普通化學PPT學習教案

1、會計學1普通化學普通化學4.1 原電池原電池4.3 電極電勢在化學上的應用電極電勢在化學上的應用4.4 化學電源化學電源 4.5 電解電解4.6 金屬的腐蝕與防止金屬的腐蝕與防止 4.2 電極電勢電極電勢 第1頁/共57頁利用（自發(fā)）利用（自發(fā)） 氧化還原反應氧化還原反應 對環(huán)境對環(huán)境 輸出輸出 電功電功 的裝置的裝置。Cu2+ZnZn2+Cu電功wZn - 2e- =Zn2+Cu2+ +2e- =Cu（氧化）（氧化） 負極負極（ 還原）還原） 正極正極正極正極負極負極電流電流)(電極電電極電勢低勢低電極電電極電勢高勢高)(電池電動勢電池電動勢E=)()(0mrG=Q E第2頁/共57頁1.

2、原電池組成原電池組成負極負極正正極極導線導線e|鹽橋鹽橋連接電解質溶液補充電荷、連接電解質溶液補充電荷、維持電荷平衡維持電荷平衡原電池裝置可用圖式表示原電池裝置可用圖式表示 (-)ZnZnSO4(c1) CuSO4(c2)Cu(+) 例如：自發(fā)反應 5Fe2+MnO4-+8H+=5Fe3+Mn2+4H2O （-） |Fe2+(c1), Fe3+ (c2) MnO4 (c3) - , H+ (c4) , Mn2+ (c5)| (+)與導線相連可以導與導線相連可以導電的電極材料電的電極材料惰性導電材料輔助電極惰性導電材料輔助電極PtPt第3頁/共57頁a( (氧化態(tài)氧化態(tài)) ) + neb( (還

3、原態(tài)還原態(tài)) )Cu2+(aq)+2e- = Cu(s)Ag+(aq)+e- = Ag(s) O2(g)+2H2O+4e-= 4OH-(aq)氧化態(tài)物質氧化態(tài)物質還原態(tài)物質還原態(tài)物質2. 原電池中的半反應原電池中的半反應電極反應和電極類型電極反應和電極類型O2(g)+4H+4e= 2H2OO2(g)/ H2OFe3+e= Fe2+Fe3+/ Fe2+MnO4-+8H+5e-= Mn2+4H2OMnO4- /Mn2+AgCl+e= Ag+Cl-AgCl /AgHg2Cl2+2e= 2Hg+2Cl-Hg2Cl2/Hg電電極極圖圖式式Cu2+|CuAg+|AgOH| O2(g)|PtH+|O2(g)

4、|PtFe3+，F(xiàn)e2+|PtH+,MnO4- ,Mn2+|PtCl-| AgCl |AgCl-| Hg2Cl2|Hg|Pt金屬電極金屬電極非金屬電非金屬電 極極氧化還原電極氧化還原電極難溶鹽電極難溶鹽電極電極類型電極類型氧化還原電對氧化還原電對Cu2+/CuAg+/AgO2(g)/ OH第4頁/共57頁1. 1. 電池反應的電池反應的r rG Gmm與電動勢與電動勢E E的關系的關系 Cu2+ZnZn2+Cu)15.298(KHmf)15.298(KGmf64.77 -153.8965.249 -147.06166.218molkJHmr131.212molkJGmr在標準狀態(tài)下在標準狀態(tài)下

5、發(fā)生一摩爾反發(fā)生一摩爾反應放熱應放熱218.66kJ在標準狀態(tài)下發(fā)在標準狀態(tài)下發(fā)生一摩爾反應能生一摩爾反應能做的最大有用功做的最大有用功212.31kJcCuccZncRTGGmrmr/ )(/ )(ln221F=NAe=6.0221023mol-1 1.6022 10-19C=96485C.mol-1nFEGmrnFEGmrE:電池電動勢電池電動勢 n: 電子轉移計量數(shù)電子轉移計量數(shù)第5頁/共57頁nFEGmrnFEGmrcCuccZncRTnFEnFE/ )(/ )(ln22cCuccZncnFRTEE/)(/)(ln22n=2n=4電動勢是強度性質電動勢是強度性質,其值與反應中化學計量數(shù)

6、的選配無關其量綱為其值與反應中化學計量數(shù)的選配無關其量綱為V（伏特）伏特）=J/CcCuccZncnVEE/)(/)(lg05917.022(298.15K時)lg9648515.298314. 8303. 2n第6頁/共57頁badgcBccAccDccGcnFRTEE/ )(/(/ )(/(ln）電動勢的能斯特（W.Nernst）方程對任一電動勢為對任一電動勢為E E電池反應：電池反應：aA（aq）+bB（aq）=gG（aq）+dD（aq）badgcBccAccDccGcnEE/ )(/(/ )(/(lg05917. 0）298.15K時電動勢的能斯特（W.Nernst）方程第7頁/共57

7、頁V05917.0lgnEK當當T=298.15K時時：nFEGmrnFEGmrKRTGmrlnRTnFEKlnbadgcBccAccDccGcnEE/ )(/(/ )(/(lg05917. 0）平衡時平衡時 E=0RTnFEKK303. 210lnlnlg第8頁/共57頁e電流電流電極電電極電勢高勢高電極電電極電勢低勢低)()()/(還原態(tài)氧化態(tài)電極電勢的大小與電極所處的狀態(tài)有關電極電勢的大小與電極所處的狀態(tài)有關E= - )()(4.2.1標準電極電勢標準電極電勢)/(還原態(tài)氧化態(tài)2H+(c) +2e- =H2(p)VHH0000. 0)/(2國際統(tǒng)一規(guī)定國際統(tǒng)一規(guī)定:)/(還原態(tài)氧化態(tài))/

8、(2CuCu)/(2HH)/(22OHO第9頁/共57頁E= (正極正極)- (負極負極)用電位差儀可以測定用電位差儀可以測定E= (待測待測)- (H+/H2)E E（測）測）= =待測電極）(得得： = 0.7618V)/(2ZnZn0.7618V = 0V (Zn2+/Zn) (Zn2+/Zn)解：根據(jù) E= (正極)- (負極)第10頁/共57頁圖4.1 標準氫電極示意圖c(H+) = 1 mol.L-1p(H2) =100kPa鉑黑鉑黑待測電極示意圖電位差儀飽和飽和KCl特別提示特別提示：上述討論的電極電勢，是在電對的氧化態(tài)物質與還原態(tài)物質處于可逆平衡狀態(tài)可逆平衡狀態(tài)，且在整個原電池

9、中無電流無電流通過的條件下測得的。這種電極電勢稱為可逆電勢或平衡電勢可逆電勢或平衡電勢。 第11頁/共57頁當當c (KCl)為飽和溶液時，為飽和溶液時， =0.2412V使用標準氫電極不方便，一般常用使用標準氫電極不方便，一般常用易于易于制備、使用方便且電極電勢穩(wěn)定制備、使用方便且電極電勢穩(wěn)定的甘汞的甘汞電極或氯化銀電極等作為電極電勢的對電極或氯化銀電極等作為電極電勢的對比參考，稱為比參考，稱為參比電極參比電極。 如：右圖的甘汞電極如：右圖的甘汞電極：Pt Hg Hg2Cl2 Cl-KCl溶液Hg2Cl2HgPtHg2Cl2(s)+2e= 2Hg(l) + 2Cl-(c)第12頁/共57頁

10、2.866 0.401 0.3419 0 -0.7618 -2.71 /V F2(g)+2e = 2F(aq) O2(g)+2H2O+4e=4 OH(aq) Cu2+(aq)+2e = Cu(s) 2H+(aq)+2e = H2 (g) Zn2+(aq)+2e = Zn(s) Na+(aq)+e =Na(s) 電電 極極 反反 應應 F2/F O2/OH Cu2+/Cu H+/H2 Zn2+/Zn Na+/Na 電電 對對 氧化態(tài)氧化能力逐漸增強氧化態(tài)氧化能力逐漸增強還原態(tài)還原能力逐漸增強還原態(tài)還原能力逐漸增強可逆電勢或平衡電勢可逆電勢或平衡電勢第13頁/共57頁1)表中表中 代數(shù)值按從小到大

11、順序編排代數(shù)值按從小到大順序編排。 )/(還原態(tài)氧化態(tài)代數(shù)值大的代數(shù)值大的, ,氧化態(tài)的氧化性強氧化態(tài)的氧化性強代數(shù)值小的代數(shù)值小的, ,還原態(tài)的還原性強還原態(tài)的還原性強2) 代數(shù)值與電極反應中化學計量數(shù)的選配無關代數(shù)值與電極反應中化學計量數(shù)的選配無關 代數(shù)值是反映物質得失電子傾向的大小代數(shù)值是反映物質得失電子傾向的大小如：如：Zn2+2e- = Zn 與 2Zn2+4e- = 2Zn 數(shù)值相同數(shù)值相同3) 代數(shù)值與半反應的方向無關。代數(shù)值與半反應的方向無關。 如Cu2+2e = Cu與Cu = Cu2+2e 數(shù)值相同數(shù)值相同表中表中電極反應以還原反應表示（稱之謂“還原電勢”）第14頁/共57

12、頁4)查閱標準電極電勢數(shù)據(jù)時，要注意電對的具體存在查閱標準電極電勢數(shù)據(jù)時，要注意電對的具體存在形式、狀態(tài)和介質條件等都必須完全符合。形式、狀態(tài)和介質條件等都必須完全符合。 如：Fe2+(aq)+2e- = Fe(s) (Fe2+/ Fe)= -0.447vFe3+(aq)+e- = Fe2+(aq) (Fe3+/ Fe2+) = 0.771vH2O2(aq) + 2H+(aq) + 2e= 2H2O (H2O2/H2O) = 1.776VO2(g) + 2H+(aq) + 2e= H2O2(aq) (O2/H2O2) = 0.695VO2(g) + 4H+(aq) + 4e = 2H2O (O

13、2/H2O) = 1.229VO2(g) + 2H2O(aq) + 4e= 4OH -(aq) (O2/OH-) = 0.401V第15頁/共57頁對于任意給定的電極，電極反應通式為 離子濃度對電極電勢的影響，可從熱力學推導而得如下結論: a(a(氧化態(tài)氧化態(tài))+)+n ne e- - b b( (還原態(tài)還原態(tài)) ) baccccnFRT/(/(ln氧化態(tài)）還原態(tài)）(4.4a)T T=298.15K=298.15K時時: :(4.4b)baccccn/(/(lgV05917. 0還原態(tài)）氧化態(tài)）注：若是注：若是“+ +”。則氧化態(tài)在分式上。則氧化態(tài)在分式上第16頁/共57頁在能斯特方程式中：

14、n n 為半反應中得失的電子數(shù)；為半反應中得失的電子數(shù)；純液體、純固體不表示在式中。純液體、純固體不表示在式中。aa氧氧 或或bb還還 皆以半反應中各物質的化學計量數(shù)皆以半反應中各物質的化學計量數(shù)為指數(shù)；為指數(shù)； 電極反應中某物質若是氣體，則用相對分壓表示；電極反應中某物質若是氣體，則用相對分壓表示； 例如例如:O2+2H2O+4e -4OH- 能斯特方程式表示為能斯特方程式表示為422/OH(/ )O(lg4V05917. 0)OH/O(ccpp）baccccn/(/(lgV05917. 0還原態(tài)）氧化態(tài)）電極電勢的能斯特方程應用注意事項電極電勢的能斯特方程應用注意事項第17頁/共57頁附例

15、附例4.2 計算計算OH-濃度為濃度為0.100moldm-3時，氧的電極時，氧的電極電勢電勢 (O2/ OH -)。已知：已知：p(O2)=101.325kPa，T=298.15K。 解：從附錄解：從附錄10中可查得氧的標準電極電勢：中可查得氧的標準電極電勢： (O2/OH -)=0.401V O2(g)+2H2O +4e- 4OH -(aq) ， 當c(OH-)=0.100moldm-3時，氧的電極電勢為 422/OH(/)O(lg4V05917. 0)/OHO(ccpp）4332dmmol1/dmmol0100. 0kPa100/kPa325.101lg4V05917. 0V401. 0

16、)/(OHO= 0.460V第18頁/共57頁 若把電極反應式寫成若把電極反應式寫成 O2+H2O+2e-=2OH-21 經計算，結果不變。說明只要是已配平的電極反應，反應式中各物質的化學計量數(shù)各乘以一定的倍數(shù)，對電極電勢的數(shù)值并無影響。 V460. 0/OH(/)O(lg2V05917. 0)OH/O(2222/1ccpp）當c(OH-)=10-14moldm-3時，氧的電極電勢為 433142dmmol1/dmmol10kPa100/kPa325.101lg4V05917. 0V401. 0)/(OHO= 1.229V已知O2(g) +4H+(aq) +4e=2H2O 0 (O2/H2O)

17、 = 1.229V與與 0 (O2/H2O) 相等，相等，為什么為什么？c(H+)=1mol.dm-3第19頁/共57頁介質的酸堿性對含氧酸鹽氧化性的影響較大，而氧化介質的酸堿性對含氧酸鹽氧化性的影響較大，而氧化還原態(tài)離子的濃度對電極電勢有影響，但影響不大還原態(tài)離子的濃度對電極電勢有影響，但影響不大。（為什么？）為什么？） 解：半反應式為解：半反應式為： Cr2O72-+14H+6e- = 2Cr3+7H2O附例附例4.3 計算當計算當pH=5.00，c(Cr2O72-)=0. 01moldm-3，c(Cr3+)=1.00 10-6moldm-3時，時，(Cr2O72-/ Cr3+)的值。的值

18、。V)10()10()01. 0(lg60591. 0V23. 126145=0.639V23142723272/ )(/ )(/ )(lg605917. 0)/(cCrccHccOCrcVCrOCr第20頁/共57頁badgcBccAccDccGcnEE/ )(/(/ )(/(lg05917. 0）298.15K時電動勢的能斯特（W.Nernst）方程nFEGmrnFEGmr1 :組成、結構、反應、圖式、電極類型組成、結構、反應、圖式、電極類型2 熱力學熱力學原電池原電池baccccn/(/(lgV05917. 0還原態(tài)）氧化態(tài)）電極電電極電勢勢還原態(tài)）氧化態(tài) /(還原態(tài)）氧化態(tài) /(標準氫

19、電極標準氫電極參比電極參比電極第21頁/共57頁4.3.1 氧化劑和還原劑相對強弱的比較氧化劑和還原劑相對強弱的比較 值大的氧化態(tài)物質是強氧化劑；值大的氧化態(tài)物質是強氧化劑； 值小的還原態(tài)物質是強還原劑。值小的還原態(tài)物質是強還原劑。 附例附例4.4 比較標準狀態(tài)和pH=5,其他離子處于標準狀態(tài)時氧化態(tài)氧化性相對強弱 (MnO4-/Mn2+) = 1.507V (Br2/Br-) = 1.066V (I2/I-) = 0.5355V標準狀態(tài)下氧化性標準狀態(tài)下氧化性:MnO4- Br2 I2MnO4-+8H+5e- = Mn2+4H2O pH=5 (MnO4/Mn2+) = 1.507V+0.05

20、917/5lg(10-5)8= 1.034VpH=5: Br2 MnO4- I2第22頁/共57頁 E 0 即即G 0 反應正向自發(fā)反應正向自發(fā) E =0 即即G =0 反應處于平衡狀態(tài)反應處于平衡狀態(tài) E 0 反應正向非自發(fā)反應正向非自發(fā)(逆過程可自發(fā)逆過程可自發(fā)）附例附例4.5 試判斷以下反應試判斷以下反應在在H濃度為濃度為1.0010-5mol dm-3溶液中進行時的方向溶液中進行時的方向(其余物質處于標準態(tài)其余物質處于標準態(tài))。2Mn2+ + 5Cl2 +8H2O 2MnO4- + 16H+ + 10Cl- (+)Cl2 + 2e = 2Cl (-)Mn2+ 4H2O = MnO4 -

21、 + 5e + 8H+ (Cl2/Cl) =1.358V(MnO4/Mn2+)=1.034V所以c(H+)10-5mol.dm-3時E 0反應能自發(fā)進行第23頁/共57頁P200 17題題 從標準電極電勢分析下列反應的方向？從標準電極電勢分析下列反應的方向？MnO2（s） + 2Cl- +4H+ = Mn2+ + Cl2+ 2H2O實驗室根據(jù)什么原理，采取什么措施，利用上述反應實驗室根據(jù)什么原理，采取什么措施，利用上述反應制備氯氣？制備氯氣？解:兩半反應式分別為： （-） 2Cl - 2e = Cl2 （+） MnO2+ 4H+ +2e = Mn2+ + 2H2O標準電極電勢1.358V1.2

22、24Vbaccccn/(/(lgV05917. 0還原態(tài)）氧化態(tài)）采取措施采取措施濃鹽酸濃鹽酸 加熱使加熱使ClCl2 2揮發(fā)，分壓降低揮發(fā)，分壓降低(+)升高(Cl2/Cl)降低(Cl2/Cl)降低第24頁/共57頁V05917.0lgnEK當當T=298.15K時：時：附例附例4.6 計算下列反應在計算下列反應在298.15K時的標準平衡常數(shù)時的標準平衡常數(shù)K。 Cu(s)2Ag+(aq) Cu 2+(aq)2Ag(s) 解解：(-) (Cu2+/Cu)0.3419V (+) (Ag/Ag)0.7996V = 0.7996V-0.3419V= 0.4577V E =(正極)- (負極) 4

23、7.150.05917VV4577.02V05917.0lgnEK K =3.0 1015 反應進行的程度是相當徹底的。但反應稍慢些。反應進行的程度是相當徹底的。但反應稍慢些。第25頁/共57頁例例4.6 計算下列反應在計算下列反應在298.15K時的標準平衡常時的標準平衡常數(shù)數(shù)K0。并討論標準狀態(tài)時反應的方向并討論標準狀態(tài)時反應的方向? Sn(s)Pb2+(1mol.L-1) = Sn 2+(1mol.L-1)Pb(s) = (-0.1262)V-(-0.1375)V= 0.0113V E = (正極)- (負極) 解解:根據(jù)公式根據(jù)公式： 382. 00.05917VV0113. 02V0

24、5917. 0lgnEK41.210)()(382.022PbcSncKeqeq正反應方正反應方向向當當E E0 00.2V(n=2)0.2V(n=2)時時, ,反應進行程度是相當徹底的。反應進行程度是相當徹底的。第26頁/共57頁已知：已知： 0 (Ag/Ag)0.799V 0 (Fe3/Fe2+)0.771V(1)由上述電極組成的原電池的圖式由上述電極組成的原電池的圖式 反應式和該電池的標準電動勢反應式和該電池的標準電動勢。(2)計算電池反應在計算電池反應在298.15K時的標準平衡常數(shù)時的標準平衡常數(shù)K0。(3)計算計算Fe3 Fe2+ Ag 濃度均為濃度均為0.1 mol.dm-3時時

25、 電池電動勢電池電動勢,判斷此時反應方向判斷此時反應方向。.(4)若若Fe3 Fe2+ 濃度相等濃度相等,問問Ag 濃度多大時濃度多大時,由上述電極組成的原電池的電壓為零由上述電極組成的原電池的電壓為零?解答解答: (1) 原電池的圖式原電池的圖式 反應式反應式Ag + Fe2+ =Ag +Fe3+ 標準電動勢標準電動勢E0= 0.799V - 0.771V=0.028V(2) 在在298.15298.15K K時的標準平衡常數(shù)時的標準平衡常數(shù) lgK0=0.028/0.0592=0.47 K0=100.47=2.95(3) .E= 0.028V-0.0592lg(1/0.1)= -0.031

26、V 逆向反應(4) 0= 0.028V-0.0592lg(1/x) lgx=-0.47 c(Ag+)=1/2.95=0.34（-)Pt |Fe2+(c0), Fe3+ (c0) Ag+(c0) | Ag (+)第27頁/共57頁已知：已知： 0 (Fe3/Fe2+)0.771V 過量的液態(tài)汞加到濃度為過量的液態(tài)汞加到濃度為1.0010-3 mol.dm-3 的的Fe3+酸性溶液中酸性溶液中,結果發(fā)現(xiàn)結果發(fā)現(xiàn)250C平衡時只有平衡時只有5.4%的鐵以的鐵以Fe3+形式存在形式存在,計算計算0 (Hg22/Hg)?假設只發(fā)生如下反應假設只發(fā)生如下反應: 2Hg + 2Fe3+ = Hg22+ +2

27、Fe2+解解 :平衡濃度平衡濃度c(Fe3+)=5.4% 1.0010-3 =5.4 10-5c(Fe2+)=(1-5.4% ) 1.0010-3 =9.4610-4c(Hg22+)=1/2 c(Fe2+)=4.7310-4025. 0145. 0lg205917. 0E)/(771. 022HgHgEVHgHg796. 0)/(22平衡常數(shù)平衡常數(shù)145. 0)104 . 5()1046. 9)(1073. 4()()()(25244322222FecFecHgcK第28頁/共57頁參考下列數(shù)據(jù)，計算參考下列數(shù)據(jù)，計算250CAg(S2O3)23- 的穩(wěn)定常數(shù)的穩(wěn)定常數(shù)?0 (Ag/Ag)0

28、.799V 0 (Ag(S2O3)23- / Ag)0.017V解解: Ag+ + 2S2O32- = Ag(S2O3)23-2(2323232）（）（）（穩(wěn)）OSeqAgeqOSAgeqcccKAg(S2O3)23- +e- =Ag + 2S2O32- 0 =0.017V Ag+ + e- =Ag 0 = 0.799V )(1Ageqc0.017V= 0.799V +0.0592lgc(Ag+)= 0.799V-0.0592lg Kflg Kf =(0.799-0.017)/0.0592 =13.21 Kf= 1.61013第29頁/共57頁根據(jù)以下數(shù)據(jù)說明根據(jù)以下數(shù)據(jù)說明Fe2+在酸性條件

29、不易被氧化在酸性條件不易被氧化已知：已知： Fe3 +e = Fe2+ 0 (Fe3/Fe2+)0.771V Fe(OH)2 = Fe2+ +2OH- Ks=8.0 10-16 Fe(OH)3 = Fe3+ +3OH- Ks=4.0 10-32)()(lg05917. 0)/()(/)(232323FecFecFeFeOHFeOHFe)100 . 8)100 . 4lg05917. 0)/(163223FeFeV194. 0C(OH-)=1mol.dm-3溶液中 很小,所以其還原態(tài) 很易被氧化第30頁/共57頁根據(jù)以下數(shù)據(jù)通過計算電極電勢說明根據(jù)以下數(shù)據(jù)通過計算電極電勢說明FeFe3+3+還原

30、為還原為FeFe2+2+而不是而不是FeFe已知：已知： Fe3 + +e = e = Fe2+ 0 0 (Fe3/Fe2+)0.771V Fe2+ + 2e = Fe 0 0 (Fe2/Fe)-0.447V解解 : Fe3 +3e = Fe 0 (Fe3/Fe)?將上述三個電極分別與標準氫電極組成原電池將上述三個電極分別與標準氫電極組成原電池 E0= 0則電池反應式則電池反應式 ( 3)=(1)+(2) fG03= fG01 + fG02 -3FE03= (-1FE01)+( -2FE02)12330 (Fe3/Fe)=0 (Fe3/Fe2+) +2 0 (Fe2/Fe)V041. 03)4

31、47. 0(2771. 0.212211nnnn第31頁/共57頁250C時，兩個氫電極（時，兩個氫電極（H2的分壓相等）構成電池，已知陽極區(qū)的分壓相等）構成電池，已知陽極區(qū)H+濃度為濃度為10-8 mol.dm-3，陰極區(qū)陰極區(qū)H+濃度為濃度為0. 025 mol.dm-3，計算該電池的電勢。若某半電池的計算該電池的電勢。若某半電池的H+濃度為濃度為1. 0mol.dm-3（標準狀態(tài)，做正極），另一半電池的標準狀態(tài)，做正極），另一半電池的pH與和觀測電壓的關系？與和觀測電壓的關系？解解: :電極反應電極反應 （+）H+（ 0. 025 ） + e= 1/2H2 （-） 1/2H2 - e=

32、H+（ 10-8 ） 電池的電勢電池的電勢)()(lg05917. 0正極負極HcHcEE025. 010lg05917. 008EV377. 0)40lg8(05917. 01)(lg05917. 00(負極觀測）HcEpH05917. 0pH計測量溶液pH原理與該電池類似第32頁/共57頁借自發(fā)的氧化還原反應將化學能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置稱為化學電源。 4.4.1 4.4.1 一次電池一次電池 放電后不能充電或補充化學物質使其復原的電池。 1.1.鋅鋅- -錳干電池錳干電池電池符號：電池符號：(-)鋅鋅|ZnCl2, NH4Cl(糊狀糊狀) |MnO2|C(+)電極反應電極反應:(-) Zn

33、(s) Zn2+(aq) + 2e-(+)2MnO2 +2NH4+(aq)+2e- Mn2O3 +2NH3(g)+2H2O(l) 電動勢電動勢1.5V。它攜帶方便。但反應不可逆，壽命有限。它攜帶方便。但反應不可逆，壽命有限。 鋅鋅- -錳干電池示意圖錳干電池示意圖第33頁/共57頁電池符號電池符號:(-)鋅 Hg KOH(糊狀，含飽和ZnO) HgO C(+)電極反應電極反應:(-) 鋅+ 2OH- - 2e- ZnO + H2O(+) HgO(s) + H2O + 2e- 汞汞(l) + 2OH- 鋅-氧化汞電池體積小能量高，貯存性能優(yōu)良，是常用電池中放電電壓最平穩(wěn)的電源之一。缺點是使用了汞

34、，不利于環(huán)保。鋅鋅 -氧化汞電池示意圖氧化汞電池示意圖第34頁/共57頁以鋰為負極的還原劑，鉻酸銀為正極的氧化劑，其導電介質為含有高氯酸鋰(LiClO4)的碳酸丙烯酯(PC)溶液。 電池符號：電池符號：(-)Li | LiClO4, PC | Ag2CrO4 | Ag(+)電極反應電極反應: (-) Li - e- Li+(+) Ag2CrO4 + 2Li+ + 2e- 2Ag + Li2CrO4 優(yōu)點：單位體積所含能量高，穩(wěn)定性好，電池電壓高(2.83.6V)。 第35頁/共57頁放電后通過充電使其放電后通過充電使其復原的電池。復原的電池。 v 鉛蓄電池鉛蓄電池電池符號電池符號：(-)Pb

35、| H2SO4 | PbO2(+)電極反應：負極：Pb + SO42- -2e- = PbSO4正極：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O總反應式 Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O放電充電鉛蓄電池示意圖鉛蓄電池示意圖在放電后，可以利用外界直流電源進行充電，輸入能量，使兩電極恢復原狀。充電時，兩極反應為放電時的逆反應。正常蓄電池中硫酸密度在1.251.30g.cm-3之間。若低于1.20g.cm-3，則表示已部分放電，需充電后才能使用。 具有原料易得、價格低廉、技術成熟、使用可靠，又可大電流 放電等優(yōu)點，所以使用很廣泛。其

36、中約80%用于汽車工業(yè)（主要用于啟動馬達）。缺點是太笨重（例如：載重2t的搬運車電池自重0.5t)第36頁/共57頁在放電過程中可以不斷地輸入化學物質，通過反應把化學能轉變成電能，連續(xù)產生電流的電池。在放電過程中可以不斷地輸入化學物質，通過反應把化學能轉變成電能，連續(xù)產生電流的電池。 燃料電池就是一種連續(xù)電池。燃料電池是名符其實的把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉化為電能的燃料電池就是一種連續(xù)電池。燃料電池是名符其實的把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉化為電能的“能量轉換機器能量轉換機器”。能量轉換率很高，。能量轉換率很高，理論上可達理論上可達100100。實際轉化率約為。實際轉化率約為70%

37、8070%80。 燃料電池由燃料燃料電池由燃料( (氫、甲烷、肼、烴、甲醇、煤氣、天然氣等氫、甲烷、肼、烴、甲醇、煤氣、天然氣等) )、氧化劑、氧化劑( (氧氣、空氣等氧氣、空氣等) )、電極和電解質溶液等組成。燃料，如氫，連續(xù)不斷地輸入負極作還原活性物質，把氧連續(xù)不斷輸入正極，作氧化活性物質，通過反應連續(xù)產生電流。、電極和電解質溶液等組成。燃料，如氫，連續(xù)不斷地輸入負極作還原活性物質，把氧連續(xù)不斷輸入正極，作氧化活性物質，通過反應連續(xù)產生電流。第37頁/共57頁氫氫- -氧燃料電池氧燃料電池 優(yōu)點：優(yōu)點：a. .能量轉換效率高，運行壽命長能量轉換效率高，運行壽命長 b. .無噪聲，無污染無噪

38、聲，無污染 c.可連續(xù)大功率供電可連續(xù)大功率供電燃料電池汽車燃料電池汽車全世界都在大力發(fā)展的綠色汽車全世界都在大力發(fā)展的綠色汽車20世紀90年代已可取代中等容量火電?，F(xiàn)場使用，分散配制。目前實用較大的磷酸型很有前途的甲醇-氧燃料電池 (-)Pt|CH3OH(l)|KOH(aq)|O2(g)|Pt(+)氫氫-氧燃料電池氧燃料電池第38頁/共57頁在一次電池和二次電池中，含有汞、錳、鎘、鉛、鋅等重金屬，使用后如果隨意丟棄，就會造成環(huán)境污染。研究無污染電池和無害化處理是目前亟需解決的兩個方面。重金屬通過食物鏈后在人體內聚積，就會對健康造成嚴重的危害。重金屬聚積到一定量后會使人發(fā)生中毒現(xiàn)象，嚴重的將導

39、致人的死亡。因此，加強廢電池的管理，不亂扔廢電池實現(xiàn)有害廢棄物的“資源化、無害化”管理，已迫在眉睫。第39頁/共57頁利用外加電能的方法迫使反應進行的過程叫電解。在利用外加電能的方法迫使反應進行的過程叫電解。在電解過程中，電能轉變?yōu)榛瘜W能。電解過程中，電能轉變?yōu)榛瘜W能。 外電源外電源: :正極正極 負極負極電解池電解池: :陽極陽極陰極陰極反應類型反應類型: : 氧化氧化 還原還原在電解池的兩極反應中氧化態(tài)物質得到電子或還原態(tài)物質給出電子的過程都叫做放電通過離子放電這一特殊過程將一類導體和二類導體聯(lián)系起來。 電解池示意圖電解池示意圖第第15講講第40頁/共57頁實際分解電壓實際分解電壓使電解順

40、利進行的最低電壓。使電解順利進行的最低電壓。以鉑作電極，電解0.100moldm-3Na2SO4溶液為例。 陽極反應陽極反應：4OH- 4e- 2H2O + O2算得算得：陽陽= 0.815V陰極反應陰極反應：2H+ + 2e- H2算得算得：陰陰= 0.414VD0 電壓電壓電流密度電流密度1.7V 1.23V電解產物組成的氫氧原電池（反向E）理論分解電壓E-(理)實際分解電壓實際分解電壓-E(實實)第41頁/共57頁電解時電解池的實際分解電壓電解時電解池的實際分解電壓E(實實)與理論分解電壓與理論分解電壓E(理理)之差稱為超電壓之差稱為超電壓E(超超)，即，即E(實)E(理)原因:有電流，

41、引起有電流，引起“極化極化”，偏離平，偏離平衡電勢，衡電勢，E(超超)= E(實實) -E(理理)超電壓是由超電勢構成的。由于兩極的超電勢均取超電壓是由超電勢構成的。由于兩極的超電勢均取正值，所以電解池的超電壓：正值，所以電解池的超電壓：E(超)= (陰)+ (陽) 電極電勢偏離了沒有電流通過時的平衡電極電勢值的現(xiàn)象，在電化學上稱為極化。第42頁/共57頁濃差極化濃差極化電化學極化電化學極化電電極極極極化化是由于離子擴散速率緩慢（使電極附近離子濃度平衡濃度)所引起的，可設法消除。 由電解產物析出過程中某一步驟(如離子的放電、原子結合為分子、氣泡的形成等)反應速率遲緩使電極上電荷缺少(陽)或積累

42、(陰)而引起電極電勢偏離平衡電勢的現(xiàn)象。即電化學極化是由電化學反應速率決定的，無法消除 (陰)(陽)(析析,陽陽)=(陽陽 +)(析析,陰陰)=(陰陰 -)陽陽陰陰4OH- 4e- 2H2O + O22H+ + 2e- H2電流密度第43頁/共57頁電解產物：金屬的超電勢一般很小，氣體的超電電解產物：金屬的超電勢一般很小，氣體的超電勢較大，而氫氣、氧氣的超電勢更大。勢較大，而氫氣、氧氣的超電勢更大。電極材料和表面狀態(tài)：同一電解產物在不同的電電極材料和表面狀態(tài)：同一電解產物在不同的電極上的超電勢數(shù)值不同，且電極表面狀態(tài)不同時極上的超電勢數(shù)值不同，且電極表面狀態(tài)不同時超電勢數(shù)值也不同。超電勢數(shù)值也

43、不同。電流密度：隨著電流密度增大超電勢增大。在表達電流密度：隨著電流密度增大超電勢增大。在表達超電勢的數(shù)據(jù)時，必須指明電流密度的數(shù)值或具體超電勢的數(shù)據(jù)時，必須指明電流密度的數(shù)值或具體條件。條件。 參見P182 表4.1影響超電勢的因素有三個方面影響超電勢的因素有三個方面：第44頁/共57頁陽陽陰陰(析析,陽陽)較小小的還原態(tài)物質先析出(析析,陰陰)值較大大的氧化態(tài)物質分解電壓小的反應最先發(fā)生分解電壓小的反應最先發(fā)生電流密度陽極依次為：陽極依次為： 金屬電極金屬電極, X- , S2-,OH-,含氧酸根含氧酸根陰極依次為：不活潑金屬正離子陰極依次為：不活潑金屬正離子(如如Cu2+、Zn2+)，H

44、+，(活潑金屬離子活潑金屬離子(如如Na+、Mg2+)在水溶液中不放電在水溶液中不放電)(析析,陽陽)= (平衡平衡)+ (陽)(析析,陰陰)= (平衡平衡)- (陰)第45頁/共57頁練習練習 200頁頁 21題題電解鎳鹽溶液電解鎳鹽溶液,其中其中c(Ni2+)=0.10 moldm-3. 如果在如果在陰極上只要陰極上只要Ni析出析出,而不析出而不析出H2 計算溶液的最小計算溶液的最小pH(設氫氣在鎳上的超電勢為設氫氣在鎳上的超電勢為0.21V)解解:陰極析出的物質：陰極析出的物質： 析出大的氧化態(tài)物質析出大的氧化態(tài)物質 Ni析出析出,而不析出而不析出H2 的條件是的條件是: (鎳鎳 析析)

45、 (氫氫 析析)21. 0)(lg059. 001 . 0lg2059. 0257. 0Hc21. 0059. 002059. 0257. 0pH30. 1059. 021. 00295. 0257. 0pH第46頁/共57頁1.電鍍：電鍍： 電鍍工作原理示意圖電鍍工作原理示意圖要鍍的零件作為陰極(連接電源負極)鍍層的金屬(作為陽極(連接電源正極)電鍍液一般為含鍍層金屬配離子的溶液。如：電鍍鋅，被鍍零件作為陰極材料，金屬鋅作為陽極材料，在鋅鹽如：電鍍鋅，被鍍零件作為陰極材料，金屬鋅作為陽極材料，在鋅鹽(如如Na2Zn(OH)4)溶液中進行電解。溶液中進行電解。 陰極：陰極：Zn2+2e- =Z

46、n陽極：陽極： Zn= Zn2+2e-2.陽極氧化陽極氧化3.電刷鍍電刷鍍第47頁/共57頁用電解的方法通以陽極電流，使金屬表面形成氧化用電解的方法通以陽極電流，使金屬表面形成氧化膜以達到防腐耐蝕目的的一種工藝。膜以達到防腐耐蝕目的的一種工藝。 以鋁的陽極氧化為例，在陽極鋁表面上，一種是Al2O3的形成反應，另一種是Al2O3被電解液不斷溶解的反應。當Al2O3的生成速率大于溶解速率時，氧化膜就能順利地生長，并保持一定的厚度。 陽極陽極(Al) 2Al + 3H2O 6e- = Al2O3 + 6H+ 主要反應主要反應 2H2O 4e- = 4H+ + O2 次要反應次要反應 陰極陰極(Pb)

47、 2H+ + 2e- = H2 陽極氧化可采用稀硫酸、鉻酸或草酸溶液。陽極氧化可采用稀硫酸、鉻酸或草酸溶液。陽極氧化膜示意圖陽極氧化膜示意圖5300m純度較高的致密Al2O3膜，厚度0.010.05m，第48頁/共57頁腐蝕造成的損失腐蝕造成的損失報廢的鋼鐵設備相當于鋼鐵年產量的報廢的鋼鐵設備相當于鋼鐵年產量的1/41/4發(fā)達國家年經濟損失占發(fā)達國家年經濟損失占GDP的的34%金屬腐蝕的本質金屬腐蝕的本質都是金屬原子失電子被氧化的過程都是金屬原子失電子被氧化的過程 腐蝕的種類腐蝕的種類1.1.化學腐化學腐蝕蝕2.電化學腐蝕電化學腐蝕疏松，易龜裂，向縱深腐蝕致密例例1)鋼鐵的高溫氧化鋼鐵的高溫氧

48、化:Fe2O高溫）(2CO高溫）(2OH43)740(OFeKFeOK)740(COFeO2HFeO例例2)鋼的脫碳鋼的脫碳O2,H2OCO鋼的脫碳原理示意圖鋼的脫碳原理示意圖1）析氫腐蝕析氫腐蝕2）吸氧腐蝕吸氧腐蝕3）差異充氣腐蝕差異充氣腐蝕第49頁/共57頁1.改變金屬的內部結構：例如，把鉻、鎳加入普通鋼改變金屬的內部結構：例如，把鉻、鎳加入普通鋼中制成不銹鋼中制成不銹鋼。2.保護層法：保護層法：例如，在金屬表面涂漆、電鍍或用化學方法形成致密而耐腐蝕的氧化膜等。如白口鐵(鍍鋅鐵)、馬口鐵(鍍錫鐵)。3.緩蝕劑法緩蝕劑法: :在腐蝕介質中，加入少量能減小腐蝕速率在腐蝕介質中，加入少量能減小腐蝕速率的物質，因在金屬表面形成一層保護膜以防止腐蝕的的物質，因在金屬表面形成一層保護膜以防止腐蝕的方法。方法。 (1)無機緩蝕劑：在中性或堿性介質中主要采用無機緩蝕劑，如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽等。主要是