第一篇：【鼎尖教案】高中化學(xué)(大綱版)第三冊 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第一節(jié)電解原理(備課資料)

●備課資料

1.金屬導(dǎo)電與電解質(zhì)導(dǎo)電在本質(zhì)上有什么不同？

金屬晶體由金屬原子、金屬離子、自由電子三種微粒構(gòu)成。金屬離子帶正電荷、自由電子帶負電荷，通過靜電作用力——金屬鍵，使這些微粒結(jié)合在一起。自由電子是指脫離金屬原子在整塊金屬晶體中做無規(guī)則運動的電子。在電場作用下，自由電子由負極移向正極形成電子流。這就是金屬導(dǎo)電的本質(zhì)，導(dǎo)電時金屬原子和金屬離子都是不移動的。金屬導(dǎo)電屬物理變化。

電解質(zhì)在溶于水時，能電離出帶電荷的自由陰、陽離子，屬于離子型化合物的某些電解質(zhì)在熔化時也能電離出自由離子。在電場作用下，這些自由離子做定向移動并在兩極上分別得失電子，陽離子移向陰極得到電子，陰離子移向陽極交出電子，這樣在外電路的導(dǎo)線中有自由電子定向移動形成了電子流。而在電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液中只有自由離子分別向兩極移動，而沒有電子移動。在離子得失電子的同時，伴隨著發(fā)生了化學(xué)變化。

2.電解與電離有什么區(qū)別和聯(lián)系？

電解與電離是兩種不同的概念，但它們之間有一定的聯(lián)系。

電離是指電解質(zhì)在溶解于水或熔化條件下離解成自由離子的過程。這過程不需要通電，電離的過程主要是物理變化過程。

電解是指對電解質(zhì)水溶液或融熔狀態(tài)的電解質(zhì)通直流電時、自由離子在兩極上發(fā)生氧化—還原的過程。電解時必須通電，電解過程是化學(xué)變化過程。電解質(zhì)導(dǎo)電的過程，也就是電解的過程。

電離是電解的前提條件，只有電解質(zhì)先電離出自由離子，通電時才能發(fā)生電解。如對食鹽晶體通電，食鹽晶體不導(dǎo)電，也不發(fā)生電解；如對熔融食鹽液體通電，液態(tài)食鹽導(dǎo)電，同時鈉離子在陰極得電子被還原成鈉原子，氯離子在陽極交出一電子被氧化成氯原子，又結(jié)合成氯分子。電解食鹽水溶液時，得到氯氣、氫氣和氫氧化鈉。

3.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液時溶液的pH變化及電解的類型有如下規(guī)律

4.原電池、電解(鍍)電極名稱的確定(1)確定原電池電極名稱的方法

方法一：根據(jù)原電池電極材料的性質(zhì)確定。通常是：

①對于金屬—金屬電極，活潑金屬是負極，不活潑金屬是正極；

②對于金屬—非金屬電極，金屬是負極，非金屬是正極，如干電池等；

③對于金屬—化合物電極，金屬是負極，化合物是正極，如電池等。

方法二：根據(jù)電極反應(yīng)的本質(zhì)確定：原電池中，負極向外電路提供電子，所以負極上一定發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極上則一定發(fā)生得電子的還原反應(yīng)。所以，失電子的反應(yīng)→氧化反應(yīng)→負極；得電子的反應(yīng)→還原反應(yīng)→正極。

(2)確定電解(鍍)池電極名稱的方法

確定電解(鍍)池電極名稱有如下兩種方法

方法一：與外電源正極連接的一極是陽極，與負極連接的一般是陰極。方法二：電極上發(fā)生氧化反應(yīng)的是陽極，發(fā)生還原反應(yīng)的是陰極。5.重金屬引起的水污染

重金屬污染可用下表表示：

6.電解質(zhì)與水的電解 純水是極弱的電解質(zhì)，很難導(dǎo)電。在純水中通以直流電，在一般條件下不發(fā)生電解作用。如果在水中加入強的含氧酸(如H2SO4)、活潑金屬的可溶性含氧酸鹽(如Na2SO4、KNO3)或可溶性強堿(如NaOH、KOH)，以增加水的導(dǎo)電性，則電解就能順利進行，陰、陽兩極上的產(chǎn)物分別為氫氣和氧氣。

現(xiàn)以純水中加入Na2SO4通電分解為例來說明這個問題。當(dāng)Na2SO4溶于水時，即完全離解為Na和SO＋。

Na2SO4===2Na＋SO

＋

雖然水是弱電解質(zhì)，但是也能發(fā)生微弱的電離。

H2O

＋

H＋OH

＋

＋－因此，在水溶液中存在著四種離子：Na、H、SOH向陰極遷移，SO＋

－

和OH。通入直流電后，Na和

－＋和OH向陽極遷移。但在各個電極上究竟是哪一種離子放電，則取決于它們電極電位的高低，也就是說，取決于離子得失電子的難易。根據(jù)上述四種離子的標準電極電位是：

2H＋2eNa＋e4OH2SO－＋－＋－

H2, Na，－

E°=0.000伏 E°=－2.71伏 E°=＋0.401伏 E°=＋2.00伏

＋O2＋2H2O＋4e, S2O＋

＋2e，＋

－在陰極上，由于Na比H難于接受電子，因此H放電而產(chǎn)生氫；在陽極上由于SO比OH難于失去電子，因此OH放電而產(chǎn)生氧，這樣的過程，圖示如下： －

－

可見在水中加入的Na2SO4并不發(fā)生電解，它的陰、陽兩種離子依然存留在溶液中，實際上電解的是H2O,Na2SO4在這里只是起著導(dǎo)電的作用。

＋－由于H和OH分別不斷地在陰、陽兩極上放電，H2O的電離平衡就不斷地向生成離子的方向移動，H2O

－

H＋OH

＋

＋－于是H2O不斷地電解，OH就不斷地聚集在陰極區(qū)(Na也聚集在這里)，顯然這里的溶液就呈堿性；同樣，H也不斷地聚集在陽極區(qū)(SO＋

也聚集在這里)，顯然這里的溶液就呈酸性。

＋從這個例子，可知堿金屬離子在陰極上總是比H難于放電，含氧酸根離子在陽極上，－也總是比OH難于放電。所以在水中加入可溶性的堿金屬含氧酸鹽，或強的含氧酸，或可

＋－溶性的強堿，通以直流電，都是H和OH放電，而所加的電解質(zhì)僅是起著導(dǎo)電的作用。

*研究性課題推薦

課題1 皮革廠含鉻廢水處理的調(diào)查 背景資料：

鉻在很多領(lǐng)域有較大用途。鉻化合物中，Cr(Ⅵ)主要以CrO

(溶液為黃色)和Cr2O

＋

(溶液為紅色)形態(tài)存在，在酸性條件下具有很強的氧化性，能被還原劑還原成Cr3(溶液為紫色)；Cr(Ⅵ)化合物水溶性很強，而鉻(Ⅲ)化合物水溶性很低。鉻對環(huán)境造成污染，其中，Cr(Ⅵ)的毒性比鉻(Ⅲ)的毒性強200倍。

對含鉻廢水的常用的處理方法有：(1)方法一：電解法。

①往工業(yè)廢水中加入適量食鹽，增加污水中離子濃度，增強導(dǎo)電能力。②以鐵作為陽極進行電解。

以生成的Fe2為還原劑，在酸性溶液中與Cr2O＋＋

＋

發(fā)生氧化還原反應(yīng)。這樣Cr2O被還原成Cr3。在電解過程中，由于H在陰極不斷放電，打破了水的電離平衡，促進水的電離，溶液的pH上升，溶液中的陽離子以Cr(OH)

3、Fe(OH)

2、Fe(OH)3形成沉淀。

③鼓入空氣。經(jīng)過一段時間后，使廢水中含鉻量降到可排放的標準。

由于Fe(OH)3開始沉淀的pH為2.7，沉淀完全的pH為3.7。Fe(OH)2開始沉淀的pH為7.6,沉淀完全的pH為9.6,并且Fe(OH)2呈絮狀，不易從溶液除去。但根據(jù)已學(xué)的知識，F(xiàn)e(OH)2極易被O2氧化，所以在處理過程中鼓入空氣，讓空氣中的O2充分與Fe(OH)2反應(yīng)，成為容易分離的Cr(OH)

3、Fe(OH)3，使廢水含鉻量降到可排放標準。

(2)方法二：

用FeSO7·7H2O處理含鉻(Ⅵ)有毒廢水是目前工藝上常用的方法。它的優(yōu)點是經(jīng)過加料配比后，可使最終的固體產(chǎn)物成為制備鐵氧體復(fù)合氧化物(可用Cr

Fe

Fe2O4表示)的＋原料，此原料經(jīng)燒結(jié)后，就得到鐵氧體復(fù)合氧化物。這是一種變害為利的方法。

方法三：

制革廠排放的污泥中約有1/3是有機物，其余是大量的含鉻物質(zhì)，直接排放污泥會對環(huán)境造成污染。1996年，外國科學(xué)家研究成功了一種技術(shù)，較好地解決了制革廠廢物利用與環(huán)境保護問題。工藝流程如下：

① 污泥與普通黏土以一定比例混合(污泥占25%～30%)后制成磚坯，在窯中以850～ 950℃溫度灼燒；

②灼燒前期向窯中鼓入補充了氧氣的空氣。原因是燒掉有機物，否則無法制成火磚；燃燒有機物在氧氣充足的條件下進行，放出足夠熱量，可節(jié)省燃料；

③灼燒后期改用普通空氣，且故意限制入窯空氣的數(shù)量，使呈缺氧狀態(tài)。原因是保證＋6價鉻化合物轉(zhuǎn)變成＋3價鉻化合物，并穩(wěn)定地以＋3價鉻化合物形式被固定在火磚內(nèi)，否則，如以＋6價鉻化合物存在，則在雨水淋濕或施工淋水時，鉻會被溶解出來而污染環(huán)境；

④燒制完成后，直至窯溫降至200℃以下，才允許空氣自由流通。課題要求：

1.請調(diào)查當(dāng)?shù)氐钠じ秣分茝S，了解它們對含鉻廢水處理的技術(shù)情況。2.比較該技術(shù)與現(xiàn)今流行技術(shù)的差異； 3.根據(jù)所學(xué)知識提出你的意見和建議。課題2：生活中使用電鍍制品的調(diào)查

市場調(diào)查：1.生活中使用電鍍制品的情況。2.電鍍制品的價格與被鍍金屬價格的比較。要求寫出市場調(diào)查報告。

第二篇：【鼎尖教案】高中化學(xué)(大綱版)第三冊 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第二節(jié)氯堿工業(yè)(備課資料)

●備課資料

1.用培養(yǎng)皿做電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的實驗 ［操作］

(1)在直徑為12厘米的培養(yǎng)皿里加入30毫升蒸餾水，用碳棒作電極制成電解槽。電路里串聯(lián)2.5伏的小電珠，接通20～30伏直流電源，如右圖所示。

(2)向培養(yǎng)皿里的水中滴加飽和硝酸鉀溶液，邊滴邊攪拌，到電珠燈絲剛好出現(xiàn)極微弱的紅光，停止滴加，并關(guān)掉電源。

(3)在培養(yǎng)皿中央放入一粒高錳酸鉀晶體，并接通電源?？梢钥吹诫S著高錳酸鉀的溶解、分散，離子的增多和定向移動，電珠由暗到明的同步變化。

2.趣味電解實驗

藥品：0.001 mol·L－1 AgNO3溶液，濃氨水

儀器：培養(yǎng)皿，滴管，鉑電極兩個，穩(wěn)定電源一個

過程(1)在培養(yǎng)皿中加入足量的AgNO3溶液，滴入濃氨水至沉淀溶解為止。

(2)將陽極伸入溶液，浸沒在容器一側(cè)；陰極在容器另一側(cè)，僅與溶液表面接觸，如下圖。

(3)通6 V電源?，F(xiàn)象：可以清晰地看到通電以后，在與陰極接觸的溶液部位剛開始產(chǎn)生一點銀白色的金屬，接著便迅速地開始向著陽極生長，類似于古生橛子類植物葉子的形狀。

注意點：(1)電解液中，［Ag＋］不能大。

(2)為使現(xiàn)象明顯，便于全班學(xué)生觀察，最好使用實物投影儀器。

3.課題研究示例

提高實驗室電解水制備氫氣效率方法的探索 背景資料：

在實驗室制備氫氣過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)電解水效率不高的問題。如何有效提高水的轉(zhuǎn)化率呢？

實驗要求：

1.設(shè)計實驗裝置，并闡述影響電解水轉(zhuǎn)化率的因素及其改進措施； 2.能對實驗數(shù)據(jù)進行較為詳細地分析。

參考答案：

實驗原理和成敗關(guān)鍵：電解是在外電源作用下被迫發(fā)生的氧化還原過程。水在通直流電時，在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在陽極上氫氧根離子失去電子，放出氧氣。在陰極上，氫離

子獲得電子，產(chǎn)生氫氣。從理論上講，所產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比恰好為2∶1。實驗過程中，時常會出現(xiàn)兩種氣體的體積比與理論上存在偏差的現(xiàn)象(氧氣的體積偏小，氫氣的體積偏大)。造成這種結(jié)果的原因是多方面的，但其中最主要的是氫和氧在電極上析出時的超電勢(相當(dāng)于物理中的反電動勢)。影響電極析出氣體的超電勢的因素可以有以下幾個方面：

1.電流密度：同一種電極，作用在它上面的電流密度小，則超電勢也較小。下面是幾種常用電極從濃度為1 mol/L H2SO4溶液中析出氫時的超電勢(見下表)：

不同金屬電極上從1 mol/L H2SO4溶液中析出氫的超電勢

2.電極的活性：由上表可以看出，較活潑的金屬比活潑性稍差的金屬作電極時，它的析出超電勢要高；

3.析氧的超電勢一般比析氫高，如以Pt為電極稀硫酸為電解液，析出氧的超電勢均為 0.5 V。

由以上幾點分析可知，以稀H2SO4作電解液時，為了確保電解過程中產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比為2∶1，應(yīng)該盡可能選用不活潑的金屬(或石墨)作為電極；適當(dāng)增大電流密度(升高電壓)使析出氫、氧的超電勢的差距縮小，兩種氣體基本上同時析出。

在堿性條件下(以NaOH或KOH為電解質(zhì))電解水時，因多數(shù)電極不易與溶液發(fā)生反應(yīng)，而且氣體析出的超電勢差距不大，只要電流密度稍大(電壓略高)，對電極要求不高。

操作要點：

1.自制霍夫曼式電解器。

(1)自制裝置

①取一段長10 cm內(nèi)徑約4 cm的粗玻璃管(如廢日光燈管)。上下口各配一適當(dāng)大小的橡膠塞。在上口的膠塞上安裝兩支堿式滴定管，下面的膠塞上安裝上一個直角(或U形)玻璃管，再插上兩個曲別針(作電極)。將裝置固定在鐵架臺上。用一根長玻璃管將一個漏斗和直角玻璃管連接起來，使漏斗的上口超過堿式滴定管的滴液口。

②調(diào)整滴定管的位置，使它們離下面膠塞的距離約1 cm，曲別針正好在滴定管的中間。(2)電解操作：

①擠壓滴定管上的乳膠管，將濃度為10%的NaOH溶液從漏斗中注入，使溶液充滿兩支滴定管。

②將直流電源的正、負極分別與電解器上的兩個電極(曲別針)相連。接通電源，可以立即看到在兩極上幾乎同時有氣泡產(chǎn)生。調(diào)整電流在100～200 mA(曲別針電解時的有效面積約1 cm)一段時間后，關(guān)閉電源，觀察滴定管中兩種氣體的體積情況。發(fā)現(xiàn)電極與直流電源負極相連的滴定管，所產(chǎn)生氣體的體積與另一支滴定管中氣體的體積比恰好是2∶1。

③輕輕擠壓氣體較多滴定管上的乳膠管，用火柴點燃排出的氣體，氣體可以安靜地燃燒說明是氫氣。再擠壓另一支滴定管上的乳膠管氣體緩緩排出，用帶有余燼的火柴接近該氣體，火柴立即復(fù)燃，說明氣體是氧氣。

2.使用簡易實驗裝置。(1)裝置的制作：

①將大口試劑瓶去掉底部，在口上安裝一個大號膠塞，膠塞上插入兩支用作電極的曲別針，距離約2 cm左右，制成電解槽。

②將濃度為20%的H2SO4溶液倒入電解槽中(體積不超過電解槽容積的)，另取兩只帶

322刻度的試管，裝滿電解液，在口上蓋一塊小紙片，倒提著放入電解槽中，使電極伸入到試管內(nèi)部。

③將電解槽上的兩極與直流電源上的正負極連接好，打開電源開關(guān)，兩電極上同時有氣體產(chǎn)生并收集在刻度試管中。當(dāng)與電源正極相連的電極上試管中的氣體收集到5 mL刻度線時立即切斷電源，觀察另一只試管中收集的氣體體積，可以發(fā)現(xiàn)正好在10 mL刻度線處。④將兩個和刻度試管匹配的膠塞放入電解槽內(nèi)，移動試管，在液面下用膠塞將試管口蓋好，取出試管后用清水洗凈。打開儲有10 mL氣體的試管，用燃著的火柴放在試管口上，可以聽到“噗”的一聲，說明是氣體氫氣。取另一儲有5 mL氣體的試管，打開膠塞，將帶火星

的木條伸到試管中，木條立刻復(fù)燃，說明該氣體是氧氣。而且直觀地看到：水在電解時產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比是2∶1。

第三篇：電解原理及其應(yīng)用 教案

《電解原理及其應(yīng)用》教案一、三維目標： 1.知識與技能:(1)了解電解原理,掌握電解、電解池的概念

(2)能書寫電極反應(yīng)式，培養(yǎng)學(xué)生分析問題，總結(jié)歸納對比的能力 2.過程和方法：通過探究電解質(zhì)溶液的電解，結(jié)合電解原理分析，通過教師的設(shè)疑、釋

疑調(diào)動學(xué)生積極思維，猜測并分析推理實驗現(xiàn)象，通過實驗驗證，歸納總結(jié)基本規(guī)律，使學(xué)生掌握電解裝置的分析方法。培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動手實驗?zāi)芰σ约胺治鰡栴}、解決問題的能力。

3.情感態(tài)度和價值觀：通過電解知識的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)其在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)

用，激發(fā)學(xué)生勇于創(chuàng)新、積極實踐的科學(xué)態(tài)度

教學(xué)重難點：1.重點：理解電解原理和以電解CuCl2溶液、NaCl溶液為例分析電解產(chǎn)物。2.難點：理解電解原理，非惰性電極作陽極對電解產(chǎn)物的判斷

二、教學(xué)設(shè)計：

知識線：從電解水的現(xiàn)象入手，引出電解原理，電解池的定義和構(gòu)成要素。

能力線：以實驗探究為主，引發(fā)問題的思考及解決，最后得出結(jié)論。提高學(xué)生分析問題的能力和實驗動手能力。

三、教學(xué)過程：

【引入】大多數(shù)的便攜式移動電源并不會讓你在離開電源的情況下超過兩天。我們不僅每天要為手機充電，同時還要為移動電源充電，而普通的移動電源也不能讓我們盡情的使用手機。不過現(xiàn)在，一款名叫Brunton Hydrogen Reactor的氫燃料移動電源終于從概念變成了現(xiàn)實。雖然之前氫燃料電池技術(shù)在航天、交通、軍事、生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域已經(jīng)有了不少應(yīng)用，但是出現(xiàn)在電子科技產(chǎn)品中還是破天荒的頭一回。這是一款專門為野外求生玩家準備的產(chǎn)品，套件中的電池可給手機充電五六次，每次充電時間1小時左右，它有望成為露營、地震期間、緊急救援的新利器。大家是否也需要這樣一款移動電源呢？我們知道，氫氧燃料電池是將氫氣與氧氣反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能為用電器使用，同時生成水，那么如果我們能夠把水再分解，原料就可以循環(huán)利用了，如何將水分解呢？生：電解。

【問】那么電解的過程是怎樣的呢？原理是什么呢？又是怎樣進行能量轉(zhuǎn)化的呢？今天讓我們帶著這樣的問題來探討電解的原理及其應(yīng)用。

【板書】電解原理及其應(yīng)用

【講】讓我們先回顧一下電解水的裝置圖。

電源將導(dǎo)線連接在兩個電極上，其中與電源負極相連的是陰極，與電源正極相連的是陽極，并形成閉合回路。接通電源后，能觀察到什么現(xiàn)象呢？ 生：有氣泡產(chǎn)生。師：氣泡的成分是什么呢？ 生：氫氣和氧氣。師：哪一極是氫氣，哪一極是氧氣呢？我們還需要通過實驗的手段來檢驗一下。怎么樣檢驗?zāi)兀?/p>

生：檢驗氫氣可以用點燃的方法，檢驗氧氣可以用帶火星的木條，使其復(fù)燃。

師：氫氣和氧氣是從哪種粒子來的呢？他們是如何產(chǎn)生的呢？請大家思考：1.通電前，氫離子和氫氧根是怎樣運動的 2.通電以后呢？ 3.結(jié)合電路中電子的流向，從化合價升降的角度分析氫離子和氫氧根發(fā)生了怎樣的反應(yīng)，試著寫出電極反應(yīng)方程式。

師：電子從負極流出到陰極，這樣陰極就會富集電子，吸引氫離子移動到陰極得電子生成氫氣。同時，陽極材料上電子會源源不斷的流到正極，陽極上就處于一種缺電子的狀態(tài)，氫氧根離子就會定向移動到陽極。溶液當(dāng)中的帶電微粒產(chǎn)生了定向移動就可以產(chǎn)生電流。在陰極，氫離子得電子生成氫氣，從氧化還原的角度上來看，發(fā)生的是---還原反應(yīng)，而在陽極發(fā)生的是得電子的氧化反應(yīng)。

【板書】

一、電解原理：陰極（還原反應(yīng)），陽極（氧化反應(yīng)）

師：像這樣的，電流作用與電解質(zhì)，使其在陰陽兩極發(fā)生還原氧化反應(yīng)的過程，我們就稱之為電解。

【板書】

二、電解：電流作用與電解質(zhì)，使其在陰陽兩極發(fā)生還原氧化反應(yīng)的過程 師：組成電解的這套裝置我們就稱之為電解池。與原電池能量的轉(zhuǎn)化形式不同，電解池工作時能量是如何轉(zhuǎn)化的呢？ 生：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能?！景鍟?/p>

三、電解池

1、定義：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置

師：請同學(xué)們對比原電池的構(gòu)成要素，分析一下電解池需要哪些構(gòu)成要素呢？ 生：電池，電極，導(dǎo)線，水，試管（容器等）

師：電池屬于直流電源，還需要兩個電極，其中與電源正極相連的稱之為陽極，與電源負極相連的稱之為陰極。水起到什么作用？（能夠?qū)щ姡Q成其他的溶液可以么？能夠?qū)щ姷娜芤菏鞘裁慈芤?？（電解質(zhì)溶液）導(dǎo)線的作用是形成閉合回路。（邊講解邊出PPT，對學(xué)生的回答要做適當(dāng)?shù)男拚?/p>

【板書】

2、構(gòu)成要素：

師：大家是否還記得初中做這個實驗的時候，如果電解的是純水產(chǎn)生氣泡的速度是怎樣的呢？那么如何增強溶液的導(dǎo)電性呢？加入氯化鈉等電解質(zhì)是否會影響水的電解呢？下面我們就通過一組探究實驗來說明。

實驗前請大家做好準備工作：1.寫出電離方程式，分析溶液中存在的離子 2.判斷通電時離子的移動方向 3.預(yù)測電解產(chǎn)物，設(shè)計檢驗方案

友情提醒

請小組匯報交流一下你們的實驗結(jié)果

在剛才的實驗中，電解氯化銅得到了銅單質(zhì)，但是電解氯化鈉溶液沒有得到金屬鈉，這是為什么呢？ 怎樣通過電解的方法得到金屬鈉呢？ 其實大家跟著名化學(xué)家戴維的想法是一致的。

今天我們從電解水入手，了解了電解的原理，在陰極發(fā)生的電子的還原反應(yīng)，在陽極反生失電子的氧化反應(yīng)，并繼續(xù)深入討論電解電解質(zhì)溶液的情況，通過實驗的手段驗證了電極產(chǎn)物，并書寫了電極反應(yīng)方程式。想必大家收獲不少。下面我們來看兩個練習(xí)題檢驗一下大家的學(xué)習(xí)情況。

電解其他的溶液又會是怎樣的情況呢？給大家留一個課下思考作業(yè)： 下節(jié)課我們會就這一問題繼續(xù)深入討論。

四、教學(xué)反思

五、小組分配表：全班共八組，每組七人。（詳細名單）

組長：負責(zé)組織組員一切活動。組內(nèi)分工：實驗記錄員，回答問題代表（語言流暢），書寫代表（字跡工整，寫字快）

（各司其職，明確分工，團結(jié)合作，實驗提前培訓(xùn)，操作規(guī)范準確速度快）

六、學(xué)案設(shè)計和小組實驗記錄表

第四篇：【鼎尖教案】高中化學(xué)(大綱版)第三冊 第五單元 硫酸工業(yè) 第一節(jié)接觸法制硫酸(備課資料)

●備課資料

一、接觸法制硫酸的五個“三”

1.三階段：利用的原料為黃鐵礦(FeS2)和空氣，反應(yīng)中其分三個階段，二氧化硫的制取、二氧化硫氧化成三氧化硫、三氧化硫的吸收和硫酸的生成。

2.三原理：(三方程)：

高溫①4FeS2＋11O2?????2Fe2O3＋8SO2

③SO3＋H2O===H2SO4

3.三設(shè)備：

結(jié)合三個階段，有三種設(shè)備：沸騰爐(為使硫鐵礦充分和迅速地燃燒，把硫鐵礦粉碎成細小的礦粒后，放在特制的爐子里燃燒。當(dāng)燃燒的時候，從爐底通入強大的空氣流，把礦粒吹得在爐內(nèi)一定空間里劇烈沸騰，好像“沸騰的液體”一樣，因此，此種爐子稱沸騰爐)；接觸室(把生成的SO2和O2混合氣體加熱到一定溫度400～500℃，通入裝有催化劑的接觸室，因為催化劑又稱觸媒，所以該設(shè)備稱接觸室)；吸收塔(通過接觸室出來的SO3直接送入吸收塔，以便形成硫酸。SO3和H2O直接化合制得硫酸，但在吸收塔里不是直接用水來吸收SO3，因為用水作吸收劑時，容易形成酸霧并放出大量的熱，吸收速度慢，不利于吸收SO3。在吸收塔中，是用98.3%的濃硫酸來吸收SO3的)。

4.三原理

熱交換原理(把在反應(yīng)中放出的熱量傳遞給原料，使之預(yù)熱，主要在接觸室中體現(xiàn))；逆流生產(chǎn)原理(反應(yīng)物固體從上往下運動、氣體從下往上運動，逆向進料，充分反應(yīng))；連續(xù)生產(chǎn)原理(自開工之日起到爐子報廢止不得停工，連續(xù)生產(chǎn))。

5.三凈化

除去爐氣中含有的水及砷、硒的化合物、礦塵等。凈化時通過三種裝置：除塵室、洗滌塔、干燥塔。

二、生產(chǎn)硫酸的原料

生產(chǎn)硫酸所用原料主要有：硫、硫鐵礦、硫酸鹽和含硫工業(yè)廢物。

硫

硫是生產(chǎn)硫酸所用的主要原料之一。用硫作原料時由于雜質(zhì)少，所以生產(chǎn)比較簡單，基建費、操作費比用其他原料要低得多。在資本主義國家以硫為原料的硫酸產(chǎn)量已超過60%(美國占82%)。以日本為例，從1971年才開始用硫作原料，至1977年，以硫為原料的硫酸產(chǎn)量已達16%以上。我國過去很少用硫作原料，1957年僅1.8%，1982年達到16%。近年來，由于硫鐵礦的大量開采和采用冶金廢氣，從國外進口的硫已逐年減少，1986年僅占4%。

硫鐵礦

硫鐵礦也是生產(chǎn)硫酸所用的主要原料。我國、西德、蘇聯(lián)都用它作主要原料。在我國用硫鐵礦生產(chǎn)的硫酸約占總產(chǎn)量的70%。硫鐵礦有三種：普通硫鐵礦、浮選硫鐵礦和含煤硫鐵礦。普通硫鐵礦呈金黃色，有金屬光澤，含硫25～52%，鐵35～44%。其余是雜質(zhì)如銅、鋅、鉛、砷、鎳、鈷、碲等的硫化物，鈣、鎂的硫酸鹽、碳酸鹽以及石英等。生產(chǎn)硫酸用的硫鐵礦含硫一般不少于30%。廣東云浮硫鐵礦是我國最大的礦山，硫鐵礦含硫約37%。浮選硫鐵礦是浮選銅或鋅的硫化物礦所選出的廢物，所以又稱尾砂，其含硫量一般為30～40%。含煤硫鐵礦是采煤或選煤時得到的廢物，一般含硫35～40%，含碳10～20%。

為了提高使用硫鐵礦的經(jīng)濟效益，許多國家都在礦山進行選礦，使礦石含硫量達到50%。

這樣不僅可以節(jié)省運輸費用，而且還可以節(jié)省操作費用，便于對礦渣和能量進行綜合利用。硫酸鹽

自然界的石膏(CaSO4)、芒硝(Na2SO4)可以作為生產(chǎn)硫酸的原料。如以石膏為原料可以與水泥聯(lián)合生產(chǎn)。生產(chǎn)時向石膏中摻粘土以及其他水泥所需的成分，混合后在爐中灼燒，這時發(fā)生下列反應(yīng)：

2CaSO4＋C????2CaO＋SO2↑＋CO2↑

由此產(chǎn)生的SO2可以用來生產(chǎn)H2SO4,CaO則與其他成分如Al2O3、Fe2O3、SiO2等結(jié)合成水泥。

含硫工業(yè)廢物

有色冶金廠副產(chǎn)大量含SO2的廢氣，低品位燃料燃燒后廢氣中也含有SO2。某些工廠的廢液、污泥如金屬加工廠的酸洗液、石油煉廠的廢酸、污泥等都可以用來生產(chǎn)硫酸。利用工業(yè)廢物制造硫酸具有非常重大的意義，它不僅處理了有害廢物，而且使制酸成本大為降低。目前使用較多的廢氣主要是治金廠廢氣，用冶金廢氣生產(chǎn)的硫酸占總產(chǎn)量的比例：全世界為15%，日本和加拿大為60%和59%。我國近年來使用冶金廢氣生產(chǎn)硫酸發(fā)展很快。例如江西貴溪冶煉廠，利用煉銅廢氣生產(chǎn)硫酸，已成為我國單系列產(chǎn)量最大的硫酸廠。我國利用冶煉廢氣生產(chǎn)硫酸的比重已從1983年的11%上升到1986年的20%。

對于一個硫酸廠來講，究竟應(yīng)該采用哪種原料進行生產(chǎn)，主要決定于該原料是否可以經(jīng)濟地大量獲得。在我國，主要原料仍然是硫鐵礦，但隨著工業(yè)的發(fā)展，其他原料如工業(yè)廢物及硫由于生產(chǎn)成本較低，所占的比重將越來越大。

三、生產(chǎn)硫酸工藝條件的優(yōu)化 反應(yīng)的物理化學(xué)基礎(chǔ)說明，二氧化硫的氧化是一個可逆、放熱、體積變小、活化能較大的反應(yīng)。在催化劑的作用下，可以有實際意義的反應(yīng)速率。催化劑的活性溫度為430～600℃，在430℃時，可以獲得96%以上的實際轉(zhuǎn)化率。既然轉(zhuǎn)化率已相當(dāng)高就應(yīng)該采用一次通過流程，未轉(zhuǎn)化的尾氣如不進行綜合利用，勢必排放，這樣既浪費了資源，又污染了環(huán)境。因此從提高經(jīng)濟效益和社會效益這一目標考慮，工藝條件應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高實際轉(zhuǎn)化率。但實際轉(zhuǎn)化率又不能太高，因為還需兼顧反應(yīng)速率以免投資和操作費用過大。

1.反應(yīng)溫度

優(yōu)化的反應(yīng)溫度必須在催化劑活性范圍以內(nèi)。根據(jù)可逆、放熱反應(yīng)的特點，反應(yīng)開始時，反應(yīng)溫度應(yīng)該高些例如580℃,以爭取獲得較大的反應(yīng)速率，反應(yīng)后期反應(yīng)溫度應(yīng)該低一些，例如430～440℃，以獲得較高的轉(zhuǎn)化率。圖1為不同轉(zhuǎn)化率時的最優(yōu)反應(yīng)溫度線和平衡溫度線。?

圖1 平衡溫度線與最優(yōu)反應(yīng)溫度線

2.最終轉(zhuǎn)化率

提高轉(zhuǎn)化率是優(yōu)化的主要目標，轉(zhuǎn)化率應(yīng)該越大越好。轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高，許多設(shè)備的生產(chǎn)能力越大，環(huán)保費用越少，生產(chǎn)成本越低。但是轉(zhuǎn)化率越大，反應(yīng)速率越小，所需催化劑和反應(yīng)器的設(shè)備費也越大(見圖2)。既然轉(zhuǎn)化率對生產(chǎn)成本有雙重的、相反的影響，當(dāng)生產(chǎn)成本對轉(zhuǎn)化率作圖時，必將會有一個最低點(圖3)。這個最低點就是最優(yōu)轉(zhuǎn)化率。在二氧化硫的初始濃度為8%以及其他生產(chǎn)條件下，最優(yōu)轉(zhuǎn)化率是97.7%。

如果二氧化硫的初始濃度為8%，轉(zhuǎn)化率為97.7%。這時尾氣所含的二氧化硫的濃度將超過排放標準，必然另外采取廢氣治理措施。新建工廠常采用兩次轉(zhuǎn)化的辦法。它采用的初始濃度為10%，第一次轉(zhuǎn)化率為95%左右，反應(yīng)生成的三氧化硫被吸收為硫酸，然后再進行第二次轉(zhuǎn)化。如果第二次的轉(zhuǎn)化率也是95%，則總轉(zhuǎn)化率將達到99.75%。轉(zhuǎn)化率為99.75%的尾氣含二氧化硫的濃度是低于排放標準的。

綜上所述，兩次轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點是十分突出的：初始濃度大，反應(yīng)速率快(轉(zhuǎn)化率為95%時的反應(yīng)速率比97.7%差不多快一倍)，生產(chǎn)能力大(差大多要增產(chǎn)30%)，不需治理廢氣。當(dāng)然兩次轉(zhuǎn)化法也有缺點，例如需要增加一套吸收裝置，需要較大的換熱器，由于流程加長，動力費也必須有所增加等，但與優(yōu)點相比，這畢竟是次要的，因此新建硫酸廠一般都采用兩次轉(zhuǎn)化法。

圖2 轉(zhuǎn)化率與催化劑用量

圖3 轉(zhuǎn)化率與成本

不過當(dāng)原料氣的二氧化硫的濃度很低時，兩次轉(zhuǎn)化法并不適用，因為反應(yīng)放出的熱量太少，吸收時由于冷卻損失的熱量較多，不足以使氣體再次升溫進行第二次轉(zhuǎn)化。兩次轉(zhuǎn)化法是提高可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的一種非常有效的方法。兩次轉(zhuǎn)化法可以應(yīng)用于類似的生產(chǎn)中(例如油脂的水解)。不過，它必須以第一次轉(zhuǎn)化與第二次轉(zhuǎn)化之間的未反應(yīng)物與產(chǎn)物的分離比較徹底且容易進行為前提。

3.反應(yīng)壓強

加壓雖然可以提高平衡轉(zhuǎn)化率，但實際轉(zhuǎn)化率已很高，加壓需要增加動力，經(jīng)濟上并不合算，一般工廠都是常壓法生產(chǎn)。但是加壓可以提高轉(zhuǎn)化率，使尾氣達到排放標準，而且還可以提高產(chǎn)量，使投資費降低，目前僅法國，加拿大，日本有少數(shù)工廠采用加壓法，壓強為0.5～3 MPa。

4.原料氣組成

常壓兩次轉(zhuǎn)化法所用的原料氣含SO2一般為10～12%。與此相對應(yīng)O2的濃度為8～6%,這是用硫鐵礦和空氣為原料，采用沸騰爐所能夠得到的濃度。為了提高SO2轉(zhuǎn)化率和加快反應(yīng)速率，原料氣摻入少量空氣，使SO2降為8～10%，氧上升為10～8%。近年來，有色冶煉廠采用富氧、純氧冶金法。煙氣含二氧化硫的濃度可達到20%，甚至40%。采用這種煙氣制酸，可以大幅度地提高反應(yīng)速率和設(shè)備的生產(chǎn)能力，這是硫酸生產(chǎn)的新動向。

5.空速

為了提高轉(zhuǎn)化率，空速不宜太大，一般的采用不循環(huán)流程的氣固催化反應(yīng)的空速為

200～1000 h。具體的選擇取決于催化劑的活性，對于二氧化硫的催化氧化，空速約600～ 700 h。

四、硫酸的用途

硫酸是化學(xué)工業(yè)中重要產(chǎn)品之一，是許多工業(yè)生產(chǎn)所用的重要原料。硫酸常列為國家主要重工業(yè)產(chǎn)品之一。

硫酸的用途十分廣泛，主要有下列幾方面：

化肥工業(yè)：硫酸與氨反應(yīng)生成硫酸銨(肥田粉)，與磷礦粉反應(yīng)生成過磷酸鈣，每生產(chǎn)一噸硫酸銨要消耗750 kg硫酸；一噸過磷酸鈣要消耗360 kg硫酸。近年來，已逐漸用其他氮肥如尿素、碳酸氫銨、氨水、硝酸銨等代替硫酸銨，使硫酸用于生產(chǎn)氮肥的用量有所減少，但硫酸用于磷肥仍在增長。目前化肥工業(yè)(主要是磷肥)仍然是硫酸的最大用戶，國外化肥用酸約占硫酸總消費量的40%，我國化肥用酸約占60%。

有機合成工業(yè)：在有機合成工業(yè)中要用硫酸生產(chǎn)各種磺化產(chǎn)品、硝化產(chǎn)品，如每生產(chǎn)一噸錦綸需發(fā)煙硫酸1.7噸；一噸TNT消耗360 kg硫酸。

石油工業(yè)：石油產(chǎn)品精煉時要用硫酸除去產(chǎn)品中的不飽和烴等，例如每噸柴油要消耗 31 kg硫酸。

金屬工業(yè)：金屬銅、鋅、鎘、鎳的精煉，其電解液需用硫酸配制；電鍍、搪瓷工業(yè)需用酸洗去其表面的鐵銹和氧化鐵。

無機鹽工業(yè)：在無機鹽工業(yè)中，硫酸作為一種最易大量獲得、價格低廉的酸，用以生產(chǎn)各種硫酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽等。

原子能工業(yè)：大量硫酸用于離子交換法提取鈾。

五、工業(yè)上制備硫酸，為什么要用98.3%的硫酸來吸收SO3，而不是用水或其他濃度的硫酸？

因為工業(yè)上對三氧化硫的吸收，既要速度快，又要使SO3吸收完全，還希望得到濃硫酸或發(fā)煙硫酸。

當(dāng)用水或稀硫酸來吸收SO3時，由于在水(或稀硫酸)表面上有大量水蒸氣，它立即與SO3分子化合成氣態(tài)硫酸分子。它們來不及被水吸收就互相凝聚成霧滴——酸霧。它比三氧化硫的顆粒大，擴散速度慢，不易被水吸收，使吸收不完全。

為了不使三氧化硫在吸收過程中形成酸霧應(yīng)該采用液面上不含水蒸氣或少含水蒸氣的硫酸；又為了使三氧化硫盡可能吸收完全，還應(yīng)該采用不含三氧化硫蒸氣或三氧化硫蒸氣最少的硫酸。通過實驗測得98.3%的濃硫酸兼有以上二個特點。濃度大于98.3%的硫酸，雖然液面上基本沒有水蒸氣，但有三氧化硫；濃度小于98.3%的硫酸，液面上雖然基本沒有三氧化硫但有水蒸氣；硫酸濃度越大，三氧化硫就越多；硫酸濃度越小，水蒸氣就越多，只有98.3%的硫酸液面上水蒸氣和三氧化硫都很少。所以用98.3%的硫酸吸收三氧化硫。

六、發(fā)煙硫酸、純硫酸、濃硫酸、稀硫酸有何區(qū)別和聯(lián)系？ 將SO3氣體溶解在濃硫酸中所成的溶液稱為發(fā)煙硫酸。發(fā)煙硫酸暴露在空氣中時，揮發(fā)出的SO3氣體和空氣中的水蒸氣形成硫酸的小液滴而發(fā)煙。發(fā)煙硫酸的脫水性、吸水性和氧化性都比濃硫酸更強。在硫酸工業(yè)上常用98.3%的硫酸來吸收SO3，得到發(fā)煙硫酸，再用92.3%硫酸來稀釋發(fā)煙硫酸，得到市售的98.3%濃硫酸。

純硫酸是無色油狀液體，100%的純硫酸幾乎不導(dǎo)電。加熱純硫酸放出SO3直至酸的濃度降低至98.3%，此時沸點為338℃，再繼續(xù)加熱，硫酸的濃度不變，所以不能用蒸發(fā)的方法得到無水硫酸。

市售的濃硫酸一般含有H2SO4為96～98%,比重1.84克/毫升，相當(dāng)于18摩/升。具有強烈的吸水性、氧化性、脫水性，能把鐵、鋁鈍化。

通常用來制取氫氣的稀硫酸其濃度約為3～4摩/升，具有酸的通性，無吸水性、脫水性，－1－能和鐵、鋁劇烈反應(yīng)放出H2。

七、怎樣用關(guān)系式法解有關(guān)接觸法生產(chǎn)硫酸的問題？

例如：以硫鐵礦為原料，用接觸法制硫酸，若燃燒硫鐵礦中硫的損失率為10%,SO2氧化時的轉(zhuǎn)化率為90%,SO3的吸收率為95%。生產(chǎn)20噸98%的濃硫酸，需含F(xiàn)eS2 75%的硫鐵礦多少噸？

解由FeS2制H2SO4的三個反應(yīng)方程式得出下列關(guān)系式：

燃燒硫鐵礦硫的損失率10%可視為FeS2的利用率為90%,SO2的轉(zhuǎn)化率、SO3的吸收率都可視為FeS2的利用率。

設(shè)：需含F(xiàn)eS2 75%的硫鐵礦為x噸。則：

FeS2

～

2H2SO4

120

2×98 x·75%·90%·90%·95%

20×98% 所以120×20×98%=x·75%·90%·90%·95%×2×98 所以x=20.8噸

答：需75%的FeS2的硫鐵礦20.8噸。

第五篇：【鼎尖教案】高中化學(xué)(大綱版)第三冊 第二單元 膠體的性質(zhì)及其應(yīng)用 第二節(jié)膠體的性質(zhì)及其應(yīng)用(備課資料)

●備課資料

一、膠體與溶液、濁液之間最本質(zhì)的區(qū)別是什么？

膠體與溶液、濁液之間最本質(zhì)的區(qū)別是分散質(zhì)粒子的大小不同。溶液分散質(zhì)直徑＜ －9－10 m，濁液分散質(zhì)的直徑是＞107 m，而膠體的分散質(zhì)直徑介于二者之間。

溶液、膠體和濁液由于分散質(zhì)粒子大小不同，而在性質(zhì)上、外觀上也有許多不同。比較如下：

二、膠體化學(xué)的研究歷史

人們在古代就接觸和利用過很多種膠體。例如，生活中遇到的面團、乳汁、油漆、土壤等，都屬膠體范圍。

1663年，卡西厄斯（Cassius）用氯化亞錫還原金鹽溶液，制得了紫色的金溶膠。從十九世紀初，人們開始了對膠體的科學(xué)研究。1809年，列伊斯使用一支U型管，管底中部放一粘土塞子，盛水后通電。他觀察到粘土的懸浮粒子向陽極移動，而陰極一臂中的水位則上升。這個實驗證明了粘土粒和水兩個相，帶有相反的電荷，這種現(xiàn)象叫做“電泳”。1827年，英國植物學(xué)家R·布朗（R·Brown，1773～1858）用顯微鏡觀察水中懸浮的藤黃粒子，發(fā)現(xiàn)粒子不停頓地在運動著，后來人們就把膠體粒子所呈現(xiàn)的這個重要現(xiàn)象稱作“布朗運動”。

1838年，阿歇森（Ascherson，德）在雞蛋白的水溶液中加入一些橄欖油，使之呈懸浮的微滴。他在研究這種油滴的行為時，看到雞蛋白在油滴與水（介質(zhì)）的界面上，形成了一層膜。這一實驗表明，在這種情況下蛋白質(zhì)形成了幾分子厚度的一層薄膜，而變得不能溶于水了，這種現(xiàn)象叫做“變性”作用，他同時還發(fā)現(xiàn)油滴在蛋白質(zhì)的“保護”下也不能“聚結(jié)”了。1845～1850年間，塞爾米（F·Selmi，意）對無機膠體作了系統(tǒng)的研究，包括AgCl溶膠的生成條件以及鹽類對它的凝聚作用。

1857年，法拉第曾做試驗，他使一束光線通過一個玫瑰紅色的金溶膠。這個溶膠原來也像普通的溶液一樣是清澈的，但當(dāng)光線射過時，從側(cè)面可以看到在此溶膠中呈現(xiàn)出一條光路。后來丁達爾（J·Tyndall，1820～1893，英）對此現(xiàn)象作了廣泛的研究，以后人們就把這一現(xiàn)象稱做“丁達爾效應(yīng)”。此外，法拉第還曾做試驗，他往無機溶液中先加入動物膠，再加入適當(dāng)?shù)某恋韯r發(fā)現(xiàn)這時原來的沉淀作用不再發(fā)生了，這種作用后來被稱做“保護”作用。

1861～1864年間，格雷哈姆（T·Graham，1805～1869，英）對膠體進行了大量的實驗。為著區(qū)別膠體和晶體，他首先提出了膠體(colloid)這一名稱。他指出動物膠是典型的膠體，不結(jié)晶，在水中擴散時要比晶體慢得多。他采用過以羊皮紙作半透膜的滲析法，膜的微孔只能讓溶液中原為晶體物質(zhì)的溶質(zhì)粒子透過，而膠體粒子則穿透不過去。因此他就用這種方法來純制膠體。他還發(fā)現(xiàn)雖然晶體物質(zhì)的溶質(zhì)粒子比動物膠類的膠體粒子小得多，但若有許多這類溶質(zhì)粒子聚集在一起，也能形成一個膠體粒子，金溶膠的形成就屬于這種情況。格

雷哈姆還區(qū)別了溶膠和凝膠，指出硅酸和氫氧化鋁的沉淀就屬于后者。他還研究了凝膠的“膠溶”現(xiàn)象和“脫水收縮”現(xiàn)象。他對膠體的這些方面的研究，導(dǎo)致建立了一門有系統(tǒng)性的學(xué)科——膠體化學(xué)。十九世紀末，人們對半透膜的滲析方法，又通以電流，發(fā)展成為電滲析法；另外還通過加壓，發(fā)展為“超濾法”。1911年，唐南（T·G·Donnan，英）又提出了半透膜平衡的理論，并且為實驗所證明。

關(guān)于膠體的定義，1907年法伊曼（П·П·Ваймарн，1879～1935，俄）明確地提出了膠體的概念，認為它是物質(zhì)處在一定程度的分散狀態(tài)，即粒子大小在十至一千多埃之間。同年，奧斯特瓦爾德進一步對膠體作出新的定義，認為膠體是一種多相體系，由分散相膠粒和分散介質(zhì)所構(gòu)成。前者可以是固、液或氣體（溶膠、煙、霧、泡沫、膜等）。由于當(dāng)物質(zhì)處于高度分散的膠粒狀態(tài)時，擴展出了很大的界面，因此膠體化學(xué)的研究又與表面化學(xué)密切聯(lián)系起來了。

表面力導(dǎo)致吸附現(xiàn)象。J·W·吉布斯在1876年應(yīng)用熱力學(xué)，研究了等溫吸附，指出，借測量溶液的表面張力，可以計算出液體表面的吸附量。但他的這一理論當(dāng)時并未引起人們的注意，只是在三十多年后才由實驗所證實。1906年，富朗特里希（H·Freundlish)研究了木炭等吸附劑從脂肪酸溶液中吸附溶劑的性質(zhì)，總結(jié)出了經(jīng)驗公式，稱做“富氏吸附公式”。1916年，朗繆爾（I·Langmuir，1881～1957，美）又從分子運動論推導(dǎo)出“朗氏吸附公式”，但這一公式只適用于單分子層。次年，他又設(shè)計一種“表面天平”，可以計量液面上散布的一層不溶物質(zhì)的表面積，由此能計算后者的分子截面。1938年，布侖諾厄（S·Brunauer）、愛麥特（P·H·Emmett）和特勒（E·Teller）把朗氏公式推廣到多分子層吸附現(xiàn)象，求得一個比較廣泛適用的多分子層吸附等溫線公式，即后來的所謂“BET公式”，從而建立了現(xiàn)代測定固體比表面的標準方法，它對于催化作用的定量研究起了重大的推進作用。

另一方面，對膠體粒子的直接觀察，在二十世紀初也有了進展，1903年，西登托夫（H·Siedentopf，1872～1940）和齊格蒙第（R·Zsigmondy，1865～1929，瑞士）發(fā)明了觀察膠體粒子運動的超顯微鏡，實際上觀察到的是散射光，即膠粒以一個個亮點的形式而呈現(xiàn)。一般顯微鏡只能看到2000埃以上的物象，而超顯微鏡則可以觀察到小至100埃的粒子。貝侖（J·B·Perrin，1870～1942，法）就曾借這種儀器進行試驗，他把一定大小的藤黃小球懸浮在水中，由于受到地心引力的作用，形成了沉降平衡，由此可以求得阿伏加德羅常數(shù)。

1913年，德國魯斯卡（E·Ruska)、麻爾和阿登內(nèi)（V·Ardenne）發(fā)明了電子顯微鏡，用電子束代替普通光線，并運用磁鏡聚焦，這樣能達到三十萬倍的線性放大，能觀察到10埃以上大小的物像，這也就是膠粒大小的低限。電子顯微鏡通過復(fù)制技術(shù)，更可以用來觀察表面膜內(nèi)小至約10埃的膠粒。

為了能夠確定一個膠體粒子的“分子量”，1923年，瑞典斯維德貝格（T·Svedberg,1884～）設(shè)計了超離心機，獲得的引力常數(shù)達30萬倍于地心引力常數(shù)，為測量蛋白質(zhì)分子在水中的沉降速度創(chuàng)造了條件，從而能計算蛋白質(zhì)的分子量。他的一些測定結(jié)果如下：

牛胰島素

46，000 人血紅朊

63，000 人血清球朊

153，000 章魚血清朊

2，800，000 煙草花葉病毒

31，400，000 斯維德貝格的工作在親液膠體方面取得了重大的成就，對蛋白質(zhì)及高分子溶液的深入了解提供了有力的研究手段。

另一方面，由于憎液膠體具有很大的相界面，從熱力學(xué)的觀點來衡量，它是不穩(wěn)定的體系。因此有關(guān)膠體穩(wěn)定性的研究便成為膠體化學(xué)的中心課題之一。本世紀四十年代，蘇聯(lián)人

杰里雅金（Дерягин)、朗道（Ландау)、荷蘭人費韋（Verwey），以及烏弗貝克（Overbeek)，各自獨立地建立了膠體穩(wěn)定性的理論，稱做DLVO理論。這個理論考慮了質(zhì)點之間由于雙電層的存在而引起的斥力，以及質(zhì)點之間的范德華力。這樣，便第一次從理論上定量地解釋了質(zhì)點形狀比較簡單的膠體的穩(wěn)定性，因此對膠體化學(xué)的發(fā)展有著重大的影響。

綜觀二十年代利用超離心機的實驗，三十年代多層吸附理論和四十年代憎液膠體穩(wěn)定理論的建立，可以說是最近半世紀中膠體化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的三大成就。

有一類物質(zhì)，如肥皂、染料，具有很奇特的性質(zhì)。按其溶液的依數(shù)性，可以斷定質(zhì)點的數(shù)目很少，但其電導(dǎo)率卻很高，并且其電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系也與一般電解質(zhì)很不一樣。這類物質(zhì)的另一特點是有增溶作用。麥克班（J·W·McBain，美）在本世紀初期，系統(tǒng)地研究了這類物質(zhì)的性質(zhì)，開辟了所謂膠態(tài)電解質(zhì)的領(lǐng)域。他證明，在溶液中，這類物質(zhì)的分子或離子能聚集成膠團，從而解釋了它們的許多特性。近代表面活性劑的多樣化應(yīng)用，正是在這一理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

1936年，繆勒（Erwin Wilhelm Müller，美籍德人）發(fā)明了場發(fā)射顯微鏡。他是利用一個高熔金屬（鎢、鉑）的尖端為陰極，在高電場作用下，使該尖端發(fā)射出電子，并將其投射在熒光屏上，形成尖端上原子的電子投射象，分辨本領(lǐng)約達20埃。1951年，繆勒進一步將尖端改為陽極，令氦離子投射在屏上，成為場離子顯微鏡，分辨本領(lǐng)能達到2埃。這些儀器適用于觀察表面原子的微觀排列，包括被吸附的物質(zhì)。再結(jié)合超高真空技術(shù)，它已成為現(xiàn)代研究固體表面結(jié)構(gòu)的有力工具。

當(dāng)前，膠體化學(xué)正在研究的課題大致有：（1）第一吸附層的本性，（2）電化學(xué)反應(yīng)的機理，（3）濕潤作用的本性等。此外，還有一些問題有待于創(chuàng)造研究條件，然后才能找到解決的途徑。例如：從溶液中吸附的單分子層區(qū)；表面層機械性能的本性；泡沫和乳膠的本性等問題。

膠體化學(xué)的應(yīng)用范圍，涉及到很多工業(yè)部門。近年來對油漆膜的物化性能、催化劑的作用機理、生物膜及合成膜的選擇性滲透機理等研究，都受到重視。膠體化學(xué)還深入到分子生物學(xué)的其他領(lǐng)域。大氣污染中氣溶膠的形成與破除又是一項重要的課題。自從塑料、橡膠、合成纖維工業(yè)興起以來，膠體化學(xué)的研究與高分子化學(xué)的聯(lián)系更加密切。

三、膠體的結(jié)構(gòu)

當(dāng)溶膠通以直流電時，可以看到膠粒向某一電極移動，這種現(xiàn)象叫做電泳。它說明膠體粒子是帶電的。要認識膠體的結(jié)構(gòu)，首先必須了解膠粒為什么會帶電。膠粒帶電的原因，是由于膠體是高分散的多相體系，具有巨大的界面（總表面積），因而有很強的吸附能力。它能有選擇地吸附介質(zhì)中的某種離子，而形成帶電的膠粒。

關(guān)于膠體的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在認為，在膠體粒子的中心，是一個由許多分子聚集而成的固體顆粒，叫做膠核。在膠核的表面常常吸附一層組成類似的、帶相同電荷的離子。例如，硝酸銀

－與氯化鉀反應(yīng)，生成氯化銀溶膠，若氯化鉀過量，則膠核氯化銀吸附過量的Cl而帶負電，＋若硝酸銀過量，則氯化銀吸附過量的Ag而帶正電。

當(dāng)膠核表面吸附了離子而帶電后，在它周圍的液體中，與膠核表面電性相反的離子會擴散到膠核附近，并與膠核表面電荷形成擴散雙電層（如圖）。擴散雙電層由兩部分構(gòu)成：

擴散雙電層

（1）吸附層

膠核表面吸附著的離子，由于靜電引力，又吸引了一部分帶相反電荷的離子（以下簡稱反離子），形成吸附層。

（2）擴散層

除吸附層中的反離子外，其余的反離子擴散分布在吸附層的外圍。距離吸附層的界面越遠，反離子濃度越小，到了膠核表面電荷影響不到之處，反離子濃度就等于零。從吸附層界面（圖的虛線）到反離子濃度為零的區(qū)域叫做擴散層。

這里再以氯化銀溶膠為例來說明。包圍著氯化銀膠核的是擴散雙電層（吸附層和擴散層），膠核和吸附層構(gòu)成了膠粒，膠粒和擴散層形成的整體為膠團，在膠團中吸附離子的電荷數(shù)與反離子的電荷數(shù)相等，因此膠粒是帶電的，而整個膠團是電中性的。

由于膠核對吸附層的吸引能力較強，對擴散層的吸引能力較弱，因此在外加電場（如通直流電）作用下，膠團會從吸附層與擴散層之間分裂，形成帶電荷的膠粒而發(fā)生電泳現(xiàn)象。

下圖是硅酸膠團結(jié)構(gòu)示意圖。m個SiO2·nH2O分子聚集成膠核，膠核表面的H2SiO

32?有微弱的電離，膠核選擇吸附與其組成類似的n個SiO3，H為反離子，總數(shù)為2 n個，其

＋

2?中2（n－x）個為帶負電的SiO3所吸引，共同構(gòu)成膠粒中的吸附層，其余的2x個H則分

＋布在擴散層中，它的膠團結(jié)構(gòu)也可以用下面式子來表示。

硅酸溶膠是土壤膠體中的重要部分，而土壤膠體又是土壤中最重要、最活躍的部分，植物營養(yǎng)的吸收，土壤中的各種反應(yīng)，大都集中在這一部分。

硅酸膠團結(jié)構(gòu)示意圖

膠體在土壤肥力上起著巨大作用，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有著重要意義。

四、高分子凝膠的智能化

高分子凝膠是指三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子化合物與溶劑組成的體系，由于它是一種三維網(wǎng)絡(luò)立體結(jié)構(gòu)，因此它不被溶劑溶解，同時分散在溶劑中并能保持一定的形狀。溶劑雖然不能將三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子溶解，但高分子化合物中親溶劑的基團部分卻可以被溶劑作用而使高分子溶脹，這也是形成高分子凝膠的原因之一。

高分子凝膠的智能化表現(xiàn)在以下幾方面。當(dāng)外部環(huán)境的pH、離子強度、溫度、電場以及環(huán)境中所含有的其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生變化時，高分子凝膠即呈現(xiàn)出“刺激—應(yīng)答”狀態(tài)。例如在高分子凝膠中出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)孔增大、網(wǎng)絡(luò)失去彈性、網(wǎng)絡(luò)的體積急劇變化（可變化幾百倍之多），甚至在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不再存在凝膠相。而且這些變化是可逆的和不連續(xù)的。

上述這些變化使高分子凝膠的體積既可以發(fā)生溶脹，又可以收縮，利用這種性質(zhì)設(shè)計出一種裝置，它具有肌肉的功能，這種人造肌肉制成機械手類似于智能機器人的手，能夠拿東西。

我們可以看出，這種人造肌肉是被誰指令的呢？那就是上面指出的外部環(huán)境的各種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生的變化。

這種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子凝膠的溶脹行為還可以由于糖類的刺激而發(fā)生突變，這樣，高分子溶脹行為將受到葡萄糖濃度變化的指令。

葡萄糖濃度信息對于糖尿病患者是很重要的，如果以這種含葡萄糖的高分子凝膠作為負載胰島素的載體，表面用半透膜包覆，在此體系中隨著葡萄糖濃度的變化，高分子凝膠將作出響應(yīng)，執(zhí)行釋放胰島素的命令，從而有效地維持糖尿病患者的血糖濃度處于正常。

五、納米材料

納米材料是近年來受到人們極大重視的一個領(lǐng)域。它至少可以分為以下三類：

（1）金屬與半導(dǎo)體的納米顆粒。這種物質(zhì)當(dāng)顆粒尺寸減小到納米級時，金屬顆粒的能級，從準連續(xù)能級變?yōu)殡x散能級，最后達到類似分子軌道的能級。這時，它們的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)性質(zhì)都會發(fā)生突變。不同物質(zhì)有不同的尺寸臨界值。這類物質(zhì)是物理學(xué)家研究的對象。

（2）Al2O3、MgO、某些硅酸鹽等絕緣體，它們的納米顆粒早已被人們研究（如催化劑、陶瓷材料等），在一般情況下并不呈現(xiàn)特殊的電學(xué)性能。

（3）化學(xué)家早已合成出的許多大分子、如冠醚化合物、樹型化合物、多環(huán)化合物、超分子化合物、富勒烯等等，它們的分子尺寸可達幾納米，甚至幾十納米。一些生物活性的大分子也可以歸入此類。這些化合物的電子能級一般都表現(xiàn)出分子軌道能級的特點，有時會出現(xiàn)離子導(dǎo)電。它們的導(dǎo)電性質(zhì)與顆粒尺寸的關(guān)系不明顯，與金屬納米顆粒的性質(zhì)有很大的差別。但是，這一類大分子化合物，當(dāng)分子結(jié)構(gòu)達到一定尺寸和復(fù)雜程度時，會出現(xiàn)一些特殊性質(zhì)，如自修復(fù)、自組合等，形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。以富勒烯為例：

1985年，英國化學(xué)家Kroto，美國化學(xué)家Curl和Smalley在研究碳原子形成團簇（cluster)的條件和機制時，首次在質(zhì)譜圖上觀察到C60和C70的存在。后來因為受到建筑學(xué)家Fuller所設(shè)計的拱形圓頂建筑的啟發(fā)，想出了C60的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)和足球相似，是由12個五邊形和20個六邊形組成的中空的球形分子。

值得重視的是，富勒烯的合成也是以碳原子（用電弧放電法使石墨氣化）為真正的原料。和人造金剛石的思路有異曲同工之妙，關(guān)鍵在于如何控制碳原子形成團簇時多種可能采取的結(jié)構(gòu)途徑之間的比例。

左下圖是富勒烯家族中的一些“成員”的結(jié)構(gòu)示意圖。右下圖是近年來倍受重視的碳納米管的結(jié)構(gòu)模型圖。這種材料因為可以在管上的碳原子處通過形成化學(xué)鍵的方式和其他功能分子相連接，有可能成為一種比較容易制備且可多點連接的分子導(dǎo)線而受到關(guān)注。此外，利用它做一種模具，設(shè)法在其中充以金屬氧化物（可通過硝酸鹽的分解來得到），經(jīng)過還原可制備出納米量級的金屬“細絲”。納米材料是一個全新的材料科學(xué)領(lǐng)域，可作超導(dǎo)材料。

1991年日本Sumio Lijima用電弧放電法制C60得到的碳炱中發(fā)現(xiàn)管狀的碳管碳的壁為類石墨二維結(jié)構(gòu)，基本上由六元并環(huán)構(gòu)成，按管壁上的碳碳鍵與管軸的幾何關(guān)系可分為“扶手椅管”“鋸齒狀管”和“螺管”三大類，按管口是否封閉可分為“封口管”和“開口管”，按管壁層數(shù)可分為單層管（SWNT）和多層管（MWNT）。多層管有點像俄國玩具“套娃”，層

－間距為340 pm，比石墨的層間距335 pm略大。管碳的長度通常只達到納米級（1 nm=109 m）。

C60自從發(fā)現(xiàn)以來，一直是科學(xué)家關(guān)注的物質(zhì)。近年的研究發(fā)現(xiàn)，C60分子被發(fā)現(xiàn)及制備后，其獨特的光電磁性引起科學(xué)家的濃厚興趣。例如：C60的超導(dǎo)溫度為18 K，當(dāng)摻雜CHCl3后超導(dǎo)溫度提高到80 K，當(dāng)摻雜CHBr3后超導(dǎo)溫度提高到117 K。另外，一般的高分子中引入少量C60后，能產(chǎn)生較好的光電導(dǎo)性能，可用于高效催化劑、緊湊型高能電池、光化學(xué)裝置及化學(xué)傳感器。水溶性的高分子C60衍生物將應(yīng)用于生物與藥物中，其抗病毒試驗已得到令人驚奇的結(jié)果。據(jù)最近的研究結(jié)果表明，C60具有治療艾滋病的功效。含C60衍生物能與許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

六、趣味實驗 膠體粒子的電泳 操作：

（1）用直徑為12厘米培養(yǎng)皿作槽體，槽里加入0.1%的硝酸鉀溶液，然后用滴管伸到硝酸鉀稀溶液的下面，緩慢地加入硝酸鉀飽和溶液，使稀、濃溶液之間形成一個界面。

（2）在槽中央硝酸鉀稀溶液里輕輕滴入幾滴氫氧化鐵溶膠，使它在稀、濃溶液的界面處形成一個圓珠，如圖所示。

（3）小心地插入兩片碳電極，接通20～30伏的直流電源后，氫氧化鐵膠粒逐漸向陰極移動，致使陰極附近溶液的顏色變深。說明氫氧化鐵膠體粒子帶正電。

七、鹵水為什么可以點豆腐

答：豆?jié){是膠體，鹵水是一種鎂鹽，這種鹽使豆?jié){膠體發(fā)生凝聚，所以鹵水能點豆腐，豆腐是一種凝膠。

解析：膠體中分散質(zhì)的直徑大小決定了膠體具有獨特的性質(zhì)。①丁達爾現(xiàn)象：此現(xiàn)象是膠體的光學(xué)性質(zhì)，是膠體粒子對光的散射而形成的；②布朗運動：是膠體的力學(xué)性質(zhì)，是膠體粒子受到分散劑分子在每一方向不均衡碰撞造成的；③電泳現(xiàn)象：是膠體的電學(xué)性質(zhì)。這是由于膠體具有較大的表面積，能吸附陽離子或陰離子，使得膠粒帶有正電荷或負電荷。在外加電場作用下帶電膠粒向陰極或陽極作定向移動。④膠體粒子由于都帶有相同電荷，它們之間相互排斥而達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)向膠體中加入某電解質(zhì)時，破壞了膠粒之間的排斥力，使膠粒凝聚而沉積下來。鹵水點豆腐就是這個原理，此過程稱膠體的凝聚。

八、能否使用兩種不同品牌的藍黑墨水？

答：不能，同時使用兩種不同牌子的墨水，會出現(xiàn)鋼筆堵塞現(xiàn)象。

解析：墨水通常都是膠體，不同牌子的墨水往往含的膠粒所帶電荷不同，當(dāng)二者相遇時，相異電荷的互相吸引而破壞了膠體中膠粒之間的排斥力而發(fā)生膠體的凝聚，產(chǎn)生的固體沉積會堵塞鋼筆。一般情況下：金屬氫氧化物、金屬氧化物的膠體粒子吸附陽離子，膠粒帶正電荷；非金屬氧化物、金屬的硫化物的膠粒吸附陰離子，膠粒帶負電荷。