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電化學(xué)教案
作為一位兢兢業(yè)業(yè)的人民教師,通常會(huì)被要求編寫(xiě)教案,教案是教學(xué)活動(dòng)的總的組織綱領(lǐng)和行動(dòng)方案。那么你有了解過(guò)教案嗎?下面是小編為大家收集的電化學(xué)教案,歡迎閱讀,希望大家能夠喜歡。
電化學(xué)教案1
金屬材料的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
1.了解金屬電化學(xué)腐蝕的基本原理。
2.了解防止金屬腐蝕的基本原理和常用方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
1. 金屬的電化學(xué)腐蝕類(lèi)型
(1)微電池腐蝕
、俨町惓錃飧g
同一種金屬在中性條件下,如果不同部位溶解氧氣濃度不同,則氧氣濃度較小的部位作為腐蝕電池的陽(yáng)極,金屬失去電子受到腐蝕;而氧氣濃度較大的部位作為陰極,氧氣得電子生成氫氧根離子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在,則陽(yáng)極金屬亞鐵離子進(jìn)一步與K3[Fe(CN)6]反應(yīng),生成藍(lán)色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀;在陰極,由于氫氧根離子的不斷生成使得酚酞變紅(亦屬于吸氧腐蝕)。兩極反應(yīng)式如下:
陽(yáng)極(氧氣濃度小的部位)反應(yīng)式:
Fe = Fe2+ + 2e-
3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2 (藍(lán)色沉淀) 陰極(氧氣濃度大的部位)反應(yīng)式:
O2 + 2H2O +4e- = 4OH-
、谖鰵涓g
金屬鐵浸在含有K3[Fe(CN)6]2的鹽酸溶液中,鐵作為陽(yáng)極失去電子,受腐蝕,雜質(zhì)作為陰極,在其表面H+得電子被還原析出氫氣。兩極反應(yīng)式為: 陽(yáng)極:Fe = Fe2+ + 2e-
陰極:2H++2e-= H2↑
在其中加入K3[Fe(CN)6],則陽(yáng)極附近的Fe2+進(jìn)一步反應(yīng):
3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2 (藍(lán)色沉淀)
(2)宏電池腐蝕
、俳饘勹F和銅直接接觸,置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里,由于?(Fe2/Fe)< ?(Cu2/Cu),兩者構(gòu)成了宏電池,鐵作為陽(yáng)極,失去電++
子受到腐蝕(屬于吸氧腐蝕)。兩極的電極反應(yīng)式分別如下:
陽(yáng)極反應(yīng)式:
Fe = Fe2+ + 2e-
3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2 (藍(lán)色沉淀) 陰極(銅表面)反應(yīng)式:
O2 + 2H2O +4e- = 4OH-
在陰極由于有OH-生成,使c(OH-)增大,所以酚酞變紅。
、诮饘勹F和鋅直接接觸,環(huán)境同上,則由于?(Zn2/Zn)< ?(Fe2/Fe),++
鋅作為陽(yáng)極受到腐蝕,而鐵作為陰極,鐵表面的氧氣得電子后不斷生成氫氧根離子,導(dǎo)致酚酞變紅(屬于吸氧腐蝕)。兩極的電極反應(yīng)式分別如下:
陽(yáng)極反應(yīng)式:
Zn = Zn2+ + 2e-
3Zn2++ 2[Fe(CN)6]3- = Zn3[Fe(CN)6]2 (黃色沉淀)
陰極(鐵表面)反應(yīng)式:
O2 + 2H2O +4e- = 4OH-
2.金屬腐蝕的防護(hù)
防止金屬腐蝕的方法很多。如研制耐腐蝕的金屬材料、金屬表面涂覆保護(hù)層及陰極保護(hù)法等方法。金屬表面涂覆保護(hù)層的常用方法有油漆、電鍍、噴鍍、表面鈍化處理,緩蝕劑法等。
。1) 有機(jī)緩蝕劑作用機(jī)理
在金屬剛開(kāi)始溶解時(shí),金屬表面帶有的負(fù)電荷能吸附緩蝕劑的離子或分子,形成難溶且腐蝕介質(zhì)很難穿透的保護(hù)膜。在酸性介質(zhì)中,一般是含有N、S、O的有機(jī)化合物。常用的緩蝕劑有烏洛托品、若丁等。
。2) 無(wú)機(jī)緩蝕劑作用機(jī)理
在中性或堿性介質(zhì)中可以采用無(wú)機(jī)緩蝕劑,如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、
磷酸鹽、碳酸氫鹽等。主要是在金屬的表面形成的氧化膜或沉淀物能夠隔絕周?chē)橘|(zhì)侵蝕,起到保護(hù)的作用。
例如金屬表面的磷化,就是用磷酸鹽在金屬表面生成一層磷化膜的保
護(hù)層。其有關(guān)反應(yīng)式如下:
Fe + 2H+ = Fe2+ + H2(↑)
Fe2+ + HPO42- = FeHPO4(暗灰色膜?)
3Zn2+ + 2PO43-= Zn3(PO4)2(白色?)
。3)3%的CuSO4檢驗(yàn)液檢驗(yàn)原理
磷化后的鐵釘表面: Fe2+ + HPO42- = FeHPO4(暗灰色膜?)
Cu2+ + HPO42- = CuHPO4(暗黑色?)
沒(méi)有磷化后的鐵釘表面:Fe +Cu2+= Fe2++ Cu(棕紅色?)
三、實(shí)驗(yàn)用品
儀器: 0mL小燒杯,小試管(3支),10mL小量筒(1只)鐵片,銅絲,鋅絲,濾紙片(若干),塑料鑷子,洗瓶,細(xì)砂紙(約3×3cm2)。
藥品:NaCl(0.1 mo1·L-1),K3[Fe(CN)6(]0.1 mo1·L-1),烏洛托品(CH2)6N(,420%)CuSO4(0.1 mo1·L-1),HCl(0.1 mo1·L-1、6 mo1·L-1,濃),酚酞(0.5%),洗潔精,檢驗(yàn)液(3%的CuSO4),磷化液(配方:H3PO4(85%):45g·L-1,ZnO:28 g·L-1,Zn(NO3)2:28 g·L-1,NaF:2 g·L-1 ,HNO3(濃):29 g·L-1)。
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 金屬的電化學(xué)腐蝕
(1)準(zhǔn)備鐵釘和混合溶液
、勹F釘表面除銹:取8枚小鐵釘浸在濃鹽酸中,除銹約1~2分鐘后用塑料鑷子取出,以自來(lái)水淋洗后放在潔凈的小燒杯中,再以去離子水浸泡備用。
、谂渲坪猩倭糠犹幕旌先芤海喝1支試管,加入6mL 0.1 mo1·L-1的NaCl溶液(增加導(dǎo)電性),加入4滴0.1 mo1·L-1K3[Fe(CN)6]溶液,再加入3滴酚酞溶液,混合均勻備用。
。2)微電池腐蝕
、俨町惓錃飧g
用細(xì)砂紙把一塊鐵片表面磨光,洗凈鐵銹并吸干水分,在其中心處滴上2滴含有少量酚酞的混合溶液,形成直徑約為2cm的圓斑,放置10 min后觀察現(xiàn)象,并用兩極反應(yīng)式解釋之。
、谖鰵涓g
取1支潔凈的小試管,加入3mL的0.1 mo1·L-1HCl溶液,將一枚除銹鐵釘放入其中,觀察現(xiàn)象。
(3)宏電池的腐蝕
取2支潔凈的小試管,各加入3mL含有少量酚酞的混合溶液。取2枚除過(guò)銹的小鐵釘,經(jīng)自來(lái)水沖洗,用濾紙吸干,分別在其中部緊密地纏上一段干凈的鋅絲和銅絲。然后再分別放在上述2支試管的.溶液中,靜置數(shù)分鐘(不要晃動(dòng)),觀察現(xiàn)象并用兩極反應(yīng)式解釋之。
2.金屬腐蝕的防護(hù)
。1)有機(jī)緩蝕劑的作用
取2支試管,各加入3mL0.1 mo1·L-1HCl溶液,在某一試管中加入5滴20%的烏洛托品,在另1支試管中加入5滴水,將2枚清潔無(wú)銹的鐵釘分別放入其中。反應(yīng)片刻后,分別在2支試管中各加入1滴0.1 mo1·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液,觀察和比較出現(xiàn)的現(xiàn)象,并用兩極反應(yīng)式解釋之。
。2)無(wú)機(jī)緩蝕劑的作用(金屬表面的磷化)
準(zhǔn)備2支潔凈試管和2枚已用濃HCl溶液除過(guò)銹的并用水清洗干凈的鐵釘。將其中1根鐵釘放入試管,另1根鐵釘完全浸入磷化液磷化,約5~10min后用鑷子取出,用去離子水淋洗后將其放入空的潔凈試管中,觀察磷化膜。
。3)檢驗(yàn)質(zhì)量
向上述2支裝有鐵釘?shù)脑嚬苤,分別加入3%的CuSO4檢驗(yàn)液3mL,靜置2-3min后,觀察現(xiàn)象并用反應(yīng)式解釋之。
五、注意事項(xiàng)
1. 鐵釘一定要事先算好需要幾個(gè),然后集中除銹。
2. 需要靜置數(shù)分鐘的實(shí)驗(yàn),千萬(wàn)不要晃動(dòng)試管,以免現(xiàn)象觀察不明顯。
3. 用鋅絲纏鐵釘時(shí)要慢緩慢用勁纏緊,防止鋅絲折斷;不要纏滿鐵釘,只要鐵釘有一段被纏上就可觀察到現(xiàn)象。
4.鐵片,銅絲,鋅絲,鐵釘?shù)扔煤笙磧艋厥罩猎。所有試劑用后放回原處?/p>
5.實(shí)驗(yàn)中一定要仔細(xì)觀察現(xiàn)象有無(wú)變化,記錄現(xiàn)象要完整,并用學(xué)過(guò)的知識(shí)和有關(guān)反應(yīng)方程式解釋之。
六、實(shí)驗(yàn)記錄
七、思考題
1.吸氧腐蝕發(fā)生的條件是什么??jī)蓸O反應(yīng)式分別如何?
2.析氫腐蝕的條件是什么??jī)蓸O反應(yīng)式分別如何?
電化學(xué)教案2
金屬的腐蝕速度與極化作用
文/林玉珍·北京化工大學(xué)
在實(shí)際中,人們不僅關(guān)心金屬設(shè)備和材料的腐蝕傾向,更重要的是關(guān)心腐蝕過(guò)程進(jìn)行的速度。一個(gè)大的腐蝕傾向不一定對(duì)應(yīng)著一個(gè)高的腐蝕速度。例如鋁,從熱力學(xué)角度看,它的腐蝕傾向很明顯,但在某些介質(zhì)中,它的腐蝕速度卻極低,比那些腐蝕傾向較小的金屬更耐蝕。可見(jiàn),腐蝕傾向并不能作為腐蝕速度的尺度。對(duì)于金屬設(shè)備來(lái)說(shuō),要設(shè)法來(lái)降低腐蝕反應(yīng)的速度,以達(dá)到延長(zhǎng)其使用壽命的目的。為此,必須了解腐蝕過(guò)程的機(jī)理,掌握不同條件下腐蝕的動(dòng)力學(xué)規(guī)律以及影響腐蝕速度的各種因素,并尋求有效地解決方案。
腐蝕原電池
腐蝕發(fā)生的根本原因是由于環(huán)境中有氧化劑存在。而在工程中“材料/環(huán)境”組成的電極系統(tǒng),由于種種原因(如材料成份等)使金屬表面各處的電位不相等,統(tǒng)稱(chēng)為電化學(xué)不均勻性,從而形成腐蝕原電池,加速了腐蝕。例如工業(yè)鋅,因其中含雜質(zhì)(如Cu),存在著腐蝕電池,所以它的腐蝕速度要比純鋅大的得多如圖1所示。
圖1鋅在稀酸中的腐蝕
腐蝕電池的工作歷程
腐蝕電池的工作原理與—般原電池相同
,如圖2所示。陽(yáng)極(區(qū))上發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)(陽(yáng)極反應(yīng)),電位相對(duì)較低,是電池中的負(fù)極,也是發(fā)生腐蝕的地方。陰極(區(qū))上發(fā)生接收電子的還原反應(yīng)(陰極反應(yīng)),電位相對(duì)較高,是電池中的正極。腐蝕電流Ic的流向是指正電荷流動(dòng)的方向,電流從陽(yáng)極流出進(jìn)入溶液中,再?gòu)娜芤褐辛魅腙帢O。
圖2腐蝕電池的上作歷程
腐蝕電池中,這三部分工作,相互聯(lián)系,缺—不可。只要其中任何一個(gè)步驟停止,整個(gè)電池工作就停止,體系中的金屬腐蝕也就停止。
腐蝕電池的特點(diǎn)
、俑g電池是短路的原電池,它將化學(xué)能變成電能,但卻不能被利用,而是以熱的形式散失掉了。
、诟g電池的存在,只能加速腐蝕,而不是腐蝕發(fā)生的根本原因。如果環(huán)境中沒(méi)有氧化劑存在,即使有腐蝕電池的存在,也不會(huì)發(fā)生腐蝕。
、鄹鶕(jù)腐蝕電池中的電極大小,常把腐蝕電池分為宏觀腐蝕電池和微觀腐蝕電池兩類(lèi)。
極化作用
極化作用及其表征
觀察一個(gè)簡(jiǎn)化的腐蝕電池的工作,如圖3所示。
圖3腐蝕電池及其電流變化
當(dāng)外電路未接通前,外電路的電阻相當(dāng)于無(wú)窮大,電流為零。
當(dāng)電池接通的瞬間,可觀察到一個(gè)很大的起始電流。根據(jù)歐姆定律,其電流為:
式中Ek°為陰極(銅)的開(kāi)路電位;Ea°為陽(yáng)極(鋅)的開(kāi)路電位;R為電
池系統(tǒng)的總電阻。當(dāng)電流瞬間達(dá)到最大值后,隨時(shí)間的增長(zhǎng)電流卻很快減小,最后穩(wěn)定在一個(gè)較小的電流值。
從歐姆定律可知,影響電流強(qiáng)度I的因素有二,電池兩極間的電位差和電池內(nèi)外電阻的總和R。電池接通,總電阻R并沒(méi)有變化,那么電流I的減小只能是電池兩極間的電位差降低的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的情況也完全證明了這一現(xiàn)象。
如圖4所示,當(dāng)電路接通后,陰極(銅)的電位變得越來(lái)越負(fù);而陽(yáng)極(鋅)的電位變得越來(lái)越正;兩極間的電位差變得越來(lái)越小,最后當(dāng)電流減小并穩(wěn)定在某值時(shí),陰極的電位負(fù)移至Ek,而陽(yáng)極的電位正移至Ea;兩極的電位差減小到Ek-Ea,由于Ek-Ea《Ek°-Ea° ,所以在R不變的情況下,I移要比I始小很多。
圖4
電極電位隨時(shí)間變化的示意圖
由于電流的通過(guò)而引起原電池兩極間電位差變小,導(dǎo)致電池工作電流強(qiáng)度降低的現(xiàn)象,稱(chēng)為原電池的'極化作用。隨電流通過(guò),陽(yáng)極的電位向正值方向移動(dòng)的象稱(chēng)為陽(yáng)極極化。陰極的電位向負(fù)值方向移動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為陰極極化。
同時(shí),消除或堿弱陽(yáng)極和陰極極化作用的過(guò)程稱(chēng)為去極化作用或去極化過(guò)程。能消除或減弱極化作用的物質(zhì)稱(chēng)為去極化劑。因此,可以認(rèn)為環(huán)境中存在的氧化劑就是—種去極化劑。
可見(jiàn),腐蝕電池的極化作用,導(dǎo)致腐蝕電流減小,從而降低了腐蝕速度。如果沒(méi)有極化作用,金屬材料和設(shè)備的腐蝕速度也將大得多。極化相當(dāng)于—種阻力,增大極化有利防腐。 為便于準(zhǔn)確理解極化作用,經(jīng)常利用電位E-電流強(qiáng)度I或電流密度i圖來(lái)描述。如圖5所示。
圖5極化曲線
圖中ECu°和EZn°分別為銅電極和鋅電極的開(kāi)路電位。隨著電流密度的增加,陽(yáng)極電位沿曲線EZn° A向正方向移動(dòng),而陰極電位沿曲線ECu°K向負(fù)方向移動(dòng)。
把表示電極電位與極化電流密度之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為極化曲線。圖
5中EZn° A為陽(yáng)極極化曲線;而ECu° K為陰極極化曲線。ΔEa和ΔEk分別是在電流密度為i1時(shí)的陽(yáng)極極化值和陰極極化值。
從極化曲線的形狀得知,電極極化的大小可判斷電極反應(yīng)的難易程度。若極化曲線較陡,表明極化值較大,反應(yīng)的阻力大,過(guò)程較難進(jìn)行;若極化曲線較平坦,則表明極化值較小,阻力也小,反應(yīng)容易進(jìn)行。
極化產(chǎn)生的原因和類(lèi)型
極化現(xiàn)象產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)在于電子的遷移速度比電極反應(yīng)及其相關(guān)的步驟完成的速度快。進(jìn)行陽(yáng)極反應(yīng)時(shí),金屬離子轉(zhuǎn)入溶液的速度落后于電于從陽(yáng)極流到外電路的速度,這就使陽(yáng)極上積累起過(guò)剩的正電荷,導(dǎo)致陽(yáng)極電位向正方向移動(dòng);在陰極反應(yīng)中,接受電子的物質(zhì)來(lái)不及與流入陰極的電子相結(jié)合,這就使電子在陰極上積累,導(dǎo)致陰極的電位向負(fù)方向移動(dòng)。
任何一個(gè)電極反應(yīng)的進(jìn)行,都要經(jīng)過(guò)—系列互相連續(xù)的步驟,其中阻力最大的、進(jìn)行最困難的、決定整個(gè)電極過(guò)程速度的最慢步驟稱(chēng)為控制步驟,電極的極化主要是電極反應(yīng)過(guò)種中控制步驟所受阻力的反映。
極化主要分為兩類(lèi):電化學(xué)極化和濃度極化,其極化曲線的形狀如圖6所示。
圖6有極化時(shí)電極過(guò)程的極化曲線
電化學(xué)極化:如果電極反應(yīng)所需的活化能較高,因而使有電荷轉(zhuǎn)移的電化學(xué)過(guò)程速度變得最慢,成了整個(gè)電極過(guò)程的控制步驟,由此導(dǎo)致的極化稱(chēng)為電化學(xué)極化又稱(chēng)活化極化。
電化學(xué)教案3
知識(shí)目標(biāo):
1.了解過(guò)濾是使不溶性固體和液體分離的一種常用方法,結(jié)晶是分離幾種可溶性固體混合物的一種方法。
2.了解過(guò)濾的適用范圍和主要操作,了解利用結(jié)晶方法,在提純物質(zhì)時(shí)的簡(jiǎn)單應(yīng)用。
能力目標(biāo):
1.學(xué)習(xí)過(guò)濾操作和結(jié)晶操作;
2.溶解度曲線與結(jié)晶的關(guān)系討論。
情感目標(biāo):
通過(guò)粗鹽提純和硝酸鉀晶體生成的實(shí)驗(yàn)操作滲透科學(xué)素質(zhì)和事實(shí)求事精神的培養(yǎng)。
2.在講過(guò)濾的操作方法時(shí),注意強(qiáng)調(diào):
4.對(duì)于學(xué)生素質(zhì)較好的學(xué)校,在完成教學(xué)大綱所要求的.教學(xué)內(nèi)容以后,可結(jié)合上節(jié)所學(xué)有關(guān)溶解度的計(jì)算,適當(dāng)補(bǔ)充在溫度改變時(shí),有關(guān)溶解度的計(jì)算。(另加一課時(shí))
(1)高溫的飽和溶液降溫時(shí),會(huì)有晶體析出。
例:71℃時(shí)的溶解度是140g,9℃時(shí)是20g,將71℃時(shí)的飽和溶液200g降溫至9℃時(shí),問(wèn)能析出多少g晶體?(100g)
(2)低溫的飽和溶液,升高溫度時(shí),需加入一定量的固體溶質(zhì),才可使溶液再次達(dá)到飽和。
例:將20℃時(shí)250g飽和溶液,加熱至8℃時(shí),需加入多少g晶體才可使溶液再次達(dá)到飽和?(已知20℃時(shí)的溶解度11.1g,80℃時(shí)為21.4g)
1.本節(jié)教材內(nèi)容較少,也比較簡(jiǎn)單,目的是向?qū)W生介紹兩種分離混合物的一般方法,除應(yīng)用一些固體物質(zhì)溶解度的知識(shí)外,并不做深入的分析和更多的要求。重結(jié)晶屬選學(xué)內(nèi)容,可根據(jù)當(dāng)?shù)鼗どa(chǎn)情況作適當(dāng)處理。
在學(xué)法上,從如何得到粗鹽,又如何精制為精鹽這樣的問(wèn)題引入課題,提出過(guò)濾和結(jié)晶是最常用的混合物分離方法。
接著教材分兩段,分別介紹過(guò)濾法分離固態(tài)物質(zhì)和結(jié)晶法分離可溶性固體的道理。
2.為了使學(xué)生了解結(jié)晶法,可以分離幾種可溶性固態(tài)物質(zhì)的混合物,教材安排了一個(gè)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生直觀地觀察利用熱飽和溶液冷卻的方法,使硝酸鉀從它與氯化鈉的混合液中結(jié)晶出來(lái),經(jīng)過(guò)濾達(dá)到使硝酸鉀晶體與氯化鈉母液分離的目的。從而進(jìn)一步從溫度變化對(duì)硝酸鉀和氯化鈉的溶解度影響的不同,講解應(yīng)用這種方法的道理,以加深學(xué)生的理解。
3.本節(jié)內(nèi)容不但要以前面學(xué)習(xí)的溶液、溶解度及影響溶解度的主要因素等相應(yīng)知識(shí)為基礎(chǔ),還與過(guò)濾等實(shí)驗(yàn)基本操作的技能相聯(lián)系,如過(guò)濾法要跟物質(zhì)的溶解性及過(guò)濾實(shí)驗(yàn)操作相聯(lián)系,結(jié)晶法(或重結(jié)晶法)跟物質(zhì)的溶解度、溶解度曲線知識(shí)相聯(lián)系。
總結(jié)分離、提純物質(zhì)的兩種方法,可用下表表示:
在生產(chǎn)生活中,人們所接觸到的物質(zhì)很多都是混合物,為了適應(yīng)各種不同的需要,常常要把混合物里的幾種物質(zhì)分開(kāi),得到較純凈的物質(zhì),這叫做混合物的分離,過(guò)濾和結(jié)晶是最常用的混合物分離的方法。
電化學(xué)教案4
2)電化學(xué)腐蝕速率的測(cè)定
金屬的腐蝕速度可用腐蝕失重或腐蝕深度表示,也可用腐蝕電流密度表示。
在電化學(xué)腐蝕過(guò)程中,一般以自腐蝕電流密度icorr的大小來(lái)衡量金屬的腐蝕速度。
測(cè)定腐蝕電流密度的方法很多,本實(shí)驗(yàn)用塔費(fèi)爾直線外推法來(lái)測(cè)定金屬電化學(xué)腐
蝕過(guò)程中的腐蝕電流密度,來(lái)衡量金屬的腐蝕速度。如圖2-1為塔費(fèi)爾直線。
圖2-1極化曲線外延法測(cè)得金屬腐蝕速度
極化曲線的這一區(qū)段稱(chēng)為塔費(fèi)爾區(qū),也叫強(qiáng)極化區(qū)。在極化曲線中,塔費(fèi)爾
直線延長(zhǎng)線的交點(diǎn)處,金屬陽(yáng)極溶解的'速度和陰極的去極化反應(yīng)的速度相等。金
屬的腐蝕達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定,這時(shí)的電位即是自腐蝕電位,自腐蝕電位的高低反應(yīng)了
材料發(fā)生腐蝕的難易程度,自腐蝕電位越高,材料越不容易發(fā)生腐蝕,自腐蝕電
位越低,材料就越容易發(fā)生腐蝕;所對(duì)應(yīng)的電流就是金屬腐蝕電流,腐蝕電流反
應(yīng)了金屬發(fā)生腐蝕的快慢程度,腐蝕電流越大,金屬發(fā)生腐蝕的速度就越大,腐
蝕電流越小,金屬發(fā)生腐蝕的速度就越小。根據(jù)這一原理,測(cè)定金屬的極化曲線。
將陽(yáng)極或者陰極的塔費(fèi)爾直線外推到與過(guò)電位為零的直線相交,交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流
為腐蝕速度。
3)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件
、賹(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)采用電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)各試樣進(jìn)行電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。其裝置如
圖2-2所示:
圖2-2 電化學(xué)極化曲線測(cè)量裝置示意圖
實(shí)驗(yàn)裝置中三電極體系中以飽和甘汞(SCE)電極作為參比電極(reference electrode);Pt 電極作為輔助電極(auxiliary electrode);代測(cè)試樣為研究電極(research electrode)。參比電極和研究電極間用鹽橋連接,魯金毛細(xì)管(capiliary)距研究電極1~2毫米。
電化學(xué)工作站部分參數(shù)如下:
初始電位(V):-2;終止電位(V):2.2;掃描段數(shù):1;終止電位處保持時(shí)間:0;靜置時(shí)間:2s;電流靈敏度(A/V): 1.e-0.04。
、趯(shí)驗(yàn)條件
a.腐蝕試樣:對(duì)1#到12#試樣進(jìn)行蠟封,即:在試樣上用油性筆取1cm×1cm的面積,并在其上放置橡皮,而后將燒化的蠟汁快速滴于試樣表面,即蠟封處理。
b.腐蝕溶液:3.5%的NaCl水溶液(與浸泡實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng))
電化學(xué)教案5
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1、熟練掌握原電池的電極名稱(chēng)、電子流向、電極反應(yīng)式及原電池總反應(yīng)式;
2、掌握幾種新型燃料電池的工作原理;
3、熟練掌握電解池電極名稱(chēng)、材料、電解質(zhì)種類(lèi)等的判斷;會(huì)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式和電解總反應(yīng)方程式;
4、掌握電解前后溶液的濃度和pH值變化的計(jì)算。
典型例題
【例1】⑴今有2H2+O2 2H2O反應(yīng),構(gòu)成燃料電池,則負(fù)極通的應(yīng)是
,正極通的應(yīng)是 ,電極反應(yīng)式為負(fù)極: ,正極: 。
、迫舭袺OH改為稀H2SO4作電解質(zhì),則電極反應(yīng)式為負(fù)極: ,
正極: 。⑴和⑵的電解質(zhì)不同,反應(yīng)進(jìn)行后,其溶液的pH個(gè)有什么變化 。
⑶若把H2改為CH4,用KOH作電解質(zhì),則電極反應(yīng)式為負(fù)極: ,
正極 。
【例2】 (20xx年南通四市聯(lián)考試題)右圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極,電極c、d都是石墨電極。通電一段時(shí)間后,在c、d兩極上共收集到336mL(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))氣體;卮穑
(1)直流電源中,M為 極。
(2)Pt電極上生成的物質(zhì)是 ,其質(zhì)量為 __g。
。3)電源輸出的電子,其物質(zhì)的量與電極b、c、d分別生成的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為:2∶___∶_ ∶ 。
。4)AgNO3溶液的濃度(填增大、減小或不變。下同) ,AgNO3溶液的pH ,H2SO4溶液的濃度 ,H2SO4溶液的pH ___。
。5)若H2SO4溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5.00%變?yōu)?.02%,則原有5.00%的H2SO4溶液為 g。
課堂練習(xí)
1、蓄電池在放電時(shí)起原電池作用,在充電時(shí)起電解池作用,
下列是愛(ài)迪生蓄電池分別在充電和放電時(shí)的反應(yīng):Fe +NiO2+2H2O 放電充電Fe(OH)2+ Ni(OH)2,下列有關(guān)愛(ài)迪生蓄電池的推斷中不正確的是( )
A.放電時(shí)Fe作負(fù)極,NiO2作正極
B.放電時(shí)溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)
C.充電時(shí)的陰極反應(yīng)是Fe(OH)2 +2e- == Fe + 2OH-
D.該蓄電池既可用KOH溶液又可用稀H2SO4作電解質(zhì)溶液
2、生物體中細(xì)胞膜內(nèi)的葡萄糖與細(xì)胞膜外富氧液體及細(xì)胞膜構(gòu)成微型的生物原電池。下列有關(guān)電極反應(yīng)及產(chǎn)物的判斷正確的是:
A.負(fù)極反應(yīng)可能是O2+2H2O+4e- =4OH-
B.負(fù)極反應(yīng)的產(chǎn)物主要是C6H12O6 被氧化生成的CO32-、HCO3-、H2O
C.正極反應(yīng)可能是6C6H12O6-24e- + 24OH-==6CO2+18H2O
D.正極反應(yīng)的產(chǎn)物主要是C6H12O6生成的CO2、CO32-、H2O
3、下列四組原電池,其中放電后,電解質(zhì)溶液質(zhì)量增加,且在正極有單質(zhì)生成的是( )
A.Cu、Ag、AgNO3溶液 B.Zn、Cu 濃H2SO4
C.Fe、Zn、CuSO4溶液 D.Fe、C、Fe2(SO4)3溶液
4.(多選)用石墨做電極電解AlCl3溶液時(shí),下列電解液變化曲線合理的是( )
A B C D
5.用惰性電極電解M(NO3)x的水溶液,當(dāng)陰極上增重a g時(shí),在陽(yáng)極上同時(shí)產(chǎn)生bL氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況),則M的相對(duì)原子質(zhì)量為( )
A. B. C. D.
6.摩托羅拉公司最新研發(fā)了一種由甲醇和氧氣及強(qiáng)堿作電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池,電量可達(dá)現(xiàn)用鋰電池的10倍,且待機(jī)時(shí)間超過(guò)一個(gè)月。假定放電過(guò)程中,甲醇完全氧化產(chǎn)生的CO2被充分吸收生成CO32- 。
、旁撾姵乜偡磻(yīng)的離子方程式為——————————————————————————————————————;
、萍状际恰獦O,電池在放電過(guò)程中溶液的pH將_________(填“下降”或“上升”、不變”);若有16g 甲醇蒸汽被完全氧化產(chǎn)生電能,并利用該過(guò)程中釋放的電能電解足量的CuSO4溶液(假設(shè)整個(gè)過(guò)程中能量總利用率為80%),則將產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O2 ______升。
、亲罱,又有科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池,其效率更高。一個(gè)電極通入空氣,另一個(gè)電極通入汽油蒸汽。其中固體大是摻雜了Y2O3(Y:釔)的ZrO2(Zr:鋯)固體,它在高溫下能傳導(dǎo)O2-離子(其中氧化反應(yīng)發(fā)生完全)。以丁烷(C4H10)代表汽油。
、 電池的正極反應(yīng)式為_(kāi)________________,
② 放電時(shí)固體電解質(zhì)里O2-離子的移動(dòng)方向是向_______極移動(dòng)(填正或負(fù))。
7、1991年我國(guó)首創(chuàng)以鋁、空氣和海水電池為能源的新型海水航標(biāo)燈.它以海水為電解質(zhì)溶液,靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流,只要把燈放入海水中數(shù)分鐘,就發(fā)出耀眼的閃光,其能量比干電池高20~50倍.根據(jù)以上敘述,填寫(xiě)這種電池兩極的電極反應(yīng)式:
(1)負(fù)極: .
(2)正極: .
課后練習(xí)
1.下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述不正確的是( )
A. 把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中,銅片表面出現(xiàn)氣泡
B. 用鋅片做陽(yáng)極,鐵片做陰極,電解氯化銅溶液,鐵片表面析出銅
C.把銅片插入三氯化鐵溶液,在銅片表面析出鐵
D.把鋅放入稀鹽酸中,加幾滴氯化銅溶液,產(chǎn)生氣泡速率加快
2.據(jù)報(bào)道,美國(guó)正在研究用鋅電池取代目前廣泛使用的蓄電池,它具有容量大、污染小的特點(diǎn),其電池反應(yīng)為:2Zn+O2=2ZnO ,其原料為鋅、空氣和電解質(zhì)溶液,則下列敘述正確的是( )
A.鋅為正極,空氣在負(fù)極反應(yīng) B.負(fù)極還原反應(yīng),正極氧化反應(yīng)
C.負(fù)極的電極反應(yīng)為:Zn-2e- + 2OH-== ZnO+H2O
D.電池工作時(shí)溶液的pH 降低
3.有a、b、c、d四種金屬,將a與b用導(dǎo)線連接起來(lái),浸入電解質(zhì)溶液中,b不易腐蝕;將a、d分別投入等濃度鹽酸中,d比a反應(yīng)激烈;將銅浸入b的鹽溶液中,無(wú)明顯變化;若將銅浸入c的鹽溶液中,有金屬c析出,據(jù)此判斷它們的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的'順序是:
A.dcab B.dabc C.dbac D.badc
4.在H2O中加入等物質(zhì)的量的Ag+ 、 Na+ 、 Ba2+ 、NO3— SO42—、Cl—,該溶液放在惰性電極的電解槽中通電片刻后,氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量比是( )
A.1 : 8 B.8 : 1 C.35.5 : 108 D.108 : 35.5
5、在裝有水的燒杯里,用細(xì)線掛一個(gè)呈水平方向的由Fe和Ag焊接成的圓柱棒,如右圖。⑴向燒杯中加入CuSO4溶液后,棒的狀態(tài)將如何變化?(溶液密度的變化忽略不計(jì))
、普f(shuō)明上述變化的原因。
6.(18分)由于Fe(OH)2極易被氧化,所以實(shí)驗(yàn)室難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀。若用下圖所示實(shí)驗(yàn)裝置可制得純凈的Fe(OH)2沉淀。兩極材料分別為石墨和鐵。
、臿電極材料_______,其電極反應(yīng)式為_(kāi)____________________。
⑵電解液d可以是_______,則白色沉淀在電極上生成;也可以是_______,則白色沉淀在兩極之間的溶液中生成。
A. 純水 B.NaCl溶液 C.NaOH溶液 D.CuCl2溶液
、且后wc為苯,其作用是________________,在加入苯之前,對(duì)d溶液進(jìn)行加熱處理的目的是__________________________。
、热鬱改為Na2SO4溶液,當(dāng)電解一段時(shí)間,看到白色沉淀后,再反接電源,繼續(xù)電解,除了電極上看到氣泡外,另一明顯現(xiàn)象為_(kāi)______________________________________。
例1【答案】⑴H2、O2;負(fù)極:2H2+4OH- -4e- =4H2O,正極:O2+2H2O+4e- =4OH-;⑵負(fù)極:2H2-4e- =4 H+,正極:O2+4 H++4e- =2H2O;pH變。籶H變大;⑶負(fù)極:CH4+10OH--8e- = CO32-+7H2O,正極:2O2+4H2O+8e- =8OH-。
例2【答案】(1)正;(2)Ag、2.16;(3)2∶ ∶1;(4)不變、不變、增大、減;(5)45.18。
課堂練習(xí)
1D 2B 3C 4AD 5C
6. ⑴2CH3OH +3O2+4OH-==2CO32-+6H2O,⑵負(fù)極,下降,13.44L,
⑶①O2+4e-=4O2-,②負(fù)極。)
7:(1)Al-3e=Al3+
(2)2H2O+O2+4e=4OH-
課后練習(xí)
1C 2C 3B 4B
5: ⑴Fe一端升高,Ag一端降低,同時(shí)Fe端逐漸溶解,Ag端有紅色物質(zhì)析出,水溶液略顯淺藍(lán)色;⑵上述變化的原因見(jiàn)解析。
6.⑴Fe,F(xiàn)e-2e—=Fe2+;⑵C;B;⑶隔絕空氣,防止產(chǎn)物被氧化;趕盡溶液中的氧氣;⑷白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色,最后變?yōu)榧t褐色。
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