煤和钢放在一起,钢会生锈吗
看具体条件了,煤也是有很多种的,普通的烧的煤一般是属于烟煤和无烟煤,这些通常是含氧量很低的,一般来说只要煤保持干燥,钢生锈的周期就会越长!但是还要看当时的温度和湿度,所以一个很准确的周期很难断定,一般常温常压下,湿度适当(15~25),钢是普通钢没有任何防绣措施的话,一般周期在1~2天就会有锈斑出现!
煤本身是不会很明显的促进钢的氧化的,通常是煤中H2O中的氧原子,和空气中的氧原子与钢里的铁原子结合产生的!
在潮湿的环境下,金属的表面和空气中的氧气发生化学反应,形成原电池,导致金属杯氧化而生锈。
而不锈钢的成分中除了铁外,还有铬、镍、铝、硅等。使钢的分子结构更均匀,在钢的表面更易生成一层致密的氧化物保护膜等,从而大大提高不锈钢耐腐蚀的能力。所以不锈钢能抵抗火、水、酸、碱和各种溶液对它的腐蚀,不生锈。
科学家发现,钢的内部结构越均匀,各种组成成分就联系得越紧密,腐蚀物入侵就越困难,再加上表面又附着一层氧化物保护膜,就像给钢铁穿上盔甲一样,自然就不容易生锈了。
煤主要含有碳元素,此外还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质(主要含硅、铝、钙、铁等元素)。
并不能阻止原电池的形成,而且它也没有什么致密结构防止氧气水分的入侵,所以煤和钢放在一起,钢会生锈
煤炭和钢材不可以同舱运输。在潮湿的环境下,金属的表面和空气中的氧气发生化学反应,形成原电池,导致金属杯氧化而生锈。煤主要含有碳元素,此外还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质。不能阻止原电池的形成,没有致密结构防止氧气水分的入侵,煤和钢放在一起,钢会生锈。
(2)C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△H1=+131.3kJ?mol-1 ①
C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)△H2=+90kJ?mol-1 ②
由盖斯定律②-①得:
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-41.3kJ?mol-1
升高温度平衡向吸热的方向移动,而该反应正反应为放热,故逆向移动,平衡常数K减小,
故答案为:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-41.3kJ?mol-1;减小;
(3)原电池将化学能转变成电能,正极:3O2+12e-+12H+=6H2O,总反应:CH3OCH3+3O2=2CO2↑+3H2O,负极的电极反应=总反应-正极的电极反应=CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+,
故答案为:化学能转变成电能;CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+;
(4)由 CO2 +NH3?H2O=NH4HCO3
1 1
| 1000×103L×11.2%×80% |
| 22.4L/mol |
所以NH4HCO3 的质量为:4000mol×79g/mol=316000g=316kg,故答案为:316.
再说铝锅,铝极易氧化,甚至直接和水接触都容易与水发生反应。但铝在空气中形成一层氧化铝薄膜,这层膜倒是很耐腐蚀,用来烧水是绝对没问题的。问题就出在这层膜遇到亚硫酸,就被腐蚀了,然后铝就失去了保护膜直接与外界的空气、水、甚至刚才提到的亚硫酸接触,就很容易被腐蚀了。
C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)△H2=+90kJ?mol-1 ②
由盖斯定律②-①得:
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-41.3kJ?mol-1
故答案为:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=-41.3kJ?mol-1;
(2)燃料电池中燃料在原电池负极失电子发生氧化反应,正极是氧气得到电子在酸性环境中生成水,即正极电极反应:O2+4e-+2H2O═4OH-;
故答案为:O2+4e-+2H2O═4OH-;
(3)①温度相同时,作垂直x轴的辅助线,发现压强为P2的CO的转化率高,该反应正反应为体积减小的反应,压强增大平衡向体积减小的方向移动,即向正反应应移动,CO的转化率增大,所以P1<P2,故答案为:<;
②在温度和容积不变的情况下,再向平衡体系中充入a mol CO(g)、2a mol H2(g),等效为在原平衡的基础上增大一倍压强,平衡向正反应移动,CO的转化率增大;
故答案为:增大;
③在压强为0.1MPa条件下,容积为V L的密闭容器中a mol CO与2a mol H2在催化剂作用下反应生成甲醇.即
CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)
初始浓度:
| a |
| V |
| 2a |
| V |
变化浓度:
| a |
| 2V |
| a |
| V |
| a |
| 2V |
平衡浓度:
| a |
| 2V |
| a |
| V |
| a |
| 2V |
则K=
| ||||
|
| V2 |
| a2 |
故答案为:K=
| V2 |
| a2 |
(4)依据反应和图象分析判断:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),气体的物质的量减少,反应是熵减少的反应△S<0;反应物能量高于生成物的能量,判断反应是放热反应,△H<0,
故答案为:C;
(5)二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小,甲醇是生成物,随反应进行浓度增大;10nim内达到平衡,生成甲醇浓度为0.75mol/L,二氧化碳浓度变化了0.75mol/L,则:
①二氧化碳的反应速率V(CO2)=
| 0.75mol/L |
| 10min |
故答案为:0.075 mol?L-1?min-1
②措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是:
A、反应是放热反应,升温平衡逆向进行;故A错误;
B、将CH3OH(g)及时液化抽出,减小生成物的量,平衡正向进行,故B正确;
C、选择高效催化剂只能改变速率,不改变化学平衡,故C错误;
D、再充入l molCO2和4molH2,增大压强平衡正向进行,故D正确;
故选:BD;
使电能转变成化学能的装置称为电解池.当直流电通过电解质溶液,正离子向阴极迁移,负离子向阳极迁移,并分别在电极上起还原和氧化反应,从而获得还原产物和氧化产物.若外加一电压在一个电池上,逐渐增加电压直至使电池中的化学反应发生逆转,这就是电解.实验表明,对任一电解槽进行电解时,随着外加电压的改变,通过该电解槽的电流亦随之变化.例如,使用两个铂电极电解HCl 溶液时,使用图9.1 的线路装置,改变可变电阻,记录电压表和电流表的读数,则可测量电解槽两端电位差与电流强度的关系曲线.开始时,当外加电压很小时,几乎没有电流通过电解槽电压增加,电流略有增加当电流增加到某一点后,电流随电压增大而急剧上升,同时电极上有连续的气泡逸出.
在两电极上的反应可表示如下:
阴极 2H+(aH+)+2e →H2(g, p)
阳极 2Cl (aCl
-)→Cl2(g, p)+2e
当电极上有气泡逸出时,H2 和Cl2 的压力等于大气压力.
电解过程分析:当开始加外电压时,还没有H2 和Cl2 生成,它们的压力几乎为零,
稍稍增大外压,电极表面上产生了少量的H2 和Cl2,压力虽小,但却构成了一个原电池(自发地进行如下反应)
(-) H2(p)→2H+(aH+)+2e-
(+) Cl2(g)+2e-→2Cl-(aCl-)
此时,电极上进行反应的方向正好与电解所进行的反应的方向相反.它产生了一个与外加电压方向相反的反电动势Eb.由于电极上的产物扩散到溶液中了,需要通过极微小的电流使电极产物得到补充.继续增大外加电压,电极上就有H2 和Cl2 继续产生并向溶液中扩散,因而电流也有少许增加,相当于图9.2 中I-E 曲线上的1-2 段.此时由于pH2 和pCl2 不断增加,对应于外加电压的反电动势也不断增加,直至气体压力增至等于外界大气压力时,电极上就开始有气泡逸出,此时反电动势Eb 达到最大值Eb, max 将不再继续增加.若继续增加外加电压只增加
溶液中的电位降(E 外-Eb, max)=IR,从而使电流剧增,即相当于I-E 曲线中2-3 段的直线部分.将直线部分外延到I=0处所得的电压就是Eb, max,这是使某电解液能连续不断发生电解时所必须的最外加电压,称为电解液的分解电压.从理论上讲Eb, max 应等于原电池的E(可逆),但实际上Eb, max 却大于E(可逆).是由两方面的原因引起的.一是由于电解液,导线和接触点都有一定的电阻,欲使电流通
过必须用一部分电压来克服IR 电位降,这相当于把I2R 的电触转化为热.二是由于实际电解时在两个电极上进行的不可逆电极过程所引起,即要使正离子在阴极析出,外加的阴极电势一定要比可逆电极电势更负一些,使负离子在阳极析出,外加的阳极电势一定要比可逆电势更正一些.我们把由于电流通过电极时,电极电势偏离可逆电极电势的现象称为极化现象.实际上I-E 曲线上分解电压的位置不能确定的很精确,且I-E 曲线并没有十分确切的理论意义,所得到的分解电压也常不能重复,但它却很有实用价值.电解质的分解电压与电极反应有关.例如一些酸,碱在光滑铂电极上的分解电压都在1.7 V 左右.它们的分解电压基本上和电解质的种类无关,这是因为这些酸,碱的电解产物均是H2(阴极)和O2(阳极).它们的理论分解电压都是1.23 V,由此可见,即使在铂电极上,H2 和O2 都有相当大的极化作用发生.氢卤酸的电压都较1.7 V 小,而且其数值各不相同,这是因为在两电极上出现的产物是氢卤酸的分解物.电极反应和电解产物不一样,自然,分解电压也就有差异了.小结:我们把使某种电解质开始电解反应时所必须施加的最小电压,称为该电解质的分解电压.理论分解电压也称为可逆分解电压,等于可逆电池电动势.但实际工作中电解以一定速率进行,过程已不可逆.这时的分解电压E(实)>E(理),原因是:当电流通过时,电极有极化作用,电路有电阻.实验表明:电解不同的电解质,如果电极反应相同,分解电压基本相同.
第二节 极化作用
一,极化现象
我们已经知道,无论是对水的电解,或是其它物质的电解,它们的分解电压总是大于计算得到的可逆电动势.这是因为当电流通过电极时,每个电极的平衡都受到破坏,使得电极电位偏离平衡电位值.这种在电流通过电极时,电极电位偏离平衡值的现象,称为电极的极化.极化现象的出现,以及溶液中存在着一定的欧姆电位降,这些都是分解电压大于可逆电动势的原因.实际分解电压可表示为E(分解)=E(可逆)+ E(不可逆)+IR式中,E(可逆)是指相应的原电池的电动势,即理论分解电压IR 由于电池内溶液,导线和接触点等电阻所引起的电势降E(不可逆)则是由于电极极化所致, E(不可逆)= η(阴)+ η(阳), η(阴)和η(阳)分别表示阴,阳极上的超电势.当电极上无电流通过时,电极处于平衡状态,此时的电势为φ(平)(平衡电势),随着电极上电流密度(I/S)的增加,电极的不可逆程度愈来愈大,其电势值为φ(平)的偏差也越大,通常可用极化曲线(即描述电流密度与电极电势间关系的曲线)来描述这种偏离程度.
为了明确地表示出电极极化的状况,常把某一电流密度下的φ(不可逆)与φ(平)之间的差值称为超电势.由于超电势的存在,在实际电解时要使正离子在阴极上析出,外加于阴极的电势须更负于可逆电极要使负离子在阳极析出,外加于阳极电势比可逆电极电势更正一些.
下面我们将讨论引起电极极化的原因.
当电流通过电极时,为什么会发生阳极电势升高,阴极电势降低的电极极化现象呢 这是因为当有电流I 过电极时,发生一系列的过程,并以一定的速率进行,而每一步都或多或少地存在着阻力.要克服这些阻力,相应地各需要一定的推动力,表现在电极电势上就出现这样那样的偏离.按照极化产生的不同原因,通常可简单地把极化分为两类:电化学极化和浓差极化.将与之相应的超电势称为电化学超电势(或活化超电势)和浓差超电势.一般说来,可将产生超电势的原因归纳为以下三点:
(1)浓差超电势:在电解过程中,由于电极表面附近的离子在电极上发生反应而析出,结果使表面浓度与溶液体相浓度的不同所造成的反电动势叫做浓差超电势.
(2)电化学超电势(或活化超电势):由于参加电极反应的某些粒子缺少足够的能量来完成电子的转移,因此需要提高电极电势,这部分提高的电势叫做活化超电势.它与电极反应中某一个最缓慢步骤的反应活化能有关,故有此名.
(3)电阻超电势:当电流通过电极时,在电极表面或电极与溶液的界面上往往形成一薄层的高电阻氧化膜或其它物质膜,从而产生表面电阻电位降,这个电位降称为电阻超电势.这种情况不具有普遍意义,因此我们只讨论浓差极化和电化学极化.
二,浓差极化
当有电流通过电极时,若在电极—溶液界面处化学反应的速率较快,而离子在溶液中的扩散速率较慢,则在电极表面附近有关离子的浓度将会与远离电极的本体溶液中有所不同.
现以Ag|Ag+为例进行讨论.
将两个银电极插到浓度为c 的AgNO3 溶液中进行电解,阴极附近的Ag+沉积到电极
上去(Ag++e-→Ag),使得该处溶液中的Ag+浓度不断地降低.若本体溶液中的Ag+扩散到该处进行补充的速度赶不上沉积的速度,则在阴极附近Ag+的浓度ce 将低于本体溶液浓度c(电极附近是指电极与溶液之间的界面区域,在通常搅拌的情况下其厚度不大于10 3~10 2 cm).在一定的电流密度下,达稳定状态后,溶液有一定的浓度梯度,此时ce 具有一定的稳定值,就好象是电极浸入一个浓度较小的溶液中一样.此浓差极化数值与浓差大小有关,即与搅拌情况,电流密度等有关.
三,电化学极化(或活化极化)
假定溶液已搅拌得非常均匀或者已设法使浓差极化降低至可以忽略不计,同时又假定溶液的内阻以及各部分的接触电阻很小,均不予考虑,则从理论上讲要使电解质溶液进行电解,外加的电压只需略微大于因电解而产生的原电池的电动势就行了.但是实际上有些电解池并不如此.要使这些电解池的电解顺利进行,所加的电压还必须比该电池的反电动势大才行,特别是当电极上发生气体的时候.我们把这部分能使电解顺利进行的额外电压称为电化学超电势(或称为活化超电势).显然,活化超电势是由于电极反应是分若干步进行的,这些步骤中可能有某一步反应速率比较缓慢,需要比较高的活化能导致的.活化超电势的大小是电极活化极化的量度.析出电势和超电势是对个别电极而言的,
φ(阳, 析出)=φ(阳, 可逆)+ η(阳)
φ(阴, 析出)=φ(阴, 可逆)- η(阴)
分解电压是对整个电解池而言
E(分解)=φ(阳, 析出)-φ(阴, 析出)=E(可逆)+ η(阳)+ η(阴)
四,氢超电势
研究电化学极化是从研究氢超电势开始的.研究氢超电势不仅对电极过程研究的理论发展起了重要的作用,而且对实际生产也有着十分重要的作用.许多电化学工业都和氢在阴极上的析出有联系,由于氢超电势的存在,直接对工业生产发生了利害关系.
例如在电解水制氢和氧时,由于超电势的存在,增加了电能的消耗.但事物都是分为二的.极谱分析法就是利用氢在汞阴极上有很高的超电势,才实现了对溶液中金属离子的分析测定.又如利用氢在铅上有较高的超电势,才能实现铅蓄电池的充电.因此,我们着重讨论有关氢超电势的一些问题.
1,影响氢超电势的因素
根据对很多有关实验数据的分析,发现氢超电势与电流密度,电极材料,电极表面状态,溶液组成,温度等有密切关系.早在1905 年,Tafel 提出了一个经验式,表示氢超电势与电流密度的定量关系,称为Tafel 公式η=a+b ㏑ j
式中j 是电流密度,a,b 是常数.其中,a 是j 等于1 A cm-2(10000 A m-2时的超电势值,它与电极材料,电极表面状态,溶液组成以及实验温度等有关.
b 的数值对于大多数的金属来说相差不多,在常温下接近于0.050 V.如用以10 为底的对数,b≈0.116 V.意味着,j 增加10 倍,η 约增加0.116V.氢超电势的大小基本上决定于a 的数值,因此a 的数值愈大,氢超电势也愈大,其不可逆程度也愈大.如用η 为纵坐标,㏑ j 为横坐标作图,Tafel 关系是一条直线.
若j 很小时,若按Tafel 关系,η→∞,这当然不对.因为当j→0 时,电极的情况接近于可逆电极η=0.j 较低时,η 与j 的关系可表示为η= ωj, ω值与金属电极的性质有关,可表示在指定条件下氢电极的不可逆程度.
2,氢超电势产生的机理
关于氢在阴极电解时的机理的研究,从本世纪三十年代开始有了很大的发展,提出了不同的理论,例如迟缓放电理论和复合理论等.在不同的理论中也有一些共同点,如:都提出H+的放电可分为几个步骤进行.有
(1) H3O+从本体溶液中扩散到电极附近.
(2) H3O+从电极附近的溶液中移到电极上.
(3) H3O+在电极上放电.
(4) 吸附在电极上的H 原子化合为H2.
(5) H2 从电极上扩散到溶液内形成气泡逸出.
其中(1),(5)两步已证明不能影响反应速率,至于(2),(3),(4)三步中,哪一步最慢,意见不一致,迟缓放电理论认为第三步最慢,而复合理论认为第四步最慢,也有人认为在电极上各反应步骤的速率相近,属联合控制.在不同的金属上,氢超电势的大小不同,可设想采用不同的机理来解释.一般说来,对氢超电势较高的金属如Hg、Zn、Pb、Cd 等,迟缓放电理论基本上能概括全部的实验事实.对氢超电势低的金属如Pt、Pd(钯)等则复合理论能解释实验事实.而对于氢超电势居中的金属如Fe、Co、Cu 等,则情况要复杂得多.但无论采用何种机理或理论,最后都应能得到经验的Tafel 关系式.
五,超电势的测定
测定超电势实际上就是测定在有电流通过电极时的极化电极电势数值.超电势数值的大小和通过电极的电流密度大小密切相关.因此通常是由实验测得不同电流密度下的电极电势,作出极化曲线,即可求得某电极在指定电流密
度下的超电势.测量电极的超电势,一般采用如图9.3 的装置.
电极1:研究电极(或待测电极)
电极2:辅助电极(一般用Pt 片)
甘汞电极:参比电极(通常将电极的支管的尖端拉成直径约1 mm 左右的毛细管,靠近研究电极表面,以减少溶液中的欧姆降IR 值).(参比电极应根据研究溶液的性质而定,常用饱和甘汞电极.电解池中面积已知的待测电极1 和辅助电极2,经一可变电阻与直流电源联成回路,为极化回路,内有电流计A 以测量回路中的电流.改变电阻可调节回路中电流的大小,从而调节通过待测电极的电流密度j.将待测电极与电势较稳定的甘汞电极组成一个原电池,接到电位差计上,组成一测量回路,采用对消法测量该电池电动势. (甘汞)已知,测E 可算出φ1.这种控制电流密度j,使其分别恒定在不同的数值,然后测定相应的电极电势φ 的方法称为恒电流法.把测得的一系列不同电流密度下的电势画成曲线,即得极化曲线.对于电解池,因阳极是正极,阴极是负极,所以阳极电势高于阴极电势,外加电压,即分解电压与电流密度的关系如图9.4(a)
E(分解)=E(可逆)+△E(不可逆)=E(可逆)+ η(阳)+ η(阴
由图可知,电解池工作时,所通过的电流密度越大,即不可逆程度越高,超电势越大,则外加压也要增大,所消耗的电功也越多.对于原电池,控制其放电电流,同样可以在其放电过程中,分别测定两个电极的极化曲线.因阴极是正极,阳极是负极,所以阴极电势高于阳极电势,随电流密度增大,由于极化作用,负极(阳极)的电极电势比可逆电势值愈来愈大,正极(阴极)的电极电势比可逆电势值愈来愈小,两条曲线有相互靠近的趋势,原电池的电动势逐渐减少,所做电
功则逐渐减小.E(不可逆)=E(可逆)- η(阳)- η(阴)
讨论:从能量消耗的角度看,无论原电池还是电解池,极化作用的存在都是不利的.为了使电极的极化减小,必须供给电极以适当的反应物质,由于这种物质比较容易在电极上反应,可以使电极上的极化减少或限制在一定程度内,这种作用称为去极作用.这种外加的物质则叫做去极化剂.
第三节 电解时电极上的反应
当电解池上的外加电压由小到大逐渐变化时,其阳极电势随之逐渐升高,同时阴极电势逐渐降低.从整个电解池来说,只要外加电压加大到分解电压的数值电解反应即
(a) 电解池中两电极的极化曲线
(b) 原电池中两电池的极化曲线
开始进行从各个电极来说,只要电极电势达到对应离子的"析出电势",则电解的电极反应即开始进行.电解时阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应.因此,凡是能在阴极上得到电子在阳极上放出电子的反应,都有可能电解.所以不仅利用电解法可以制备和精炼许多金属,而且还可以制备某些无机和有机化合物.不仅能控制电位以获得较为纯净的产品,而且还能使原来分步完成的反应在某一中间步骤停止,而得到所需要的产品.
一,金属的析出与氢的超电势
当电解金属盐类的水溶液时,在阴极可能析出氢气或金属.究竟发生什么反应,则不仅要考虑它们的平衡电极电势(热力学性质),还要考虑在一定电流密度下的超电势(动力学性质),即看其离子析出电势的大小而定.
φ(阴,析)=φ(平)-φ(阴)
φ(阳,析)=φ(平)+φ(阴)
在实际生产中氢超电势现象十分重要.通常它起着两种不同的作用,一是有利于生产的顺利进行,另一是使生产过程消耗过多的电能.例如食盐电解工业中用汞阴极进行电解,就是利用氢在汞上的超电势较高,因此在阴极上才有可能形成汞齐而不析出H2.在此电解法中,Na+ 在汞阴极上的放电电势是-1.83 V,氢在汞上的超电势为1.35 V,因此H+放电要比Na+困难得多.Na+放电后形成的钠汞齐是金属Na 溶液在汞中所成的液态合金,2Na(Hg)+2H2O → 2NaOH+H2+2Hg
反应产生和汞又回到电解糟中去重新使用.此法所得烧碱纯度高,适用于人造纤维工业.在金属沉积中也常遇到H2 的超电势问题.利用氢在不同金属上的超电势,可以在阴极镀上Zn,Cd,Ni 等而不会有H2 析出.
在化学电源中超电势现象也同样重要.例如,铅蓄电池充电时的
阴极反应PbSO4+2e-→Pb+SO42-
阳极反应PbSO4+2H2O→PbO2+4H+ +SO42-+2e-
这两个电极反应的电流效率都很高,也是因为H2 和O2 分别在这两个电极上有较大的超电势,若没有这种超电势现象,则充电过程将完全变成电解水的作用了.
一般说来,在电解过程中,一方面应注意因电解池中溶液浓度的改变所引起的反电动势的改变,同时还要注意控制外加电压不宜过大,以防止H2 也在阴极同时析出.
二,金属离子的分离
如果溶液中含有各种不同的金属离子,它们分别具有不同的析出电势,则析出电势越高的离子,越易获得电子而优先还原成金属.所以,在阴极电势逐渐由高变低的过程中,各种离子是按其对应的电极电势由高到底的次序先后析出的.各种金属析出的过电势一般都很小(电流密度较小时),可近似用φR 代替析出电势.
例如电解液中含有浓度各为1 mol kg 1的Ag+,Cu2+和Cd2+离子,则因
φ (Ag)>φ (Cu)>φ (Cd),而首先析出Ag,其次析出Cu,最后析出Cd.依据这一道理控制阴极电势,能够将几种金属依次分离.但是,若要分离得完全,相邻两种离子的析出电势必须相差足够的数值,一般至少要差0.2 V 以上,否则分离不完全.在上述溶液中,当阴极电势达到+0.799V 时,Ag 首先开始析出.随着Ag 的析出,阴极电势逐渐下降.当阴极电势降低到第二种金属Cu 开始析出的0.337 V 时,由能斯特方程可以算出,此时Ag+浓度已降至1.5×10-8 mol kg-1,相应E(分解)增大.而当阴极电势降至第三种金属Cd 开始析出的-0.403 V 时,Cu2+的浓度已降至10 25 mol kg-1,可以认为已经分离得非常完全了.不难推断,当两种金属析出电势相同时,调整离子浓度或提高超电势,都可使两种金属在阴极上同时析出.电解法制造合金就是依据这一原理.
φ
三,电解还原与氧化的应用
电解时阴极上的反应当然并不限于金属离子的析出,任何能从阴极上获得电子的还原反应都可能在阴极上进行同样,在阳极上也并不限于阴离子的析出或阳极的溶解,任何放出电子的氧化反应都能在阳极上进行.若溶液中含有某些离子,具有比H+较正的还原电势,则H2 就不再逸出,而发生该种物质的还原.通常称这种物质为阴极去极化剂.同理,若要减弱因阳极上析出O2 或C12 等所引起的极化作用,则可加入还原电势较负的某种物质,使基比OH-先在阳极氧化,这种物质称为阳极去极化剂.
例如,用某种电极电解1mol kg-1 的HC1若在阳极区加入一些FeC13,则由于Fe3+的φ(还原)高于H+的φ(还原),所以Fe3+在阴极区还原为Fe2+,而避免了析出H2 的极化作用若在阳极区加一些FeC12,则Fe2+在阳极氧化为Fe3+,而避免了生成C12 的极化作用.Fe3+是直接从阴极上取得电子而还原.最简单的去极化剂是具有高低不同价态的离子例如铁和锡的离子.去极化剂的作用相当于一个氧化还原电极,它有较恒定的电极电势,其数值取决于高价和低价离子活度的比值.
另一类去极化作用虽有H+参加,但没有H2 析出,这些反应常是不可逆的,且实际
的电极过程也并不十分清楚.例如阴极上硝酸盐及硝基苯还原的反应.去极化剂在电化学工业中应用得很广泛.例如电镀工艺中为了使金属沉积的表面既光滑又均匀,常加入一定的去极化剂,以防止因H2 放出而使表面有孔隙或疏松现象.
电解氧化和还原的应用是十分广泛的,如电解制备,塑料电镀,铝及其合金的电化学氧化和表面着色等.
1,电解制备
例如电解食盐水制备C12 和NaOH 的氯碱工业,用电解法提纯金属如电解铜,生产合金如黄铜,电解水以制备纯净的H2 和O2,电解法制双氧水等.有机物的电解制备在近年来也研究得很多.电解制备的主要优点为:
(1)产物比较纯净,易于提纯,用电解法进行氧化和还原时不需另外加入氧化剂或还原剂,可以减少污染.(2)适当地选择电极材料,电流密度和溶液的组成,可以扩大电解还原法的适用范围,通过控制反应条件还可以使原来在化学方法中是一步完成的反应,控制在电解的某一中间步骤上停止,有时又可以把多步骤的化学反应在电解槽内一次完成,从而得到所要的产物.
2,塑料电镀
为了节约金属,减轻产品重量和降低成本,目前在建筑业,汽车制造业及人们日常生活中越来越多地采用塑料来代替金属.电镀步骤大致为,先使各种塑料(如ABS,尼龙,聚四氟乙烯等)表面去油,粗化及进行各种表面活性处理,然后用化学沉积法使其表面形成很薄的导电层,再把塑料镀件置于电镀槽的阴极,镀上各种所需的金属,电镀后的塑料制品能够导电,导磁,有金属光泽和提高了焊接性能,而且机械性能,热稳定性和防老化能力等都有所提高.
3,铝及其合金的电化学氧化和表面着色
金属铝及其合金由于质轻,导电,导热及延展性能好,故在电子工业,机械制造和轻工业等方面有广泛的应用.但是由于铝质软不耐磨,表面氧化膜约4 m,抗蚀性能差,色泽单调,所以它的应用受到极大的限制.铝及其合金的电化学氧化也称阳极氧化,可以改变铝制品的性能.方法为,把铝或其合金置于相应的电解液(硫酸,铬酸,草酸等)中作为阳极,在特定的工作条件和外加电流的作用下,在阳极表面形成一层厚度为5~20 m 的氧化膜,硬质阳极氧化膜厚度可达60~200 m.经阳极氧化处理后的铝及其合金有较高的硬度和耐磨性,有良好的耐热性,绝缘性,抗蚀性和绝热性,使得它在航天,航空,电气,电子工业上有广泛的用途.有关化学电源:
电能是现代生活的必需品,电能是最重要的二次能源,大部分的煤和石油制品作为一次能源用于发电.(注:一次能源——指在自然界现成存在,可以直接取得且不必改变其基本形态的能源,如煤炭,天然气,地热,水能等.由一次能源经过加工或转换成另一形态的能源产品,如电力,焦炭,汽油,柴油,煤气等属于二次能源.)煤或油在燃烧过程中释放能量,加热蒸汽推动电机发电,它的实质是化学能→机械能→电能的过程,这种过程通常是要靠火力发电厂的汽轮机和发电机来完成.另外一种把化学能直接转化为电能的装置,统称化学电池或化学电源.如收音机,手电筒,照相机上用的干电池,汽车发动机用的蓄电池,钟表上用的钮扣电池等都是小巧玲珑携带方便的日常用品.常见的电池类型:
锌一锰干电池:日常用的收音机,手电筒里使用的都是干电池,其电压一般为1.5 V(它为一次性电池,当电压降至0.8 V,就不能再用了)电音量随体积大小而异(分1号,2 号,3 号,4 号,5 号等).铅蓄电池:蓄电池放电到一定程度,可以利用外电源进行充电再用,这样充电放电可以反复n 百次.铅蓄电池每个单元电压为2.0 V 左右,汽车用的电瓶一般由3 个单元组成,即工作电压在6.0 V 左右.若电音量为几十至100 A,放电时,单元电压降到1.8V,
就不能继续使用,必须进行充电.只要按规定及时充电,使用得当,一个电池可以充放电300 多次,否则使用寿命会大大降低.这种蓄电池具有电动势高,电压稳定,使用温度范围宽原料丰富,价格便宜等优点.主要缺点是笨重,防震性差,易溢出酸雾,维护不便,携带不便等.碱性蓄电池:日常生活中的充电电池就属此类.它的体积,电压都和干电池差不多,携带方便,使用寿命比铅蓄电池长得多,使用恰当可反复充放电上千次,但价格较贵,商品电池中有镉-镍(Ni-Cd)和(Ni-Fe)两类,由于电池的充,放电反应是在碱性条件下进行的,所以叫碱性电池.银-锌电池:电子手表,液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的它们所用的电池体积很小,有"钮扣"电池之称.它们的电极材料是Ag2O2和Zn,所以叫银-锌电池.它具有质量轻,体积小等优点.这类电池已用于宇航,火箭,潜艇等方面.燃料电池:H2,CH4(甲烷气),C2HSOH 等物质在O2 中燃烧时,能将化学能直接转化为电能,这种装置叫燃料电池
此外,锂-锰_____________(Li-Mn)电池,锂-碘电池,钠-硫电池,太阳能电池等多种高效,安全,价廉的电池都在研究之中.化学电源的研究和开发是化学科学的重要研究领域之一,也是能源工作者研究领域之一.
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| 0.4mol |
| 2L |
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
开始(mol/L):1 0 0
变化(mol/L):0.4 0.4 0.4
开始(mol/L):0.6 0.4 0.4
故平衡常数k=
| 0.4×0.4 |
| 0.6 |
故答案为:0.27;
②该反应正反应是吸热反应,t1时升高温度,正反应速率增大更多,随后降低,平衡向正反应方向移动,平衡时速率增大,平衡常数增大,t2重新达到平衡,
t3时充入水蒸气,正反应速率增大,平衡向正反应方向移动,平衡时速率增大,温度与t2时相同,平衡常数不变,t1到t4正反应速率的变化情况为:,故平衡常数K1<K2=K3,
故答案为:;K1<K2=K3;
③已知:①C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g);△H=131.5kJ?mol-1
②C(s)+CO2(g)?2CO(g);△H=172.5kJ?mol-1
所以①-②得,CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ?mol-1;
故答案为:-41kJ?mol-1;
(2)①电池总反应为:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,原电池中电子从负极经外电路流向正极,由图可知,左侧电极流出电子,为负极,发生氧化反应,所以,a处通入甲醇,甲醇放电生成二氧化碳,由离子交换膜可知还生成氢离子,a电极的电极反应式为:CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+,
故答案为:甲醇;CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+;
②甲醇在催化剂作用下提供质子和电子,电子经外电路、质子经内电路通过质子交换膜到达另一极与氧气反应.所以H+的移动方向为从左到右,
故答案为:左;右.
(2)A.将城市居民燃煤改为使用气体燃料,而气体燃烧更充分,对大气的污染较轻,故A正确;
B.液化石油气燃烧耗氧量比天然气大,故应增大空气进入量或减少液化气的进入量,故B正确.
C.沼气燃烧比柴草燃烧效率高,污染小,故C正确.
故选ABC.
(3)①煤、石油、天然气属于化石燃料,其物质内部蕴藏着大量的能量,故①正确;
②绿色植物进行的光合作用是将太阳能转化为化学能“贮存”起来的过程,故②正确;
③放热反应是将化学能转化为热能,原电池就是将化学能转化为电能的装置,故③正确;
④吸热反应原理可以为人类利用,如“摇摇冰”的上市就是利用了吸热反应原理,故④错误;
故选④.
(4)物质气态时燃烧时更充分,故煤油燃料雾化器能将煤油由液态雾化为气态,燃烧更充分,故答案为:使燃料燃烧更充分.
一 电池中毒而死亡的例子
有,
日本的水俣病
40多年前,在日本九州南部的一个沿海小镇--水俣镇,当地居民中专出现了属一种奇怪的病。患者开始口齿不清,步态不稳,四肢麻痹,最后全身痉挛,精神失常,在痛苦的折磨中死去。后来染上这种疾患的人越来越多,甚至连猫和海鸟都出现了同样的症状。后来,医务工作者从死者的尸体和海鱼体内发现了有毒的甲基汞,证明了人是吃了被污染的鱼而中毒的。经过调查,原来是当地的日本氮肥工业公司常年向水俣湾排放含汞废水,使海水受到了汞的污染,当地捕捞的海产品中都含有高浓度的甲基汞。
为了恢复水俣湾的生态环境,日本 *** 花了14年的时间,投入了485亿日元,把水俣湾的含汞底泥深挖4米,全部清除。同时,在水俣湾入口处设立了隔离网,将海湾内被污染的鱼统统捕获进行填埋。曾亲眼目睹过水俣病爆发的日本水俣市市长吉井正澄感慨地说:"经过近半个世纪的不懈努力,我们终于从水俣病的阴影中走出来了,正在建设一个新的水俣市。我希望全世界都吸取日本水俣病的教训,摆脱愚昧的生产方式,推行文明的生产方式。"
二 关于电池危害的故事
废旧电池的危害性:废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量的重金属上,如铅、汞版、镉等。这些有毒权物质通过各种途径进入人体内,长期积蓄难以排除,损害神经系统、造血功能和骨骼,甚至可以致癌。
铅:神经系统(神经衰弱、手足麻木)、消化系统(消化不良、腹部绞痛)、血液中毒和其他的病变。
汞:精神状态改变是汞中毒的一大症状。脉搏加快,肌肉颤动,口腔和消化系统病变。
镉、锰:主要危害神经系统。
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三 德基电池的品牌故事
“德”指内心的情感或者信念,用于人伦,则指人的本性、品德。儒家认为,“德”版包括忠、权孝、仁、义、温良、恭敬、谦让等。在作为西周文化的重要内涵的“礼乐文明”中,“德”是核心。德归纳为“勤朴古健、果义敢为、居安思危、善始善终。”就是对德的最好总结。
“基”建筑物的根脚,根本的,起始的。
德基品牌电池于2009上市,基于“以诚为德,以质为基”的企业理念而诞生,故取名德基。由公司创始人陈振兴总经理带头研发,以诚为德,诚信对待消费者,供应商,公司员工,以质为基,采用高容量电芯,日本精工保护IC,注重每个细节,严格把好质量关,志在推出中国国产,品质媲美原装电池的优秀品牌。
四 电动车电池接反后的故事!
电池没问题的,就是充电器有问题了而已,记住红接红,黑接黑,红是N,代版表正极,黑是权L代表负极,还好你没先转电机,否则电机和控制器都有烧坏的可能,但电池是绝对没问题的,放心吧,我是卖车也修车的,别担心。正常事情。偶也干过类似滴事情。
五 原电池 电解池的故事
Fe做负极,C做正极,总反应是:4Fe + 3O2 == 2Fe2O3
铜和银:
正极O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
负极2Cu - 4e- == 2Cu2+
以上两个反应都属于“吸氧腐蚀”(电极与氧气反应,而不是与电解液反应)
由于Fe在浓HNO3中会被钝化(不加热情况下),所以在这里Mg参与反应.
负极:Mg - 2e- == Mg2+
正极(以生成NO2为例):NO3- + e- + 2H+ == NO2↑ + H2O
总反应:
Mg + 4HNO3 == 2NO2↑ + Mg(NO3)2 + 2H2O (硝酸非常浓)
3Mg + 8HNO3 == 2NO↑ + 3Mg(NO3)2 + 4H2O (硝酸较浓)
4Mg + 10HNO3 == 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 5H2O (浓硝酸)
注:由于浓硝酸的浓度不同,会有不同的还原产物,可能是NO2、NO、N2O、N2、NH3NO3(也就是说硝酸的浓度越大,被还原的氮的氧化物或者氢化物的化合价越高,最大为+4,最低为-3).
Ag与C在硝酸中,C不参与反应,只能是Ag参与反应:
负极:Ag - e- == Ag+ (正极略)
总反应:
Ag + 2HNO3 == AgNO3 + NO2 ↑ + H2O (硝酸非常浓)
3Ag + 4HNO3 == 3AgNO3 + NO↑ + 2H2O (硝酸较浓)
Fe和Ag也是可以的(电解液为浓硝酸,不加热):
负极:Ag - e- == Ag+ (正极略)
析氢腐蚀:负极Fe,正极C,电解液HCl.
负极:Fe - 2e- == Fe2+
正极:2H+ + 2e- == H2↑
总反应:Fe + 2HCl == H2↑ + FeCl2
六 故事机插电源能用,上电池不能用,是哪里的问题呢
交直流两用的游戏机类,为了防止交流电源对电池灌电流(普通电池内不能充电),在电容池正极接入电源交汇点之前要串联一只二极管,当机内进水,电池的输出电流会因负载短路而增加,烧坏二极管(一般是1N4001)。造成只能使用交流电,无法使用电池。如果在电池输出端串联有二极管,你可以拔掉交流线,装入电池把二极管短路试一下能否供电。
七 关于电池的故事
首先,先让我们来回顾一下电池的发展史。年,丹尼尔电池诞生(锌铜原电池,现在早就不用了);1859年,铅酸电池发明,一直到今天还是非常常用;1878年,法国的L.梅谢在锌锰电池中用含铂的多孔性炭电极代替二氧化锰炭包,开发了锌空气干电池的技术;1883年,氧化银电池发明(如今常用于手表用1.55V纽扣电池,另有大型化电池组用于卫星、潜艇等高大上的地方)。
电池的发明人伏打(1745~1827)是一位意大利的物理学家,伏打曾担任帕维亚大学物理学教授。1745年2月18日伏打诞生于一个名叫科摩的意大利小城镇。伏打从小对电学发生了兴趣。1800年伏打用铜片和锡片中间夹有盐水浸透的纸壳,制成了电池。后来又多次实验发现,把各种金属按着铝、锌、锡、铁、铜、银和金的顺序排列时,每两种金属组成电池,则前面的金属带正电,而后面的金属带负电。这就是伏打所发现的“接触电势差系列。
他对已有的验电器进行改造,制成了一种能够测定微量电荷的验电器。使用这种验电器,伏打反复验证各种金属产生的电能,发现了起电序列,制成了电堆,使人类首次获得了稳定而持续的电流,开创了动电研究新时代。使用伏打电堆,他证实了两种不同性质的金属相互接触时,其接触表面就会出现异性电荷,同时其表面之间还会产生接触电位差,这种电位差的大小随两相接触的金属而异。同时还证实了所有的金属导体,都能排成一个序列,序列中的任何一种金属与后面一种金属相接触时,前者带正电,后者带负电,伏打据此排列出了世界上第一个电气元素表。1800年伏打将其长期研究结果在英国皇家学会学报上发表,使全世界都知道了伏打和他的电堆,第二年拿破仑在巴黎看了他的电池表演后,封他为伯爵。人们为了纪念他,用他的名字“伏”命名了电压单位。
八 节能的小故事
走进范贵家的家,第一感觉就是干净、清爽。地是瓷砖,墙是白墙,门是白漆木板门,阳台上养了不少芦荟,正绿色盎然。
“我家不装潢,追求简单、朴素。”老范认为,房子装修不当,表面豪华了,却污染环境、危害健康。
69岁的范贵家是中科院煤炭化学研究所的一名退休职工,一次参加环保知识竞赛得奖的经历,让他和环保结下了不解之缘。
得奖后,范贵家主动找到太原市环卫局,在煤化所大院安装了两个废旧电池回收箱。他定期检查和维护回收箱,积极宣传废旧电池对环境的危害性。为了扩大影响,他还自掏腰包,购买一些小礼品赠送给那些积极投放废旧电池的朋友。
箱子满了,老范就骑着自行车把电池送到环保部门统一处理。他说,一节一号电池烂在地里,能使一平方米的土地失去利用价值;一粒纽扣电池可使600吨水受到污染。回收箱一年下来能回收150多公斤废旧电池,要是随手将这些电池扔掉,真不知道要污染多少水源和土地。
为了节约电能,老范家的电器尽量用小功率的,室内照明全部改用15瓦以下的节能灯。他将大功率的洗衣机停用,购买了微型小功率洗衣机。
老范说,这种洗衣机省电又节水,每次洗衣服只需用两脸盆水。为了节约用水,老范将洗菜水用来擦地板、冲厕所,将洗锅水用来浇花。他说:“洗锅水含有油质,用来浇花最好。”一个月下来,他家平均只需用三四吨水。
老范家里禁用含磷洗涤剂,不用一次性筷子。他认为,塑料袋难以降解,会污染环境,因此家里装垃圾只用废旧报纸,不用塑料袋。范夫人现在上街买菜,也自带盛菜的布袋。
煤化所大院有个小花园,以前没有小树。2005年春天,老范向单位领导提出绿化花园的想法,并给出了具体实施方案。后来,单位书记带头组织党员义务劳动,补栽了上万株小树,并安装了防护栏。现在,这里成了居民们早上锻炼和傍晚乘凉的好去处。
2006年,老范家获得了太原市“绿色家庭”的称号。“绿色家庭”创建活动从节约用水、不使用含磷洗涤剂、垃圾分类、美化绿化家园等具体细节入手,提高了每一个家庭成员的环保意识和社会责任感。太原市环境保护宣教中心主任温彦平说:“老范爱琢磨环保小窍门,他家成为绿色家庭真是当之无愧。”
九 关于废旧电池的危害和处理的故事
没啥故事, 搞回收, 完了照样是被掩埋掉, 污染照样. 因为别的处理成本过高
十 关于电池的故事
记得来CCTV1还有综艺大观的自时候,演过一个小品,一农村妇女跟踪每个拿着电池的人,被大家认为是疯子,原来她的儿子喝了村里被电池污染的河水中毒而亡,她只是把想那些人的电池丢了后自己收集起来而避免污染水和土地。
大一那年,我是班长,我们班组织环保活动——回收废旧电池,大学生用电池量挺大的,可根本就没人参与。废旧电池的危害众所周知,但从没有人当回事。我不能指责别人什么,我从己做起,大学里我积攒着我们宿舍所有的旧电池,尽管舍友不断抱怨那包烂电池会流水的,会污染他们的,我居然还把在路上拣到的废旧电池也带回去。渐渐有了一定量之后,我到处找可以回收的地方,经过半年之久,我所在的城市没有任何废旧电池回收点。环保从我小学讲到我大学毕业,也仅仅只是讲。终于在我离开大学校园的时候,我把那些电池又重新丢会了一般的垃圾桶。从那以后我没再留过任何电池。