第4章 熔盐-固体电解质电化学

熔盐熔盐:盐类熔化形成的熔体，是由阳离⼦和阴离⼦组成的离⼦熔体。

中国明代李时珍在《本草纲⽬》⼀书中记有硝⽯（硝酸钾）受热熔成液体，是有关熔盐的最早⽂献记载之⼀。

19世纪初英国化学家戴维（H.Davy）最早⽤熔盐电解法制取⾦属。

⽤该法可以制取许多种化学性质较活泼的⾦属。

如铝、镁、稀⼟⾦属、钠、锂、钙、钍、铀、钽等。

19世纪末以来⽤冰晶⽯－氧化铝系熔盐电解炼铝和⽤含氯化镁的氯化物熔盐系电解炼镁都已进⾏⼤规模⼯业⽣产。

铝、钛等⾦属可⽤可溶性阳极熔盐电解（电积）⽅法精炼。

在冶⾦⼯业中，熔盐还⽤作合⾦电渣熔炼⽤炉渣、轻合⾦熔炼和焊接⽤熔剂、合⾦热处理盐浴炉的介质等。

原⼦能⼯业和核燃料冶⾦技术的发展，给熔盐的应⽤开拓了新的园地。

除了核燃料制取和核燃料后处理可以使⽤熔盐电解质或反应介质外，采⽤氟化锂-氟化铍-氟化钍熔盐系为核燃料的熔盐反应堆，有希望成为利⽤钍作核燃料的新能源。

熔盐载热剂⽤于化⼯、冶⾦⽣产，也有希望⽤于原⼦能⼯业。

以熔盐为电解质的燃料电池和蓄电池是有希望的化学电源。

由于熔盐是冶⾦⼯业中的常⽤物料，熔盐物理化学已成为冶⾦过程物理化学的重要分⽀。

熔盐的结构熔盐由阳离⼦和阴离⼦组成。

离⼦间的相互作⽤⼒包括静电作⽤⼒（它是服从库仑定律的长程作⽤⼒）、近程排斥⼒和范德华⼒（⼀译范德⽡尔斯⼒）。

作为初级近似，可⽤静电硬球模型描述熔盐结构。

即认为阴、阳离⼦都是带电⽽具有⼀定半径的硬球，⽽将范德华⼒忽略不计或作为校正项。

由于静电作⽤，熔盐中每个离⼦均为异号离⼦所包围。

X射线衍射实验结果表明：和晶体结构相⽐，熔盐中阴、阳离⼦最近距离⾮但没有增⼤，反⽽略有减少，但每个离⼦的第⼀近邻数（配位数）却⽐晶体中显著减少。

这说明熔盐中存在不规则分布的缝隙或空位。

两种熔盐互相混溶后形成的熔盐溶液，其结构亦⼤体相似。

根据离⼦间相互作⽤的势能⽅程式,可⽤计算机模拟熔盐中离⼦的运动和排布,进⽽计算熔盐或熔盐溶液的许多物理化学性质。

熔盐的物理化学性质和相图熔盐和熔盐溶液的物理化学性质的研究，不仅有助于对熔盐和熔盐溶液结构的了解，⽽且为寻找⽣产技术上有⽤的熔盐系提供了依据。

熔盐电化学原理与应用熔盐电化学是一种在高温条件下进行的电化学反应，其独特的性质和应用使其成为一种重要的电化学体系。

熔盐电解池通常由具有低熔点的盐混合物组成，这些盐在高温下可以形成液体。

在这种体系中，熔盐同时充当电解质和溶剂，在不同的电极上引发电化学反应。

熔盐电化学的原理可以追溯到19世纪初，当时Humphry Davy首次在熔盐中使用电流分解氯化钠。

他的实验揭示了在熔盐中电流可以将化合物分解为原子或离子的能力，从而开创了现代电化学的先河。

在熔盐电解过程中，通常通过两个电极在熔盐中引入电流。

这两个电极分别被称为阳极和阴极。

通过控制电流的流动方向，可以引发不同的化学反应。

在阳极上，通常发生氧化反应，将化合物转化为正离子。

而在阴极上，通常发生还原反应，将化合物还原为负离子或中性物质。

这种电解过程可以产生电流和电动势，从而将化学能转化为电能。

熔盐电化学具有许多独特的性质，使其在许多应用领域中得到了广泛的应用。

首先，由于熔盐具有较低的熔点，它可以在较低的温度下完成电解反应，从而提高反应的效率。

其次，熔盐作为电解质和溶剂，可以有效地传导离子，并且具有较高的离子迁移率。

这使得熔盐电化学在电池、电解制备、电解合成等领域中具有广泛的应用。

一种常见的熔盐电池是熔盐电池。

熔盐电池是一种将化学能转化为电能的设备，由阳极和阴极之间的熔盐作为介质。

当电流通过熔盐中时，可以发生氧化和还原反应，产生电子和离子。

这些电子通过外部电路流动，从而产生电流。

这种电流可以被用作电力供应或储存在电池中，以供以后使用。

除了电池，熔盐电化学还具有其他应用。

例如，熔盐电解是一种常用的制备金属和非金属材料的方法。

通过在熔盐中进行电解，可以将金属离子还原为金属，并将非金属离子氧化为气体或其他化合物。

这种方法可以用于制备高纯度的金属，如铝、锂和锗，以及其他材料，如氯、氯气和溴。

此外，熔盐电解还广泛应用于化学合成领域。

通过在熔盐中进行电解，可以产生活性离子，从而促进各种化学反应。

电化学基础知识归纳（含部分扩展内容）（珍藏版）特点：电池总反应一般为自发的氧化还原反应，且为放热反应（△H<0）；原电池可将化学能转化为电能电极负极：一般相对活泼的金属溶解（还原剂失电子，发生氧化反应）正极：电极本身不参加反应，一般是电解质中的离子得电子（也可能是氧气等氧化剂），发生还原反应原电池原理电子流向：负极经导线到正极电流方向：外电路中，正极到负极;内电路中，负极到正极电解质中离子走向：阴离子移向负极，阳离子移向正极原电池原理的应用：制成化学电源（实用原电池）;金属防腐（被保护金属作正极）;提高化学反应速率；判断金属活性强弱一次电池负极：还原剂失电子生成氧化产物（失电子的氧化反应）正极：氧化剂得电子生成还原产物（得电子的还原反应）放电：与一次电池相同二次电池规则：正极接外接电源正极，作阳极;负极接外接电源负极，作阴极（正接正，负接负）充电阳极：原来的正极反应式反向书写（失电子的氧化反应）原电池阴极：原来的负极反应式反向书写（得电子的还原反应）化学电源电极本身不参与反应（一般用多孔电极吸附反应物），总反应相当于燃烧反应负极：可燃物（如氢气、甲烷、甲醇等）失电子被氧化（注意电解质的酸碱性）电极反应正极：O2得电子被还原，具体按电解质不同通常可分为4种燃料电池碱性介质：O2 + 4+ 2H2O 4酸性介质：O2 + 4+ 4 2H2O电解质不同时氧气参与的正极反应固体或熔融氧化物（传导氧离子）：O2+ 4 2O2-质子交换膜（传导氢离子）：O2 + 4+ 4 2H2O特殊原电池: 镁、铝、氢氧化钠，铝作负极 ;铜、铝、浓硝酸，铜作负极 ; 铜、铁、浓硝酸，铜作负极，等特点：电解总反应一般为不能自发的氧化还原反应；可将电能转化为化学能活性电极：阳极溶解（优先），金属生成金属阳离子阳极惰性电极一般为阴离子放电，失电子被氧化，发生氧化反应（接电源正极）（石墨、铂等）常用放电顺序是：>>高价态含氧酸根（还原性顺序），发生氧化反应，相应产生氯气、氧气电解原理电极反应阴极电极本身一般不参加反应，阳离子放电，得电子被还原，发生还原反应（接电源负极）常用放电顺序是：>2+>>活泼金属阳离子（氧化性顺序），相应产生银、铜、氢气电流方向：正极到阳极再到阴极最后到负极电子流向：负极到阴极，阳极到正极(电解质溶液中无电子流动，是阴阳离子在定向移动）离子流向：阴离子移向阳极（阴离子放电），阳离子移向阴极（阳离子放电）常见电极反应式阳极： 2- 22↑ , 4- 4 O2↑+ 2H2O或2H24 O2↑+4（来自水时适用）电解池阴极：+ , 2+ + 2 , 2 + 2 H2↑或2H222↑+2（来自水时适用）电解水型：强碱、含氧强酸、活泼金属的含氧酸盐，如：、、 H24、3、24溶液等电解溶质型：无氧酸、不活泼金属的含氧酸盐，如：、2溶液等常见电解类型电解溶质+水（放氢生碱型）：活泼金属的无氧酸盐，如：、、2溶液等电解溶质+水（放氧生酸盐）：不活泼金属的含氧酸盐，如：4、3溶液等氯碱工业的基础：电解饱和食盐水制取氯气、氢气和氢氧化钠铜的电解精炼：粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液电解原理的应用电镀（铜）：纯铜作阳极，待镀件作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液（电镀液）冶炼金属，如钠（电解熔融氯化钠）、镁（电解熔融氯化镁）、铝（电解熔融氧化铝）金属的电化学防腐（外接电源的阴极保护法）金属的腐蚀：分为化学腐蚀和电化学腐蚀，其中，后者是主要方式，且速率更大（因为电化学腐蚀时形成了大量微小原电池），电化学腐蚀包括吸氧腐蚀（中性、碱性环境等）以及析氢腐蚀（酸性较强时），吸氧腐蚀是主要形式，钢铁可以最终均形成红棕色的铁锈（2O3·2O）。

熔盐电化学的研究及应用研究熔盐电化学是电化学研究的一个分支领域，它研究的是在高温熔盐中进行的电化学反应。

由于熔盐的独特性质和相对自由的离子活动度，熔盐电化学具有广泛的应用领域，包括电化学合成、金属加工、锂离子电池等等。

本文将从熔盐电解池的基本原理、熔盐电化学反应的特点和熔盐电化学在实际应用中的应用展开讨论。

熔盐电解池的基本原理熔盐电解池是通过在高温熔融的盐中施加电流来进行化学反应的过程。

熔盐电解池通常由阳极、阴极和电解质三个部分组成。

阳极和阴极通常是不同的电化学反应体系，而电解质则是熔盐。

阳极上的化学反应会导致产生电子和离子，而阴极上的反应则是电子和离子的再结合。

在这种情况下，电流通过电解质，将阳极上产生的离子输送到阴极上，以进行反应。

熔盐电化学反应的特点熔盐电化学反应的特点主要有以下几点：1. 可以在高温高压条件下进行反应。

熔盐的熔点通常在几百度以上，同时相对容易溶解许多晶体或非晶体材料。

这使得在高温高压条件下进行多种电化学反应成为可能。

熔盐电解还适用于许多高温反应，这些反应在传统温和的化学条件下是难以进行的。

2. 熔盐的分子动力学特性使离子相对自由地移动熔盐的分子动力学特性让熔盐中的离子相对自由地移动，从而可以促成任意两种离子之间的构成物的形成。

这也使得在熔盐中进行复杂反应成为可能。

3. 熔盐通常是较好的电解质和反应媒介。

熔盐对于阴阳极反应中所需的离子是较好的载体。

因此，熔盐的共同性使其对于电化学反应即便在极端条件下仍然能够提供适用的环境。

此外，对于熔盐外加电压后的电极反应，由于离子流动性能的影响，熔盐的化学反应往往具有非常高的选择性。

熔盐电化学在实际应用中的应用熔盐电化学在实际应用中具有许多用途，其中包括以下几个方面：1. 电化学合成通过熔盐电解的方法，可以合成固态物质的前体，如烷基钠、钠烷基液、烷基碘化物和其他化学品。

目前最为知名的电化学合成方法之一，是将碳化物在熔盐中电化学分解为纳米级粉末。

第四章电化学基础复习课教学目标知识与技能：强化对本章知识点的理解与运用，提高学生运用理论知识分析问题的能力，加深对理论知识的理解的能力。

过程与方法：自主探究与归纳，提升对电化学基础相关知识的理解与运用。

情感与价值观：归纳整理电化学原理的相关理论的理解与运用第1，2课时【课题】第四章电化学基础复习课【授课时间】年月日班级：【教学目标】1.知识与技能强化对本章知识点的理解与运用，提高学生运用理论知识分析问题的能力，加深对理论知识的理解的能力。

2.过程与方法自主探究与归纳，提升对电化学基础相关知识的理解与运用。

3.情感态度与价值观提高学生思考的能力，体现合作学习，让学生自主地获取知识，感受到学习的乐趣。

【教学重点】归纳整理电化学原理的相关理论的理解与运用【教学难点】电化学理论的综合应用【课型】复习课【教学用具】 PPT课件，课本【教学方法】探究法，提问法，讨论法【教学过程】初次备课二次备课一，德育教育如果自己有发热、咳嗽等症状，该怎么办？答：不要恐慌，如在学校应主动带上口罩与班主任或课任教师及时汇报身体状况，如果在家及时告知父母到就近的指定医院，主动告诉医生开展相关检查。

二，预习检测总结本章内容三，新课引入：复习引入四，新课讲授：一、原电池1、定义：把化学能转化为电能的装置2、原电池的两极确定失去电子的一极叫负极，用- 表示。

得到电子的一极叫正极，用+ 表示。

电极反应负极：（Zn ) Zn - 2e- = Zn2+（氧化反应）正极：（Cu) 2H++ 2e- = H2↑ (还原反应总反应式：综合正极和负极电极反应式而得：Zn+ 2H+= Zn2+ + H2↑4、原电池的形成条件构成前提：两个电极中至少有一个可以和电解质溶液自发地发生氧化还原反应1、活动性不同的金属（其中一种可以为非金属，即作导体用）作电极。

2、两电极插入电解质溶液中。

3、形成闭合回路。

（两电极外线用导线连接，可以接用电器。

）4常见电池二电解池电解池（电解槽）：把电能转化为化学能的装置。

第二课时 电解原理的应用1．电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaCl ＋H 2↑＋Cl 2↑。

2．电镀时把待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。

3．电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO 4溶液作电解液。

4．电解熔融Al 2O 3制取铝，电解熔融氯化钠制取钠，电解熔融MgCl 2制取镁。

[自学教材·填要点]1．装置及现象2．电解总反应式化学方程式：2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑； 离子方程式：2Cl －＋2H 2O=====电解2OH －＋H 2↑＋Cl 2↑。

[师生互动·解疑难](1)电解饱和食盐水阴极区溶液呈碱性的原因：电解饱和食盐水过程中，因离子放电顺序为H ＋＞Na ＋，所以H ＋在阴极上得电子而生成H 2，破坏了水的电离平衡，促进了水的电离，使阴极区溶液中c (OH －)＞c (H ＋)，所以阴极区溶液呈碱性。

(2)氯碱工业上电解饱和食盐水通常以石墨作阳极，涂镍碳钢网作阴极。

(3)用湿润的KI 淀粉试纸检验阳极放出的氯气。

1．工业上电解食盐水的阴极区产物是( )A ．氯气B ．氢气和氯气C ．氢气和氢氧化钠D ．氯气和氢氧化钠解析：用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑破坏水的电离平衡，阴极区域OH－与Na＋结合成NaOH。

答案：C[自学教材·填要点]1．电镀(1)定义：电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

(2)电镀池的构成：(3)实例(往铁件上镀铜)：①阴极材料：Fe，电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu；②阳极材料：Cu，电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋；③电解质溶液：CuSO4溶液。

2．电解精炼铜(1)装置：粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液。

(2)电极反应式，阳极为Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋。