離子平衡第3課

1、1 原電池的組成原電池的組成 例如銅鋅原電池，銅為正極，鋅為負極，中間由導線連例如銅鋅原電池，銅為正極，鋅為負極，中間由導線連接，并接一個電流計，就可以看到電流計的指針發(fā)生偏接，并接一個電流計，就可以看到電流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時反應的化學能轉(zhuǎn)化為電能。轉(zhuǎn)，此時反應的化學能轉(zhuǎn)化為電能。 電流計KCl電橋Zn極Zn2+ SO42-Cu2+ SO42-Cu極e-e-+Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)r Gmr Gm(298.15K)(298.15K)212.55kJ212.55kJ. molmol-1-1（1）原電池的半反應式）原電池的半反應式 我們以銅鋅原電池為例。我們

2、以銅鋅原電池為例。 正極正極電子流入的極，發(fā)生電子流入的極，發(fā)生Cu2+的還原反應：的還原反應： Cu2+(aq)+2e-=Cu(s) 負極負極電子流出的極，發(fā)生電子流出的極，發(fā)生Zn的氧化反應：的氧化反應： Zn(s)=Zn2+(aq)+2e- 這就是原電池的半反應式這就是原電池的半反應式 總反應方程式為：總反應方程式為： Zn(s)+ Cu2+ (aq)= Zn2+(aq)+Cu(s) 原電池的裝置可用圖式表示。原電池的裝置可用圖式表示。 如，銅鋅原電池可以這樣表示：如，銅鋅原電池可以這樣表示： (-)Zn|ZnSO4(c1)|CuSO4(c2)|Cu(+) 原電池能產(chǎn)生電流，可以認為兩極

3、間有電勢差，即原電池能產(chǎn)生電流，可以認為兩極間有電勢差，即每一個電極有電勢，且兩電勢不同，故產(chǎn)生電勢差，每一個電極有電勢，且兩電勢不同，故產(chǎn)生電勢差，形成電流。形成電流。那么，電極電勢如何產(chǎn)生的呢？那么，電極電勢如何產(chǎn)生的呢？ 產(chǎn)生在金屬和它的鹽溶液之間的電勢nMMne與金屬本身的活潑性有關(guān) 與溶液中金屬離子濃度有關(guān) 與溫度有關(guān)到目前為止，測定其絕對值尚有困難。在實際應用與到目前為止，測定其絕對值尚有困難。在實際應用與處理中與焓、吉布斯函數(shù)一樣，只要求我們知道它的處理中與焓、吉布斯函數(shù)一樣，只要求我們知道它的相對值。相對值。 要知道其相對值，必須有一參照值。國際上規(guī)定要知道其相對值，必須有一參

4、照值。國際上規(guī)定標標準氫電極準氫電極為標準電極。并規(guī)定在為標準電極。并規(guī)定在任何條件任何條件下，下，。P.198.Pt|H2(100.000kPa)|H+(1mol.dm-3)(H+/H2)=0.0000V通過和標準氫電極組成原電池通過和標準氫電極組成原電池,可求出任一電極的電極電可求出任一電極的電極電勢例：勢例：(-)Pt|H2(101.325Pa)|H+(1mol.dm-3)|Cu2+(1mol.dm-3)|Cu(+)銅為正極，原電池的電動勢就等于銅電極的電勢，且電極銅為正極，原電池的電動勢就等于銅電極的電勢，且電極電勢電勢0。又如：。又如：(-)Zn|Zn2+(1mol.dm-3)|H+

5、(1mol.dm-3) |H2(101.325Pa)|Pt(+)鋅為負極，則電極電勢鋅為負極，則電極電勢=-原電池電動勢，原電池電動勢， 0。E= 正正 - 負負 （在標準條件下的電動勢稱為標準電動勢）在標準條件下的電動勢稱為標準電動勢）|4.3 電動勢電動勢與摩爾吉布斯函數(shù)變與摩爾吉布斯函數(shù)變例例:計算下列反應的 Zn +2H+(1molL-1)= Zn 2+ (1molL-1)+H2(100kPa) 1 1 濃度對電動勢濃度對電動勢E E的影響的影響對于一個對于一個原電池原電池反應：反應： aA(aq)+bB(aq)=gG(aq)+dD(aq)其吉布斯函數(shù)變?yōu)椋浩浼妓购瘮?shù)變?yōu)椋?= +R

6、Tlnc(G/c )gc(D)/c d c(A)/c ac(B)/c bE=E /nF ln c(G/c )gc(D)/c d c(A)/c ac(B)/c b在在298.15K時可轉(zhuǎn)化為：時可轉(zhuǎn)化為： E=E /n lg c(G/c )gc(D)/c d c(A)/c ac(B)/c b 2 2 濃度對電極電勢濃度對電極電勢的影響的影響 原電池在使用一段時間后，電動勢變小，反映了原電原電池在使用一段時間后，電動勢變小，反映了原電池中發(fā)生氧化還原反應后各有關(guān)離子濃度的變化引起了電池中發(fā)生氧化還原反應后各有關(guān)離子濃度的變化引起了電極電勢的變化。極電勢的變化。 對于任一給定的對于任一給定的電極電極

7、，電極反應通式為：，電極反應通式為：a（氧化態(tài)）（氧化態(tài)）+ne-b（還原態(tài)）（還原態(tài)）其相應的濃度對電極電勢的影響（其相應的濃度對電極電勢的影響（298.15K）的通式為）的通式為：= + lg0.05917Vnc(氧化態(tài)氧化態(tài))/c ac(還原態(tài)還原態(tài))/c b電極電極電勢的能斯特電勢的能斯特方程式方程式例例:金屬鋅加入0.01molL-1Zn2+ 溶液(Zn2+/Zn)= (Zn2+/Zn)+0.0592/2lgZn2+ =-0.7618+0.0592/2*lg0.01 =-0.821V1molL-1Cr2O72-與1molL-1Cr3+與0.001molL-1H+ (Cr2O72-/

8、Cr3+)= (Cr2O72-/ Cr3+)+0.0592/6lgCr2O72-H+14/Cr3+ =1.33+0.0592/6*lg(0.001)1 =0.92V 1 氧化劑與還原劑相對強弱的比較氧化劑與還原劑相對強弱的比較我們?yōu)槭裁匆獙W電極電勢呢？ 因為電極電勢的大小反映了因為電極電勢的大小反映了 氧化還原電對中的氧化還原電對中的氧化態(tài)物質(zhì)與還原態(tài)物質(zhì)氧化還原能力的相對強弱。氧化態(tài)物質(zhì)與還原態(tài)物質(zhì)氧化還原能力的相對強弱。 電極電勢的數(shù)值越小，則其電對中的電極電勢的數(shù)值越小，則其電對中的 還原態(tài)還原態(tài)物質(zhì)越易失去電子，還原性越強；其對應的氧化物質(zhì)越易失去電子，還原性越強；其對應的氧化態(tài)物質(zhì)就

9、越難得到電子，氧化性越弱。反之亦然。態(tài)物質(zhì)就越難得到電子，氧化性越弱。反之亦然。例：例： 電對電對 電極反應電極反應 標準電勢差標準電勢差/VI2/I-I2(s)+2e - 2I-(aq)+0.5355Fe3+/Fe2+Fe3+(aq)+e - Fe2+(aq)+0.771Br2/Br-Br2(l)+2e- 2 Br-(aq)+1.068 2 氧化還原反應方向的判斷氧化還原反應方向的判斷 3氧化還原反應進行程度的衡量氧化還原反應進行程度的衡量 氧化還原反應進行的程度也就是達到平衡時，氧化還原反應進行的程度也就是達到平衡時，生成物相對濃度與反應物相對濃度之比，可由氧化還生成物相對濃度與反應物相對

10、濃度之比，可由氧化還原反應的標準平衡常數(shù)原反應的標準平衡常數(shù)K K的大小來衡量。的大小來衡量。 G = -RT lnK 鋼鐵制件的生銹；地下金屬管道受腐蝕而穿鋼鐵制件的生銹；地下金屬管道受腐蝕而穿孔；鋁制品在潮濕的空氣中表面出現(xiàn)白色粉末等?？?；鋁制品在潮濕的空氣中表面出現(xiàn)白色粉末等。 如：鋼材在常溫和干燥的空氣里并不易腐蝕，如：鋼材在常溫和干燥的空氣里并不易腐蝕，但在高溫下就容易被氧化，生成氧化層，同時有脫但在高溫下就容易被氧化，生成氧化層，同時有脫碳現(xiàn)象。（如圖）碳現(xiàn)象。（如圖） 當金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，由電化學作用而引起當金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，由電化學作用而引起的腐蝕叫電化學腐蝕。金屬

11、在大氣、土壤及海水中的腐的腐蝕叫電化學腐蝕。金屬在大氣、土壤及海水中的腐蝕和在電解質(zhì)中的腐蝕都是電化學腐蝕。蝕和在電解質(zhì)中的腐蝕都是電化學腐蝕。 電化學的特點是形成腐蝕電池。在腐蝕電池上，電化學的特點是形成腐蝕電池。在腐蝕電池上，負極進行氧化過程，叫陽極；正極進行還原過程，負極進行氧化過程，叫陽極；正極進行還原過程，叫陰極。叫陰極?？煞譃榭煞譃椤Ｆ涓g過程均為陽極溶解。其腐蝕過程均為陽極溶解。鋼鐵在大氣中主要是鋼鐵在大氣中主要是 吸氧腐蝕，反應式如下：吸氧腐蝕，反應式如下：1/2O2(g)+H2O(l)+2e- = 2OH(aq)-若鐵不放在大氣中，而放在強酸中，那么，陰極反若鐵不放在大氣中，而放在強酸中，那么，陰極反應式為：應式為： 2H+（aq)+2e- = H2(g) 在鋼鐵洗酸時發(fā)生的反應叫析氫腐蝕。在鋼鐵洗酸時發(fā)生的反應叫析氫腐蝕。 金屬表面常因氧氣分布不均而引起腐蝕。在氧金屬表面常因氧氣分布不均而引起腐蝕。在氧氣氣 分壓較大處，相應電極電勢（為陰極），而在分壓較大處，相應電極電勢（為陰極），而在氧氣分壓較小處，電極電勢（為陽極），這樣就氧氣分壓較小處，電極電勢（為陽極），這樣就形成了一腐蝕電池。這種腐蝕稱為差異充氣腐蝕。形成了