資源簡介

(共23張PPT)
物
理
化
學
正負極與陰陽極辨析及運用
與
01
電極知多少
高中電化學知識可以簡單分為兩大部分，原電池原理，電解池原理。兩個原理的理解與應用涉及多個知識點，逐一突破相關知識點再整體連貫起來方為上策。其中電極知識恰好是關鍵點之一，但是對很多同學而言掌握好有不小難度。
目錄
CONTENTS
電化學發(fā)展史
01
電極概念辨析
02
電極實例解析
03
巧記速解
04
“電”的字形演變
由“電”的字形演變可以看出，我們古人對閃電自然現(xiàn)象還是十分感興趣的，但可惜的是卻沒有誕生現(xiàn)代科技，略顯遺憾。
1800年
安東尼·卡萊爾威廉·尼科爾森電解水
1771年
伽伐尼
發(fā)現(xiàn)金屬片接觸下的蛙腿痙攣現(xiàn)象。
1834年
法拉第
提出電極概念，通過實驗總結出電解第一和第二定律
1806年
戴維
由電解水開始，陸續(xù)電解制得K、Na、Ca、Ba、Mg、Sr等
1799年
伏特
制成了世界上第一個電池──“伏特電堆”
1805年
Luigi V.Brugnatelli進行第一次電沉積奠定了現(xiàn)代電化學基礎。
1836年
約翰·費德里克·丹尼爾
改良“伏特電堆”，解決電池極化
1837年
雅可比
司本沙
不約而同地發(fā)現(xiàn)了鍍銅現(xiàn)象
1839年
威廉·羅伯特
·格羅夫
提出燃料電池設計原理
1839年
Elkington
獲得氰化鍍銀專利
1843年
西門子
發(fā)明鍍鎳技術。
鍍銅開始工業(yè)化
1852年
Robert Wilhelm Bunsen
研究出電解金屬氯化物方法
1860年
普蘭特
研究出鉛酸電池
1866年
雷克蘭士研究出碳鋅電池
西門子
提出發(fā)電機原理
直流發(fā)電機出現(xiàn)
1887年
赫勒森
發(fā)明了干電池
1884年
阿倫尼烏斯
提出電離
理論
1888年
能斯特
提出電動勢理論，能斯特方程
1890年
愛迪生
發(fā)明了可充電鐵鎳電池
1894年
威廉·奧斯特瓦爾德測有機酸電導率證明阿倫尼烏斯理論
1898年
弗里茨·哈伯
發(fā)現(xiàn)電解池中陰極電位決定還原產物的化學組成
1899年
Waldmar Jungner
發(fā)明開口型鎳鎘電池
1914年
愛迪生發(fā)明堿性電池
1937年
阿爾內·蒂塞利烏斯
制作出第一套精細的電泳裝置
2019年諾貝爾化學獎
1970年
M.S.
Whittingham制成首個鋰電池
1980年
John B. Goodenough 發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料
1976年
Philips Research
發(fā)明鎳氫電池
1983年
M.Thackeray、 John B
.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料
1991年
日本Sony公司可充電鋰離子電池商業(yè)化生產
1996年
Padhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結構的磷酸鹽，如LiFePO4，比傳統(tǒng)的正極材料更具優(yōu)越性
1999年
可充電鋰聚合物電池商業(yè)化生產
西方早期對“電”也有類似模糊的認知，后來逐漸發(fā)展成科學，其發(fā)展史很好地展現(xiàn)了人們對科學的認知過程。吾輩當自強，亦能青史留名。
正極：電源中電位（電勢）較高
（或電子流入）的一極
負極：電源中電位（電勢）較低
（或電子流出）的一極
電學之正負極
陰極：發(fā)生還原反應的一極
陽極：發(fā)生氧化反應的一極
化學之陰陽極
陰極：與直流電源負極相連的電極，發(fā)生還原反應
陽極：與直流電源正極相連的電極，發(fā)生氧化反應
學科融合：交叉學科
電化學之正負極與陰陽極
電子流入的一極，發(fā)生還原反應：正極
電子流出的一極，發(fā)生氧化反應：負極
正極
圖1 普通高中教科書·化學必修 第二冊對正負極的描述
圖2 普通高中教科書·化學選擇性必修1 化學反應原理
對陰陽極的描述
從國外的研究論文來看,化學電源中較少使用positive electrode（正極）、negative electrode（負極） ，大部分都用cathode（陰極）、anode（陽極） 來表達化學電源的兩個電極。
從在國內研究論文來看，化學電源中較少使用陰極、陽極詞匯，大部分都用正極、負極來表達化學電源的兩個電極，并且英文部分多數(shù)都把正極的翻譯成cathode 、把負極的翻譯成anode。
現(xiàn)在電池領域里經常名詞用混，把cathode當做正極，anode當做負極用。日常生活中anode常譯作陽極、正極， cathode常譯作陰極、負極，存在混亂情況。
金屬的腐蝕與防護
圖2 普通高中教科書·化學選擇性必修1 化學反應原理
對化學腐蝕的電化學保護法描述
總結：
原電池的電極可以提正、負極，也可以提陰、陽極，電解池亦同。
1、跟電流相關的電學（原電池）規(guī)定:
對外電路供給負電荷(或有電子流出)的極叫
負極—電勢低的一極;
對外電路供給正電荷(或有電子流入)的極叫
正極—電勢高的一極。
2、跟反應有關的化學（電解池）規(guī)定
凡發(fā)生氧化反應的極叫陽極,
凡發(fā)生還原反應的極叫陰極。
氧化反應
氧化反應
還原反應
還原反應
●
e-
●
e-
CuSO4溶液
CuCl2溶液
Na+
Cl-
H+
SO42-
物理學規(guī)定，電流方向為正電荷移動方向。
電流方向為負電荷移動相反方向。
原電池
電解池
電子：負極→外電路→正極
離子：陰離子→負極
陽離子→正極
電子：負極→陰極，陽極→正極
離子：陰離子→陽極
陽離子→陰極
00
負極
正極
陰極
陽極
★注意：電子無法通過電解質溶液，會被溶液中的離子捕獲。
氧化反應
氧化反應
還原反應
還原反應
●
e-
●
e-
CuSO4溶液
CuCl2溶液
+
-
陽極
陽極
陰極
陰極
Na+
Cl-
H+
SO42-
陰極：發(fā)生還原反應的一極。（1）電解池中與直流電源負極相連的電極（2）原電池的正級
陽極：發(fā)生氧化反應的一極。（1）電解池中與直流電源正極相連的電極（2）原電池的負級
氧化反應
氧化反應
還原反應
還原反應
●
e-
●
e-
CuSO4溶液
CuCl2溶液
一、富陽養(yǎng)羊（負氧氧陽）
負極發(fā)生氧化反應
陽極發(fā)生氧化反應
二、羊癲瘋（陽電逢）
陽離子總期待與電子 相逢
即電子去哪，陽離子跟著跑去哪
Na+
Cl-
H+
SO42-
02
判斷與運用
原電池原理應用包含普通干電池、紐扣電池、燃料電池等，電解池原理應用包含電解精煉金屬、電鍍、氯堿工業(yè)、海水淡化等，兩池原理的運用，掌握好相關電極知識是關鍵。
原電池
正負極判斷方法：
方法一：根據(jù)兩極材料判斷。一般活潑金屬為負極，活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極；
方法二：根據(jù)電極現(xiàn)象判斷。一般情況下功夫電極逐漸溶解為負極，電極增重和放出氣體的為正極；
方法三：根據(jù)電子流動方向或電流方向來判斷。電子流出的為負極、電子流入的為正極，電流流出的正極、電流流入的負極；
方法四：根據(jù)電解質溶液內離子的定向移動方向判斷。陰離子流向的為負極、陽離子流向的為正極；
方法五：根據(jù)兩極發(fā)生的變化來判斷。失去電子發(fā)生氧化的是負極、得到電子發(fā)生還原反應是正極；
方法六：根據(jù)電解質溶液來判斷電極。能與電解質溶液反應的電極為負極，不能與電解質溶液反應的為正極。
1. 某化學興趣小組為了探究鋁電極在原電池中的作用，在常溫下，設計并進行了以下一系列實驗，實驗結果記錄如下。
(1)實驗1、2中Al所作的電極(正極或負極)是否相同？_______(填“是”或“否”)。
(2)由實驗3中Al為____極
(3)實驗4中Al作負極還是正極？為什么？___________________________________________________寫出Al電極的電極反應式：______________________________
(4)解釋實驗5中電流表指針偏向Al的原因： _________________________________________________
否
負
負極，因為在NaOH溶液中，活動性Al>Mg， Mg電勢高為正極
Al- 3e- + 4OH- =AlO2- + 2H2O
Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化，然后Zn在濃硝酸中發(fā)生氧化反應，即在濃硝酸中，活動性Zn>Al，Al電勢高為正極
2. 化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。下列說法正確的是
A. 圖1：鋅銅原電池工作時，Zn2+向Cu電極方向移動，Cu電極附近溶液中H+濃度會增大
B. 圖2：紐扣式銀鋅電池中，正極的電極反應式為Ag2O+2e-+2H+=2Ag+H2O
C. 圖3：鋅錳干電池中，鋅筒作負極，發(fā)生氧化反應，且外電路中每轉移1mol電子消耗鋅32.5g
D. 圖4：鉛蓄電池為二次電池，其負極的電極反應式為Pb-2e-=Pb2+
2H++2e-=H2
Zn-2e-=Zn2+
Pb - 2e- + SO42- = PbSO4
Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
√
電 解 池
離子的放電順序: （物質 在電解池的陰、陽兩極發(fā)生反應的過程叫放電。）
陰極:發(fā)生還原反應，氧化性強的離子先得電子
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸溶液)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水溶液)>AI3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
陽極:發(fā)生氧化反應，陽極金屬或還原性強的離子先失電子
活性金屬電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-
3. 電化學原理在工業(yè)生產中發(fā)揮著巨大的作用。Na2FeO4是制造高鐵電池的重要原料，同時也是一種新型的高效凈水劑。在工業(yè)上通常利用如圖裝置生產Na2FeO4，下列說法正確的是
A. 陽極的電極反應式為Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O
B. 右側的離子交換膜為陽離子交換膜
C. 陰極區(qū)a%>b%
D. 陰極產生的氣體是氧氣
陰離子交換膜
2H2O + 2e- = H2 + 2OH-
OH-
Na +
√
03
電極之多樣化
在學習了原電池原理和電解池原理之后，對于這兩個原理的考查就會變得多樣化，兩者綜合運用和拓展對知識掌握的深度有較高要求，還會涉及到其他章節(jié)知識點。
常見原電池類型
常見電解池類型
氧化反應
負極
還原反應
正極
S - 6e- + 4H2O = 8H+ + SO42-
√
H +
全國卷Ⅰ卷中，在燃料電池試題中，電極的名稱出現(xiàn)了正極、負極、陰極，也將正極、負極，陰極等電極名稱，混在一起應用。
如果教師在講原電池、電解池時，不把正負極和陰陽極的定義交代清楚，學生常常誤認為正負極只能是原電池電極的名稱，陰陽極只能是電解池電極的名稱。

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