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(fù)極，中間由導(dǎo)線連例如銅鋅原電池，銅為正極，鋅為負(fù)極，中間由導(dǎo)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(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。轉(zhuǎn)，此時反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)式）原電池的半反應(yīng)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(yīng)：的還原反應(yīng)： Cu2+(aq)+2e-=Cu(s) 負(fù)極負(fù)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(yīng)：的氧化反應(yīng)： Zn(s)=Zn2+(aq)+2e- 這就是原電池的半反應(yīng)式這就是原電池的半反應(yīng)式 總反應(yīng)方程式為：總反應(yīng)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(rèn)為兩極

3、間有電勢差，即原電池能產(chǎn)生電流，可以認(rèn)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(yīng)用與到目前為止，測定其絕對值尚有困難。在實際應(yīng)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(biāo)標(biāo)準(zhǔn)氫電極準(zhǔn)氫電極為標(biāo)準(zhǔn)電極。并規(guī)定在為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池通過和標(biāo)準(zhǔn)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(fù)極，則電極電勢鋅為負(fù)極，則電極電勢=-原電池電動勢，原電池電動勢， 0。E= 正正 - 負(fù)負(fù) （在標(biāo)準(zhǔn)條件下的電動勢稱為標(biāo)準(zhǔn)電動勢）在標(biāo)準(zhǔn)條件下的電動勢稱為標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)：反應(yīng)： 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(yīng)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(yīng)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(yīng)通式為：，電極反應(yīng)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(yīng)的濃度對電極電勢的影響（其相應(yīng)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(qiáng)弱的比較氧化劑與還原劑相對強(qiáng)弱的比較我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)；其對應(yīng)的氧化物質(zhì)越易失去電子，還原性越強(qiáng)；其對應(yīng)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(yīng)電極反應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)電勢差標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)方向的判斷氧化還原反應(yīng)方向的判斷 3氧化還原反應(yīng)進(jìn)行程度的衡量氧化還原反應(yīng)進(jìn)行程度的衡量 氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度也就是達(dá)到平衡時，氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度也就是達(dá)到平衡時，生成物相對濃度與反應(yīng)物相對濃度之比，可由氧化還生成物相對濃度與反應(yīng)物相對

10、濃度之比，可由氧化還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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?？祝讳X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(dāng)金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，由電化學(xué)作用而引起當(dāng)金屬與電解質(zhì)溶液接觸時，由電化學(xué)作用而引起的腐蝕叫電化學(xué)腐蝕。金屬

11、在大氣、土壤及海水中的腐的腐蝕叫電化學(xué)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(xué)腐蝕。蝕和在電解質(zhì)中的腐蝕都是電化學(xué)腐蝕。 電化學(xué)的特點是形成腐蝕電池。在腐蝕電池上，電化學(xué)的特點是形成腐蝕電池。在腐蝕電池上，負(fù)極進(jìn)行氧化過程，叫陽極；正極進(jìn)行還原過程，負(fù)極進(jìn)行氧化過程，叫陽極；正極進(jìn)行還原過程，叫陰極。叫陰極?？煞譃榭煞譃?。其腐蝕過程均為陽極溶解。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(yīng)式如下：吸氧腐蝕，反應(yīng)式如下：1/2O2(g)+H2O(l)+2e- = 2OH(aq)-若鐵不放在大氣中，而放在強(qiáng)酸中，那么，陰極反若鐵不放在大氣中，而放在強(qiáng)酸中，那么，陰極反應(yīng)式為：應(yīng)式為： 2H+（aq)+2e- = H2(g) 在鋼鐵洗酸時發(fā)生的反應(yīng)叫析氫腐蝕。在鋼鐵洗酸時發(fā)生的反應(yīng)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(yīng)電極電勢（為陰極），而在分壓較大處，相應(yīng)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