电化学分析课件

课件 时间:2017-11-03 编辑:炎英 手机版
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  电分析化学依靠其较为完备的理论体系,发挥越来越重要的作用。下面是电化学分析课件内容,为大家提供参考。

  电化学领域研究一直是化学领域中难度系数等级最高的一个分支,电化学有别于简单的化学腐蚀。化学腐蚀一般是指物质与另一种具有某种具有腐蚀性质的物质发生特定的化学反应的过程,简单的化学腐蚀存在于带有腐蚀性的物质之间,一般的化学反应是物质内部成分的互相交替或者相互交叉结合的具体过程。而电化学腐蚀却与之不同,电化学腐蚀的过程虽然也是腐蚀性质的化学反应过程,但其反应的过程中伴有电子形式物质的存在和产生过程。电化学和化学简单的分析和现象观察总结规律不同,其主要研究分析电子形式反应。

  1.电化学腐蚀简述

  电化学腐蚀,相对于化学腐蚀现象的区别是:电化学腐蚀过程是金属与带电物质之间发生的化学反应,使得金属在电离子的反应破坏下,金属表面遭到严重的损害,甚至使金属的属性发生不同程度改变的化学腐蚀过程。在电化学反应过程中有电流的产生,电流的产生主要原因是金属与带电介质发生的反应,带电介质是整个电化学腐蚀过程中极其重要的催化剂,没有带电介质的参与,即不会发生电化学腐蚀现象。当电化学腐蚀发生时电流在金属的表面存在,电流分为阴极和阳极,和电流的正负极类似。其中,与带电介质发生反应的金属如果在反应发生过程中本身所拥有的某种金属原子丧失,原子在反应之后以离子的形式脱离金属物质而存在,那么这样的电化学腐蚀反应过程也可以称为阳极反应。而类似地,当电化学腐蚀反应发生过程中,带电介质在于金属原子的交互作用过程中,带电介质中以电子形式存在的物质与金属原子发生反应,结果导致带电的介质中电子形式的丧失,而变为原子等金属原子等类型的物质存在的化学腐蚀反应,又叫阴极反应。阴极反应实质上就是电子形式变为原子形式的通过电化学腐蚀过程以非电子形式存在的反应。阴极反应和阳极反应是相互独立而又同时进行的,又叫做共轭反应。

  电化学腐蚀的表现有原电池反应。即:不纯的金属与电解质溶液融合,发生原电池反应,电解质溶液可以使活泼的金属失去电子而被氧化,金属被氧化的腐蚀是电化学腐蚀的一个常见现象。其中发生电化学腐蚀的电解质溶液的主要功能就是造成金属的氧化效应,使得金属在电解质溶液中获得氧,而被腐蚀,发生质变。电化学腐蚀的这种金属被氧化的腐蚀例子有很多,例如:铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀现象。这其中的腐蚀现象包含几个要素,一是被腐蚀的金属是铁;二金属发生腐蚀的条件是空气的潮湿性。在化学学科中的元素周期表和其他元素的稳定性的比较中,很容易发现:铁是稳定性质比较好的金属物质,一般属于不活泼的金属物质,在一般情况下,铁不易和其他介质发生反应,在地壳中常以固体的形态存在。

  由于铁的稳定性能极高,铁在干燥的空气里长时间不容易被腐蚀或者和其他物质发生化学反应,然而,铁在潮湿的空气中发生腐蚀反应的情况是极容易的。这是因为在潮湿的空气中,铁的表面在于空气接触时被空气中的潮湿水汽所覆盖,形成水膜,水汽中含有氢离子、氧离子和氢氧根离子,这样的氢氧根离子形成了电解质溶液,电解质溶液很容易将铁金属中的铁原子被氢氧根离子所氧化,经过化学反应变为氧化铁或者四氧化三铁等具备氧的铁的化合物,在电解质的反应过程中产生电流和电子形式的成分,从而形成了一个原电池。

  2.电分析化学简述

  电分析化学是运用电学和电化学的原理进行化学方面测量的一门科学,电化学分析主要涉及两个学科,即电化学和分析化学。电化学分析科学和物理学、材料学及生物学的关系十分密切。在电化学分析的主要领域内化学学科与物理学科、化学材料的关系是很明显的,一直以来化学反应和物理反应是相辅相成的关系,化学现象和物理现象是相伴随着存在的,即化学现象的发生一定存在某种物理现象的存在,例如铁与潮湿的空气发生铁的氧化腐蚀反应,铁被氧化的过程是一种化学反应现象,其中空气潮湿中的水汽上升并且覆盖在铁金属表面的过程又属于物理现象中的汽化和液化过程。

  2.1电分析化学方法是具备快速、灵敏、准确的微量的特点

  其快速性和灵敏度使其具备的优势地位十分有利,电分析的全过程是依靠电力设备和仪器进行的分析过程,电的使用大大减少了分析的时间,提高了分析的效率,并且增加了分析结果的准确性。电分析仪器简单,价格低廉,尤其应用于分析有机生物和环境过程中表现的优势和潜力十分显著。此外,电分析化学方法可以实现无限制、无条件的使用,即使在苛刻的条件,例如流动的河流、危险的熔岩或核反应堆等恶劣环境中也可以发挥其独特的作用。

  2.2电分析化学的还涉及到电极过程动力学和电极反应机理的研究

  电极过程是电极表面进行的化学和表面扩散现象。电极过程动力学有利于冶金、有机物合成、化学传感器以及金属材料的腐蚀防护。电分析化学关于电极反应的原理的研究有助于考察原电池形成的具体规律和运用原电池的各种化学腐蚀现象的解释说明。

  2.3物质在电极上的氧化还原反应对许多学科都具有借鉴意义,尤其表现在生物化学和药物学方面

  例如,药物在人体内的代谢过程就是一个生物氧化还原过程,与药物在电极上的氧化还原反应具有某些相似性。从电极反应的机理,可以了解这些药物的生物氧化还原过程。研究拒抗作用和人体中常见物质的影响等,为药物的具体临床使用和药效的有效发挥等医学领域方向的研究提供必要的理论基础。

  电化学概念学习误区的分析

  高中化学教师需要认真研究学生在概念学习的误区类型和成因,并采取有针对性的应对措施,消除学生在概念认识和理解上的误区,让学生真正理解概念,准确应用,提升学生应用分析能力。

  不少学生在理解一些抽象的电化学概念时感到较为困难,不能准确把握其实质,也就无法真正做到理解和正确运用,高中化学教师需要认真研究学生在概念学习的误区类型和成因,并采取有针对性的应对措施,确保学生都能正确把握,做到深化理解,准确应用,促进学生思维能力提升,发展他们的综合能力。

  一、高中电化学概念学生学习存在的误区类型分析

  (一)学生未能深入理解原电池中电子转移的实质

  现在高中学生在学习原电池的有关知识时,最先学习的知识内容是Cu-Zn原电池,由于这些内容相对抽象,不少学生在学习过程中不能深入理解,对概念及其原理理解相对浅显,不能正确地解释氢气在铜棒上产生的原因和原理。相当一部分学生在学习过程中只是记住了结果,并不能准确地理解过程和原理,还有不少学生错误地认为阳离子和阴离子向相对的电极移动,是正负电荷相互吸引所致。

  (二)对于原电池的工作原理没有能够正确理解

  氢氧燃料电池主要是根据原电池反应的基本原理,选用氢氧作为主要原料而制成的化学电源,不少学生错误地将化学电源认为是电解池,认为该电池发生的氧化还原反应不是自发的化学反应。也有一部分学生的判断是正确的,但是,在电极反应方程式的理解上存在误解,一方面是因为这些知识平时接触的知识相对较少。另一方面,平时学生生活中的各种实际名称和化学学科知识中的定义重合,容易造成概念混淆和误判。

  (三)对于电解池中外加电源的功能认识和理解不到位

  学生学习原电池工作原理,在老师的引导下和讲解之下,也能理解其反映的基本原理。但是,对电解池外加电源的功用认识模糊,不知道其在整个装置当中的关键作用,由此产生了很多的疑惑和误解。不少学生主观上理解电极带电,可以从电极所携带的正负电荷来判断阴阳离子的运动速度和方向;有些学生认为提供电子是外加电源的主要功用,外加电源导入电子并促进其从负极向阴极流动,这样就可以使电池中的阳极带上正电荷,而阴极就带上了负电荷,阴阳离子本身具有相互吸引的特点,便做定向移动。这是学生对概念先入为主的原因造成的,是以前对概念的认识,造成现在的排斥,这是思维定势的强大惯性,促使学生不能针对新概念的认识和感悟,不能根据实际情况及时转变思维。高中电化学概念与高中物理,电学知识学习和应用同时进行,学生容易将物理学中的电流、电荷、电极等方面的知识直接迁移到化学电池的学习中来,理解和解释其中的原因。

  二、纠正学生概念理解和认识应用误区的措施分析

  (一)创设适应的认知冲突问题情境,颠覆学生的思维惯性和认知定势

  很多时候学生的思维容易受到以往模式的影响,已有思维的惯性容易带给学生更多的影响和制约,让学生在原来的轨道上运行新的知识概念,使问题在现有的轨道上逐步偏离,引发认识的错误和实践的变轨,导致学生不能真确理解一些新的概念。高中化学电化学概念教学引导学生走出理解的误区,就要针对学生实际,创设一些更具冲突性的认知情境,让学生产生加强的思维落差和张力,以此来引发学生扭转思考的方向和路径,从而纠正他们在学习中出现的问题。

  例如,学习“原电池原理”的相关教学内容时,教师可以首先向展示铜锌稀硫酸原电池这个最为常见也是最为简单的应用模型,由此可以让学生去思考一个新的问题,如何才能组装一个能够产生电能的模型装置呢?因为,在此之前,他们已经有了电池能导电、氧化还原离子转移、电池等方面的概念和实验操作经验,促使学生对现有的装置进行思考和突破,并预测一些相P的实验装置模型的设计和应用原理。这些概念和思维都会受到以往思维的惯性影响,教师为学生进行实验演示,结果让学生观察与自己的想象大相径庭,由此产生激烈的认知冲突。此时,教师再对学生进行阐释分析,强化学生对新概念的认识和理解,建立一个全新的化学概念和思维模式。

  (二)注重概念的深入阐释,防止学生将不同学科领域概念混淆

  生活中的各种电器和电源设备都笼统地称之为电池,不同形状,不同用途,不同材质,不同科学原理的电源或者蓄电存储设备,都以此来称谓,学生在理解上容易受到生活现象的误导。原电池的电极反应与电极和电解质本身有着非常密切的关系,在分析理解电极反应时不能抛开电极与电解质这些最为基本的要素。同时对一种事物的认识是一个逐步深入循序渐进的过程,电化学概念的理解也是如此。要抓住概念的本质属性表述语,深入理解概念不同于其它事物的最本质的部分,引导学生逐步深化理解,以此来正确理解,深入领悟。

  (三)深入领悟原电池构成条件,领悟电源工作原理

  原电池形成必须满足三个条件,一是具有不同的两极,而是电解质溶液,三是浸入溶液中的两极必须用导向加以连接构成一个闭合电路。原电池不仅是一种将化学能转变成电能的装置,也是更好地揭示化学电源工作原理的装置。而普通电池是通过电路产生电势差,形成电场。原电池中点电解溶液中的阴阳极处在内电路中,阴离子只能由高电势向低电势出运动,如锌铜原电池氢离子移向铜片得到电子而生成氢气就是这个原理。

  总之,电池和电解池是高中化学教学的重要内容,也是学生学好化学的重要基础,很多学生缺乏这方面的知识基础和实践经验,并且这方面内容相对其他方向的知识较为抽象难懂。教师需要结合学生实际,分析原因并采取有效的措施,减少误区,降低难度,提升学习效率。

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