过程中一般最先在头部产生铂黑,如在使用过程中不经常更换电极来电解铂黑,会造成头部铂黑杂质的增加,严重影响电解池状态,造成氢值偏高。在对电解池进行清洗的时候一定要确保线圈上的铂黑被全部清洗干净。

2.2 电解池在清洗过程中应当仔细,涂膜之前确认相邻缠绕的铂金丝之间不可以留有任何颗粒或者其他能导致铂金丝连电短路的杂质,否则将严重影响电解池的寿命。

2.3 涂膜后使用了一段时间的电解池如果距下一个样品的检测有较长的等待时间(如超出一小时以上),则在进行下一个样品的检测时应使用“测定”键或者“涂膜”键来电解存留在电解池中的水份,不应当使用“预处理”键。如果使用“预处理”键来电解,则会在电解池内部产生大量的气泡,随着氧气气流的推动会造成电解液漂移至尾部甚至吹出电解池,该情况会造成电解池表面膜的过早损耗以及拖尾现象,致使结果偏高。

2.4 氧气流速过低是也是引起实验拖尾的重要因素。煤中的氢元素在经过燃烧装置之后,与氧气反应后由于高温缘故形成水蒸汽,在燃烧管出口处逐渐冷凝形成水,由氧气的推动进入电解池中进行电解,氧气流速过低必然导致水蒸汽冷凝后进入电解池的时间变长,而氧气流速如果过快,会导致燃烧生成的二氧化碳来不及被U形管中的吸收剂完全吸收就被氧气带走,所以氧气流速应当控制在80ml/min左右。

3关于吸收二氧化碳的U形管的问题

3.1 U形管的挑选首先应选用磨口处与旋转活塞松紧适宜的U形管,在未涂抹真空脂之前晃动、旋转磨口塞,如果磨口塞能够在U形管磨口内晃动,则会造成在使用过程中活塞上涂抹的真空脂产生丝状气泡空隙,影响气密性;如果旋转过于困难,则会因为磨口塞与瓶口过于紧密导致真空脂在磨口塞反复旋转时被挤压出去,无法保证U形管在使用过程中的气密性及使用寿命。

3.2 真空脂特性的影响此处以2号真空脂为例。试验表明,温度对真空脂物理性状有很大的影响,在气温低于18℃的环境下,涂抹在U形管活塞处的真空脂活性降低,难以起到长时间的和密封作用。因此在气温较低的环境下应经常观察U形管的密封性。

3.3 U形管气密性对结果的影响二氧化碳吸收管完毕从设备上取下之后,冷却10分钟左右,放入电子天平称重。U形管气密性如果出现问题,明显特征之一就是放入天平后,显示的重量一直在不停变化,在无外界因素干扰的情况下,且U形管管身无裂痕,可以判定U形管磨口塞处的气密性出现了问题。此时应补抹密封真空脂,重新进行质量恒定试验。

4关于空白值的测定

国标GB/T 476-2008中规定,在燃烧炉、净化炉和催化炉达到指定温度后,保持氧气流量约为80ml/min,启动电解到终点。在一个预先灼烧过的燃烧舟中加入三氧化钨(数量与煤样分析时相当),将氢积分值和时间计数清零,打开带推棒的橡皮塞,放入燃烧舟,塞紧橡皮塞,用推棒直接将燃烧舟推到高温带,立即拉回推棒。按空白键或者9min后按下电解键。到达电解终点后,记录电量积分器显示的氢质量。重复上述操作,直至相邻两次空白测定值相差不超过0.050mg,取这两次测定的平均值作为当天氢的空白值。在批量检测中,不建议将初始状态测得的空白值作为全部样品的空白值,初始状态的空白值只适合作为接下来的第一个检测样品的空白值,之后批量检测中需要的空白值应随机、多次在样品检测完毕后进行空白实验得到,并取其平均值(氢含量较低的样品的批量检测不在此讨论范围之内)。

5重复性实验应注意的问题

在仪器设备常运转的情况下,造成实验结果相差超出重复性限的因素依然存在,如样品在制备过程中未充分混匀,环境温、湿度瞬间变化,样品称量的准确性,催化剂的使用量,一组平行样间隔时间的长短等。多次试验表明,在检测完一个样品之后,如果仪器空闲超过5分钟以上,再检测同一个样品,其氢值会略低于第一次得到的结果;如果样品A在两次检测之间插入检测一个氢值较高于或较低于它的样品B,则会对样品甲的第二次检测得到的氢值造成影响。因此在检测一组平行样的时候,应确保该组平行样检测间隔不超过5分钟,且中间不可以加测另外的样品,以免影响该组平行样取平均值时的准确性。

6结语

综上所述,在使用BCH-1型碳氢分析仪对煤中碳氢含量进行检测时,很多被忽视的细节往往会影响检测结果。除了对设备要有充分的了解,对检测中不可缺少的其他条件因素也需要掌握,尽可能的减少人为原因造成的误差,才能保证检测结果的真实性,准确性。

参考文献:

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【关键词】问题解决 原电池 工作原理

【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）07-0020-02

一、教材分析

《原电池的工作原理》是苏教版高中化学选修《化学反应原理》专题一第二单元第一课时的内容。本节教材是中学化学重要的基础理论之一，是普通高中化学课程标准和考试说明要求的重要知识点，更是学生学习比较困难的一部分。它融合了多方面的知识，包括：氧化还原反应、能量间的转化、电解质溶液、金属的性质等等，甚至包括物理电学中的相关知识，体现了学科内和学科间的综合。

二、学情分析

在知识上，学生已经学习了氧化还原反应、能量间的转化、电解质溶液及金属的性质等有关知识；在能力上，已经初步具备了一定的观察能力、分析能力和思维能力，喜欢自己通过实验探究化学反应的实质，由实验现象推测反应原理，并对其进行归纳总结。

三、教学思想

原电池的工作原理在生产生活和科学研究中应用十分广泛，小到手电筒，大到人造卫星，均需要依靠化学电源提供电能。因此，引导学生认识化学能与电能的相互转化的原理和遵循的规律，可以促使学生深刻认识身边的电化学现象。对原电池原理的学习，要求学生必须向上联系氧化还原反应、能量转化、电解质溶液、元素化合物知识；向下为未来学习化学电源、电解池的工作原理及应用、金属的腐蚀与防护等奠定坚实的理论基础；同时形成研究制造电池、进行创造发明的初步意识。这样构建的一个系统的知识网络，强化了学生将理论与实践相联系，从实践中提取理论、再完成由理论指导实践的认识规律，较好地培养了学生的创造性思维。

在苏教版教材必修2中已经重点介绍了铜锌原电池的工作原理和形成条件，并对实用电池进行了简单介绍。选修的知识是在必修2基础上的加深和提高，从必修水平到选修水平，学生的知识和能力需要进行一次较大的跨越。必修2中介绍的原电池电流效率低（引出需要解决的问题），在本节课本着“发现问题，解决问题”的宗旨，引出将两个半电池通过盐桥相连而形成的电流效率较高的原电池。必修2中重点放在引导学生观察原电池的工作原理，而本节课则将重点放在引导学生分析现象产生的原因，要求学生理解原电池的工作原理，能根据有关原理进行原电池的设计，并写出相应的电极反应式。

四、教学目标

1.知识与技能

（1）通过实验与分析，掌握形成原电池的基本条件。（2）理解原电池的工作原理，能判断原电池的正负电极，能写出电极反应式。（3）学习实验研究的方法，能设计并完成一些基本的化学实验。

2.过程与方法

（1）经历对化学物质及其变化进行探究的过程，进一步了解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，提高科学探究能力。（2）在科学探究的过程中要具有较强的问题意识，敢于质疑勤于思索。（3）在学习中，学会运用观察、实验等多种手段获取信息，并运用比较等方法对信息进行加工。

3.情感态度与价值观

（1）在化学学习的过程中体验并享受探究带来的快乐，感受化学世界的奇妙。（2）增强联系实际学习化学并将化学知识应用于生活的意识。（3）关注与化学有关的社会热点问题和科学前沿问题，增强环境保护的意识，逐步形成可持续发展的思想。

五、教学重点和难点

教学重点：原电池的工作原理，电极反应式的书写。

教学难点：原电池的形成条件，电极反应式及电池反应方程式。

六、教学过程

【新课导入】在日常生活中我们经常会看到或用到形形、各种各样的电池（PPT展示各种电池的图片），这些电池是如何工作的呢？在必修2中我们对原电池的知识已经有了初步了解，今天我们一起来进一步学习原电池的知识。

设计意图：激发学生进一步学习的欲望。

【教师】下面我们首先进入今天的“温故知新”环节：用导线连接铜片和锌片，并将铜片和锌片同时置于稀硫酸溶液中，在导线中间连接一个电流计，观察实验现象。

【教师】PPT展示铜锌原电池（以稀硫酸为电解质溶液）flas。

【学生】回答实验现象：锌片逐渐溶解，铜片表面有气体产生，电流计指针发生偏转，且偏向铜极，溶液不变蓝。

设计意图：检查学生知识的掌握情况，沟通新旧知识的联系，为新授知识做好铺垫。

【教师】这样的装置是将化学能转化为什么形式的能量？

【学生】电能。

【板书】一、原电池

1.概念：将化学能转化为电能的装置,叫作原电池。

【教师】请同学们完成该原电池的电极反应式及反应方程式。

【学生】负极：Zn-2e-=Zn2+ 正极：2H++2e-=H2

总反应：Zn+2H+=Zn2++ H2

【教师】在以上的装置中锌片为 ____ 极，发生 ____ 反应，铜片为 ____ 极，发生 ____ 反应。

【学生】学生回答：负，氧化，正，还原

【教师】我们总结一下，形成原电池必须具备哪些条件？

【学生】①两个电极；

②电解质溶液或熔融状态电解质；

③形成闭合回路；

④自发发生氧化还原反应。

【板书】2.形成条件

设计意图：通过回顾，对原电池形成条件有更加深刻的认识；培养学生表达能力，分析归纳能力。

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一、原电池

我们在电化学教学中，老师应明确告诉学生：原电池反应是自发的氧化还原反应。在满足形成原电池的条件（两电极、电解质溶液、闭合）下，先正确地写出自发的氧化还原反应方程式（原电池反应）并确定氧化剂和还原剂。还原剂一定在负极上反应，氧化剂一定在正极上反应。如果还原剂是金属，则该金属是原电池的负极，且正极与该金属不同，如果还原剂不是金属，则正负电极由其他电极代替且可相同。这样，既可以根据原电池反应判断正负极和书写电极反应，也可以将自发的氧化还原反应设计成原电池。

1.规律

负极：失电子，发生氧化反应（一般是负极本身失电子，除外界不断补充的燃料电池）。

正极：得电子，发生还原反应（一般是溶液中阳离子在正极上得电子，也可能是O2在正极上得电子如吸氧腐蚀或燃料电池，或正极本身得电子）。

2.分类

（1）一般原电池

①两个活泼性不同的电极（金属与金属、金属与石墨碳棒、金属与难溶金属氧化物）；

②电解质溶液，至少能与一个电极发生有电子转移的氧化还原反应，一般是置换反应；

③两电极插入电解质溶液中且用导线连接，且形成闭合回路。

方法点睛：先分析两电极材料相对活泼性，相对活泼的金属作负极，负极失去电子发生氧化反应，形成阳离子进入溶液；较不活泼的金属作正极，溶液中的阳离子按放电强弱顺序在正极上得到电子发生还原反应，析出金属或氢气，正极材料不参与反应。如金属Fe、Cu、稀盐酸构成的原电池中，负极为Fe。

但是具体情况还应具体分析，如金属Fe、Cu、浓硝酸构成的原电池中，由于Fe比Cu活泼，但负极却是Cu（Fe、Al在浓硝酸中钝化，不能继续反应，而Cu可以与浓硝酸反应）。

（2）燃料电池

燃料电池大多数是由可燃性物质（主要是可燃性气体）与氧气及电解质溶液共同组成，虽然可燃性物质与氧气在不同的电极上反应，但总方程式相当于可燃物在氧气中燃烧。因为涉及电解质溶液，所以燃烧产物（一般为CO2）可能还要与电解质溶液反应，再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式，从而得到总方程式。

（3）盐桥在原电池反应中起到作用

在教学中常常有学生问，原电池中盐桥到底起到什么样的作用。对于此问题，很多老师怕增加学生的学习负担，往往就会简单地告诉学生，盐桥是起到导电作用；盐桥中的阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。这样回答的话，学生往往产生另外一个问题：溶液中的阴阳离子可以定向移动而导电，为什么偏偏要把两个半反应分开在不同区域进行，中间加上盐桥呢？其实盐桥除了上面所说的导电作用外，还有个很重要的作用是，避免负极材料直接与正极的电解质溶液反应，这样原电池能持续稳定的放电，从而使原电池具有实用价值。另外盐桥的存在可以平衡两个反应容器内的电荷，使得反应能持续进行。其实上述三者的作用又不是孤立存在，而是相互依赖，相互影响的。

二、电解池

电解池反应是强制的氧化还原反应。在满足形成电解池的条件（电解质溶液导电）下，根据阳离子的氧化性顺序、阳极活性及阴离子的还原性顺序，正确的写出电解池反应并确定氧化剂和还原剂。还原剂一定在阳极上反应，氧化剂一定在阴极上反应。如果还原剂是金属，则该金属是电解池的阳极（阴极任选）；如果还原剂不是金属，则阳极是惰性的。这样，既可以根据电解池反应判断阴、阳极和书写电极反应，也可以将溶液中或离子晶体熔化时不能自发的氧化还原反应设计成电解池反应。但要注意的是，惰性电极电解溶液时最后阶段可能是电解水。

1.规律

阳极：失电子，发生氧化反应（可以是溶液中阴离子在阳极上失电子，也可以是阳极电极材料本身失去电子）。

阴极：得电子，发生还原反应（溶液中阳离子在阴极上得电子）

2.放电顺序

（1）阳极为惰性电极如石墨或Pt时，只需考虑电解质溶液中所有阴离子的放电，电极本身不参与放电。

（2）阳极为活性电极如Fe、Cu、Ag时，则活性电极本身失去电子生成相应的阳离子。

阳极放电顺序：活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-

（3）阴极的电极材料本身不参加反应，溶液中所有阳离子的放电顺序：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>（H+酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+（注意Fe的两种离子和H+的位置）

3.电极反应书写

首先看是否有活泼电极做阳极；然后看溶液中有哪些阴离子和阳离子；最后看哪种离子先放电。

篇8

（1）原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应；电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

（2）通常状况下，电解池中阳极发生氧化反应先后的顺序是：活泼电极>S■>I■>Br■>Cl■>OH■>含氧酸根>F■；阴极发生还原反应的先后顺序是：Ag■>Fe■>Cu■>H■>……>Fe■>……

（3）电极反应式作为一种特殊的离子反应方程式，必然应遵循质量守恒、电荷守恒规律。

（4）两极反应相加，应是原电池或电解池发生的总反应式。

下面我们以一些习题为例，从中体会电极反应式的书写技巧。

一、原电池电极反应式

负极电极是还原材料失去电子被氧化发生氧化反应，正极电极反应要分析电极材料的性质：若电极材料是强氧化性材料，则是电极材料得电子被还原，发生还原反应；若电极材料是惰性的，再考虑电解质溶液中的阳离子是否能与负极材料反应，则是溶液中的阳离子得电子，发生还原反应；若不能与负极材料反应，则考虑空气中的氧气，由氧气得电子，发生还原反应。

例1：分别写出以下四幅图中发生的电极反应。

分析：图（1）中，Mg比Al活泼，失去电子，H■得电子，正极：2H■+2e■=H■，负极：Mg-2e■=Mg■，总反应：Mg+2H■=Mg■+H■。

图（2）中，Mg不与NaOH溶液反应，Al失电子，H■O得电子，正极：6H■O+6e■=3H■+6OH■，负极：2Al+8OH■-6e■=2AlO■■+4H■O。总反应：2Al+2OH■+2H■O=2AlO■■+3H■

图（3）中，Fe被钝化，Cu失电子，NO■■得电子，总反应：Cu+4H■+2NO■■=2NO■+Cu■+2H■O，正极：4H■+2NO■■=2NO■+2H■O，负极：Cu-2e■=Cu■。

图（4）中，发生的是吸氧腐蚀，Fe失电子，O■得电子，正极：O■2H■O+4e■=4OH■，负极：2Fe+4OH■-4e■=2Fe（OH）■，总反应：2Fe+O■+2H■O=2Fe（OH）■。

例2：CH■燃料电池是用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH■、O■构成。请写出该电池的相关电极反应式。

分析：该电池的总反应历程如下，CH■+2O■=CO■+2H■O，CO■+2KOH=K■CO■+H■O，总反应为：CH■+2O■+2OH■=CO■■+3H■O。O■在正极得电子，反应历程如下：2O■+8e■=8O■，8O■+4H■O=8OH■，所以，正极反应式：2O■+4H■O+8e■=8OH■；负极可以由总反应减去正极反应式得到，负极反应式：CH■+10OH■-8e■=CO■■+7H■O。

例3：阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池总反应为：2H■+O■=2H■O，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式分别为：

负极？摇？摇 ？摇？摇？摇？摇？摇？摇，正极？摇？摇 ？摇？摇？摇 ？摇？摇？摇。

若电解质溶液改为稀H2SO4，其电极反应式分别为：

负极？摇 ？摇？摇？摇？摇？摇？摇？摇，正极？摇？摇？摇？摇？摇？摇 ？摇？摇。

分析：电解质溶液为碱性，在书写电极反应式时可出现OH■，但不能出现H■；同时，电解质溶液为酸性，在书写电极反应式时可出现H■，但不能出现OH■。

答案：H■-2e■+2OH■=2H■O（反应历程：H■-2e■=2H■，2H■+2OH■=2H■O）；

O■+2H■O+4e■=4OH■（反应历程：O■+4e■=2O■，2O■+2H■O=4OH■）；

H■-2e■=2H■

O■+4e■+4H■=2H■O（反应历程：O■+4e■=2O■，2O■+4H■=2H■O）。

例4：一次性电池锌银电池，负极是锌，正极是Ag■O，电解质是KOH，请写出该电池的相关电极反应式。

分析：锌是还原剂，在负极失电子，反应历程如下：Zn-2e■==Zn■，Zn■+2OH■==Zn（OH）■，

Zn（OH）■=ZnO+H■O，所以负极反应式：Zn+2OH■-2e■=ZnO+H■O。Ag■O是氧化剂，在正极得电子，反应历程如下：Ag■O+2e■=2Ag+O■，O■+H■O=2OH■，所以正极反应式：Ag■O+H■O+2e■=2Ag+2OH■。正极反应式和负极反应式相加可以得到总反应式：

Zn+Ag■O=2Ag+ZnO。

例5：铅蓄电池是由两组平行排列的栅状铅合金极板作为主架，正极板上覆盖PbO■，负极板上覆盖Pb，电解质是硫酸。其充、放电原理可用下列化学方程式表示：

Pb+PbO■+2H■SO■ 2PbSO■+2H■O，请写出其充、放电

时相应的电极反应式。

分析：放电时，铅蓄电池作为原电池，充电时作为电解池。写电极反应式时，先把总反应改写成离子方程式：Pb+PbO■+4H■

+SO■■ 2PbSO■+2H■O，然后从较简单的单质铅电极入手，

然后根据电极反应的可逆性，进行变形写出其他电极反应式。

答案：负极：Pb+SO■■-2e■=PbSO■（反应历程：Pb-2e■=Pb■，Pb■+SO■■=PbSO■）

正极：PbO■+SO■■+4H■+2e■=PbSO■+H■O（由总反应式减去负极反应式得到）

阳极：PbSO■+H■O-2e■=PbO■+SO■■+4H■（正极的逆反应）

阴极：PbSO■+2e■=Pb+SO■■（负极的逆反应）

二、电解池电极反应式

电解质导电的实质：对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融状态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融态电解质），所以电解质溶液（或熔融态电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。

例6：如下图所示是电解CuCl■溶液的装置，其中c、d为电极，根据要求写出相应的电极反应式。

（1）若c、d为石墨电极，阳极：？摇 ？摇，

阴极：？摇 ？摇；

（2）若c、d为铜电极，阳极：？摇 ？摇；

阴极：？摇 ？摇。

分析：若c、d为石墨电极，电极为惰性电极不参与电极反应，溶液中的离子放电，且Cl■比OH■优先，若c、d为铜电极，阳极为活泼电极，Cu参与电极反应并放电，溶液中的离子不放电。

答案：（1）2Cl■-2e■=Cl■，Cu■+2e■=Cu

（2）Cu-2e■=Cu■，Cu■+2e■=Cu

例7：以石墨为电极电解1L1mol/L的NaCl溶液，并收集两个电极处所生成的气体，两极所收集气体的体积分别为V（阴）、V（阳）∶当V（阴）∶V（阳）=3∶2时，写出相应的电极反应式。

分析：电解NaCl溶液时，阴极总是H■放电，得到电子；而阳极存在Cl■、OH■，Cl■优先OH■放电，当Cl■放电失电子时，两极所收集的气体体积相等，Cl■完全消耗完后，OH■放电，此时两极所收集的气体体积不相等，当V（阴）：V（阳）=3∶2时，阳极应该是OH■放电。

篇9

关键词:电解池;分解电压;极化电极电势;超电势;电解原理

文章编号:1005-6629(2010)10-0001-06 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

电流通过电解质溶液发生化学反应,可将电能转变成化学能的过程称为电解。电解能使原本GT、P >0的反应得以进行, 例如,氯化钠水溶液可以稳定存在,不能自发进行生成NaOH、Cl2和H2的反应,只有在电解的条件下可以实现。实现电解过程的装置称之为电解池。Garnett 和 Treagust (1997)[1] 曾指出,学生认为应用电压的方向对于反应或者正负极的位置没有影响。另外一种想法是,如果使用惰性电极,就没有反应发生。Sanger和Greenbowe (1997)[2]的研究显示,许多学生相信,当电池的两端连同样的电极时,在各个电极上会发生相同的反应。从中不难发现,学生在理解电解概念时存在一定的问题。在化学教学中,也有一些教师对电解概念的理解有偏激、对电解实验的操作存在一定的问题。本文对中学化学中涉及电解的知识进行介绍和诠释,以期对中学化学教学有所帮助。

1电解池的构成

电解池的构成条件:外加直流电源、电极、电解质溶液或熔融的电解质以及用导线连接成闭合电路。

在电解池中,以Cu为阴极,C(石墨)为阳极电解CuCl2溶液为例,与直流电源正极相连的电极是阳极,与直流电源负极相连的电极是阴极,阳极发生氧化反应:2Cl-(aq)-2e-=Cl2(g); 阴极发生还原反应:Cu2+(aq)+2e-=Cu(s)。 由于阳极带正电,阴极带负电,电解液中的正离子移向阴极,负离子移向阳极,在一定条件下当离子到达电极上分别发生氧化和还原反应,称为离子放电。电解装置如图1所示。

电解时,应逐渐升高外加电压,直至两电极上有明显的反应为止,控制电解平稳进行。需注意的是,并非一加电压电解就会发生,只有当外加电压达到一定时,电极上才有明显的反应。若电解一开始,就加较大的电压,可使电解反应剧烈快速进行,有可能会导致析出不必要的产物,而且浪费能源等不良后果。电解时,需考虑电能效率、电解速率、产品质量的综合因素来确定电压。

为保证电解进行,控制合适的电解电压是很重要的。选择适宜的电压,首先需知道电解所需的分解电压。

2分解电压

何为分解电压?分解电压E分解就是使给定电解过程连续稳定进行所必须施加的最小外加电压。一般在进行电解实验之前,先要测定一下实验所需要的分解电压。

(1)分解电压的测定方法

在以Pt电极电解1 mol・dm-3的盐酸溶液为例,来说明电解原理和分解电压的测定方法。实验中将两个Pt电极分别与电源和可变电阻相连,实验装置如图2所示。实验通过逐渐增加外加电压,由安培计G和伏特计V分别测定线路中的电流强度I和电压E,然后绘制出电流-电压曲线,如图3所示。

实验发现,刚开始加电压时,电流强度很小,电极上观察不到电解现象。之后,随着E的增大,阴极和阳极表面分别附着少量氢气和氯气的微小气泡,因电解产物氢气和氯气在电解池中又构成了原电池,原电池产生的电动势与外加电压相反,能抑制电解的进行,所以,外加电压首先必须克服这反电动势。继续增加电压,I 有少许增加,如图中1-2段。当外加电压增至2-3段,阴、阳两极上微小气泡数量增多,聚结长大,呈气泡逸出,反电动势达极大值Emax。此后再增加电压,电流I就呈直线增加。将直线外延至I=0处,得E分解,这是使电解质溶液发生电解所必需外加的最小电压,称为分解电压。有一点要强调的是,分解电压是指在电流为零的情况下,其与电解池(槽)电压存在区别。

同一个实验的分解电压也会由于本身的装置不同等原因存在差异。所以,在电解实验之前需要测定分解电压。

一般电解时,控制的电解电压稍高于分解电压,应视具体情况而定。

在许多文献中除了出现分解电压外,经常还提及理论分解电压,而这两者的数值相近,但是却不一样,这两者有何区别呢?

(2)理论分解电压和分解电压的区别

理论分解电压,其与分解电压不同,理论分解电压对于同一个电解实验是相同的。在电解中,如图3中1-2段时,阴极上析出的H2和阳极上析出的Cl2,分别被吸附在铂电极上,形成了氢电极和氧电极,组成如下原电池:

Pt(s)|H2(g,p)|HCl(1 mol・dm-3)|Cl2(g,p)|Pt(s)

此电池电动势的方向和电解时外加电压相反,称之为反电动势。它对外电场有抵消作用,能抑制(或削弱)电解的进行。为了使电解正常进行,外加电压必须克服电池的电动势,所以将此反电动势称为理论分解电压E理分。理论分解电压E理分等于相应的原电池的电动势E可逆。

从图3可以看出,E分解是由I～E曲线的直线段反向外推到I0时所得,仍包含不可逆因素,因此,E分解略高于E理分。E分解可以认为是要使电解进行所需的最小电压。在实际电解时,还必需考虑电解进行的速度,外加电压在高于E分解时,才能实现有意义的电解过程。

通常把电解能适宜进行时阴阳两极上的外加电压称为槽电压E槽,即E槽=E理分+E+IR,式中,E是阴、阳极超电势之和;IR是电解池(槽)所产生的电位降(IR与电解槽本身性质有关,在计算中由于R较小一般不考虑)。显然,实际电解过程的E槽大于E分解。

3超电势

超电势是指在某一电流密度下的实际电极电势(极化电极电势)与平衡的电极电势之差,用符号η表示。超电势是电极电势偏离平衡电势的特征参数,对反应速率有重要影响。在阴、阳极上极化现象是超电势的来源。

(1)极化现象和极化电极电势

当电极上无电流通过时,电极处于平衡状态,在这种情况下的电极电势称之为平衡电极电势;而电解时,电极上有电流通过,随着电极上电流密度的增加,电极势对平衡态的偏离也愈来愈大,这种现象称为电极的极化。处于极化状态下所表现的电极电势称为极化电势。当电极点的电流密度逐渐增加时,电极的不可逆程度越来越大,极化的结果使得阳极电势更正,阴极电势更负。极化电极电势又可以称为不可逆电极电势或析出电极电势。

极化电势的绝对值大于平衡电势的这一部分就被定义为超电势,通过超电势就能定量的描述电极极化的程度。测定超电势可以帮助确定电化学腐蚀速率,同时还决定了电解产物的种类和状态。

(2)超电势的测定方法

测定超电势实际上就是测定在有电流通过时的电极电势值,然后画出电流密度与电极电势的关系曲线称为极化曲线,从而可求出各不同电流密度时的超电势。装置图如图4所示,假定我们要测定阴极的极化曲线,将阳极与阴极组成一个电解池,调节外电路中的电阻,可以改变通过两个电极的电流,再将甘汞电极(参比电极)与阴极构成一个电池,并将两个电极和电位差计连接,就可以测出在通过一定电流时阴极的电极电势,这样不断地改变通过阴极的电流,就可以测出在不同电流密度时阴极的电极电势,通过测定和计算,从而得到阴极极化曲线以及各不同电流密度j时的超电势。

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利用同样的方法,可以测定不同电流密度下阳极的超电势,得到阳极极化曲线。如果把阴阳两极的极化曲线画在图上,如图5所示。

在阳极极化曲线上,电流密度越大,电极电势越高;而在阴极极化曲线上,电流密度越大,电极电势越低。所以电解池的槽电压随电流密度增大而增大,极化程度越大,偏离可逆电极电势程度也越大,超电势也越大。随着电流密度增大电解池的槽电压也越高,消耗的电能也越多。

(3)电极极化的原因及影响因素

电极极化的原因主要是电极过程受阻所致,电流的通过代表着电极过程正在进行,电极过程不是一个简单的电子转移的过程,电极过程包括电荷在界面的转移、反应物质的传输等一系列的步骤,最主要的有:①反应物向电极表面转移――扩散;②在电极表面发生氧化还原反应,进行电子转移,形成产物――电极反应;③产物脱离电极表面并向溶液本体扩散――扩散。要完成这一系列的步骤需要外部一些推动力,而推动力就是偏离平衡电势的极化。还需指出的是,电极过程中,各步骤的速率不同,最慢的步骤决定了总速率。

影响极化电势的因素主要有两种:①浓差极化:扩散步骤慢,源于步骤①、③;②电化学极化:电极反应慢,源于步骤②。下面具体介绍这两种极化现象:

①浓差极化,指在电解过程中,电极附近某离子浓度由于电极反应而发生较快的变化,本体溶液中离子扩散的速度又赶不上弥补这个变化,导致电极附近溶液的浓度与本体溶液间有一个浓度梯度,这种浓度差别引起的电极电势的改变称为浓差极化。

②电化学极化,指电极反应总是分若干步进行的,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。

(4)影响超电势的因素分析

首先,可以通过改变介质的性质来减少浓差极化,其主要包括了溶液中离子性质和浓度、温度等,一般采用的方式为:升温和机械搅拌。

①升温:温度升高,离子的扩散速率增加,可显著降低浓差。所以,一般超电势随温度升高而减小。例如H2的超电势,温度每上升10 K,超电势降低20～30 mV。

②机械搅拌:搅拌溶液可以减小浓差梯度,因而可以减小浓差超电势。

其次,电化学极化是由于电极反应本身产生的,很难通过改变介质的性质来改变,只与金属的性质有关,包括电极材料以及表面状态、电流密度、析出物质的状态等。

③电极材料以及表面状态:组成电极的氧化态物质和还原态物质以及金属表面的加工精度、纯度等对超电势有很大影响。例如H2在铂电极上的超电势小,而在Hg、Fe、Bi、Cu、Zn等电极上的超电势就大得多。H2在铂黑(一种疏松细小晶状的铂)电极上的超电势比在光亮铂电极上的超电势小。

④电流密度:一般超电势都随着电流密度的增大而增大。

在1905年,塔菲尔(Tafel)发现,对于一些有气体参与的电极反应,超电势η(V)与电流密度j(A・cm-2)之间在一定范围内存在如下的定量关系:

η=a+b ln j

该式称为Tafel 公式(Tafel’s equation)。式中:a、b是塔菲尔常数。a等于单位电流密度(即j=1 A・cm-2)时的超电势,与电极材料、表面状态、溶液组成和温度等因素有关。例如:a越大,氢的超电势越大。b是超电势值的决定因素,而其量值对于大多数的金属而言相差不多,在常温下一般等于0.050 V。

⑤析出物质的状态:析出物为金属单质时,超电势一般很小;析出物为气体物质时,超电势一般都较大。例如,在电解CuSO4溶液时,阴极析出Cu的超电势为-0.07 V,而阳极(在Pt上)析出O2的超电势为+0.85 V。而析出气体时超电势一般都较大,特别是氢、氧的超电势。

由于氢气的超电势的存在,使那些原本比H2活泼的金属析出时,不会有H2析出,这才使得人们有可能在金属上镀上比H2活泼的金属,甚至可以利用H2在Hg电极上的很高的超电势,在Hg电极上析出金属钠(汞齐); 有可能在蓄电池充电时,使Pb沉积到电极上而不放出H2。

(5)氢超电势

氢超电势是指H2在各种电极材料上析出的超电势,它与电极材料、溶液组成、电流密度和温度等因素有关。在铂、钯等贵金属材料上的氢超电势最小,依次为铁、镍、钴、铜、银、钨等,而在锡、锌、镉、汞等金属上氢超电势较大,像H2在铜电极上的超电势 η(H2) =0.230 V,而在锌电极上η(H2)=0.7 V。特别是镀了铂黑的铂电极上,H2的超电势很小,所以,标准氢电极中的铂电极要镀上铂黑。

通常的电解质溶液用水作溶剂,在电解过程中,H+在阴极会与金属离子竞争还原。利用氢在电极上的超电势,可以使比氢活泼的金属先在阴极析出,这在电镀工业上是很重要的。例如,只有控制溶液的pH,利用氢气的析出有超电势,才使得镀Zn,Sn,Ni,Cr等工艺成为现实。又如利用氢在铅上有较高的超电势,才能实现铅蓄电池的充电。

正如上面提及的,电解质溶液是一个复杂的体系,电解质溶液中存在多种离子,除了水溶液中的氢离子和氢氧根离子之外还有多种金属离子和酸根离子等。如何确保电解之后的产物是实验所要求的,就需要在考虑外加电压的因素之外,还要考虑其他的因素。比如,我们需要通过电解得到Ag,这就需要进一步讨论时。如何确定电解AgNO3溶液的产物是Ag?电解制铅锡合金时,如何保证两者同时析出?下面来进行分析和讨论。

4离子析出的条件

对于给定的电解池,可以通过计算预见在阴极和阳极上可能发生的反应。例如,要判断在阴极上首先析出何种物质,应把可能发生还原物质的析出电势计算出来,然后根据物质析出规则来判断何者优先在电极上析出。根据电势物质的析出规则是:在阴极上,析出电极电势越高者优先析出;在阳极上,析出电势越低者优先析出。析出电势与可逆电势,超电势的关系如下:

E阳,析=E阳,可逆+η阳

E阴,析=E阴,可逆-η阴

所以,E槽=E阳,析-E阴,析=E可逆+η阳+η阴

在电流密度较小时,超电势η阳和η阴很小,可以忽略不计。

(1)电解时电极上的反应

电解时,不但要考虑电解反应,而且要注意电极反应对溶液的浓度和组成的影响。

如298.15 K时,对于一价金属离子,浓度从1 mol・dm-3降至10-7 mol・dm-3时,E=0.41 V。要使两种一价金属离子分离,两者的析出电势要相差0.41 V以上,即E>0.41 V;同理,要使两种二价金属离子分离,两者的析出电势要相差0.21 V以上;两种三价金属离子析出分离,两者的析出电势要相差0.14 V以上。

可见,若要使上式成立,两种离子的E应相差不大,则可通过调节a,就能使两种离子共同析出。例如,制备铅锡合金时,铅和锡的电极电势为:EPb=-0.126 V,ESn=-0.136 V,两者很接近,η又都很小,只需要调节组分的浓度比,就可以使他们一起沉淀出来。除此之外,还可以加入络合剂、调节温度、电流密度等,使它们的析出电势相同。

5电解原理的应用简介

电解原理广泛被应用于电解、电镀、电化学保护等,对于国民经济有巨大的影响。

(1)金属提纯

如提纯铜,用纯铜作阴极,用粗铜作阳极,用CuSO4溶液作电解液。通入直流电,作为阳极的粗铜逐渐溶解,在阴极上析出纯铜,从而达到提纯铜的目的。提纯铜的理论电压为零,只需较小的电压就能完成提纯。而且湿法冶炼相对于其他的方法,能够得到更加纯净的单质。

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(2)电镀

电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其他金属或合金的过程,是利用电解作用使金属或其他材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。如可在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au,Ag,Ni,Cr,Zn或Sn等金属,提高镀件的抗腐蚀性能。

电镀的过程:①镀件做阴极;②镀层金属做阳极;③电镀液中含镀层金属离子;④通以直流电的电源后。在电镀过程,阳极的金属会进行氧化反应(失去电子),溶液中的正离子则在阴极被还原(得到电子)成原子并积聚在阴极表层。

电镀后被电镀物件的美观性和电镀时的电流大小有关系,电流越小,被电镀的物件便会越美观。电镀还需要控制电压、温度、电镀添加剂、pH等条件来确保被电镀的物件的美观。

(3)电化学防护

即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。

①阳极保护是指用阳极极化的方法使金属钝化,并用微弱电流维持金属处于钝化状态,从而保护金属。因为金属阳极溶解时,存在特殊情况,当正向极化超过一定数值后,由于表面某种吸附层或新的成相层的形成,金属的溶解速率非但不增加,反而急剧下降,从而导致保护金属的目的。我国许多化肥厂对碳酸铵生产中的碳化塔实施阳极保护。

②阴极保护是使金属处于阴极极化中以保护其在电解质中免受腐蚀。若阴极电势足够负,金属就可以不氧化,即达到完全的保护。阴极极化可用两种方法实现:A.外加电流法:将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极,使被保护的金属作为阴极,在外加直流电的作用下使阴极处于还原态得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀;B.牺牲阳极的阴极保护法:使金属形成原电池,让被保护金属做阴极,不反应,起到保护作用;而活泼金属为阳极被腐蚀。例如,船体钢板在含2 % ~3 % NaCl的海水中容易腐蚀,为防止船身的腐蚀,在船体下每隔10 m左右焊一块锌的合金。

参考文献:

[1]Garnett, P.J., & Treagust, D.F. (1992b).Conceptual difficulties experienced by senior high school students of electrochemistry: electric circuits and oxidation-reduction equations. Journal of Reasearch in Science Teaching,29,1079～1099.

[2]Sanger,M.J.,& Greenbowe, T.J.(1997). Common student misconception in electrochemistry: galvanic, electrolytic, and concentration cells. Journal of Research in Science Teaching, 34, 377～398.

[3] 朱传征,许海涵主编.物理化学[M].北京:科学出版社.2004:435～452.

[4] 胡会利,李宁主编.电化学测量[M].北京:国防工业出版社.2007.8:5,23.

[5] 胡英主编; 吕瑞东, 刘国杰, 黑恩成编.物理化学[M].北京 : 高等教育出版社, 2007:605～641.

篇10

教学目标：

1、通过实验探究原电池中发生的反应，认识化学能转化为电能的基本原理。

2、学会分析、推理、归纳和总结的逻辑思维方法，提高发现问题、分析问题和解决问

题的能力。

3、通过实验和小组合作学习，体验科学探究过程。

4、了解各类电池在生产、生活实际中的应用，认识化学的价值。增强环保意识。

重点难点：初步了解原电池的概念、原理、组成及应用。

通过实验探究从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件。

教学过程

[创设问题情景]

电能是现代社会最清洁、也是最重要的二次能源，人类生产、生活的各个方面都离不开它。而火力发电又在电能生产中占有相当大的比重，是电能最主要的来源。

[播放录像或展示图片]

[提问]

燃烧的本质是什么？火力发电中能量的转化方式是怎样的？火力发电又有哪些优

点和缺点呢？

[学生讨论、分析]

[激疑]

针对火力发电的缺点，能否通过某些方式将化学能直接转化为电能呢？

[分组实验探究]

锌铜原电池原理

实验1：把一块锌片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里。

实验2：用导线将锌片和铜片连起来。

实验3：在导线中接入一个灵敏电流计。

将实验中观察到的现象和自己的结论记录下来。

[学生交流、讨论]

1、实验1和实验2中的现象有何不同？是什么原因造成的？

2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，铜片表面有气泡产生，你认为这种气体可能是什么？锌片和铜片上可能分别发生什么反应？如何证明？

1、灵敏电流计的指针发生偏转，说明有电流通过，你如何解释这一现象？该装置的

正负极分别是什么？请你再设计一个实验证明之。

[教师补充讲解]

原电池的定义；锌铜原电池的工作原理；电极反应式及电池总反应式的书写。

[设疑]

通过刚才的实验我们可以体会到，化学能在原电池装置中可以直接转化为电能，

那么，符合什么条件的装置才能构成原电池呢？

[分组实验探究]

原电池的构成条件。见教师用书P29页。

[交流讨论、归纳总结]

原电池的构成条件：1、两种活泼性不同的金属（或一种金属和另一种非金属

导体）构成电极。

2、电解质溶液。

3、构成闭合回路。

4、能发生自发的氧化还原反应。

[反思与评价]

在刚才的分组实验中，同伴或其他组的同学的哪些做法对你有启发？你又提出了

哪些好的思路？根据提供的仪器、药品，你现在还能设计出其它的原电池装置吗？

[实践活动]

制作水果电池

[小结]

通过前面的两组分组实验，我们了解了原电池的工作原理和构成条件，同学们对

于通过实验来进行化学研究的思路、方法也一定有了更深的体会。为了满足生产、生活、

科学研究等各方面的需要，科学家尤其是化学家根据原电池原理设计出了许许多多形状

各异、用途不同的实用电池，极大地方便了我们的生活，也有力地促进了科学的发展。

那么，你所知道的电池有哪些呢？

[学生举例]

[教师引导学生分析]

常见电池的组成和工作原理。

[巩固练习]

相同条件下，纯锌粒和粗锌粒与同浓度的稀硫酸反应的速率一样吗？为什么？假

如要求你设计实验来证明你的观点，你的实验方案是怎样的？证据和结论又是什么？

补充练习

1、根据Zn+Cu2+=Zn2++Cu的反应原理设计一个原电池，当Zn为负极时，正极可以选用的金属材料是：

A镁B石墨C铝D铅

2、X、Y、Z都是金属，把X投入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为电池的负极，X、Y、Z三种金属的活泼性顺序为：（）

AX>Y>ZBX>Z>YCY>X>ZDY>Z>X

3、电工操作规程中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起，其中的化学原理是──────

──────。

4、市场上出售的“热敷袋”中含有铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等，热敷袋启

用前，用塑料袋和空气隔绝，启用时打开塑料袋，轻轻揉搓就会放出热量。试回答下列

问题：

（1）热敷袋产生热量的来源是

（2）炭粉的主要作用是

（3）加入NaCl的作用是

5、生活中，有些金属制品在使用一段时间后会失去表面的光泽，严重的会变得锈迹斑斑影响使用，尤其是钢铁制品在潮湿的空气里很容易生锈，你知道这是什么原因吗？试结合生活实际讨论防止钢铁生锈的方法。

（江苏省海门中学姜明施红专）

答案：1.BD2.C余略

第二节化学能与电能

第2课时

教学目标：

1、通过实验探究认识电解和电镀的基本原理，进一步学习电极反应式的书写。

2、能从能量转化、装置、电极反应等方面区别电解反应和原电池反应，进一步体验科学探究的过程，掌握基本的研究方法，提高分析问题、解决问题的能力。

3、初步了解电解在生产和生活中的应用，感受化学在促进社会发展、提高人们生活质量中的重要作用。

重点难点：电解和电镀的原理。

电解的电极反应式及总反应式。

教学过程：

[创设问题情景]

在初中里我们就学过水的电解，知道把电流通过水就能制得氢气和氧气。事实上，

电流也能使其他很多物质发生反应，比如，工业上利用电解饱和食盐水的方法来生产

烧碱、氢气和氯气，利用电解熔融的氧化铝来生产金属铝。那么，电流是怎样使各种

物质发生反应而获得我们所需要的物质的呢？这节课我们就将通过实验探究来了解电

解的原理。

[实验探究]

在教师指导下，让学生用下面介绍的简易装置进行电解实验，并交流讨论实验结

果。

1、取一段约2厘米长的棉线，置于大片玻璃片上，用3滴食盐水将整根棉线润湿。

然后在其左右两边各加数滴食盐水溶液，再在两端各滴加1滴酚酞试液。

2、将两只鳄鱼夹分别夹住棉线两端，用导线把鳄鱼夹分别与直流电源相连，约15

—20s后，观察发生的现象。

3、在没有显示红色的一端滴加一滴碘化钾淀粉溶液。

[交流讨论]

将记录下来的实验结果进行讨论。

实验1—食盐水滴加酚酞试液没有颜色变化。

实验2—通电后，跟电源负极相连的一端溶液呈红色，并有细小的气泡产生，说明

氢氧根浓度增大。

实验3—与电源正极相连的一端滴加碘化钾淀粉溶液后溶液呈蓝色，证明有氯气产

生。

[教师补充讲解]

1、电解反应中的能量转化方式及电解池的构成条件。

2、阴阳极发生的反应（电解原理）及电极反应式、总反应式。

[观看录像或展示图片]

氯碱工业

[设问]

假如用石墨作电极，用氯化铜溶液代替氯化钠溶液，进行电解，在阴阳极上各发生

什么反应？如何证明你的结论？

[交流讨论]

[归纳小结]

电解反应的本质是电解质溶液在电流的作用下，在两极发生氧化还原反应。

[提问]

假如把刚才的实验装置改动一下，用粗铜作阳极，用精铜作阴极，用氯化铜溶液作

电解质溶液进行电解，两极反应又是怎样的？

[交流讨论]

[教师说明]

铜的电解精炼及其价值。

[交流讨论]

某同学根据他所学的知识设计了一个实验，他用铜作阳极材料，铁作阴极材料，电

解硫酸铜溶液，请你帮他分析两极及溶液中发生的变化，说明理由及该实验可能的实用

价值。

[教师补充说明]

电镀的原理及其应用。

[实物展示]

各种电镀产品。

[比较总结]

原电池与电解池的区别与联系（从装置构成、能量转化方式、两极反应等几个角度）。

[巩固练习]

分析用惰性电极电解硝酸银溶液、硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液时两极发生的反应，

写出电极反应式和电解总反应式。

补充练习

1、在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（）

A原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应

B原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应

C原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应

D原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应

2、用电解水的方法分析水的组成时，需加入一些物质以增强水的导电性，一般不宜加

入的物质是（）

ANa2SO4BNaClCCuSO4DKOH

3、已知金属M中混有金属P，电解精炼M，P以单质形式沉积于阳极下面的泥中，M、

N组成原电池，M为正极，则M、N、P三中金属活动性顺序为：（）

AP>M>NBN>P>MCP>M>NDN>M>P

4、下列关于铜电极的叙述中错误的是：（）

A铜锌原电池中铜是正极。B用电解法精炼铜时，粗铜做正极。

C在镀件上镀铜时，可用金属铜作阳极