《电化学装置设计》PPT课件.ppt

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1、专题设计专题设计 主讲主讲 彭国辉彭国辉 电化学装置设计与电池反应专题设计依据专题设计依据：理综考试说明考试目标理综考试说明考试目标4 4：对：对自然科学基础知识应用能力之（自然科学基础知识应用能力之（2 2），），了解自然科学知识在人类生活与社会了解自然科学知识在人类生活与社会发展中的应用中特别指出了发展中的应用中特别指出了“化学中化学中的原电池概念为化学电源的开发提供的原电池概念为化学电源的开发提供理论依据理论依据”。考试目标。考试目标2 2：设计与完：设计与完成实验能力之（成实验能力之（2 2）根据要求设计简）根据要求设计简单的实验方案。单的实验方案。一、电池反应分析：一、电池反应分析：

2、例例1：美国的：美国的“阿波罗阿波罗”宇宙飞船使用的氢氧燃料电池，电解质是宇宙飞船使用的氢氧燃料电池，电解质是氢氧化钾，写出工作时的电极反应与电池反应。氢氧化钾，写出工作时的电极反应与电池反应。解：电池反应：解：电池反应：2H2+O2=2H2O还原过程：还原过程：O2 O 将其设计成电池的正极将其设计成电池的正极 电极反应为：（电极反应为：（+）O2+2H2O+4e=4OH-氧化过程：氧化过程：H2 H 将其设计成电池的负极将其设计成电池的负极 电极反应为：（电极反应为：（-）2H2-4e+4OH-=4H2O -2+1总结一总结一：燃料电池及较复杂的原电池与电解池燃料电池及较复杂的原电池与电解

3、池,先写电池反先写电池反应，后写电极反应。将电池反应减去其中的一个较易写的电极应，后写电极反应。将电池反应减去其中的一个较易写的电极反应，得到另一个较复杂的电极反应。要注意所生成的物质或反应，得到另一个较复杂的电极反应。要注意所生成的物质或离子能否和电解质溶液中的某些离子反应，以及注意离子对应。离子能否和电解质溶液中的某些离子反应，以及注意离子对应。练习练习1：我国发射的：我国发射的“神舟号神舟号”宇宙飞船使用了比氢氧燃宇宙飞船使用了比氢氧燃料电池效率更高的甲烷燃料电池装置示意图如下：料电池效率更高的甲烷燃料电池装置示意图如下：1、写出电极反应。、写出电极反应。2、分析两极的、分析两极的PH值

4、变化。值变化。3、指出磁场的方向。、指出磁场的方向。KOHO2CH41、电池反应：、电池反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O 正极：正极：O2+2H2O+4e=4OH-负极：负极：CH4+10OH-8e=CO32-+7H2O2、随着反应的不断进行，正极周围、随着反应的不断进行，正极周围PH值逐渐升高，负极周值逐渐升高，负极周围围PH值逐渐降低。值逐渐降低。3、磁力线圆内由外指向里、磁力线圆内由外指向里,圆外由里指向外。圆外由里指向外。KOHO2CH4+练习练习2：用：用 Li2CO3、Na2CO3 为熔融盐混合物为电解为熔融盐混合物为电解质，一氧化碳为负极（有时又称阳极）燃气，

5、空气与质，一氧化碳为负极（有时又称阳极）燃气，空气与CO2的混和气作为正极（有时又称阴极）助燃气，制的混和气作为正极（有时又称阴极）助燃气，制得在得在650下工作的燃料电池。完成有关的电池反应下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式：式：负极反应式：负极反应式：2CO+2CO32-4e 4CO2正极反应式：正极反应式：电池总反应式：电池总反应式：O2+2CO2+4e=2CO32-2CO+O2=2CO2二、电化学装置的设计二、电化学装置的设计例例2、下列反应能设计成原电池的是（、下列反应能设计成原电池的是（）总结二：总结二：原电池可根据一个反应开始以后能自发进行的氧化还原电池可根据一个反应开始以后

6、能自发进行的氧化还原反应设计，将氧化反应设计成电池的负极，还原反应设计成原反应设计，将氧化反应设计成电池的负极，还原反应设计成电池的正极，而设计出一个电解池则可将一个难以发生的氧化电池的正极，而设计出一个电解池则可将一个难以发生的氧化还原反应而进行。还原反应而进行。C、2Cl +2H O Cl +H +2OH-222-E、Cu+2H O Cu(OH)+H 222A、Ag Cl AgCl+-K、PbO2 +Pb+2H 2 SO 4 2PbSO4 +2H2 O I、CO 2+2OH CO3 +H2O2B、ZnCu Cu+Zn 2+2+D、2Fe +Fe 3Fe3+2+F、2H +O 2H O222

7、G、2Fe+O +3H O 2Fe(OH)223-H、Cl 2+2Fe 2Cl +2Fe2+3+B D F G H K例例3:从例从例 2中选取中选取D、F、K设计成原电池，要求画出装设计成原电池，要求画出装置示意图，指出正负极及其电极材料和选用的电解质。置示意图，指出正负极及其电极材料和选用的电解质。AAA电极材料（电极材料（-）Fe C Pb 电解质电解质 FeCl3 KOH H2SO4(+)C C PbO2 总结三：总结三：电池中的电池中的氧化剂与还原剂的状氧化剂与还原剂的状态分别为：态分别为：固固 固固 固固 气气 气气 液液固固 液液 气气 气气 液液 液液电极一般是固体，但在电极上

8、反应的物质不一定是固体。电极一般是固体，但在电极上反应的物质不一定是固体。如果参加反应的物质为固体就选其为电极。如果参加反应的物质为固体就选其为电极。如果参加反应的物质不是固体，若生成物中有固体，则选生如果参加反应的物质不是固体，若生成物中有固体，则选生成物或惰性物质为电极（石墨或铂）。成物或惰性物质为电极（石墨或铂）。电极的选择规律为：电极的选择规律为：电解质的选择规律为电解质的选择规律为：如果反应物中有离子如果反应物中有离子,则选其对应的电解质则选其对应的电解质,若无若无,则选生则选生成物中离子对应的电解质。成物中离子对应的电解质。练习：将下列三个反应设计成原电池，画出装置练习：将下列三个

9、反应设计成原电池，画出装置图，并指出电极材料与电解质溶液。图，并指出电极材料与电解质溶液。A、ZnCu Cu+Zn 2+2+B、2Fe+O +3H O 2Fe(OH)223C、Cl 2+2Fe 2Cl +2Fe2+3+练习：德国人哈伯发明了合成练习：德国人哈伯发明了合成氨技术而获得氨技术而获得1918年诺贝尔化学年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化奖，但该方法须在高温高压催化剂，否则难以自发进行。剂，否则难以自发进行。2000年年希腊化学家斯佳在科学杂志希腊化学家斯佳在科学杂志上公布了他的新发明在常压下把上公布了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到氢气与氮气通入一加热到570的电解池

10、（如图）氢氮在电极上的电解池（如图）氢氮在电极上合成氨，而且转化率高于哈伯法合成氨，而且转化率高于哈伯法的五倍，达到的五倍，达到80%.三、思维拓展：电解池电极反应的书写。三、思维拓展：电解池电极反应的书写。该电解池采用了能传导某种离子（该电解池采用了能传导某种离子（H+、Li+、F-、O2-）的）的固体复合氧化物为电解质（简称固体复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在），吸附在SCY内外侧表内外侧表面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。固体复合氧化物固体复合氧化物答案：电解

11、反应答案：电解反应N2+3H2=2NH3阳极：阳极：3H2-6e=6H+阴极：阴极：N2+6H+6e=2NH3练习、如图所示，一金属杆练习、如图所示，一金属杆ab在两水平平行的轨道之间做匀在两水平平行的轨道之间做匀速运动，其速度大小为速运动，其速度大小为1m/s，导轨电阻不计，导轨间的宽度为，导轨电阻不计，导轨间的宽度为1m，其间有一坚直向上的匀强磁场，磁感应强度，其间有一坚直向上的匀强磁场，磁感应强度B=1T。现用。现用导线与插入电解槽中两惰性电极导线与插入电解槽中两惰性电极A、B相连，回路的总电阻为相连，回路的总电阻为1，电解液为，电解液为CuSO4。问：。问：（1）电解池哪个电极为阳极，析出何种物质？写出电极反应）电解池哪个电极为阳极，析出何种物质？写出电极反应方程式。方程式。（2）写电解）写电解CuSO4水溶液的化学方程式。水溶液的化学方程式。（3）析出的物质质量为多少？）析出的物质质量为多少？