组合电化学演示文稿

生。
发展历程：有机电化学合成始于1949年的“柯尔贝反应”。
由于种种原因，直到20世纪60年代中期，有机电化合成才有了新的进展； 20世纪80年代以来，由于新技术、新工艺的不断研究和开发，使得电化学 过程的工业应用不断扩展，反应器设计更合理，能耗进一步降低。
图9-1 几种典型的电有机合成反应示意图
流程简单、设备投资少、能耗低，其相对成本可减少40％左右，故发展前景 是非常美好的。
天然碱的加工精制方法最常用的是一水碱法，倍半碳酸钠法次之，此外还有一 些其他加工方法。
烧碱的工业生产简介
工业生产方法主要是通过电解食盐水溶液来制取，同时副产氯气和氢气。
电解方法有三种：
第一种是隔膜法(Diaphragm Proess，简称D法)；
2.生产方法
①目前纯碱的工业生产方法主要有氨碱法和联碱法两种； ②烧碱的工业生产方法主要是食盐水溶液电解法，其中包括水银电解法、隔
膜电解法和离子膜电解法三种。
纯碱工业生产过程简介
1.发展过程： 纯碱的工业生产始于1787年，法国人路布兰首先由硫酸钠和石灰石制得碳酸
钠； 1861年比利时人索尔维提出了以食盐、石灰石等为原料制纯碱的氨碱法 优点：原料来源方便、生产连续、产量大、成本低，曾被广泛采用； 缺点：食盐利用率低（＜30％）、副产氯化钙废渣，造成一定的环境污染。 1942年我国的化学家侯德榜提出了联合制碱法，在生产纯碱的同时，副产氯
分为直接电有机合成和间接电有机合成两大类。
直接电有机合成：指有机合成反应直接在电极表面上完成，这一类反应居多 数，包括氧化、还原反应、裂解、偶联、缩合、卤代等；
间接电解合成：指有机物的氧化还原反应仍采用氧化剂或还原剂，使用化学 方法进行，反应后的氧化剂或还原剂通过电解氧化或还原方法使之再生， 反复使用。

考纲对知识内容的要求层次： 了解、理解（掌握）、综合应用
五个关注点
电极反应式和电池反应方程式 膜结构 电化学计算 真实的电化学问题 新型化学电源
关注一：电极反应式和电池反应方程式
测量电源仪器
I/A
（2015安徽卷·25）（4）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu
片插入浓HNO3中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度 （I）随时间（t）的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体
（2014重庆卷·11）（4）一定条件下， 图所示装置可实现有机物的电化学储氢 （忽略其它有机物）。
③该储氢装置的电流效率η＝_____。 （η＝生成目标产物消耗的电子数/转移 的电子总数×100%，计算结果保留小数 点后1位。）
依据：阴阳两极得失电子数目相等。
阳极：4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑
②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和
负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl， 其离子方程式为
2Cu2＋＋3OH－＋Cl－＝Cu2(OH)3Cl↓ ； ③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积 为 0.448 L（标准状况）。
Cu2(OH)3Cl ~ 3OH－ ~ 3/4O2（×）
（2015北京卷·12）在通风橱中进行下列实验：
步
插入Cu
骤
现 Fe表面产生大量无色气泡 Fe表面生少量红棕色 Fe、Cu接触后，其表 象 ，液面上方变为红棕色 气泡后，迅速停止 面均产生红棕色气泡
D．针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被氧化（√）
（2）Q ＝ I×t ＝ n(e－)×F
关注二：膜结构
（2015新课标I卷·11）
A
微生物

A．储存H2的碳纳米管作电池正极 B．放电时负极附近pH减小 C．放电时电池正极的电极反应为：
NiO(OH)+H2O+e―==Ni(OH)2+OH― D．放电时，OH-向负极移动
新情境电极反应式书写
例：[2010山东卷] 对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。 (1)以下为铝材表面处理的一种方法：
②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极 反应式为__________________________。
新情境电极反应式书写
II、TiO2可通过下述两种方法制备金属钛： 方法一是电解TiO2来获得Ti（同时产生O2）：将处理过的
TiO2作阴极，石墨为阳极，熔融CaCl2为电解液，用碳块 作电解槽池。 （3）阴极反应的电极反应式为 ___________________________________。 （4）电解过程中需定期向电解槽池中加入碳块的原因是 ______________________。 （3）TiO2+4e-=Ti+2O2-（或Ti4+＋4e-＝Ti） （4）碳单质会与阳极产生的氧气反应而不断减少
非自发
原电池 电解池
放电 2H2O 充电
当电流减弱至 消若失换后成，氯如化何钠
操溶作液恢，复如？何？
电化学原理的综合应用
使一个不自发的氧化还原反应发生的一种可能途径是电解 对于一个不可逆的氧化还原反应，可利用自发的正反应形 成原电池，将化学能转化为电能；当反应物消耗后，再通过 电解将生成物重新转化为反应物，并将电能转化为化学能。
A
新型电池分析
例：一种新型环保电池是采用低毒的铝合金（丢弃的易拉罐），家庭常
用的漂白水，食盐，氢氧化钠（化学药品店常见试剂）等原料制作的。

定位离子和反离子荷电量相等，但符号相反。 由于溶液中的反离子处于运动状态，所以反离子并 非完全紧贴在固体表面附近。
（3）Stern面：紧贴固体表面有一层被水包围的反 离子，水化反离子的中心联起来的面(SS’)，称为 Stern面；
（4）紧密层和扩散层： 从固体表面至斯特恩面之间的空间称为紧密层，
一部分反离子处于紧密层内。 在Stern面以外，直至溶液本体处的空间称为扩
界面：两相接界处。
双电层：电离出的正、负电荷相互静电吸引，在 界面上形成正电荷层和负电荷层相对的形态。
1、Helmholtz（亥姆霍兹）紧密双电层模型：只考虑 电离的平板电容模型； 2、Gouy-Chapman（古依－查普曼）扩散双电层模 型：把溶液中电荷（离子）看作点电荷并由于热运动 而扩散； 3、Stern（斯特恩）双电层模型：融合了上述两种模 型，把溶液一侧分成紧密层荷扩散层）。
GCS：Gouy-Chapman-Stern BDM：Bockris-Davanathan-Mullar
（1）定位离子：固体表面若带有一层正离子，这 种离子成为决定电位离子，简称定位离子； （2）反离子：由于静电作用的缘故，在固体表面 附近的溶液中出现负离子的几率增大，于是有过剩 的负离子出现在固体附近的溶液内（这层溶液称为 表面区），这些负离子称为反离子；
散层，另一部分反离子分布在扩散层。
紧 密 层 的 结 构 取 决 于 两 相 中 剩 余 电 荷 接 近 的 程 度 ， 并与离子的水化程度有关。
无机阳离子水化程度高，四周具有完整的水化膜， 因而离子不可能直接吸附在电极表面，紧密层较厚，常 称外紧密层；
无机阴离子水化程度较低，部分离子可直接吸附在 电极表面，形成很薄的紧密层，称为内紧密层。
的压力很小，但还是有电解反应的逆反应发生：

做出阶梯扫描伏安曲线:I/E.
与线性扫描伏安法及循环 伏安法的区别
,.,
二.由来
• 电势阶跃技术按电极种类分:1.极谱法(应用滴 汞电极)2.伏安法(使用固态电极或静态滴汞电 极).由此产生阶梯扫描伏安法. • 由于固体电极的使用,使电流时间取样短到微 秒, ︱△E ︳可以任选,并规定着电流的取样密 度,可看做是伏安曲线的分辨率.当分辨率很高 时,阶梯电势波就非常接近线性扫描电势波形.
五.应用
(6)
碳基针孔组合微电极的性 能测试与理论验证.pdf
1.pdf
谢谢!
2008.10.江南大学
•
现在很多计算机控制的电化学测试 仪器就是用小︱△E︳的阶梯伏安法来代 替线性电势扫描.原因是计算机产生的阶 梯波远较产生线性变化的波形容易.
三.优点
四.理论
{1}
{2}
{2}
{3}
{4}
{5} { 4 },{ 5 } {3}
{6}
{7}
{8}
(2)
Hale Waihona Puke {8}2{9}(3)
(3)
{ 10 }
阶梯扫描伏安法
分析化学 高乃群
主要内容
• • • • • 一.概念 二.由来 三.优点 四.理论 五.运用
一.概念
每改变一个恒定的电势变化值△E,电势在该数值下恒 定一段时间,称为一个循环,电势发生下一次阶跃之前, 即 时刻,进行电流取样,保留该电流值,直到下个循环 再进行取样,,并记录数据,不断进行下去,可以.

ppt精选
6
上图中，装置甲是原电池，装置乙是电解池，若电路中有 0.2 mol 电子转移，则 Zn 极溶解 6.5 g，Cu 极上析出 H2 2.24 L(标准状况)， Pt 极上析出 Cl2 0.1 mol，C 极上析出 Cu 6.4 g。甲池中 H＋被还 原，产生 H2，负极 Zn 氧化生成 ZnSO4 溶液，pH 变大；乙池中 是电解 CuCl2 溶液，由于 Cu2＋浓度的减小使溶液 pH 微弱增大， 电解后再加入适量 CuCl2 固体可使溶液复原。
ppt精选
12
2．下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放 100 g 5.00%的 NaOH 溶液、足量的 CuSO4 溶液和 100 g 10.00% 的 K2SO4 溶液，电极均为石墨电极。
池”)，通入 CH3OH 电极的电极反应为 _C__H_3_O_H__－__6_e_－_＋__8_O_H__－_=_=_=_C__O_32_－_＋__6_ห้องสมุดไป่ตู้_2_O___。
ppt精选
8
(2)乙池中 A(石墨)电极的名称为__阳__极__(填“正极”“负 极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为
电解 _4_A_g_N__O_3_＋__2_H__2O__=_=_=_=_=_4_A__g_＋__O_2_↑__＋__4_H__N_O__3 _。 (2)乙池中为用惰性电极电解 AgNO3 溶液，其中 A 作阳极，B 作
ppt精选
5
第二步：利用相关概念进行分析判断 在确定了原电池和电解池后，利用有关概念作分析和判断，
如电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液 中离子的移动方向、pH的变化及电解质溶液的恢复等。只要按 照各自的规律分析即可。 第三步：串联装置中的数据处理

电镀技术原理及应用领域
电镀技术原理
电镀是利用电解原理在某些金属表面 上镀上一薄层其它金属或合金的过程， 利用电解作用使金属或其它材料制件 的表面附着一层金属膜的工艺。
电镀技术应用领域
电镀技术广泛应用于机械制造、轻工、 电子等行业，如提高零件的耐磨性、 导电性、抗腐蚀性及增进美观等作用。
电化学沉积技术制备薄膜材料
应用
金属元素测定，有机物分析等。
库仑分析法
原理
通过测量电解过程中所消耗的电量进行定量 分析。
特点
准确度高，重现性好，但仪器价格较高。
分类
恒电流库仑法和恒电位库仑法。
应用
痕量物质测定，环境监测等。
伏安法与极谱法
原理
通过测量电解过程中电流-电压曲线 进行定量分析。
分类
线性扫描伏安法、循环伏安法、方波 伏安法等；经典极谱法和现代极谱法 （如示波极谱法）。
电化学合成纳米材料是利用电化学方法在 电极表面或溶液中合成纳米材料的过程， 通过控制电位、电流、温度等参数，可以 制备出不同形貌和尺寸的纳米材料。
VS
纳米材料制备方法
电化学合成纳米材料的方法包括模板法、 脉冲电沉积法、循环伏安法等，这些方法 具有操作简单、反应条件温和、易于控制 等优点。
其他新型电化学合成技术介绍
通过电场作用，驱动土壤中的污染物向电极移动并富集，实现土 壤修复的效果。
电热修复技术
利用电加热原理，提高土壤温度并促进污染物挥发或降解，达到 土壤修复的目的。
电化学淋洗技术
通过电化学反应产生的淋洗液对土壤进行淋洗，去除土壤中的污 染物并实现土壤修复。
感谢您的观看
THANKS
电解质
含有自由离子的导体，可以是固体、 液体或气体。

第六章 有机电合成反应概论
第一节 有机电合成反应的类型 1、按有机反应特点分类 1）电化学加成反应
阴极加成多半为两个亲电试剂和电子一起加成 到双键化合物上。
在不同条件下，酮可在阴极上还原成醇、烃、 频哪醇。
阳极加成则是亲核试剂和双键的加成
2）电化学取代反应 阴极取代是亲电试剂分子对亲核基团的进
安全高效、有选择性的氟化试剂！
电化学选择性氟化：
1970 年，苏联化学家Rozhkov等在含有Et3N·3HF 的MeCN 溶液中用Pt 电极恒电位电解萘，得到了α-氟 化萘，开辟了电化学选择氟化的先河。后来用同样的 方法电解苯、取代苯、烯烃和硅烷等，得到了一些单 氟取代的衍生物。
电氟化机理，多数人认为是ECEC或EECC机理：
腈基还原： 磺酰基还原：
羟基氧化： 甲基氧化： 苯肼氧化： 硫醚氧化：
5）电聚合反应 电二聚化反应：
交叉二聚化反应： 电多聚化反应：多个分子经电极反应后聚合成大分子。
6）电环化反应 阴极还原环化：
阳极氧化环化：
7）电分解反应
8）不对称电合成反应 进行不对称电合成时，广泛采用修饰电极。
2、按电极反应特点分
氟化学因其极大的应用前景在化学中占有重要一席 之地。日用化工领域的含氟牙膏，耐酸、耐碱、耐有机 溶剂的聚四氟乙烯材料，医学影像中的正电子发射断层 扫描（PET-CT）用到的含有18F的PET探针，各种功效 的含氟药物，在我们的生活中发挥着神奇的作用。
1896年，氟代乙酸乙酯的合成标志着有机氟化学的开 始。
杂环上的硝基也可被还原成氨基：
2、亚硝基化合物的电还原
3、氰基化合物的电还原
氰基的三键在电还原时，其他可被还原的 基团，如羰基、双键不受影响：

第11页
[答案] (1)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－， CH4＋10OH－－8e－===CO23－＋7H2O (2)H2 2NaCl＋2H2O 电解,2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (3)22.4 1L·Lmol－1×8×9.65×104C·mol－1＝3.45×104 C 4 L Nhomakorabea第12页
第三课时 电池组合
第1页
将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反应中 能量改变、氧化还原反应、化学试验和化学计算等知识， 是高考试卷中电化学部分主要题型。该类题目标考查内容 通常有以下几个方面：电极判断、电极反应方程式书写、 试验现象描述、溶液离子移动、pH改变及电解质溶液恢复、 利用电子守恒处理相关数据等。
第8页
【归纳小结 】综合装置中相关计算
原电池和电解池综合装置相关计算根本依据就是电子
转移守恒，分析时要注意两点：
(1)串联电路中各支路电流相等； (2)并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分 析处理其它各种数据。
如图所表示：
图中装置甲是原电池，乙是电解池，
若电路中有0.2 mol电子转移，则Zn极溶
解答该类试题时电池种类判断是关键，整个电路中各 个电池工作时电子守恒，是数据处理法宝。
第2页
【步骤一】：以原电池电解池串联装置为例深入巩固分析 电化学装置程序，掌握电极方程式书写基本方法。
【例题1】某课外小组分别用下列图所表示装置对原电池和电解 原理进行试验探究。
请回答：
用图1所表示装置进行第一组试验。
（1）在确保电极反应不变情况下，不能
替换Cu做电极是
（填字母序号）。
A．铝 B．石墨 C．银 D．铂
（2）N极发生反应电极反应式为