电化学装置设计

电化学装置设计第1页，课件共15页，创作于2023年2月专题设计主讲彭国辉

电化学装置设计与电池反应第2页，课件共15页，创作于2023年2月专题设计依据：

《理综考试说明》考试目标4：对自然科学基础知识应用能力之（2），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“化学中的原电池概念为化学电源的开发提供理论依据”。考试目标2：设计与完成实验能力之（2）根据要求设计简单的实验方案。第3页，课件共15页，创作于2023年2月一、电池反应分析：例1：美国的“阿波罗”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。解：电池反应：2H2+O2=2H2O还原过程：O2

→O将其设计成电池的正极

电极反应为：（+）O2+2H2O+4e=4OH-氧化过程：H2→H将其设计成电池的负极

电极反应为：（-）2H2-4e+4OH-=4H2O

-2

+1第4页，课件共15页，创作于2023年2月总结一：燃料电池及较复杂的原电池与电解池,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。练习1：我国发射的“神舟号”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：1、写出电极反应。2、分析两极的PH值变化。3、指出磁场的方向。KOHO2CH4第5页，课件共15页，创作于2023年2月1、电池反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O

正极：O2+2H2O+4e=4OH-

负极：CH4+10OH--8e=CO32-+7H2O2、随着反应的不断进行，正极周围PH值逐渐升高，负极周围PH值逐渐降低。3、磁力线圆内由外指向里,圆外由里指向外。KOHO2CH4+++++++第6页，课件共15页，创作于2023年2月练习2：用Li2CO3、Na2CO3

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，空气与CO2的混和气作为正极（有时又称阴极）助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO+2CO32-－4e4CO2正极反应式：电池总反应式：O2+2CO2+4e=2CO32-2CO+O2=2CO2第7页，课件共15页，创作于2023年2月二、电化学装置的设计例2、下列反应能设计成原电池的是（）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还原反应而进行。C、2Cl+2HOCl↑+H↑+2OH-222-E、Cu+2HOCu(OH)↓+H↑222A、Ag＋ClAgCl↓+--K、PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2OI、CO2+2OHCO3+H2O2－B、Zn＋CuCu+Zn2+2+D、2Fe+Fe3Fe3+2+F、2H+O2HO222G、2Fe+O+3HO2Fe(OH)223-H、Cl2+2Fe2Cl+2Fe2+3+BDFGHK第8页，课件共15页，创作于2023年2月例3:从例2中选取D、F、K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。AAA电极材料（-）FeCPb

电解质FeCl3KOHH2SO4(+)CCPbO2第9页，课件共15页，创作于2023年2月

总结三：电池中的氧化剂与还原剂的状态分别为：固固固气气液固液气气液液电极一般是固体，但在电极上反应的物质不一定是固体。⑴如果参加反应的物质为固体就选其为电极。⑵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）。电极的选择规律为：电解质的选择规律为：如果反应物中有离子,则选其对应的电解质,若无,则选生成物中离子对应的电解质。第10页，课件共15页，创作于2023年2月练习３：将下列三个反应设计成原电池，画出装置图，并指出电极材料与电解质溶液。A、Zn＋CuCu+Zn2+2+B、2Fe+O+3HO2Fe(OH)223C、Cl2+2Fe2Cl+2Fe2+3+第11页，课件共15页，创作于2023年2月练习４：德国人哈伯发明了合成氨技术而获得1918年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化剂，否则难以自发进行。2000年希腊化学家斯佳在《科学》杂志上公布了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到570℃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的五倍，达到80%.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（H+、Li+、F-、O2-

）的固体复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在SCY内外侧表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。固体复合氧化物第12页，课件共15页，创作于2023年2月答案：电解反应N2+3H2=2NH3阳极：3H2-6e=6H+阴极：N2+6H++6e=2NH3第13页，课件共15页，创作于2023年2月练习５、如图所示，一金属杆ab在两水平平行的轨道之间做匀速运动，其速度大小为1m/s，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B=1T。现用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1Ω，电解液为CuSO4。问：