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(lái)越重要的作用。下面是電化學(xué)分析課件內容，為大家提供參考。
電化學(xué)領(lǐng)域研究一直是化學(xué)領(lǐng)域中難度系數等級最高的一個(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)反應的過(guò)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)反應是物質(zhì)內部成分的互相交替或者相互交叉結合的具體過(guò)程。而電化學(xué)腐蝕卻與之不同，電化學(xué)腐蝕的過(guò)程雖然也是腐蝕性質(zhì)的化學(xué)反應過(guò)程，但其反應的過(guò)程中伴有電子形式物質(zhì)的存在和產(chǎn)生過(guò)程。電化學(xué)和化學(xué)簡(jiǎn)單的分析和現象觀(guān)察總結規律不同，其主要研究分析電子形式反應。
1.電化學(xué)腐蝕簡(jiǎn)述
電化學(xué)腐蝕，相對于化學(xué)腐蝕現象的區別是：電化學(xué)腐蝕過(guò)程是金屬與帶電物質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)反應，使得金屬在電離子的反應破壞下，金屬表面遭到嚴重的損害，甚至使金屬的屬性發(fā)生不同程度改變的化學(xué)腐蝕過(guò)程。在電化學(xué)反應過(guò)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，帶電介質(zhì)是整個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程中極其重要的催化劑，沒(méi)有帶電介質(zhì)的參與，即不會(huì )發(fā)生電化學(xué)腐蝕現象。當電化學(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，和電流的正負極類(lèi)似。其中，與帶電介質(zhì)發(fā)生反應的金屬如果在反應發(fā)生過(guò)程中本身所擁有的某種金屬原子喪失，原子在反應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)腐蝕反應過(guò)程也可以稱(chēng)為陽(yáng)極反應。而類(lèi)似地，當電化學(xué)腐蝕反應發(fā)生過(guò)程中，帶電介質(zhì)在于金屬原子的交互作用過(guò)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，結果導致帶電的介質(zhì)中電子形式的喪失，而變?yōu)樵拥冉饘僭拥阮?lèi)型的物質(zhì)存在的化學(xué)腐蝕反應，又叫陰極反應。陰極反應實(shí)質(zhì)上就是電子形式變?yōu)樵有问降耐ㄟ^(guò)電化學(xué)腐蝕過(guò)程以非電子形式存在的反應。陰極反應和陽(yáng)極反應是相互獨立而又同時(shí)進(jìn)行的，又叫做共軛反應。
電化學(xué)腐蝕的表現有原電池反應。即：不純的金屬與電解質(zhì)溶液融合，發(fā)生原電池反應，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(jiàn)現象。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，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)生的腐蝕現象。這其中的腐蝕現象包含幾個(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定性的比較中，很容易發(fā)現：鐵是穩定性質(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，在地殼中常以固體的形態(tài)存在。
由于鐵的穩定性能極高，鐵在干燥的空氣里長(cháng)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，然而，鐵在潮濕的空氣中發(fā)生腐蝕反應的情況是極容易的。這是因為在潮濕的空氣中，鐵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(guò)化學(xué)反應變?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)的反應過(guò)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)是運用電學(xué)和電化學(xué)的原理進(jìn)行化學(xué)方面測量的一門(mén)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(lái)化學(xué)反應和物理反應是相輔相成的關(guān)系，化學(xué)現象和物理現象是相伴隨著(zhù)存在的，即化學(xué)現象的發(fā)生一定存在某種物理現象的存在，例如鐵與潮濕的空氣發(fā)生鐵的氧化腐蝕反應，鐵被氧化的過(guò)程是一種化學(xué)反應現象，其中空氣潮濕中的水汽上升并且覆蓋在鐵金屬表面的過(guò)程又屬于物理現象中的汽化和液化過(guò)程。
2.1電分析化學(xué)方法是具備快速、靈敏、準確的微量的特點(diǎn)
其快速性和靈敏度使其具備的優(yōu)勢地位十分有利，電分析的全過(guò)程是依靠電力設備和儀器進(jìn)行的分析過(guò)程，電的使用大大減少了分析的時(shí)間，提高了分析的效率，并且增加了分析結果的準確性。電分析儀器簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，尤其應用于分析有機生物和環(huán)境過(guò)程中表現的優(yōu)勢和潛力十分顯著(zhù)。此外，電分析化學(xué)方法可以實(shí)現無(wú)限制、無(wú)條件的使用，即使在苛刻的條件，例如流動(dòng)的河流、危險的熔巖或核反應堆等惡劣環(huán)境中也可以發(fā)揮其獨特的作用。
2.2電分析化學(xué)的還涉及到電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)和電極反應機理的研究
電極過(guò)程是電極表面進(jìn)行的化學(xué)和表面擴散現象。電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)有利于冶金、有機物合成、化學(xué)傳感器以及金屬材料的腐蝕防護。電分析化學(xué)關(guān)于電極反應的原理的研究有助于考察原電池形成的具體規律和運用原電池的各種化學(xué)腐蝕現象的解釋說(shuō)明。
2.3物質(zhì)在電極上的氧化還原反應對許多學(xué)科都具有借鑒意義，尤其表現在生物化學(xué)和藥物學(xué)方面
例如，藥物在人體內的代謝過(guò)程就是一個(gè)生物氧化還原過(guò)程，與藥物在電極上的氧化還原反應具有某些相似性。從電極反應的機理，可以了解這些藥物的生物氧化還原過(guò)程。研究拒抗作用和人體中常見(jiàn)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)揮等醫學(xué)領(lǐng)域方向的研究提供必要的理論基礎。
電化學(xué)概念學(xué)習誤區的分析
高中化學(xué)教師需要認真研究學(xué)生在概念學(xué)習的誤區類(lèi)型和成因，并采取有針對性的應對措施，消除學(xué)生在概念認識和理解上的誤區，讓學(xué)生真正理解概念，準確應用，提升學(xué)生應用分析能力。
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，不能準確把握其實(shí)質(zhì)，也就無(wú)法真正做到理解和正確運用，高中化學(xué)教師需要認真研究學(xué)生在概念學(xué)習的誤區類(lèi)型和成因，并采取有針對性的應對措施，確保學(xué)生都能正確把握，做到深化理解，準確應用，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)習存在的誤區類(lèi)型分析
�。ㄒ唬⿲W(xué)生未能深入理解原電池中電子轉移的實(shí)質(zhì)
現在高中學(xué)生在學(xué)習原電池的有關(guān)知識時(shí)，最先學(xué)習的知識內容是Cu-Zn原電池，由于這些內容相對抽象，不少學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中不能深入理解，對概念及其原理理解相對淺顯，不能正確地解釋氫氣在銅棒上產(chǎn)生的原因和原理。相當一部分學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中只是記住了結果，并不能準確地理解過(guò)程和原理，還有不少學(xué)生錯誤地認為陽(yáng)離子和陰離子向相對的電極移動(dòng)，是正負電荷相互吸引所致。
�。ǘ⿲τ谠姵氐墓ぷ髟頉](méi)有能夠正確理解
氫氧燃料電池主要是根據原電池反應的基本原理，選用氫氧作為主要原料而制成的化學(xué)電源，不少學(xué)生錯誤地將化學(xué)電源認為是電解池，認為該電池發(fā)生的氧化還原反應不是自發(fā)的化學(xué)反應。也有一部分學(xué)生的判斷是正確的，但是，在電極反應方程式的理解上存在誤解，一方面是因為這些知識平時(shí)接觸的知識相對較少。另一方面，平時(shí)學(xué)生生活中的各種實(shí)際名稱(chēng)和化學(xué)學(xué)科知識中的定義重合，容易造成概念混淆和誤判。
�。ㄈ⿲τ陔娊獬刂型饧与娫吹墓δ苷J識和理解不到位
學(xué)生學(xué)習原電池工作原理，在老師的引導下和講解之下，也能理解其反映的基本原理。但是，對電解池外加電源的功用認識模糊，不知道其在整個(gè)裝置當中的關(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(guān)上理解電極帶電，可以從電極所攜帶的正負電荷來(lái)判斷陰陽(yáng)離子的運動(dòng)速度和方向；有些學(xué)生認為提供電子是外加電源的主要功用，外加電源導入電子并促進(jìn)其從負極向陰極流動(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)生對概念先入為主的原因造成的`，是以前對概念的認識，造成現在的排斥，這是思維定勢的強大慣性，促使學(xué)生不能針對新概念的認識和感悟，不能根據實(shí)際情況及時(shí)轉變思維。高中電化學(xué)概念與高中物理，電學(xué)知識學(xué)習和應用同時(shí)進(jìn)行，學(xué)生容易將物理學(xué)中的電流、電荷、電極等方面的知識直接遷移到化學(xué)電池的學(xué)習中來(lái)，理解和解釋其中的原因。
二、糾正學(xué)生概念理解和認識應用誤區的措施分析
�。ㄒ唬﹦�(chuàng )設適應的認知沖突問(wèn)題情境，顛覆學(xué)生的思維慣性和認知定勢
很多時(shí)候學(xué)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(lái)的軌道上運行新的知識概念，使問(wèn)題在現有的軌道上逐步偏離，引發(fā)認識的錯誤和實(shí)踐的變軌，導致學(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)引導學(xué)生走出理解的誤區，就要針對學(xué)生實(shí)際，創(chuàng )設一些更具沖突性的認知情境，讓學(xué)生產(chǎn)生加強的思維落差和張力，以此來(lái)引發(fā)學(xué)生扭轉思考的方向和路徑，從而糾正他們在學(xué)習中出現的問(wèn)題。
例如，學(xué)習“原電池原理”的相關(guān)教學(xué)內容時(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(jiàn)也是最為簡(jiǎn)單的應用模型，由此可以讓學(xué)生去思考一個(gè)新的問(wèn)題，如何才能組裝一個(gè)能夠產(chǎn)生電能的模型裝置呢？因為，在此之前，他們已經(jīng)有了電池能導電、氧化還原離子轉移、電池等方面的概念和實(shí)驗操作經(jīng)驗，促使學(xué)生對現有的裝置進(jìn)行思考和突破，并預測一些相P的實(shí)驗裝置模型的設計和應用原理。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)驗演示，結果讓學(xué)生觀(guān)察與自己的想象大相徑庭，由此產(chǎn)生激烈的認知沖突。此時(shí)，教師再對學(xué)生進(jìn)行闡釋分析，強化學(xué)生對新概念的認識和理解，建立一個(gè)全新的化學(xué)概念和思維模式。
�。ǘ┳⒅馗拍畹纳钊腙U釋?zhuān)乐箤W(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備都籠統地稱(chēng)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設備，都以此來(lái)稱(chēng)謂，學(xué)生在理解上容易受到生活現象的誤導。原電池的電極反應與電極和電解質(zhì)本身有著(zhù)非常密切的關(guān)系，在分析理解電極反應時(shí)不能拋開(kāi)電極與電解質(zhì)這些最為基本的要素。同時(shí)對一種事物的認識是一個(gè)逐步深入循序漸進(jìn)的過(guò)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，引導學(xué)生逐步深化理解，以此來(lái)正確理解，深入領(lǐng)悟。
�。ㄈ┥钊腩I(lǐng)悟原電池構成條件，領(lǐng)悟電源工作原理
原電池形成必須滿(mǎn)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向加以連接構成一個(gè)閉合電路。原電池不僅是一種將化學(xué)能轉變成電能的裝置，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(guò)電路產(chǎn)生電勢差，形成電場(chǎng)。原電池中點(diǎn)電解溶液中的陰陽(yáng)極處在內電路中，陰離子只能由高電勢向低電勢出運動(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)的重要內容，也是學(xué)生學(xué)好化學(xué)的重要基礎，很多學(xué)生缺乏這方面的知識基礎和實(shí)踐經(jīng)驗，并且這方面內容相對其他方向的知識較為抽象難懂。教師需要結合學(xué)生實(shí)際，分析原因并采取有效的措施，減少誤區，降低難度，提升學(xué)習效率。
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