电化学基础课件

③
④
A.①②中 Mg 作负极，③④中 Fe 作负极 B.②中 Mg 作负极，电极反应式为：Mg－2e－===Mg2＋ C.③中 Fe 作负极，电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋ D.④中 Cu 作正极，电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：②中 Mg 不与NaOH 溶液反应，而 Al 能和NaOH 溶 液反应失去电子，故 Al 是负极；③中 Fe 在浓硝酸中钝化，Cu 和浓 HNO3 反应失去电子作负极，A、B、C 错。 答案：D
答案：(1) 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2Cu2＋＋4e－===2Cu
3.工作原理(以锌铜原电池为例)。
电极名称 (1)电极材料 (2)电极反应 (3)反应类型
电子流向 盐桥中离 子移向
负极
正极
Zn
Cu
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
氧化反应
还原反应
由Zn沿导线流向Cu
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向 负极
二、化学电源
1.碱性锌锰干电池——一次电池。 负极反应 _Z_n_＋__2_O__H_－__－__2_e_－_=_=_=_Z__n_(O__H_)_2_____ 正极反应 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 电池反应 Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH
方法技巧
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液 (或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺 序是：阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液 时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方 法得到 K、Ca、Na、Mg、Al 等金属。

应用电化学发展趋势与挑战
发展趋势
随着新能源、环保等领域的快速发 展，应用电化学在能源存储与转换、 环境电化学等方面呈现出广阔的应 用前景。
挑战
应用电化学面临着电极材料性能、 反应机理、稳定性等方面的挑战， 需要加强基础研究和应用创新。
学生自我评价与建议
自我评价
通过本课程的学习，我对应用电化学有了更深入的了解，掌握了基本的电化学 知识和实验技能，但在理论理解和实践应用方面还需加强。
03
CATALOGUE
电化学应用技术
电镀与电沉积技术
电镀原理
通过电解作用在金属表面沉积一层金属或合金，以改善其表面性 能。
电镀种类
包括镀铬、镀锌、镀金、镀银等多种类型，广泛应用于机械制造、 电子电器等领域。
电沉积技术
利用电化学原理在导体或半导体表面沉积金属、合金或化合物，制 备具有特定功能的薄膜材料。
通过测量电解过程中电流-电压曲线 变化，对环境中的污染物进行定性和 定量分析。
06
CATALOGUE
电化学实验方法与技术
电化学实验安全知识
实验室安全规则
必须遵守实验室各项安 全规定，注意防火、防 爆、防毒等。
仪器安全使用
使用电器设备时，应注 意防止触电和短路；使 用高温设备时，应防止 烫伤和火灾。
应用电化学PPT课件
CATALOGUE
目 录
• 引言 • 电化学基础知识 • 电化学应用技术 • 电化学在能源领域的应用 • 电化学在环境领域的应用 • 电化学实验方法与技术 • 课程总结与展望
01
CATALOGUE
引言
电化学概述
电化学是研究电与化学变化之间 相互关系的科学，涉及电能与化
学能之间的转换。

第二节 电解质溶液
六、电导测定的应用
2. 难溶盐或微溶盐在水中的溶解度很小，很难用普通的滴定方法测 定出来，但是可以用电导的方法测定。用一已预先测定了电导率的高 纯水，配置待测微溶或难溶盐的饱和溶液，测定此饱和溶液的电导率 κ，则测出值为盐和水的电导率之和，故
第二节 电解质溶液
3. 在科学研究及生产过程中，经常需要纯度很高的水。例如，半导 体器件的生产和加工过程，清洗用水若含有杂质会严重影响产品质量 甚至变为废品。
第二节 电解质溶液
表7－2 25 ℃时几种浓度KCl水溶液的电导率
第二节 电解质溶液
四、摩尔电导率与浓度的关系
科尔劳施 (Kolrausch)对电解质溶液的摩尔电导率进行了深入的 研究，根据实验结果得出结论：在很稀的溶液中，强电解质的摩尔电 导率Λm与其浓度c的平方根呈直线关系，即科尔劳施经验式：
第七章 电化学基础
第一节 电化学的基本概念 第二节 电解质溶液第三节 可逆电池及原电池热力学 第四节 电极电势 第五节 不可逆电极过程 第六节 电化学的基本应用
第一节电化学的基本概念
一、电解池与原电池
电化学的根本任务是揭示化学能与电能相互转换的规律，实现这 种转换的特殊装置称为电化学反应器，分为电解池和原电池两类。电 解池是将电能转化为化学能的装置，而原电池是将化学能转化为电能
第三节 可逆电池及原电池热力学
四、可逆电池的热力学 1.可逆电池的电动势E与电池反应的摩尔反应吉布斯函数ΔrGm的关
在恒温、恒压且电池可逆放电过程中，系统吉布斯函数的变化量等 于系统与环境间交换的可逆电功，即等于电池的电动势E与电量Q的乘积。 根据法拉第定律，每摩尔电池反应的电量为zF，故
第三节 可逆电池及原电池热力学

2024/1/30
5
原电池与电解池工作原理
原电池
将化学能转化为电能的装置，其工作原理基于氧化还原反应 。
电解池
在外加电压作用下，使电解质溶液发生电解反应的装置。
2024/1/30
6
离子导体与电子导体特性
离子导体
依靠离子的迁移来导电的物质，如电解质溶液和离子晶体。
电子导体
依靠自由电子的迁移来导电的物质，如金属和石墨。
2024/1/30
22
05
电化学传感器技术及应用
2024/1/30
23
电化学传感器基本原理及类型
电化学传感器定义
利用电化学原理将被测物质浓度 转换为电信号进行检测的器件。
2024/1/30
工作原理
基于被测物质与敏感电极之间的化 学反应，通过测量电极电位、电流 等电学量实现物质浓度检测。
类型
根据敏感电极材料和反应原理不同 ，可分为电位型、电流型、电导型 和电容型等。
碳基超级电容器研究进展
碳材料作为电极
具有高比表面积、良好导电性和化学稳定性等特点，是超级电容器的主要电极材料。
研究进展
近年来，碳纳米管、石墨烯等新型碳材料的出现为碳基超级电容器的发展带来了新的突破，提高了其能量密度和 功率密度。
2024/1/30
20
金属氧化物超级电容器性能分析
金属氧化物电极
如RuO2、MnO2等，具有较高的理论比电容和优异的电化学性能。
2024/1/30
13
锂离子电池结构组成与工作原理
01
02
03
结构组成
正极、负极、隔膜、电解 液
2024/1/30
工作原理
锂离子在正负极之间往返 嵌入和脱出，实现充放电 过程

THANKS
感谢您的观看。
05
CHAPTER
超级电容器技术与应用
利用电极与电解质界面形成的双电层或电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量。
基本原理
充电速度快、功率密度高、循环寿命长、温度范围宽、绿色环保等。
特点
优点
能量密度高、充放电速度快等。
工作原理
通过电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量，电极材料通常采用金属氧化物或导电聚合物。
充电过程
正极板上的二氧化铅和负极板上的铅在电解液的作用下，分别生成硫酸铅和水，同时有电子在外电路中流动，形成充电电流。
放电过程
硫酸铅和水在正极板和负极板上分别还原成二氧化铅和铅，同时有电子在外电路中流动，形成放电电流。
镍镉电池
01
以氢氧化镍作为正极，氢氧化镉作为负极的一种碱性蓄电池。具有大电流放电特性好、耐过充和过度放电等优点，但存在记忆效应和环保问题。
在放电过程中，铝阳极与水和电解质中的氢氧根离子发生反应生成氢氧化铝和氢气，同时释放出电子产生电流；空气中的氧气在阴极接受电子被还原成氢氧根离子。充电时，逆向反应进行，氢氧化铝得电子被还原成铝沉积在阳极上。
优缺点
铝空气电池具有高的理论比能量、低成本和环境友好等优点；但是存在铝阳极自腐蚀、氢氧化铝沉积等问题导致电池性能衰减。
铂、钯等贵金属具有良好的催化活性和稳定性，广泛应用于燃料电池、有机合成等领域。
铂族金属催化剂
通过合金化可以改善贵金属的催化性能和降低成本，如铂钌合金、铂铑合金等。
贵金属合金催化剂
纳米级贵金属催化剂具有高比表面积和优异的催化活性，应用于电催化、光催化等领域。
贵金属纳米催化剂
03
非贵金属氮化物催化剂

应用领域：广泛应用于污水处理、工业废水处理、饮用水处理等领域。 优点：高效、节能、环保，可有效去除水中的悬浮颗粒和有毒有害物压电 场使空气中的尘埃 带电，然后通过电 场力将其吸附在电 极上
特点：高效、节能、 环保
应用：广泛应用于 工业、商业、家庭 等领域的空气净化
发展趋势：随着技 术的不断进步，静 电除尘技术在空气 净化中的应用将更 加广泛和深入
电渗析和电泳在污水处理中的应用
电渗析：利用电场作用，使溶液中 的离子通过半透膜进行分离和浓缩
应用：电渗析和电泳在污水处理中 主要用于去除重金属离子、有机物 等污染物
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
电泳：利用电场作用，使带电粒子 在液体中移动，实现溶液中离子的 分离和浓缩
优点：操作简便，效率高，成本低， 对环境友好
电化学淋洗修复技术
原理：利用电化 学反应，将土壤 中的污染物转化 为无害物质
优点：高效、环 保、经济
应用：重金属污 染、有机物污染、 放射性污染等
局限性：需要一 定的设备、技术 要求较高
Part Six
环境电化学在空气 净化中的应用
电凝聚和电浮选技术
电凝聚技术：通过施加电场，使悬浮颗粒聚集成较大的颗粒，从而易于分离和去除。 电浮选技术：通过施加电场，使悬浮颗粒带电，然后利用电场力将其从水中分离出来。
02 环 境 电 化 学 概 述 04 环 境 电 化 学 在 污 水 处 理 中 的
应用
06 环 境 电 化 学 在 空 气 净 化 中 的应用
Part One
单击添加章节标题
Part Two
环境电化学概述
环境电化学的定义和重要性
定义：环境电化学是研究电化学过程在环 境科学中的应用，包括污染物的去除、转 化和检测等。

接电源正极电极反应 H2O → 1/2 O2 + 2H+ +2e-
接电源负极电极反应 2H+ + 2e- → H2
总反应
H2O → 1/2 O2 + H2
第4页
电极名称
▪ 从溶液流进电子电极叫做阳极。 ▪ 流出电子电极叫做阴极。
称呼
电子移动情况
反应 别称-电解体系 别称-电池体系
阳极
电极 溶液 Red还原体
▪ 能够溶解不溶于水物质。 ▪ 有些反应生成物在水溶液中会和水分子发
生反应，但在有机溶剂中都能够稳定存在。 ▪ 能在比水溶液体系含有更大电位、pH值和
温度范围内进行反应和测定。 ▪ 依据溶质溶解后状态和反应性质改变，选
择相应溶剂。
第20页
有机溶剂应含有条件
▪ 可溶解足够量支持电解质。 ▪ 含有足够使支持电解质离解介电常数（普通希望
依据能斯特方程式可写为：
E = -0.059 pH E = 1.23-0.059 pH
水稳定区，或者叫做水热力学电位窗口。
第13页
产生氢气实际电位偏离热力学理论值现象
叫
做氢过电位。
氢过电位主要参数是互换电流密度 (i0)。
一系列金属氢过电位，从小到大能够列成下列序列： Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Fe, Co, Ag, Ni, Cu, Cd, Sn, Pb, Zn, Hg
第10页
电化学测定办法长处
▪ 测定简朴——能够将普通难以测定化学量 直接变换成容易测定电参数加以测定。
▪ 测定灵敏度高——由于电化学反应是按法 拉第定律进行，因此，即使是微量物质改 变也能够通过容易测定到电流或电量来进 行测定。
▪ 即时性——利用上述高精度特点，能够把 微反应量同时检出，并进行定量。

离子浓度的变化、pH 的变化等。
典例应用 2 在 100 mL HNO3 和 AgNO3 的混合液中，用石墨作电极电解，两极上均 收集到 2.24 L 气体(标准状况)，则原混合溶液中 Ag＋的物质的量浓度为( )
A．1 mol·L－1
B．2 mol·L－1
C．3 mol·L－1
D．4 mol·L－1
12/7/2021
第十三页，共十七页。
2．解决电解问题的基本思路模式：
(1)通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的 H＋和 OH－)。
(2)通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先谁放电。
(3)写电极反应式，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、水的电离平衡移动、
04 电化学基础(jīchǔ)
12/7/2021Fra bibliotek第一页，共十七页。
本章 总结 (běn zhānɡ)
12/7/2021
第二页，共十七页。
12/7/2021
知识网络
第三页，共十七页。
12/7/2021
第四页，共十七页。
12/7/2021
第五页，共十七页。
12/7/2021
专题应用
第六页，共十七页。
从不同角度设问，这也是所谓的常考常新。同时本题通过电路图，把电源、电解池、电
镀池联系起来综合考查，引导大家关注理化综合，重点关注化学知识与生产实际相联系 类型的试题。
12/7/2021
第十二页，共十七页。
专题二：有关电化学计算的基本方法的问题 1．原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算，溶液 pH 的计算，相对原子质 量和阿伏加德罗常数的计算，根据电量求产物的量与根据产物的量求电量的计算。不论 哪类计算均可概括用下列三种方法： (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量 等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。 (2)根据总反应式中的计量关系进行计算：先写出电极反应式，再写出总反应式或直 接运用总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。 (3)根据关系式计算：借得失电子守恒定律关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建 立所需的关系式。如关系式：O2～4e－～4H＋～4OH－～4Ag～2Cu。

交流阻抗法
通过测量交流信号作用下的电极响 应，分析电极过程的阻抗特性。
电导测量技术
溶液电导测量
测量溶液的电导率，了解溶液中 离子的迁移性质。
电极电导测量
测量电极材料的电导率，研究电 极的导电性能。
电导滴定法
通过测量滴定过程中溶液电导的 变化，确定滴定终点及待测物质
的浓度。
电化学测量实验方法
循环伏安法
掌握电化学基本原理和基础知识，了解电化学在各个领域的应用，培养分析和 解决电化学问题的能力。
学习内容
包括电解质溶液、原电池与电解池、电极过程动力学、电化学热力学与电化学 动力学、电化学分析方法等。通过实验和案例分析，加深对理论知识的理解和 应用。
02 电化学基础
电解质溶液
01
02
电解质溶液的定义和分类
电化学的历史与发展
18世纪末，意大利物理学家伏特发明了电池，为电化学的研究奠定了基础。
19世纪，英国科学家法拉第发现了电解定律，揭示了电流与化学反应之间的关系。
20世纪以来，随着理论和实验技术的不断发展，电化学在能源转换与存储、环境科 学、生物医学等领域取得了重要突破。
课程目标与学习内容
课程目标
交流阻抗谱
利用交流阻抗技术，研究金属腐蚀过程中的电荷转移和物 质传输过程。
金属腐蚀与防护实验技术
失重法
通过测量金属在腐蚀前后的质量 损失，评估金属的腐蚀速率。
电化学测试
运用电化学工作站进行电位、电 流、阻抗等参数的测量和分析。
表面分析技术
利用扫描电子显微镜（SEM）、 能谱仪（EDS）等手段，观察和 分析金属表面的腐蚀形貌和成分 变化。
离子选择性电极
利用离子选择性电极对特 定离子的响应，测量离子 浓度及电位。

考试大纲要求
高考热点提示
1.了解原电池和电解 1.原电池的工作原理，电极反应
池的工作原理，能写 及电池反应方程式的分析与判断
出电极反应和电池反 的考查．
应方程式．
2.电解池的工作原理、电极反
2.了解常见化学电源 应、电池反应方程式的书写、电
的种类及其工作原 极产物的判断及结合两极电子守
理．
恒进行简单计算的考查．
C．总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2.
(2)二次电池——铅蓄电池
①负极材料： 液．
，正极材料： Pb
②电极反应：A.负极：
，电P解bO质2 ：H2SO4溶
C．总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
(3)氢氧燃料电池
①H2SO4作电解质
解析：本题考查原电池的有关知识．在原电池中，活泼性较强的金属作负 极，活泼性相对较弱的金属或非金属作正极．在题给装置中，Zn作负极， 负极反应：Zn－2e－===Zn2＋，Cu作正极，正极反应：2H＋＋2e－===H2↑， 故A、B错；电子由锌片经导线流向铜片，电流方向与之相反，C错，D正 确．
负极：
，正极：
，电池反应：
.H2－2e－===2H＋
O2＋4e－＋
②负K极O：H4作H＋电=解==质2H2O
，正2极H2：＋O2
===2H2O
，电池反应： .
2H2＋O2===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2H2＋O2===2H2O
1．关于如右图所示装置的叙述，正确的是( ) A．铜是阳极，铜片上有气泡产生 B．铜片质量逐渐减少 C．电流从锌片经导线流向铜片 D．氢离子在铜片表面被还原

原电池及电极电势
结合具体案例和实验数据
电极电势的计算方法 电池设计的基本原则 电极电势在实际应用中的运用
原电池在能源领域中的应用
能源转换和环保技术
通过对其原理的深入理解，我们可 不断探索和优化能源利用方式，为 环保事业贡献力量。
原电池的基本概念
电极电势的应用也涉及社会责任意识。 科技的发展 不仅要追求经济效益，更要考虑其对环境 和社会的影响。
1. 电极电势的产生 把金属浸入其盐溶液时，会出现两种倾向： ① 金属表面的原子以离子形式进入溶液； ② 溶液中的金属离子沉积在金属表面上。
金属的电极电势
电极电势
1. 电极电势的产生 金属表面带电
靠近金属附近的溶液带相反电荷 产生在金属和它的盐溶液之间的电势就 叫做金属的电极电势。
金属的电极电势
标准氢电极
电极电势
电极电势
原电池的工作原理
氧化反应
电子传递
离子迁移
原电池将化学能转化为电能，为我们提供 了便捷的能量来源。
电极电势的概念
电极电势
• 描述电极上发生的 氧化还原反应趋势 的物理量。
反映了电极上电子的活动能力，即电子从电 极上逸出的难易程度。
电极材料的性质
电极电势的大小
电解质溶液的组成
温度
电极电势
在298.15 K
用标准氢电极与其他各种标准状态下的电极组 成原电池，从而得到各种电极的标准电极电势。
实际应用中的重要作用
电极电势应用
电极电势在判断氧化还原反应的方向和程度方面具有重要意义。
电极电势的大小
判断一个氧化还原反应是否能够自发进行 反应的速率和程度
理解化学反应的本质和预测反应结果具有重要意义

波根多夫对消法
检流计中无电流通过时：
E E AC x N AC
.
38
§7.6 原电池热力学
根据热力学第二定律：
dGT，p = δW’r
又
W’=-EIt=-EQ,
δW’r = - Ed(zFξ) = dGT，p 则单位反应进度的反应：
ΔrGmG T,p zFE
标准态下进行的反应：ΔrGmӨ = - zFEӨ
3Δ )rG m zF ;Δ r E S m z F E T p Q rm , T Δ rS m
.
43
§7.7 电极电势和液体接界电势
1. 电极电势 选氢电极作为参考标准，定义其在标准态
下的电极电势为0，以此电极为负极与欲测电 极组成电池，测得此电池的电动势即为欲测电 极的电极电势,也称为还原电极电势。
之间的关系:
QzF
Q --通过电极的电量;
z -- 电极反应的电荷数（即转移电子数)
ξ--电极反应的反应进度;
F -- 法拉第常数, ≈96500 C·mol-1.
.
7
例题
0.20 A的电流通过 CuCl2溶液2 h，在 阴极上析出了Cu和H2，析出Cu的质量为 0.3745 g，求析出H2标准状况下的体积， Cu的相对原子质量为63.33。
17
5. 应用举例
(1)柯尔劳施公式可以求算弱电解质的极限摩尔电
导率。
例题
已知25℃HCl、CH3COONa和NaCl极限摩 尔电导率分别是426.16×10-4、91.01×10-4和
126.45 S·m2·mol-1, 求CH3COOH 的极限摩尔电 导率。
.
18
(2)计算弱电解质的解离度及解离常数