電化學(xué)分析課件
電分析化學(xué)依靠其較為完備的理論體系，發(fā)揮越來越重要的作用。下面是電化學(xué)分析課件內(nèi)容，為大家提供參考。
電化學(xué)領(lǐng)域研究一直是化學(xué)領(lǐng)域中難度系數(shù)等級(jí)最高的一個(gè)分支，電化學(xué)有別于簡(jiǎn)單的化學(xué)腐蝕�；瘜W(xué)腐蝕一般是指物質(zhì)與另一種具有某種具有腐蝕性質(zhì)的物質(zhì)發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)的過程，簡(jiǎn)單的化學(xué)腐蝕存在于帶有腐蝕性的物質(zhì)之間，一般的化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)內(nèi)部成分的互相交替或者相互交叉結(jié)合的具體過程。而電化學(xué)腐蝕卻與之不同，電化學(xué)腐蝕的過程雖然也是腐蝕性質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)過程，但其反應(yīng)的過程中伴有電子形式物質(zhì)的存在和產(chǎn)生過程。電化學(xué)和化學(xué)簡(jiǎn)單的分析和現(xiàn)象觀察總結(jié)規(guī)律不同，其主要研究分析電子形式反應(yīng)。
1.電化學(xué)腐蝕簡(jiǎn)述
電化學(xué)腐蝕，相對(duì)于化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的區(qū)別是：電化學(xué)腐蝕過程是金屬與帶電物質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，使得金屬在電離子的反應(yīng)破壞下，金屬表面遭到嚴(yán)重的損害，甚至使金屬的屬性發(fā)生不同程度改變的化學(xué)腐蝕過程。在電化學(xué)反應(yīng)過程中有電流的產(chǎn)生，電流的產(chǎn)生主要原因是金屬與帶電介質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)，帶電介質(zhì)是整個(gè)電化學(xué)腐蝕過程中極其重要的催化劑，沒有帶電介質(zhì)的參與，即不會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)電化學(xué)腐蝕發(fā)生時(shí)電流在金屬的表面存在，電流分為陰極和陽(yáng)極，和電流的正負(fù)極類似。其中，與帶電介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的金屬如果在反應(yīng)發(fā)生過程中本身所擁有的某種金屬原子喪失，原子在反應(yīng)之后以離子的形式脫離金屬物質(zhì)而存在，那么這樣的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)過程也可以稱為陽(yáng)極反應(yīng)。而類似地，當(dāng)電化學(xué)腐蝕反應(yīng)發(fā)生過程中，帶電介質(zhì)在于金屬原子的交互作用過程中，帶電介質(zhì)中以電子形式存在的物質(zhì)與金屬原子發(fā)生反應(yīng)，結(jié)果導(dǎo)致帶電的介質(zhì)中電子形式的喪失，而變?yōu)樵拥冉饘僭拥阮愋偷奈镔|(zhì)存在的化學(xué)腐蝕反應(yīng)，又叫陰極反應(yīng)。陰極反應(yīng)實(shí)質(zhì)上就是電子形式變?yōu)樵有问降耐ㄟ^電化學(xué)腐蝕過程以非電子形式存在的反應(yīng)。陰極反應(yīng)和陽(yáng)極反應(yīng)是相互獨(dú)立而又同時(shí)進(jìn)行的，又叫做共軛反應(yīng)。
電化學(xué)腐蝕的表現(xiàn)有原電池反應(yīng)。即：不純的金屬與電解質(zhì)溶液融合，發(fā)生原電池反應(yīng)，電解質(zhì)溶液可以使活潑的金屬失去電子而被氧化，金屬被氧化的腐蝕是電化學(xué)腐蝕的一個(gè)常見現(xiàn)象。其中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的電解質(zhì)溶液的主要功能就是造成金屬的氧化效應(yīng)，使得金屬在電解質(zhì)溶液中獲得氧，而被腐蝕，發(fā)生質(zhì)變。電化學(xué)腐蝕的這種金屬被氧化的腐蝕例子有很多，例如：鐵在潮濕的空氣中所發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。這其中的腐蝕現(xiàn)象包含幾個(gè)要素，一是被腐蝕的金屬是鐵；二金屬發(fā)生腐蝕的條件是空氣的潮濕性。在化學(xué)學(xué)科中的元素周期表和其他元素的穩(wěn)定性的比較中，很容易發(fā)現(xiàn)：鐵是穩(wěn)定性質(zhì)比較好的金屬物質(zhì)，一般屬于不活潑的金屬物質(zhì)，在一般情況下，鐵不易和其他介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在地殼中常以固體的形態(tài)存在。
由于鐵的穩(wěn)定性能極高，鐵在干燥的空氣里長(zhǎng)時(shí)間不容易被腐蝕或者和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然而，鐵在潮濕的空氣中發(fā)生腐蝕反應(yīng)的情況是極容易的。這是因?yàn)樵诔睗竦目諝庵校F的表面在于空氣接觸時(shí)被空氣中的潮濕水汽所覆蓋，形成水膜，水汽中含有氫離子、氧離子和氫氧根離子，這樣的氫氧根離子形成了電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液很容易將鐵金屬中的鐵原子被氫氧根離子所氧化，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)變?yōu)檠趸F或者四氧化三鐵等具備氧的鐵的化合物，在電解質(zhì)的反應(yīng)過程中產(chǎn)生電流和電子形式的成分，從而形成了一個(gè)原電池。
2.電分析化學(xué)簡(jiǎn)述
電分析化學(xué)是運(yùn)用電學(xué)和電化學(xué)的原理進(jìn)行化學(xué)方面測(cè)量的一門科學(xué)，電化學(xué)分析主要涉及兩個(gè)學(xué)科，即電化學(xué)和分析化學(xué)。電化學(xué)分析科學(xué)和物理學(xué)、材料學(xué)及生物學(xué)的關(guān)系十分密切。在電化學(xué)分析的主要領(lǐng)域內(nèi)化學(xué)學(xué)科與物理學(xué)科、化學(xué)材料的關(guān)系是很明顯的，一直以來化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)是相輔相成的關(guān)系，化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象是相伴隨著存在的，即化學(xué)現(xiàn)象的發(fā)生一定存在某種物理現(xiàn)象的存在，例如鐵與潮濕的空氣發(fā)生鐵的氧化腐蝕反應(yīng)，鐵被氧化的過程是一種化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，其中空氣潮濕中的水汽上升并且覆蓋在鐵金屬表面的過程又屬于物理現(xiàn)象中的汽化和液化過程。
2.1電分析化學(xué)方法是具備快速、靈敏、準(zhǔn)確的微量的特點(diǎn)
其快速性和靈敏度使其具備的優(yōu)勢(shì)地位十分有利，電分析的全過程是依靠電力設(shè)備和儀器進(jìn)行的分析過程，電的使用大大減少了分析的時(shí)間，提高了分析的效率，并且增加了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。電分析儀器簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，尤其應(yīng)用于分析有機(jī)生物和環(huán)境過程中表現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)和潛力十分顯著。此外，電分析化學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)無限制、無條件的使用，即使在苛刻的條件，例如流動(dòng)的河流、危險(xiǎn)的熔巖或核反應(yīng)堆等惡劣環(huán)境中也可以發(fā)揮其獨(dú)特的作用。
2.2電分析化學(xué)的還涉及到電極過程動(dòng)力學(xué)和電極反應(yīng)機(jī)理的研究
電極過程是電極表面進(jìn)行的化學(xué)和表面擴(kuò)散現(xiàn)象。電極過程動(dòng)力學(xué)有利于冶金、有機(jī)物合成、化學(xué)傳感器以及金屬材料的腐蝕防護(hù)。電分析化學(xué)關(guān)于電極反應(yīng)的原理的研究有助于考察原電池形成的具體規(guī)律和運(yùn)用原電池的各種化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的解釋說明。
2.3物質(zhì)在電極上的氧化還原反應(yīng)對(duì)許多學(xué)科都具有借鑒意義，尤其表現(xiàn)在生物化學(xué)和藥物學(xué)方面
例如，藥物在人體內(nèi)的代謝過程就是一個(gè)生物氧化還原過程，與藥物在電極上的氧化還原反應(yīng)具有某些相似性。從電極反應(yīng)的機(jī)理，可以了解這些藥物的生物氧化還原過程。研究拒抗作用和人體中常見物質(zhì)的影響等，為藥物的具體臨床使用和藥效的有效發(fā)揮等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方向的研究提供必要的理論基礎(chǔ)。
電化學(xué)概念學(xué)習(xí)誤區(qū)的分析
高中化學(xué)教師需要認(rèn)真研究學(xué)生在概念學(xué)習(xí)的誤區(qū)類型和成因，并采取有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，消除學(xué)生在概念認(rèn)識(shí)和理解上的誤區(qū)，讓學(xué)生真正理解概念，準(zhǔn)確應(yīng)用，提升學(xué)生應(yīng)用分析能力。
不少學(xué)生在理解一些抽象的電化學(xué)概念時(shí)感到較為困難，不能準(zhǔn)確把握其實(shí)質(zhì)，也就無法真正做到理解和正確運(yùn)用，高中化學(xué)教師需要認(rèn)真研究學(xué)生在概念學(xué)習(xí)的誤區(qū)類型和成因，并采取有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，確保學(xué)生都能正確把握，做到深化理解，準(zhǔn)確應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生思維能力提升，發(fā)展他們的綜合能力。
一、高中電化學(xué)概念學(xué)生學(xué)習(xí)存在的誤區(qū)類型分析
�。ㄒ唬⿲W(xué)生未能深入理解原電池中電子轉(zhuǎn)移的實(shí)質(zhì)
現(xiàn)在高中學(xué)生在學(xué)習(xí)原電池的有關(guān)知識(shí)時(shí)，最先學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容是Cu-Zn原電池，由于這些內(nèi)容相對(duì)抽象，不少學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不能深入理解，對(duì)概念及其原理理解相對(duì)淺顯，不能正確地解釋氫氣在銅棒上產(chǎn)生的原因和原理。相當(dāng)一部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只是記住了結(jié)果，并不能準(zhǔn)確地理解過程和原理，還有不少學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為陽(yáng)離子和陰離子向相對(duì)的電極移動(dòng)，是正負(fù)電荷相互吸引所致。
�。ǘ⿲�(duì)于原電池的工作原理沒有能夠正確理解
氫氧燃料電池主要是根據(jù)原電池反應(yīng)的基本原理，選用氫氧作為主要原料而制成的化學(xué)電源，不少學(xué)生錯(cuò)誤地將化學(xué)電源認(rèn)為是電解池，認(rèn)為該電池發(fā)生的氧化還原反應(yīng)不是自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。也有一部分學(xué)生的判斷是正確的，但是，在電極反應(yīng)方程式的理解上存在誤解，一方面是因?yàn)檫@些知識(shí)平時(shí)接觸的知識(shí)相對(duì)較少。另一方面，平時(shí)學(xué)生生活中的各種實(shí)際名稱和化學(xué)學(xué)科知識(shí)中的定義重合，容易造成概念混淆和誤判。
�。ㄈ⿲�(duì)于電解池中外加電源的功能認(rèn)識(shí)和理解不到位
學(xué)生學(xué)習(xí)原電池工作原理，在老師的引導(dǎo)下和講解之下，也能理解其反映的基本原理。但是，對(duì)電解池外加電源的功用認(rèn)識(shí)模糊，不知道其在整個(gè)裝置當(dāng)中的關(guān)鍵作用，由此產(chǎn)生了很多的疑惑和誤解。不少學(xué)生主觀上理解電極帶電，可以從電極所攜帶的正負(fù)電荷來判斷陰陽(yáng)離子的運(yùn)動(dòng)速度和方向；有些學(xué)生認(rèn)為提供電子是外加電源的主要功用，外加電源導(dǎo)入電子并促進(jìn)其從負(fù)極向陰極流動(dòng)，這樣就可以使電池中的陽(yáng)極帶上正電荷，而陰極就帶上了負(fù)電荷，陰陽(yáng)離子本身具有相互吸引的特點(diǎn)，便做定向移動(dòng)。這是學(xué)生對(duì)概念先入為主的原因造成的`，是以前對(duì)概念的認(rèn)識(shí)，造成現(xiàn)在的排斥，這是思維定勢(shì)的強(qiáng)大慣性，促使學(xué)生不能針對(duì)新概念的認(rèn)識(shí)和感悟，不能根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)轉(zhuǎn)變思維。高中電化學(xué)概念與高中物理，電學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)和應(yīng)用同時(shí)進(jìn)行，學(xué)生容易將物理學(xué)中的電流、電荷、電極等方面的知識(shí)直接遷移到化學(xué)電池的學(xué)習(xí)中來，理解和解釋其中的原因。
二、糾正學(xué)生概念理解和認(rèn)識(shí)應(yīng)用誤區(qū)的措施分析
�。ㄒ唬﹦�(chuàng)設(shè)適應(yīng)的認(rèn)知沖突問題情境，顛覆學(xué)生的思維慣性和認(rèn)知定勢(shì)
很多時(shí)候?qū)W生的思維容易受到以往模式的影響，已有思維的慣性容易帶給學(xué)生更多的影響和制約，讓學(xué)生在原來的軌道上運(yùn)行新的知識(shí)概念，使問題在現(xiàn)有的軌道上逐步偏離，引發(fā)認(rèn)識(shí)的錯(cuò)誤和實(shí)踐的變軌，導(dǎo)致學(xué)生不能真確理解一些新的概念。高中化學(xué)電化學(xué)概念教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生走出理解的誤區(qū)，就要針對(duì)學(xué)生實(shí)際，創(chuàng)設(shè)一些更具沖突性的認(rèn)知情境，讓學(xué)生產(chǎn)生加強(qiáng)的思維落差和張力，以此來引發(fā)學(xué)生扭轉(zhuǎn)思考的方向和路徑，從而糾正他們?cè)趯W(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題。
例如，學(xué)習(xí)“原電池原理”的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師可以首先向展示銅鋅稀硫酸原電池這個(gè)最為常見也是最為簡(jiǎn)單的應(yīng)用模型，由此可以讓學(xué)生去思考一個(gè)新的問題，如何才能組裝一個(gè)能夠產(chǎn)生電能的模型裝置呢？因?yàn)�，在此之前，他們已�?jīng)有了電池能導(dǎo)電、氧化還原離子轉(zhuǎn)移、電池等方面的概念和實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)，促使學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的裝置進(jìn)行思考和突破，并預(yù)測(cè)一些相P的實(shí)驗(yàn)裝置模型的設(shè)計(jì)和應(yīng)用原理。這些概念和思維都會(huì)受到以往思維的慣性影響，教師為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，結(jié)果讓學(xué)生觀察與自己的想象大相徑庭，由此產(chǎn)生激烈的認(rèn)知沖突。此時(shí)，教師再對(duì)學(xué)生進(jìn)行闡釋分析，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)新概念的認(rèn)識(shí)和理解，建立一個(gè)全新的化學(xué)概念和思維模式。
（二）注重概念的深入闡釋，防止學(xué)生將不同學(xué)科領(lǐng)域概念混淆
生活中的各種電器和電源設(shè)備都籠統(tǒng)地稱之為電池，不同形狀，不同用途，不同材質(zhì)，不同科學(xué)原理的電源或者蓄電存儲(chǔ)設(shè)備，都以此來稱謂，學(xué)生在理解上容易受到生活現(xiàn)象的誤導(dǎo)。原電池的電極反應(yīng)與電極和電解質(zhì)本身有著非常密切的關(guān)系，在分析理解電極反應(yīng)時(shí)不能拋開電極與電解質(zhì)這些最為基本的要素。同時(shí)對(duì)一種事物的認(rèn)識(shí)是一個(gè)逐步深入循序漸進(jìn)的過程，電化學(xué)概念的理解也是如此。要抓住概念的本質(zhì)屬性表述語(yǔ)，深入理解概念不同于其它事物的最本質(zhì)的部分，引導(dǎo)學(xué)生逐步深化理解，以此來正確理解，深入領(lǐng)悟。
（三）深入領(lǐng)悟原電池構(gòu)成條件，領(lǐng)悟電源工作原理
原電池形成必須滿足三個(gè)條件，一是具有不同的兩極，而是電解質(zhì)溶液，三是浸入溶液中的兩極必須用導(dǎo)向加以連接構(gòu)成一個(gè)閉合電路。原電池不僅是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置，也是更好地揭示化學(xué)電源工作原理的裝置。而普通電池是通過電路產(chǎn)生電勢(shì)差，形成電場(chǎng)。原電池中點(diǎn)電解溶液中的陰陽(yáng)極處在內(nèi)電路中，陰離子只能由高電勢(shì)向低電勢(shì)出運(yùn)動(dòng)，如鋅銅原電池氫離子移向銅片得到電子而生成氫氣就是這個(gè)原理。
總之，電池和電解池是高中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，也是學(xué)生學(xué)好化學(xué)的重要基礎(chǔ)，很多學(xué)生缺乏這方面的知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且這方面內(nèi)容相對(duì)其他方向的知識(shí)較為抽象難懂。教師需要結(jié)合學(xué)生實(shí)際，分析原因并采取有效的措施，減少誤區(qū)，降低難度，提升學(xué)習(xí)效率。
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