導語：如何才能寫好一篇電解池，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一. 在教學中滲透原電池及電解池回路的構成

原電池是能將化學能直接轉變為電能的電化學裝置,也叫自發電池。在講原電池的回路之前,應該先給學生講清楚概念,使學生能夠較清楚地理解回路的構成原理。

原電池的回路是由兩個電極和電解質溶液及導線組成的閉合回路,在原電池內部是離子導電,同時陽極板上發生氧化反應,陰極板上發生還原反應,原電池中的氧化還原反應是自發的,因此原電池中化學反應的結果是在外線路中產生電流,即原電池本身是一種電源,原電池正極上,因氧化反應而有電子的積累,故電位較小是負極,即電流從負極流出經過外線路流入正極,整個原電池的回路就這樣構成,同樣在講電解池的同時,要給學生講明電解池的概念,電解池是將電能轉化為化學能的電化學體系,電解池回路與原電池回路相似,也是由兩個電極和電解質溶液及電源組成的閉合回路,在外線路中,電流從電源的正極經電解池流向電源的負極,這樣從外電源的負極流出的電子到了電解池的負極,經過還原反應,將負電荷傳遞給正極 ,極板上積累的電子經過導線流入電源的正極,這樣就構成了電解池的回路,此時給學生講清楚電化學中陽極的規定,把發生氧化反應即失電子的電極叫陽極,把發生還原反應的電極叫陰極,學生只要能熟練掌握原電池及電解池的概念，并能理解二者回路的構成原理,就對電化學基礎知識有了進一步的認識,也為今后電化學知識的學習打下了堅實的基礎。

二. 比較原電池和電解池的異同

學生了解了原電池和電解池的回路,如果同時再對原電池和電解池的異同進行比較,就會使學生在理論上得到升華,理解的深度和廣度得到擴展,對各種問題的運用也將得心應手,本人在教學中常常從二者的概念,電極反應，能量轉化幾方面進行對比。電解池和原電池是具有類似結構的電化學體系,當電池反應時,都是在陰極上發生得電子的還原反應,在陽極上發生失電子的氧化反應,但是它們反應進行的方向是不同的,在原電池中,反應是自發進行的,體系的自由能變化是小于零的,化學反應的結果是體系對外做功,產生電能。在電解池中,電池反應是被動進行進行的,需要外界給體系輸入能量,促使化學反應發生,故體系自由能變化是大于零,因此從能量轉化的方向看,電解池與原電池中進行的恰好是互逆過程,在回路中,原電池的轉化方向不相同,在電解池中,陰極是負極,陽極是正極。在原電池中,陰極板是正極,陽極板是負極,與電解池恰好相反,這一點非常重要,要求學生特別注意區別,切勿混淆。

三．掌握原電池及電解池的電極反應

若使學生能熟練寫出電極反應,首先必須學會判斷原電池的正極和負極,在原電池中,判斷正負極的理論依據為,兩個電極材料的活潑性差異,通常把活潑的金屬做負極,發生失電子的反應,即氧化反應,把不活潑的金屬或者非金屬做正極,發生得電子反應即還原反應,以最簡單的原電池為例:在電池中兩電極反應為:

負極（―）：Zn―2e― == Zn2+

正極（+）：Cu2+ + 2e―==Cu

電池反應：Zn+ Cu2+ == Cu+ Zn2+

在電解池中,判斷陰陽極的方法很簡單,是由外電路電源的正負極決定的,與電極材料無關,與外接電源的正極相連的是陰極，發生得電子的還原反應,例如電解飽和食鹽水制取氧氣和氫氧化鈉,電極反應:

陽極(石墨):2Cl――2e―==Cl2

陰極(鐵):2H++2e―== H2

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1、理解電解的原理，掌握電解池形成的條件，能夠準確判斷電解池的陰、陽兩極。

2、初步掌握離子的放電順序以及陰、陽極上產物的分析判斷。

3、初步掌握書寫兩極所發生的反應及電解的總化學方程式；會判斷兩極所發生的是氧化反應，還是還原反應。

學習過程：

一、電解原理

【探究實驗】

實驗步驟如圖甲所示，將用導線連接在一起的兩根石墨碳棒插入盛CuCl2溶液的U型管中，觀察現象。如圖乙所示，將兩根石墨棒分別跟直流電源的正極和負極連接，浸入U型管的CuCl2溶液中，再接通12V直流電,觀察現象。實驗現象結論【小結】1、電解：

2、電解池（又稱電解槽）：把能轉化為能的裝置。

【思考與交流1】

根據以上電解氯化銅的裝置，結合原電池的構成條件，你能否總結出電解池的一般構成條件？

【小結】電解池形成的條件：。

【反饋練習】1、如圖所示的裝置能夠組成電解池的是（ ）

【思考與交流2】

1、通電前CuCl2溶液中存在哪些離子？這些離子作怎樣的運動？

2、通電過程中CuCl2溶液中的離子運動情況有何變化？當陰、陽 離子移向碳電極表面時，哪些離子發生了反應？

【學生活動】討論上面問題并完成下列填空：

①通電前，CuCl2溶液中存在的陽離子有，陰離子有，這些離子來自于和。

②通電過程中，陽離子移向，陰離子移向。在陽極反應的離子是，在陰極反應的離子是，分別發生反應和反應，生成

和。

③電極反應式為：陽極： ； 陰極，

電解CuCl2溶液的總反應方程式為： 。

【思考與交流3】

在溶液中存在的陽離子有Cu2+、H+，陰離子有OH-、Cl-，為什么首先在陰極上放電的是Cu2+而不是H+，在陽極上放電的是Cl-而不是OH-？

【小結】電解時離子放電順序：

1、影響離子放電的因素：。

2、離子的放電順序

①陰極： 離子放電， 電子能力強先放電；；

②陽極： 離子放電， 電子能力強先放電。。

【思考與交流4】

1、在電解氯化銅溶液的裝置中，若把電解質換成氯化氫，其結果如何呢？試寫出電極反應式。

2、在電解氯化銅溶液的裝置中，若把電極材料換成鋅，其結果又如何呢？試寫出電極反應式。

【小結】若 極材料是除惰性材料（鉑、金、碳）以外的金屬，溶液中的陰離子一般不放電，而是 極材料本身失電子，被氧化，參與 極反應 。

【反饋練習】2、用惰性電極電解CuSO4和NaCl的混合溶液，開始時陰極和陽極上分別析出的物質是（）

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，我們在電解水時加入了稀硫酸或者氫氧化鈉溶液的作用是什么? 它們對電解產物有影響嗎？能說明相關離子放電能力的大小嗎?

【反饋練習】3、指出下列裝置的名稱、電極名稱，并表示出電子移動方向。

【小結】原電池與電解池的比較:原電池電解池能量轉換離子的遷移方向發生氧化反應的電極發生還原反應的電極相同點(從原理分析)

【課后拓展練習】

1、分別用惰性電極電解下列溶液時的電極反應式的書寫

①NaCl溶液

陽極：陰極：

總反應方程式： 。

②CuSO4溶液

陽極：陰極：

總反應方程式： 。

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一、根據物質的性質和存在狀態，確定體系中的粒子種類

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

二、要明白在兩個電極上發生的反應類型

判斷溶液中的離子種類以及放電的先后順序，根據易得的先得，易失的先失進行判斷，當溶液中電解質足量時，放電的粒子是確定的。

三、巧記電解規律，快速作出判斷

1.電解含氧酸、強堿溶液、活潑金屬的含氧酸鹽溶液時，如電解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液，其實質是電解水。

2.電解無氧酸溶液（氫氟酸除外）、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液，如電解鹽酸、CuCl2等溶液，其實質是電解質自身被電解。

3.電解不活潑金屬的含氧酸鹽時，電解質和水都有一部分被電解――電解質的陽離子被消耗。

4.電解活潑金屬的無氧酸鹽溶液時，電解質和水都有一部分被電解――電解質的陰離子被消耗。

四、注意特殊情形

在解決問題時還應注意以下幾點：

1.當電解質的量不足時，溶液中放電的離子種類會發生變化，那時一定要判斷剩余離子的放電順序，所以同一個電極上發生的電極反應將不止一個。（若還要求計算，則按電荷守恒進行求解）

2.溶液中離子的放電順序還與離子的濃度有關，放電順序要按照實際析出的主要物質去確定，不能一律按照順序表。（因為極稀離子與電極接觸的機會少，因此得到電子的機會就少）

五、總結

電解池反應的書寫步驟一般分為五步，即：

1.找離子―依次找出溶液中存在的陰陽兩類離子。

2.判斷放電順序―依據兩個放電順序表進行判斷。

3.書寫電極反應―規律：陽極氧化，陰極還原，且陰陽兩極得失電子數必須相等。

4.確定是否有水參加反應―當參加電極反應的氫離子或氫氧根離子不是由電解質直接提供而是由水提供時，必須要考慮水的電離，并根據所需粒子（氫離子或氫氧根離子）的數目給水的電離方程式配上適當的計量數。

5.合并電極反應式，注意要調整電極反應式的計量數，按實際參加反應或反應所生成的物質的量將電極反應（和水的電離方程式）進行合并，就可以得到電解池的總反應式的離子方程式。

按以上步驟多練習，相信掌握電極反應式的書寫不會再是難題。

參考文獻：

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《全日制普通高級中學教科書[必修加選修]化學》課本(人民教育出版社化學室編著)中的電化學實驗共7個:6個教師演示實驗,1個學生實驗。通常結合教學的需要,教師還會補充一些實驗,如Fe(OH)3膠體電泳的演示實驗和電鍍銅及銅的精煉等學生實驗。做這些實驗都要用到電化學裝置――原電池或電解池。

在發明多功能電化學實驗夾以前,我們按照課本上的裝置組裝原電池或電解池,電極和導線的連接方式大致有兩種:

1.把導線直接纏繞在電極上,然后通過鐵架臺的鐵夾把電極固定在裝置的適當位置;

2.采用帶支架的螺桿將電極固定,再用支架上的螺栓、螺母將導線固定在支架的適當位置。

兩種方式比較,第一種方式的電極和導線容易松開,導致電路中斷,第二種方式較好一些。

但是這種傳統的電極桿設計方式在實際使用中給教師和學生帶來了很多麻煩。其主要的問題是裝置不易維護,成本較高。一方面,電極連接到支架上后不易取下,活潑的電極材料如鋅片、鋁片等,在電化學反應中消耗后,難以進行更換,支架經常隨著電極消耗而報廢。另一方面,即使電極材料不消耗,也常常由于支架上的螺栓螺母易銹死,導致電路中斷而必須使裝置整體更換。若購買現成的多功能電化學實驗儀器,實驗效果相當好,但價格較昂貴,而且其中配套的玻璃儀器極易損壞,損壞后無法更換。

隨著我校探究式實驗教學的推廣,學生越來越渴望通過實驗完成大量的電化學實驗探究,但是受實驗裝置條件的限制,師生往往需要花大量的時間來組裝裝置,還常常觀察不到滿意的實驗效果。

我們積極思索,采用夾持定位的設計思想,設計了三個互相連接在一起的夾子:管口夾、電極夾和電線夾。三個夾子均用不銹鋼材料制作而成(見圖1)。管口夾用于夾持在直徑為15mm的普通U形管管口上;電極夾可夾持各種電極材料,如實驗室中易找到的鐵釘、碳棒和易剪成形的銅片、鋁片、鋅片等;電線夾可直接夾持導線的接頭。這種設計方式,既便于更換電極材料,又利于分別觀察兩極實驗現象。

圖1

接下來,我們又考慮到有很多的電化學實驗是在250mL的燒杯中完成的,結合這個實際需要,我們又設計了可放置在250ml的燒杯上進行實驗的電極板。電極板的結構很簡單,即在一塊有機玻璃上固定兩組相互連接的電極夾和電線夾(見圖2)。我們很快在電腦上完成了設計,然后根據設計完成了制作。

圖2

電化學實驗夾研制成功后,2008年9月,我們將該裝置應用于《電解食鹽水》、《電解硫酸銅溶液》、《鋁制鑰匙鍍銅》、《原電池原理》4個學生實驗,效果較好。有了多功能電化學實驗夾,學生能夠結合實驗需要,比以往更加靈活、快速地更換電極材料,更高效地完成好電化學實驗,學生在電化學課外實驗中的探究也有了很大的進步。

在學生用電化學實驗夾進行實驗的探究中,我們欣喜地發現,電化學實驗夾小巧靈活,適宜完成很多對比實驗,這是現有傳統電化學實驗儀器很難做到的。例如,學生在做探究《影響干電池電動勢的因素》的實驗中,需要測出在不同濃度的氯化銨溶液中,不同電極組成的電池的電動勢變化的三組對比實驗,在使用電化學實驗夾來完成該實驗時,更快速靈活地完成了實驗。

特點:該教具采用夾持固定方式,設計合理、小巧輕便、操作方便,可快速固定U形管,快速更換電極材料,快速連接電路。與該教具配套使用的玻璃儀器與電極材料為實驗室常用器材。

用途:本教具適宜完成電化學知識中的學生實驗、教師實驗、學生實驗探究及電化學實驗中的對比實驗,如:原電池實驗、電鍍實驗、電解實驗、膠體電泳實驗、學生實驗探究等。

本裝置的具體用途有:

①探究離子濃度對溶液導電能力的影響,

②探究干電池原理,

③探究影響干電池電動勢的因素,

④探究鐵釘在不同外界條件下的腐蝕情況,

⑤探究鎂鋁電池在不同電解質溶液中的電流方向,

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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.

關鍵詞:電量-重量法;煤中碳氫含量檢測;電解池;BCH-1型碳氫分析儀

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

中圖分類號:TE6文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)22-0098-01

1實驗概述

本文使用江蘇江分電分析儀器有限公司生產的BCH-1型碳氫分析儀進行檢測。覆蓋三氧化鎢的煤樣在高錳酸銀熱解產物作用下,于800℃下,在氧氣流中燃燒。生成的水與鉑-五氧化二磷電解池中的五氧化二磷反應生成偏磷酸,后者經電解生成氫氣、氧氣和五氧化二磷,根據電解所消耗的電量,計算煤中氫的含量;生成的二氧化碳用二氧化碳吸收劑吸收,由吸收劑的增重,計算煤中碳的含量。試樣中硫和氯對測定的干擾用高錳酸銀熱解產物除去,氮對碳的干擾由粒狀二氧化錳除去。

2關于電解池以及實驗拖尾的問題

在氫值測定的過程中,電解池的狀態往往很大程度上影響測定的準確性。

2.1 電解池在工作過程中一般最先在頭部產生鉑黑,如在使用過程中不經常更換電極來電解鉑黑,會造成頭部鉑黑雜質的增加,嚴重影響電解池狀態,造成氫值偏高。在對電解池進行清洗的時候一定要確保線圈上的鉑黑被全部清洗干凈。

2.2 電解池在清洗過程中應當仔細,涂膜之前確認相鄰纏繞的鉑金絲之間不可以留有任何顆粒或者其他能導致鉑金絲連電短路的雜質,否則將嚴重影響電解池的壽命。

2.3 涂膜后使用了一段時間的電解池如果距下一個樣品的檢測有較長的等待時間(如超出一小時以上),則在進行下一個樣品的檢測時應使用“測定”鍵或者“涂膜”鍵來電解存留在電解池中的水份,不應當使用“預處理”鍵。如果使用“預處理”鍵來電解,則會在電解池內部產生大量的氣泡,隨著氧氣氣流的推動會造成電解液漂移至尾部甚至吹出電解池,該情況會造成電解池表面膜的過早損耗以及拖尾現象,致使結果偏高。

2.4 氧氣流速過低是也是引起實驗拖尾的重要因素。煤中的氫元素在經過燃燒裝置之后,與氧氣反應后由于高溫緣故形成水蒸汽,在燃燒管出口處逐漸冷凝形成水,由氧氣的推動進入電解池中進行電解,氧氣流速過低必然導致水蒸汽冷凝后進入電解池的時間變長,而氧氣流速如果過快,會導致燃燒生成的二氧化碳來不及被U形管中的吸收劑完全吸收就被氧氣帶走,所以氧氣流速應當控制在80ml/min左右。

3關于吸收二氧化碳的U形管的問題

3.1 U形管的挑選首先應選用磨口處與旋轉活塞松緊適宜的U形管,在未涂抹真空脂之前晃動、旋轉磨口塞,如果磨口塞能夠在U形管磨口內晃動,則會造成在使用過程中活塞上涂抹的真空脂產生絲狀氣泡空隙,影響氣密性;如果旋轉過于困難,則會因為磨口塞與瓶口過于緊密導致真空脂在磨口塞反復旋轉時被擠壓出去,無法保證U形管在使用過程中的氣密性及使用壽命。

3.2 真空脂特性的影響此處以2號真空脂為例。試驗表明,溫度對真空脂物理性狀有很大的影響,在氣溫低于18℃的環境下,涂抹在U形管活塞處的真空脂活性降低,難以起到長時間的和密封作用。因此在氣溫較低的環境下應經常觀察U形管的密封性。

3.3 U形管氣密性對結果的影響二氧化碳吸收管完畢從設備上取下之后,冷卻10分鐘左右,放入電子天平稱重。U形管氣密性如果出現問題,明顯特征之一就是放入天平后,顯示的重量一直在不停變化,在無外界因素干擾的情況下,且U形管管身無裂痕,可以判定U形管磨口塞處的氣密性出現了問題。此時應補抹密封真空脂,重新進行質量恒定試驗。

4關于空白值的測定

國標GB/T 476-2008中規定,在燃燒爐、凈化爐和催化爐達到指定溫度后,保持氧氣流量約為80ml/min,啟動電解到終點。在一個預先灼燒過的燃燒舟中加入三氧化鎢(數量與煤樣分析時相當),將氫積分值和時間計數清零,打開帶推棒的橡皮塞,放入燃燒舟,塞緊橡皮塞,用推棒直接將燃燒舟推到高溫帶,立即拉回推棒。按空白鍵或者9min后按下電解鍵。到達電解終點后,記錄電量積分器顯示的氫質量。重復上述操作,直至相鄰兩次空白測定值相差不超過0.050mg,取這兩次測定的平均值作為當天氫的空白值。在批量檢測中,不建議將初始狀態測得的空白值作為全部樣品的空白值,初始狀態的空白值只適合作為接下來的第一個檢測樣品的空白值,之后批量檢測中需要的空白值應隨機、多次在樣品檢測完畢后進行空白實驗得到,并取其平均值(氫含量較低的樣品的批量檢測不在此討論范圍之內)。

5重復性實驗應注意的問題

在儀器設備常運轉的情況下,造成實驗結果相差超出重復性限的因素依然存在,如樣品在制備過程中未充分混勻,環境溫、濕度瞬間變化,樣品稱量的準確性,催化劑的使用量,一組平行樣間隔時間的長短等。多次試驗表明,在檢測完一個樣品之后,如果儀器空閑超過5分鐘以上,再檢測同一個樣品,其氫值會略低于第一次得到的結果;如果樣品A在兩次檢測之間插入檢測一個氫值較高于或較低于它的樣品B,則會對樣品甲的第二次檢測得到的氫值造成影響。因此在檢測一組平行樣的時候,應確保該組平行樣檢測間隔不超過5分鐘,且中間不可以加測另外的樣品,以免影響該組平行樣取平均值時的準確性。

6結語

綜上所述,在使用BCH-1型碳氫分析儀對煤中碳氫含量進行檢測時,很多被忽視的細節往往會影響檢測結果。除了對設備要有充分的了解,對檢測中不可缺少的其他條件因素也需要掌握,盡可能的減少人為原因造成的誤差,才能保證檢測結果的真實性,準確性。

參考文獻:

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【關鍵詞】問題解決 原電池 工作原理

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）07-0020-02

一、教材分析

《原電池的工作原理》是蘇教版高中化學選修《化學反應原理》專題一第二單元第一課時的內容。本節教材是中學化學重要的基礎理論之一，是普通高中化學課程標準和考試說明要求的重要知識點，更是學生學習比較困難的一部分。它融合了多方面的知識，包括：氧化還原反應、能量間的轉化、電解質溶液、金屬的性質等等，甚至包括物理電學中的相關知識，體現了學科內和學科間的綜合。

二、學情分析

在知識上，學生已經學習了氧化還原反應、能量間的轉化、電解質溶液及金屬的性質等有關知識；在能力上，已經初步具備了一定的觀察能力、分析能力和思維能力，喜歡自己通過實驗探究化學反應的實質，由實驗現象推測反應原理，并對其進行歸納總結。

三、教學思想

原電池的工作原理在生產生活和科學研究中應用十分廣泛，小到手電筒，大到人造衛星，均需要依靠化學電源提供電能。因此，引導學生認識化學能與電能的相互轉化的原理和遵循的規律，可以促使學生深刻認識身邊的電化學現象。對原電池原理的學習，要求學生必須向上聯系氧化還原反應、能量轉化、電解質溶液、元素化合物知識；向下為未來學習化學電源、電解池的工作原理及應用、金屬的腐蝕與防護等奠定堅實的理論基礎；同時形成研究制造電池、進行創造發明的初步意識。這樣構建的一個系統的知識網絡，強化了學生將理論與實踐相聯系，從實踐中提取理論、再完成由理論指導實踐的認識規律，較好地培養了學生的創造性思維。

在蘇教版教材必修2中已經重點介紹了銅鋅原電池的工作原理和形成條件，并對實用電池進行了簡單介紹。選修的知識是在必修2基礎上的加深和提高，從必修水平到選修水平，學生的知識和能力需要進行一次較大的跨越。必修2中介紹的原電池電流效率低（引出需要解決的問題），在本節課本著“發現問題，解決問題”的宗旨，引出將兩個半電池通過鹽橋相連而形成的電流效率較高的原電池。必修2中重點放在引導學生觀察原電池的工作原理，而本節課則將重點放在引導學生分析現象產生的原因，要求學生理解原電池的工作原理，能根據有關原理進行原電池的設計，并寫出相應的電極反應式。

四、教學目標

1.知識與技能

（1）通過實驗與分析，掌握形成原電池的基本條件。（2）理解原電池的工作原理，能判斷原電池的正負電極，能寫出電極反應式。（3）學習實驗研究的方法，能設計并完成一些基本的化學實驗。

2.過程與方法

（1）經歷對化學物質及其變化進行探究的過程，進一步了解科學探究的意義，學習科學探究的基本方法，提高科學探究能力。（2）在科學探究的過程中要具有較強的問題意識，敢于質疑勤于思索。（3）在學習中，學會運用觀察、實驗等多種手段獲取信息，并運用比較等方法對信息進行加工。

3.情感態度與價值觀

（1）在化學學習的過程中體驗并享受探究帶來的快樂，感受化學世界的奇妙。（2）增強聯系實際學習化學并將化學知識應用于生活的意識。（3）關注與化學有關的社會熱點問題和科學前沿問題，增強環境保護的意識，逐步形成可持續發展的思想。

五、教學重點和難點

教學重點：原電池的工作原理，電極反應式的書寫。

教學難點：原電池的形成條件，電極反應式及電池反應方程式。

六、教學過程

【新課導入】在日常生活中我們經常會看到或用到形形、各種各樣的電池（PPT展示各種電池的圖片），這些電池是如何工作的呢？在必修2中我們對原電池的知識已經有了初步了解，今天我們一起來進一步學習原電池的知識。

設計意圖：激發學生進一步學習的欲望。

【教師】下面我們首先進入今天的“溫故知新”環節：用導線連接銅片和鋅片，并將銅片和鋅片同時置于稀硫酸溶液中，在導線中間連接一個電流計，觀察實驗現象。

【教師】PPT展示銅鋅原電池（以稀硫酸為電解質溶液）flas。

【學生】回答實驗現象：鋅片逐漸溶解，銅片表面有氣體產生，電流計指針發生偏轉，且偏向銅極，溶液不變藍。

設計意圖：檢查學生知識的掌握情況，溝通新舊知識的聯系，為新授知識做好鋪墊。

【教師】這樣的裝置是將化學能轉化為什么形式的能量？

【學生】電能。

【板書】一、原電池

1.概念：將化學能轉化為電能的裝置,叫作原電池。

【教師】請同學們完成該原電池的電極反應式及反應方程式。

【學生】負極：Zn-2e-=Zn2+ 正極：2H++2e-=H2

總反應：Zn+2H+=Zn2++ H2

【教師】在以上的裝置中鋅片為 ____ 極，發生 ____ 反應，銅片為 ____ 極，發生 ____ 反應。

【學生】學生回答：負，氧化，正，還原

【教師】我們總結一下，形成原電池必須具備哪些條件？

【學生】①兩個電極；

②電解質溶液或熔融狀態電解質；

③形成閉合回路；

④自發發生氧化還原反應。

【板書】2.形成條件

設計意圖：通過回顧，對原電池形成條件有更加深刻的認識；培養學生表達能力，分析歸納能力。

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一、原電池

我們在電化學教學中，老師應明確告訴學生：原電池反應是自發的氧化還原反應。在滿足形成原電池的條件（兩電極、電解質溶液、閉合）下，先正確地寫出自發的氧化還原反應方程式（原電池反應）并確定氧化劑和還原劑。還原劑一定在負極上反應，氧化劑一定在正極上反應。如果還原劑是金屬，則該金屬是原電池的負極，且正極與該金屬不同，如果還原劑不是金屬，則正負電極由其他電極代替且可相同。這樣，既可以根據原電池反應判斷正負極和書寫電極反應，也可以將自發的氧化還原反應設計成原電池。

1.規律

負極：失電子，發生氧化反應（一般是負極本身失電子，除外界不斷補充的燃料電池）。

正極：得電子，發生還原反應（一般是溶液中陽離子在正極上得電子，也可能是O2在正極上得電子如吸氧腐蝕或燃料電池，或正極本身得電子）。

2.分類

（1）一般原電池

①兩個活潑性不同的電極（金屬與金屬、金屬與石墨碳棒、金屬與難溶金屬氧化物）；

②電解質溶液，至少能與一個電極發生有電子轉移的氧化還原反應，一般是置換反應；

③兩電極插入電解質溶液中且用導線連接，且形成閉合回路。

方法點睛：先分析兩電極材料相對活潑性，相對活潑的金屬作負極，負極失去電子發生氧化反應，形成陽離子進入溶液；較不活潑的金屬作正極，溶液中的陽離子按放電強弱順序在正極上得到電子發生還原反應，析出金屬或氫氣，正極材料不參與反應。如金屬Fe、Cu、稀鹽酸構成的原電池中，負極為Fe。

但是具體情況還應具體分析，如金屬Fe、Cu、濃硝酸構成的原電池中，由于Fe比Cu活潑，但負極卻是Cu（Fe、Al在濃硝酸中鈍化，不能繼續反應，而Cu可以與濃硝酸反應）。

（2）燃料電池

燃料電池大多數是由可燃性物質（主要是可燃性氣體）與氧氣及電解質溶液共同組成，雖然可燃性物質與氧氣在不同的電極上反應，但總方程式相當于可燃物在氧氣中燃燒。因為涉及電解質溶液，所以燃燒產物（一般為CO2）可能還要與電解質溶液反應，再寫出燃燒產物與電解質溶液反應的方程式，從而得到總方程式。

（3）鹽橋在原電池反應中起到作用

在教學中常常有學生問，原電池中鹽橋到底起到什么樣的作用。對于此問題，很多老師怕增加學生的學習負擔，往往就會簡單地告訴學生，鹽橋是起到導電作用；鹽橋中的陰離子向負極移動，陽離子向正極移動。這樣回答的話，學生往往產生另外一個問題：溶液中的陰陽離子可以定向移動而導電，為什么偏偏要把兩個半反應分開在不同區域進行，中間加上鹽橋呢？其實鹽橋除了上面所說的導電作用外，還有個很重要的作用是，避免負極材料直接與正極的電解質溶液反應，這樣原電池能持續穩定的放電，從而使原電池具有實用價值。另外鹽橋的存在可以平衡兩個反應容器內的電荷，使得反應能持續進行。其實上述三者的作用又不是孤立存在，而是相互依賴，相互影響的。

二、電解池

電解池反應是強制的氧化還原反應。在滿足形成電解池的條件（電解質溶液導電）下，根據陽離子的氧化性順序、陽極活性及陰離子的還原性順序，正確的寫出電解池反應并確定氧化劑和還原劑。還原劑一定在陽極上反應，氧化劑一定在陰極上反應。如果還原劑是金屬，則該金屬是電解池的陽極（陰極任選）；如果還原劑不是金屬，則陽極是惰性的。這樣，既可以根據電解池反應判斷陰、陽極和書寫電極反應，也可以將溶液中或離子晶體熔化時不能自發的氧化還原反應設計成電解池反應。但要注意的是，惰性電極電解溶液時最后階段可能是電解水。

1.規律

陽極：失電子，發生氧化反應（可以是溶液中陰離子在陽極上失電子，也可以是陽極電極材料本身失去電子）。

陰極：得電子，發生還原反應（溶液中陽離子在陰極上得電子）

2.放電順序

（1）陽極為惰性電極如石墨或Pt時，只需考慮電解質溶液中所有陰離子的放電，電極本身不參與放電。

（2）陽極為活性電極如Fe、Cu、Ag時，則活性電極本身失去電子生成相應的陽離子。

陽極放電順序：活潑電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子>F-

（3）陰極的電極材料本身不參加反應，溶液中所有陽離子的放電順序：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>（H+酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+（注意Fe的兩種離子和H+的位置）

3.電極反應書寫

首先看是否有活潑電極做陽極；然后看溶液中有哪些陰離子和陽離子；最后看哪種離子先放電。

篇8

（1）原電池的負極發生氧化反應，正極發生還原反應；電解池的陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應。

（2）通常狀況下，電解池中陽極發生氧化反應先后的順序是：活潑電極>S■>I■>Br■>Cl■>OH■>含氧酸根>F■；陰極發生還原反應的先后順序是：Ag■>Fe■>Cu■>H■>……>Fe■>……

（3）電極反應式作為一種特殊的離子反應方程式，必然應遵循質量守恒、電荷守恒規律。

（4）兩極反應相加，應是原電池或電解池發生的總反應式。

下面我們以一些習題為例，從中體會電極反應式的書寫技巧。

一、原電池電極反應式

負極電極是還原材料失去電子被氧化發生氧化反應，正極電極反應要分析電極材料的性質：若電極材料是強氧化性材料，則是電極材料得電子被還原，發生還原反應；若電極材料是惰性的，再考慮電解質溶液中的陽離子是否能與負極材料反應，則是溶液中的陽離子得電子，發生還原反應；若不能與負極材料反應，則考慮空氣中的氧氣，由氧氣得電子，發生還原反應。

例1：分別寫出以下四幅圖中發生的電極反應。

分析：圖（1）中，Mg比Al活潑，失去電子，H■得電子，正極：2H■+2e■=H■，負極：Mg-2e■=Mg■，總反應：Mg+2H■=Mg■+H■。

圖（2）中，Mg不與NaOH溶液反應，Al失電子，H■O得電子，正極：6H■O+6e■=3H■+6OH■，負極：2Al+8OH■-6e■=2AlO■■+4H■O。總反應：2Al+2OH■+2H■O=2AlO■■+3H■

圖（3）中，Fe被鈍化，Cu失電子，NO■■得電子，總反應：Cu+4H■+2NO■■=2NO■+Cu■+2H■O，正極：4H■+2NO■■=2NO■+2H■O，負極：Cu-2e■=Cu■。

圖（4）中，發生的是吸氧腐蝕，Fe失電子，O■得電子，正極：O■2H■O+4e■=4OH■，負極：2Fe+4OH■-4e■=2Fe（OH）■，總反應：2Fe+O■+2H■O=2Fe（OH）■。

例2：CH■燃料電池是用導線相連的兩個鉑電極插入KOH溶液中，然后向兩極分別通入CH■、O■構成。請寫出該電池的相關電極反應式。

分析：該電池的總反應歷程如下，CH■+2O■=CO■+2H■O，CO■+2KOH=K■CO■+H■O，總反應為：CH■+2O■+2OH■=CO■■+3H■O。O■在正極得電子，反應歷程如下：2O■+8e■=8O■，8O■+4H■O=8OH■，所以，正極反應式：2O■+4H■O+8e■=8OH■；負極可以由總反應減去正極反應式得到，負極反應式：CH■+10OH■-8e■=CO■■+7H■O。

例3：阿波羅宇宙飛船上使用的是氫氧燃料電池，其電池總反應為：2H■+O■=2H■O，電解質溶液為KOH溶液，其電極反應式分別為：

負極？搖？搖 ？搖？搖？搖？搖？搖？搖，正極？搖？搖 ？搖？搖？搖 ？搖？搖？搖。

若電解質溶液改為稀H2SO4，其電極反應式分別為：

負極？搖 ？搖？搖？搖？搖？搖？搖？搖，正極？搖？搖？搖？搖？搖？搖 ？搖？搖。

分析：電解質溶液為堿性，在書寫電極反應式時可出現OH■，但不能出現H■；同時，電解質溶液為酸性，在書寫電極反應式時可出現H■，但不能出現OH■。

答案：H■-2e■+2OH■=2H■O（反應歷程：H■-2e■=2H■，2H■+2OH■=2H■O）；

O■+2H■O+4e■=4OH■（反應歷程：O■+4e■=2O■，2O■+2H■O=4OH■）；

H■-2e■=2H■

O■+4e■+4H■=2H■O（反應歷程：O■+4e■=2O■，2O■+4H■=2H■O）。

例4：一次性電池鋅銀電池，負極是鋅，正極是Ag■O，電解質是KOH，請寫出該電池的相關電極反應式。

分析：鋅是還原劑，在負極失電子，反應歷程如下：Zn-2e■==Zn■，Zn■+2OH■==Zn（OH）■，

Zn（OH）■=ZnO+H■O，所以負極反應式：Zn+2OH■-2e■=ZnO+H■O。Ag■O是氧化劑，在正極得電子，反應歷程如下：Ag■O+2e■=2Ag+O■，O■+H■O=2OH■，所以正極反應式：Ag■O+H■O+2e■=2Ag+2OH■。正極反應式和負極反應式相加可以得到總反應式：

Zn+Ag■O=2Ag+ZnO。

例5：鉛蓄電池是由兩組平行排列的柵狀鉛合金極板作為主架，正極板上覆蓋PbO■，負極板上覆蓋Pb，電解質是硫酸。其充、放電原理可用下列化學方程式表示：

Pb+PbO■+2H■SO■ 2PbSO■+2H■O，請寫出其充、放電

時相應的電極反應式。

分析：放電時，鉛蓄電池作為原電池，充電時作為電解池。寫電極反應式時，先把總反應改寫成離子方程式：Pb+PbO■+4H■

+SO■■ 2PbSO■+2H■O，然后從較簡單的單質鉛電極入手，

然后根據電極反應的可逆性，進行變形寫出其他電極反應式。

答案：負極：Pb+SO■■-2e■=PbSO■（反應歷程：Pb-2e■=Pb■，Pb■+SO■■=PbSO■）

正極：PbO■+SO■■+4H■+2e■=PbSO■+H■O（由總反應式減去負極反應式得到）

陽極：PbSO■+H■O-2e■=PbO■+SO■■+4H■（正極的逆反應）

陰極：PbSO■+2e■=Pb+SO■■（負極的逆反應）

二、電解池電極反應式

電解質導電的實質：對電解質溶液（或熔融態電解質）通電時，電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極，電解質的陽離子移向陰極得電子發生還原反應；電解質的陰離子移向陽極失去電子（有的是組成陽極的金屬原子失去電子）發生氧化反應，電子從電解池的陽極流出，并沿導線流回電源的正極。這樣，電流就依靠電解質溶液（或熔融狀態電解質）里陰、陽離子的定向移動而通過溶液（或熔融態電解質），所以電解質溶液（或熔融態電解質）的導電過程，就是電解質溶液（或熔融態電解質）的電解過程。

例6：如下圖所示是電解CuCl■溶液的裝置，其中c、d為電極，根據要求寫出相應的電極反應式。

（1）若c、d為石墨電極，陽極：？搖 ？搖，

陰極：？搖 ？搖；

（2）若c、d為銅電極，陽極：？搖 ？搖；

陰極：？搖 ？搖。

分析：若c、d為石墨電極，電極為惰性電極不參與電極反應，溶液中的離子放電，且Cl■比OH■優先，若c、d為銅電極，陽極為活潑電極，Cu參與電極反應并放電，溶液中的離子不放電。

答案：（1）2Cl■-2e■=Cl■，Cu■+2e■=Cu

（2）Cu-2e■=Cu■，Cu■+2e■=Cu

例7：以石墨為電極電解1L1mol/L的NaCl溶液，并收集兩個電極處所生成的氣體，兩極所收集氣體的體積分別為V（陰）、V（陽）∶當V（陰）∶V（陽）=3∶2時，寫出相應的電極反應式。

分析：電解NaCl溶液時，陰極總是H■放電，得到電子；而陽極存在Cl■、OH■，Cl■優先OH■放電，當Cl■放電失電子時，兩極所收集的氣體體積相等，Cl■完全消耗完后，OH■放電，此時兩極所收集的氣體體積不相等，當V（陰）：V（陽）=3∶2時，陽極應該是OH■放電。

篇9

關鍵詞:電解池;分解電壓;極化電極電勢;超電勢;電解原理

文章編號:1005-6629(2010)10-0001-06 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

電流通過電解質溶液發生化學反應,可將電能轉變成化學能的過程稱為電解。電解能使原本GT、P >0的反應得以進行, 例如,氯化鈉水溶液可以穩定存在,不能自發進行生成NaOH、Cl2和H2的反應,只有在電解的條件下可以實現。實現電解過程的裝置稱之為電解池。Garnett 和 Treagust (1997)[1] 曾指出,學生認為應用電壓的方向對于反應或者正負極的位置沒有影響。另外一種想法是,如果使用惰性電極,就沒有反應發生。Sanger和Greenbowe (1997)[2]的研究顯示,許多學生相信,當電池的兩端連同樣的電極時,在各個電極上會發生相同的反應。從中不難發現,學生在理解電解概念時存在一定的問題。在化學教學中,也有一些教師對電解概念的理解有偏激、對電解實驗的操作存在一定的問題。本文對中學化學中涉及電解的知識進行介紹和詮釋,以期對中學化學教學有所幫助。

1電解池的構成

電解池的構成條件:外加直流電源、電極、電解質溶液或熔融的電解質以及用導線連接成閉合電路。

在電解池中,以Cu為陰極,C(石墨)為陽極電解CuCl2溶液為例,與直流電源正極相連的電極是陽極,與直流電源負極相連的電極是陰極,陽極發生氧化反應:2Cl-(aq)-2e-=Cl2(g); 陰極發生還原反應:Cu2+(aq)+2e-=Cu(s)。 由于陽極帶正電,陰極帶負電,電解液中的正離子移向陰極,負離子移向陽極,在一定條件下當離子到達電極上分別發生氧化和還原反應,稱為離子放電。電解裝置如圖1所示。

電解時,應逐漸升高外加電壓,直至兩電極上有明顯的反應為止,控制電解平穩進行。需注意的是,并非一加電壓電解就會發生,只有當外加電壓達到一定時,電極上才有明顯的反應。若電解一開始,就加較大的電壓,可使電解反應劇烈快速進行,有可能會導致析出不必要的產物,而且浪費能源等不良后果。電解時,需考慮電能效率、電解速率、產品質量的綜合因素來確定電壓。

為保證電解進行,控制合適的電解電壓是很重要的。選擇適宜的電壓,首先需知道電解所需的分解電壓。

2分解電壓

何為分解電壓?分解電壓E分解就是使給定電解過程連續穩定進行所必須施加的最小外加電壓。一般在進行電解實驗之前,先要測定一下實驗所需要的分解電壓。

(1)分解電壓的測定方法

在以Pt電極電解1 mol?dm-3的鹽酸溶液為例,來說明電解原理和分解電壓的測定方法。實驗中將兩個Pt電極分別與電源和可變電阻相連,實驗裝置如圖2所示。實驗通過逐漸增加外加電壓,由安培計G和伏特計V分別測定線路中的電流強度I和電壓E,然后繪制出電流-電壓曲線,如圖3所示。

實驗發現,剛開始加電壓時,電流強度很小,電極上觀察不到電解現象。之后,隨著E的增大,陰極和陽極表面分別附著少量氫氣和氯氣的微小氣泡,因電解產物氫氣和氯氣在電解池中又構成了原電池,原電池產生的電動勢與外加電壓相反,能抑制電解的進行,所以,外加電壓首先必須克服這反電動勢。繼續增加電壓,I 有少許增加,如圖中1-2段。當外加電壓增至2-3段,陰、陽兩極上微小氣泡數量增多,聚結長大,呈氣泡逸出,反電動勢達極大值Emax。此后再增加電壓,電流I就呈直線增加。將直線外延至I=0處,得E分解,這是使電解質溶液發生電解所必需外加的最小電壓,稱為分解電壓。有一點要強調的是,分解電壓是指在電流為零的情況下,其與電解池(槽)電壓存在區別。

同一個實驗的分解電壓也會由于本身的裝置不同等原因存在差異。所以,在電解實驗之前需要測定分解電壓。

一般電解時,控制的電解電壓稍高于分解電壓,應視具體情況而定。

在許多文獻中除了出現分解電壓外,經常還提及理論分解電壓,而這兩者的數值相近,但是卻不一樣,這兩者有何區別呢?

(2)理論分解電壓和分解電壓的區別

理論分解電壓,其與分解電壓不同,理論分解電壓對于同一個電解實驗是相同的。在電解中,如圖3中1-2段時,陰極上析出的H2和陽極上析出的Cl2,分別被吸附在鉑電極上,形成了氫電極和氧電極,組成如下原電池:

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

此電池電動勢的方向和電解時外加電壓相反,稱之為反電動勢。它對外電場有抵消作用,能抑制(或削弱)電解的進行。為了使電解正常進行,外加電壓必須克服電池的電動勢,所以將此反電動勢稱為理論分解電壓E理分。理論分解電壓E理分等于相應的原電池的電動勢E可逆。

從圖3可以看出,E分解是由I～E曲線的直線段反向外推到I0時所得,仍包含不可逆因素,因此,E分解略高于E理分。E分解可以認為是要使電解進行所需的最小電壓。在實際電解時,還必需考慮電解進行的速度,外加電壓在高于E分解時,才能實現有意義的電解過程。

通常把電解能適宜進行時陰陽兩極上的外加電壓稱為槽電壓E槽,即E槽=E理分+E+IR,式中,E是陰、陽極超電勢之和;IR是電解池(槽)所產生的電位降(IR與電解槽本身性質有關,在計算中由于R較小一般不考慮)。顯然,實際電解過程的E槽大于E分解。

3超電勢

超電勢是指在某一電流密度下的實際電極電勢(極化電極電勢)與平衡的電極電勢之差,用符號η表示。超電勢是電極電勢偏離平衡電勢的特征參數,對反應速率有重要影響。在陰、陽極上極化現象是超電勢的來源。

(1)極化現象和極化電極電勢

當電極上無電流通過時,電極處于平衡狀態,在這種情況下的電極電勢稱之為平衡電極電勢;而電解時,電極上有電流通過,隨著電極上電流密度的增加,電極勢對平衡態的偏離也愈來愈大,這種現象稱為電極的極化。處于極化狀態下所表現的電極電勢稱為極化電勢。當電極點的電流密度逐漸增加時,電極的不可逆程度越來越大,極化的結果使得陽極電勢更正,陰極電勢更負。極化電極電勢又可以稱為不可逆電極電勢或析出電極電勢。

極化電勢的絕對值大于平衡電勢的這一部分就被定義為超電勢,通過超電勢就能定量的描述電極極化的程度。測定超電勢可以幫助確定電化學腐蝕速率,同時還決定了電解產物的種類和狀態。

(2)超電勢的測定方法

測定超電勢實際上就是測定在有電流通過時的電極電勢值,然后畫出電流密度與電極電勢的關系曲線稱為極化曲線,從而可求出各不同電流密度時的超電勢。裝置圖如圖4所示,假定我們要測定陰極的極化曲線,將陽極與陰極組成一個電解池,調節外電路中的電阻,可以改變通過兩個電極的電流,再將甘汞電極(參比電極)與陰極構成一個電池,并將兩個電極和電位差計連接,就可以測出在通過一定電流時陰極的電極電勢,這樣不斷地改變通過陰極的電流,就可以測出在不同電流密度時陰極的電極電勢,通過測定和計算,從而得到陰極極化曲線以及各不同電流密度j時的超電勢。

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利用同樣的方法,可以測定不同電流密度下陽極的超電勢,得到陽極極化曲線。如果把陰陽兩極的極化曲線畫在圖上,如圖5所示。

在陽極極化曲線上,電流密度越大,電極電勢越高;而在陰極極化曲線上,電流密度越大,電極電勢越低。所以電解池的槽電壓隨電流密度增大而增大,極化程度越大,偏離可逆電極電勢程度也越大,超電勢也越大。隨著電流密度增大電解池的槽電壓也越高,消耗的電能也越多。

(3)電極極化的原因及影響因素

電極極化的原因主要是電極過程受阻所致,電流的通過代表著電極過程正在進行,電極過程不是一個簡單的電子轉移的過程,電極過程包括電荷在界面的轉移、反應物質的傳輸等一系列的步驟,最主要的有:①反應物向電極表面轉移――擴散;②在電極表面發生氧化還原反應,進行電子轉移,形成產物――電極反應;③產物脫離電極表面并向溶液本體擴散――擴散。要完成這一系列的步驟需要外部一些推動力,而推動力就是偏離平衡電勢的極化。還需指出的是,電極過程中,各步驟的速率不同,最慢的步驟決定了總速率。

影響極化電勢的因素主要有兩種:①濃差極化:擴散步驟慢,源于步驟①、③;②電化學極化:電極反應慢,源于步驟②。下面具體介紹這兩種極化現象:

①濃差極化,指在電解過程中,電極附近某離子濃度由于電極反應而發生較快的變化,本體溶液中離子擴散的速度又趕不上彌補這個變化,導致電極附近溶液的濃度與本體溶液間有一個濃度梯度,這種濃度差別引起的電極電勢的改變稱為濃差極化。

②電化學極化,指電極反應總是分若干步進行的,若其中一步反應速率較慢,需要較高的活化能,為了使電極反應順利進行所額外施加的電壓稱為電化學超電勢(亦稱為活化超電勢),這種極化現象稱為電化學極化。

(4)影響超電勢的因素分析

首先,可以通過改變介質的性質來減少濃差極化,其主要包括了溶液中離子性質和濃度、溫度等,一般采用的方式為:升溫和機械攪拌。

①升溫:溫度升高,離子的擴散速率增加,可顯著降低濃差。所以,一般超電勢隨溫度升高而減小。例如H2的超電勢,溫度每上升10 K,超電勢降低20～30 mV。

②機械攪拌:攪拌溶液可以減小濃差梯度,因而可以減小濃差超電勢。

其次,電化學極化是由于電極反應本身產生的,很難通過改變介質的性質來改變,只與金屬的性質有關,包括電極材料以及表面狀態、電流密度、析出物質的狀態等。

③電極材料以及表面狀態:組成電極的氧化態物質和還原態物質以及金屬表面的加工精度、純度等對超電勢有很大影響。例如H2在鉑電極上的超電勢小,而在Hg、Fe、Bi、Cu、Zn等電極上的超電勢就大得多。H2在鉑黑(一種疏松細小晶狀的鉑)電極上的超電勢比在光亮鉑電極上的超電勢小。

④電流密度:一般超電勢都隨著電流密度的增大而增大。

在1905年,塔菲爾(Tafel)發現,對于一些有氣體參與的電極反應,超電勢η(V)與電流密度j(A?cm-2)之間在一定范圍內存在如下的定量關系:

η=a+b ln j

該式稱為Tafel 公式(Tafel’s equation)。式中:a、b是塔菲爾常數。a等于單位電流密度(即j=1 A?cm-2)時的超電勢,與電極材料、表面狀態、溶液組成和溫度等因素有關。例如:a越大,氫的超電勢越大。b是超電勢值的決定因素,而其量值對于大多數的金屬而言相差不多,在常溫下一般等于0.050 V。

⑤析出物質的狀態:析出物為金屬單質時,超電勢一般很小;析出物為氣體物質時,超電勢一般都較大。例如,在電解CuSO4溶液時,陰極析出Cu的超電勢為-0.07 V,而陽極(在Pt上)析出O2的超電勢為+0.85 V。而析出氣體時超電勢一般都較大,特別是氫、氧的超電勢。

由于氫氣的超電勢的存在,使那些原本比H2活潑的金屬析出時,不會有H2析出,這才使得人們有可能在金屬上鍍上比H2活潑的金屬,甚至可以利用H2在Hg電極上的很高的超電勢,在Hg電極上析出金屬鈉(汞齊); 有可能在蓄電池充電時,使Pb沉積到電極上而不放出H2。

(5)氫超電勢

氫超電勢是指H2在各種電極材料上析出的超電勢,它與電極材料、溶液組成、電流密度和溫度等因素有關。在鉑、鈀等貴金屬材料上的氫超電勢最小,依次為鐵、鎳、鈷、銅、銀、鎢等,而在錫、鋅、鎘、汞等金屬上氫超電勢較大,像H2在銅電極上的超電勢 η(H2) =0.230 V,而在鋅電極上η(H2)=0.7 V。特別是鍍了鉑黑的鉑電極上,H2的超電勢很小,所以,標準氫電極中的鉑電極要鍍上鉑黑。

通常的電解質溶液用水作溶劑,在電解過程中,H+在陰極會與金屬離子競爭還原。利用氫在電極上的超電勢,可以使比氫活潑的金屬先在陰極析出,這在電鍍工業上是很重要的。例如,只有控制溶液的pH,利用氫氣的析出有超電勢,才使得鍍Zn,Sn,Ni,Cr等工藝成為現實。又如利用氫在鉛上有較高的超電勢,才能實現鉛蓄電池的充電。

正如上面提及的,電解質溶液是一個復雜的體系,電解質溶液中存在多種離子,除了水溶液中的氫離子和氫氧根離子之外還有多種金屬離子和酸根離子等。如何確保電解之后的產物是實驗所要求的,就需要在考慮外加電壓的因素之外,還要考慮其他的因素。比如,我們需要通過電解得到Ag,這就需要進一步討論時。如何確定電解AgNO3溶液的產物是Ag?電解制鉛錫合金時,如何保證兩者同時析出?下面來進行分析和討論。

4離子析出的條件

對于給定的電解池,可以通過計算預見在陰極和陽極上可能發生的反應。例如,要判斷在陰極上首先析出何種物質,應把可能發生還原物質的析出電勢計算出來,然后根據物質析出規則來判斷何者優先在電極上析出。根據電勢物質的析出規則是:在陰極上,析出電極電勢越高者優先析出;在陽極上,析出電勢越低者優先析出。析出電勢與可逆電勢,超電勢的關系如下:

E陽,析=E陽,可逆+η陽

E陰,析=E陰,可逆-η陰

所以,E槽=E陽,析-E陰,析=E可逆+η陽+η陰

在電流密度較小時,超電勢η陽和η陰很小,可以忽略不計。

(1)電解時電極上的反應

電解時,不但要考慮電解反應,而且要注意電極反應對溶液的濃度和組成的影響。

如298.15 K時,對于一價金屬離子,濃度從1 mol?dm-3降至10-7 mol?dm-3時,E=0.41 V。要使兩種一價金屬離子分離,兩者的析出電勢要相差0.41 V以上,即E>0.41 V;同理,要使兩種二價金屬離子分離,兩者的析出電勢要相差0.21 V以上;兩種三價金屬離子析出分離,兩者的析出電勢要相差0.14 V以上。

可見,若要使上式成立,兩種離子的E應相差不大,則可通過調節a,就能使兩種離子共同析出。例如,制備鉛錫合金時,鉛和錫的電極電勢為:EPb=-0.126 V,ESn=-0.136 V,兩者很接近,η又都很小,只需要調節組分的濃度比,就可以使他們一起沉淀出來。除此之外,還可以加入絡合劑、調節溫度、電流密度等,使它們的析出電勢相同。

5電解原理的應用簡介

電解原理廣泛被應用于電解、電鍍、電化學保護等,對于國民經濟有巨大的影響。

(1)金屬提純

如提純銅,用純銅作陰極,用粗銅作陽極,用CuSO4溶液作電解液。通入直流電,作為陽極的粗銅逐漸溶解,在陰極上析出純銅,從而達到提純銅的目的。提純銅的理論電壓為零,只需較小的電壓就能完成提純。而且濕法冶煉相對于其他的方法,能夠得到更加純凈的單質。

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(2)電鍍

電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其他金屬或合金的過程,是利用電解作用使金屬或其他材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝從而起到防止腐蝕,提高耐磨性、導電性、反光性及增進美觀等作用。如可在需保護的金屬表面用電鍍或化學鍍的方法鍍上Au,Ag,Ni,Cr,Zn或Sn等金屬,提高鍍件的抗腐蝕性能。

電鍍的過程:①鍍件做陰極;②鍍層金屬做陽極;③電鍍液中含鍍層金屬離子;④通以直流電的電源后。在電鍍過程,陽極的金屬會進行氧化反應(失去電子),溶液中的正離子則在陰極被還原(得到電子)成原子并積聚在陰極表層。

電鍍后被電鍍物件的美觀性和電鍍時的電流大小有關系,電流越小,被電鍍的物件便會越美觀。電鍍還需要控制電壓、溫度、電鍍添加劑、pH等條件來確保被電鍍的物件的美觀。

(3)電化學防護

即將金屬作為原電池的正極或電解池的陰極而受到保護。

①陽極保護是指用陽極極化的方法使金屬鈍化,并用微弱電流維持金屬處于鈍化狀態,從而保護金屬。因為金屬陽極溶解時,存在特殊情況,當正向極化超過一定數值后,由于表面某種吸附層或新的成相層的形成,金屬的溶解速率非但不增加,反而急劇下降,從而導致保護金屬的目的。我國許多化肥廠對碳酸銨生產中的碳化塔實施陽極保護。

②陰極保護是使金屬處于陰極極化中以保護其在電解質中免受腐蝕。若陰極電勢足夠負,金屬就可以不氧化,即達到完全的保護。陰極極化可用兩種方法實現:A.外加電流法:將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極,使被保護的金屬作為陰極,在外加直流電的作用下使陰極處于還原態得到保護。此法主要用于防止土壤、海水及水中金屬設備的腐蝕;B.犧牲陽極的陰極保護法:使金屬形成原電池,讓被保護金屬做陰極,不反應,起到保護作用;而活潑金屬為陽極被腐蝕。例如,船體鋼板在含2 % ~3 % NaCl的海水中容易腐蝕,為防止船身的腐蝕,在船體下每隔10 m左右焊一塊鋅的合金。

參考文獻:

[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] 朱傳征,許海涵主編.物理化學[M].北京:科學出版社.2004:435～452.

[4] 胡會利,李寧主編.電化學測量[M].北京:國防工業出版社.2007.8:5,23.

[5] 胡英主編; 呂瑞東, 劉國杰, 黑恩成編.物理化學[M].北京 : 高等教育出版社, 2007:605～641.

篇10

教學目標：

1、通過實驗探究原電池中發生的反應，認識化學能轉化為電能的基本原理。

2、學會分析、推理、歸納和總結的邏輯思維方法，提高發現問題、分析問題和解決問

題的能力。

3、通過實驗和小組合作學習，體驗科學探究過程。

4、了解各類電池在生產、生活實際中的應用，認識化學的價值。增強環保意識。

重點難點：初步了解原電池的概念、原理、組成及應用。

通過實驗探究從電子轉移角度理解化學能向電能轉化的本質及原電池的構成條件。

教學過程

[創設問題情景]

電能是現代社會最清潔、也是最重要的二次能源，人類生產、生活的各個方面都離不開它。而火力發電又在電能生產中占有相當大的比重，是電能最主要的來源。

[播放錄像或展示圖片]

[提問]

燃燒的本質是什么？火力發電中能量的轉化方式是怎樣的？火力發電又有哪些優

點和缺點呢？

[學生討論、分析]

[激疑]

針對火力發電的缺點，能否通過某些方式將化學能直接轉化為電能呢？

[分組實驗探究]

鋅銅原電池原理

實驗1：把一塊鋅片和銅片同時插入盛有稀硫酸的燒杯里。

實驗2：用導線將鋅片和銅片連起來。

實驗3：在導線中接入一個靈敏電流計。

將實驗中觀察到的現象和自己的結論記錄下來。

[學生交流、討論]

1、實驗1和實驗2中的現象有何不同？是什么原因造成的？

2、鋅片和銅片用導線連接后插入稀硫酸中，銅片表面有氣泡產生，你認為這種氣體可能是什么？鋅片和銅片上可能分別發生什么反應？如何證明？

1、靈敏電流計的指針發生偏轉，說明有電流通過，你如何解釋這一現象？該裝置的

正負極分別是什么？請你再設計一個實驗證明之。

[教師補充講解]

原電池的定義；鋅銅原電池的工作原理；電極反應式及電池總反應式的書寫。

[設疑]

通過剛才的實驗我們可以體會到，化學能在原電池裝置中可以直接轉化為電能，

那么，符合什么條件的裝置才能構成原電池呢？

[分組實驗探究]

原電池的構成條件。見教師用書P29頁。

[交流討論、歸納總結]

原電池的構成條件：1、兩種活潑性不同的金屬（或一種金屬和另一種非金屬

導體）構成電極。

2、電解質溶液。

3、構成閉合回路。

4、能發生自發的氧化還原反應。

[反思與評價]

在剛才的分組實驗中，同伴或其他組的同學的哪些做法對你有啟發？你又提出了

哪些好的思路？根據提供的儀器、藥品，你現在還能設計出其它的原電池裝置嗎？

[實踐活動]

制作水果電池

[小結]

通過前面的兩組分組實驗，我們了解了原電池的工作原理和構成條件，同學們對

于通過實驗來進行化學研究的思路、方法也一定有了更深的體會。為了滿足生產、生活、

科學研究等各方面的需要，科學家尤其是化學家根據原電池原理設計出了許許多多形狀

各異、用途不同的實用電池，極大地方便了我們的生活，也有力地促進了科學的發展。

那么，你所知道的電池有哪些呢？

[學生舉例]

[教師引導學生分析]

常見電池的組成和工作原理。

[鞏固練習]

相同條件下，純鋅粒和粗鋅粒與同濃度的稀硫酸反應的速率一樣嗎？為什么？假

如要求你設計實驗來證明你的觀點，你的實驗方案是怎樣的？證據和結論又是什么？

補充練習

1、根據Zn+Cu2+=Zn2++Cu的反應原理設計一個原電池，當Zn為負極時，正極可以選用的金屬材料是：

A鎂B石墨C鋁D鉛

2、X、Y、Z都是金屬，把X投入Z的硝酸鹽溶液中,X的表面有Z析出，X與Y組成原電池時，Y為電池的負極，X、Y、Z三種金屬的活潑性順序為：（）

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

3、電工操作規程中規定不能把銅導線與鋁導線連接在一起，其中的化學原理是──────

──────。

4、市場上出售的“熱敷袋”中含有鐵屑、炭粉、木屑和少量氯化鈉、水等，熱敷袋啟

用前，用塑料袋和空氣隔絕，啟用時打開塑料袋，輕輕揉搓就會放出熱量。試回答下列

問題：

（1）熱敷袋產生熱量的來源是

（2）炭粉的主要作用是

（3）加入NaCl的作用是

5、生活中，有些金屬制品在使用一段時間后會失去表面的光澤，嚴重的會變得銹跡斑斑影響使用，尤其是鋼鐵制品在潮濕的空氣里很容易生銹，你知道這是什么原因嗎？試結合生活實際討論防止鋼鐵生銹的方法。

（江蘇省海門中學姜明施紅專）

答案：1.BD2.C余略

第二節化學能與電能

第2課時

教學目標：

1、通過實驗探究認識電解和電鍍的基本原理，進一步學習電極反應式的書寫。

2、能從能量轉化、裝置、電極反應等方面區別電解反應和原電池反應，進一步體驗科學探究的過程，掌握基本的研究方法，提高分析問題、解決問題的能力。

3、初步了解電解在生產和生活中的應用，感受化學在促進社會發展、提高人們生活質量中的重要作用。

重點難點：電解和電鍍的原理。

電解的電極反應式及總反應式。

教學過程：

[創設問題情景]

在初中里我們就學過水的電解，知道把電流通過水就能制得氫氣和氧氣。事實上，

電流也能使其他很多物質發生反應，比如，工業上利用電解飽和食鹽水的方法來生產

燒堿、氫氣和氯氣，利用電解熔融的氧化鋁來生產金屬鋁。那么，電流是怎樣使各種

物質發生反應而獲得我們所需要的物質的呢？這節課我們就將通過實驗探究來了解電

解的原理。

[實驗探究]

在教師指導下，讓學生用下面介紹的簡易裝置進行電解實驗，并交流討論實驗結

果。

1、取一段約2厘米長的棉線，置于大片玻璃片上，用3滴食鹽水將整根棉線潤濕。

然后在其左右兩邊各加數滴食鹽水溶液，再在兩端各滴加1滴酚酞試液。

2、將兩只鱷魚夾分別夾住棉線兩端，用導線把鱷魚夾分別與直流電源相連，約15

—20s后，觀察發生的現象。

3、在沒有顯示紅色的一端滴加一滴碘化鉀淀粉溶液。

[交流討論]

將記錄下來的實驗結果進行討論。

實驗1—食鹽水滴加酚酞試液沒有顏色變化。

實驗2—通電后，跟電源負極相連的一端溶液呈紅色，并有細小的氣泡產生，說明

氫氧根濃度增大。

實驗3—與電源正極相連的一端滴加碘化鉀淀粉溶液后溶液呈藍色，證明有氯氣產

生。

[教師補充講解]

1、電解反應中的能量轉化方式及電解池的構成條件。

2、陰陽極發生的反應（電解原理）及電極反應式、總反應式。

[觀看錄像或展示圖片]

氯堿工業

[設問]

假如用石墨作電極，用氯化銅溶液代替氯化鈉溶液，進行電解，在陰陽極上各發生

什么反應？如何證明你的結論？

[交流討論]

[歸納小結]

電解反應的本質是電解質溶液在電流的作用下，在兩極發生氧化還原反應。

[提問]

假如把剛才的實驗裝置改動一下，用粗銅作陽極，用精銅作陰極，用氯化銅溶液作

電解質溶液進行電解，兩極反應又是怎樣的？

[交流討論]

[教師說明]

銅的電解精煉及其價值。

[交流討論]

某同學根據他所學的知識設計了一個實驗，他用銅作陽極材料，鐵作陰極材料，電

解硫酸銅溶液，請你幫他分析兩極及溶液中發生的變化，說明理由及該實驗可能的實用

價值。

[教師補充說明]

電鍍的原理及其應用。

[實物展示]

各種電鍍產品。

[比較總結]

原電池與電解池的區別與聯系（從裝置構成、能量轉化方式、兩極反應等幾個角度）。

[鞏固練習]

分析用惰性電極電解硝酸銀溶液、硫酸銅溶液、氫氧化鈉溶液時兩極發生的反應，

寫出電極反應式和電解總反應式。

補充練習

1、在原電池和電解池的電極上所發生的反應，同屬氧化反應或同屬還原反應的是（）

A原電池的正極和電解池的陽極所發生的反應

B原電池的正極和電解池的陰極所發生的反應

C原電池的負極和電解池的陽極所發生的反應

D原電池的負極和電解池的陰極所發生的反應

2、用電解水的方法分析水的組成時，需加入一些物質以增強水的導電性，一般不宜加

入的物質是（）

ANa2SO4BNaClCCuSO4DKOH

3、已知金屬M中混有金屬P，電解精煉M，P以單質形式沉積于陽極下面的泥中，M、

N組成原電池，M為正極，則M、N、P三中金屬活動性順序為：（）

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

4、下列關于銅電極的敘述中錯誤的是：（）

A銅鋅原電池中銅是正極。B用電解法精煉銅時，粗銅做正極。

C在鍍件上鍍銅時，可用金屬銅作陽極