電化學分析課件
電分析化學依靠其較為完備的理論體系，發(fā)揮越來越重要的作用。下面是電化學分析課件內(nèi)容，為大家提供參考。
電化學領域研究一直是化學領域中難度系數(shù)等級最高的一個分支，電化學有別于簡單的化學腐蝕�；瘜W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)生特定的化學反應的過程，簡單的化學腐蝕存在于帶有腐蝕性的物質(zhì)之間，一般的化學反應是物質(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。而電化學腐蝕卻與之不同，電化學腐蝕的過程雖然也是腐蝕性質(zhì)的化學反應過程，但其反應的過程中伴有電子形式物質(zhì)的存在和產(chǎn)生過程。電化學和化學簡單的分析和現(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。
1.電化學腐蝕簡述
電化學腐蝕，相對于化學腐蝕現(xiàn)象的區(qū)別是：電化學腐蝕過程是金屬與帶電物質(zhì)之間發(fā)生的化學反應，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腐蝕過程。在電化學反應過程中有電流的產(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，帶電介質(zhì)是整個電化學腐蝕過程中極其重要的催化劑，沒有帶電介質(zhì)的參與，即不會發(fā)生電化學腐蝕現(xiàn)象。當電化學腐蝕發(fā)生時電流在金屬的表面存在，電流分為陰極和陽極，和電流的正負極類似。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，那么這樣的電化學腐蝕反應過程也可以稱為陽極反應。而類似地，當電化學腐蝕反應發(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，結(jié)果導致帶電的介質(zhì)中電子形式的喪失，而變?yōu)樵拥冉饘僭拥阮愋偷奈镔|(zhì)存在的化學腐蝕反應，又叫陰極反應。陰極反應實質(zhì)上就是電子形式變?yōu)樵有问降耐ㄟ^電化學腐蝕過程以非電子形式存在的反應。陰極反應和陽極反應是相互獨立而又同時進行的，又叫做共軛反應。
電化學腐蝕的表現(xiàn)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腐蝕的一個常見現(xiàn)象。其中發(fā)生電化學腐蝕的電解質(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。在化學學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，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時間不容易被腐蝕或者和其他物質(zhì)發(fā)生化學反應，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)的反應過程中產(chǎn)生電流和電子形式的成分，從而形成了一個原電池。
2.電分析化學簡述
電分析化學是運用電學和電化學的原理進行化學方面測量的一門科學，電化學分析主要涉及兩個學科，即電化學和分析化學。電化學分析科學和物理學、材料學及生物學的關系十分密切。在電化學分析的主要領域內(nèi)化學學科與物理學科、化學材料的關系是很明顯的，一直以來化學反應和物理反應是相輔相成的關系，化學現(xiàn)象和物理現(xiàn)象是相伴隨著存在的，即化學現(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，鐵被氧化的過程是一種化學反應現(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電分析化學方法是具備快速、靈敏、準確的微量的特點
其快速性和靈敏度使其具備的優(yōu)勢地位十分有利，電分析的全過程是依靠電力設備和儀器進行的分析過程，電的使用大大減少了分析的時間，提高了分析的效率，并且增加了分析結(jié)果的準確性。電分析儀器簡單，價格低廉，尤其應用于分析有機生物和環(huán)境過程中表現(xiàn)的優(yōu)勢和潛力十分顯著。此外，電分析化學方法可以實現(xiàn)無限制、無條件的使用，即使在苛刻的條件，例如流動的河流、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電分析化學的還涉及到電極過程動力學和電極反應機理的研究
電極過程是電極表面進行的化學和表面擴散現(xiàn)象。電極過程動力學有利于冶金、有機物合成、化學傳感器以及金屬材料的腐蝕防護。電分析化學關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(guī)律和運用原電池的各種化學腐蝕現(xiàn)象的解釋說明。
2.3物質(zhì)在電極上的氧化還原反應對許多學科都具有借鑒意義，尤其表現(xiàn)在生物化學和藥物學方面
例如，藥物在人體內(nèi)的代謝過程就是一個生物氧化還原過程，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)學領域方向的研究提供必要的理論基礎。
電化學概念學習誤區(qū)的分析
高中化學教師需要認真研究學生在概念學習的誤區(qū)類型和成因，并采取有針對性的應對措施，消除學生在概念認識和理解上的誤區(qū)，讓學生真正理解概念，準確應用，提升學生應用分析能力。
不少學生在理解一些抽象的電化學概念時感到較為困難，不能準確把握其實質(zhì)，也就無法真正做到理解和正確運用，高中化學教師需要認真研究學生在概念學習的誤區(qū)類型和成因，并采取有針對性的應對措施，確保學生都能正確把握，做到深化理解，準確應用，促進學生思維能力提升，發(fā)展他們的綜合能力。
一、高中電化學概念學生學習存在的誤區(qū)類型分析
（一）學生未能深入理解原電池中電子轉(zhuǎn)移的實質(zhì)
現(xiàn)在高中學生在學習原電池的有關知識時，最先學習的知識內(nèi)容是Cu-Zn原電池，由于這些內(nèi)容相對抽象，不少學生在學習過程中不能深入理解，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。相當一部分學生在學習過程中只是記住了結(jié)果，并不能準確地理解過程和原理，還有不少學生錯誤地認為陽離子和陰離子向相對的電極移動，是正負電荷相互吸引所致。
�。ǘ⿲τ谠姵氐墓ぷ髟頉]有能夠正確理解
氫氧燃料電池主要是根據(jù)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電源，不少學生錯誤地將化學電源認為是電解池，認為該電池發(fā)生的氧化還原反應不是自發(fā)的化學反應。也有一部分學生的判斷是正確的，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接觸的知識相對較少。另一方面，平時學生生活中的各種實際名稱和化學學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
學生學習原電池工作原理，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，不知道其在整個裝置當中的關鍵作用，由此產(chǎn)生了很多的疑惑和誤解。不少學生主觀上理解電極帶電，可以從電極所攜帶的正負電荷來判斷陰陽離子的運動速度和方向；有些學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其從負極向陰極流動，這樣就可以使電池中的陽極帶上正電荷，而陰極就帶上了負電荷，陰陽離子本身具有相互吸引的特點，便做定向移動。這是學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(xiàn)在的排斥，這是思維定勢的強大慣性，促使學生不能針對新概念的認識和感悟，不能根據(jù)實際情況及時轉(zhuǎn)變思維。高中電化學概念與高中物理，電學知識學習和應用同時進行，學生容易將物理學中的電流、電荷、電極等方面的知識直接遷移到化學電池的學習中來，理解和解釋其中的原因。
二、糾正學生概念理解和認識應用誤區(qū)的措施分析
�。ㄒ唬﹦�(chuàng)設適應的認知沖突問題情境，顛覆學生的思維慣性和認知定勢
很多時候?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生更多的影響和制約，讓學生在原來的軌道上運行新的知識概念，使問題在現(xiàn)有的軌道上逐步偏離，引發(fā)認識的錯誤和實踐的變軌，導致學生不能真確理解一些新的概念。高中化學電化學概念教學引導學生走出理解的誤區(qū)，就要針對學生實際，創(chuàng)設一些更具沖突性的認知情境，讓學生產(chǎn)生加強的思維落差和張力，以此來引發(fā)學生扭轉(zhuǎn)思考的方向和路徑，從而糾正他們在學習中出現(xiàn)的問題。
例如，學習“原電池原理”的相關教學內(nèi)容時，教師可以首先向展示銅鋅稀硫酸原電池這個最為常見也是最為簡單的應用模型，由此可以讓學生去思考一個新的問題，如何才能組裝一個能夠產(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(zhuǎn)移、電池等方面的概念和實驗操作經(jīng)驗，促使學生對現(xiàn)有的裝置進行思考和突破，并預測一些相P的實驗裝置模型的設計和應用原理。這些概念和思維都會受到以往思維的慣性影響，教師為學生進行實驗演示，結(jié)果讓學生觀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，教師再對學生進行闡釋分析，強化學生對新概念的認識和理解，建立一個全新的化學概念和思維模式。
�。ǘ┳⒅馗拍畹纳钊腙U釋，防止學生將不同學科領域概念混淆
生活中的各種電器和電源設備都籠統(tǒng)地稱之為電池，不同形狀，不同用途，不同材質(zhì)，不同科學原理的電源或者蓄電存儲設備，都以此來稱謂，學生在理解上容易受到生活現(xiàn)象的誤導。原電池的電極反應與電極和電解質(zhì)本身有著非常密切的關系，在分析理解電極反應時不能拋開電極與電解質(zhì)這些最為基本的要素。同時對一種事物的認識是一個逐步深入循序漸進的過程，電化學概念的理解也是如此。要抓住概念的本質(zhì)屬性表述語，深入理解概念不同于其它事物的最本質(zhì)的部分，引導學生逐步深化理解，以此來正確理解，深入領悟。
（三）深入領悟原電池構(gòu)成條件，領悟電源工作原理
原電池形成必須滿足三個條件，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(gòu)成一個閉合電路。原電池不僅是一種將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置，也是更好地揭示化學電源工作原理的裝置。而普通電池是通過電路產(chǎn)生電勢差，形成電場。原電池中點電解溶液中的陰陽極處在內(nèi)電路中，陰離子只能由高電勢向低電勢出運動，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原理。
總之，電池和電解池是高中化學教學的重要內(nèi)容，也是學生學好化學的重要基礎，很多學生缺乏這方面的知識基礎和實踐經(jīng)驗，并且這方面內(nèi)容相對其他方向的知識較為抽象難懂。教師需要結(jié)合學生實際，分析原因并采取有效的措施，減少誤區(qū)，降低難度，提升學習效率。
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