大學(xué)化學(xué)之電化學(xué)基礎(chǔ)

1、關(guān)于大學(xué)化學(xué)之電化學(xué)基礎(chǔ)第一張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2電化學(xué)電化學(xué)是研究化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的一門(mén)科學(xué).第二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3氧化還原過(guò)程 人類(lèi)一切生產(chǎn)和生命活動(dòng)：能量供應(yīng)問(wèn)題。 煤、石油等燃燒發(fā)熱 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收 體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng) 生物電現(xiàn)象(心電、腦電)第三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4主要內(nèi)容5.1 氧化還原反應(yīng)5.2 原電池 5.3 電極電勢(shì)5.4 原電池?zé)崃W(xué)5.5 電解與電化學(xué)技術(shù)5.6 金屬的腐蝕與防護(hù)第四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月55.1 氧化還原反應(yīng) 5.1.1 氧化還原反應(yīng) 5.

2、1.2 氧化還原電對(duì) 5.1.3 氧化還原反應(yīng)方程式的配平第五張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月65.1.1 氧化還原反應(yīng)1.定義 元素的氧化值發(fā)生了變化的化學(xué)反應(yīng)。Sn2+ + Fe3+ Sn4+ + Fe2+ 2.特點(diǎn)（1）存在著氧化劑與還原劑；（2）存在著氧化態(tài)與還原態(tài)。氧化Ox（氧化態(tài)） neRed（還原態(tài)）還原第六張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月75.1.2 氧化還原電對(duì)1.電對(duì)Ox + ne Red 同種元素的氧化態(tài)與還原態(tài)構(gòu)成了氧化還原電對(duì)，記作Ox / Red。 如Sn4+/Sn2+ ，F(xiàn)e3+/Fe2+，一個(gè)氧化還原反應(yīng)由兩個(gè)氧化還原電對(duì)組成。第七張

3、，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月82.電極反應(yīng) 任何氧化還原反應(yīng)都可拆分為兩個(gè)氧化還原電對(duì)的半反應(yīng)（半電池反應(yīng)，電極反應(yīng)）：Fe3+ + e Fe2+ Sn2+ Sn4+ + 2e 氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)： 兩個(gè)共軛電對(duì)之間的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。第八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月93.電對(duì)拆分： 2MnO4-5H2C2O4 6H 2Mn2 10CO2 8H2O MnO4- 8H 5e Mn2 4H2O H2C2O4 2CO2 2H 2e MnO4- / Mn2； CO2 /H2C2O4第九張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.1.3 氧化還原反應(yīng)方程式的配平離子-

4、電子法1.配平原則： 電荷守恒：反應(yīng)過(guò)程中氧化劑與還原劑得失電子數(shù)相等。 質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素的原子總數(shù)相等。第十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月112.配平的具體步驟：（1）寫(xiě)出離子方程式：MnO4-SO32- H Mn2 SO42- H2O （2）將反應(yīng)拆分為氧化和還原兩個(gè)半反應(yīng)式： 還原反應(yīng)： MnO4- Mn2氧化反應(yīng)： SO32- SO42- (3) 配平：使半反應(yīng)兩邊的原子數(shù)和電荷數(shù)相等MnO4- 8H + 5e = Mn2 4H2OSO32- H2O = SO42- 2H + 2e 第十一張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（4） 使兩個(gè)半反應(yīng)得失電子

5、數(shù)為其最小公倍數(shù)，合并成一個(gè)配平的離子反應(yīng)式：2) MnO4- 8H + 5e = Mn2 4H2O+ 5) SO32- H2O = SO42- 2H + 2e 2MnO4-5SO32-6H = 2Mn25SO42-3H2O第十二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 例1 用離子-電子法配平下列氧化還原反應(yīng)：K2Cr2O7 + KI + H2SO4 K2SO4 + Cr2（SO4）3+I2+H2O解：先寫(xiě)成離子反應(yīng)式：Cr2O72- + I- + H+ Cr3+ + I2 + H2O將離子反應(yīng)式分成兩個(gè)半反應(yīng)：I- I2Cr2O72- + H+ Cr3+ + H2O分別配平兩個(gè)半反應(yīng)

6、：2I- = I2 + 2eCr2O72- + 14 H+ + 6e = 2Cr3+ +7 H2O第十三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月使兩個(gè)半反應(yīng)得失電子數(shù)為其最小公倍數(shù)（e= 6），合并成一個(gè)配平的離子反應(yīng)式：Cr2O72- + 6I- + 14H+ = 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O最后寫(xiě)出配平的氧化還原反應(yīng)方程式：K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 = Cr2（SO4）3 + 4K2SO4 + 3I2 + 7H2O第十四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 例2 配平下列氧化還原反應(yīng)：H2S + H2SO3 S + H2OH2S - 2e S +

7、 2H+ H2SO3 + 4H+ + 4e S + 3H2O 2 + 得:2H2S + H2SO3 = 3S + 3H2O 第十五張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 例3：配平Cl2(g) + NaOH NaCl + NaClO3 解： Cl2（g）+ 2e = 2Cl- Cl2（g）+ 12OH- = 2ClO3-+ 6H2O +10e 5 + 得：6Cl2（g）+ 12OH- = 10Cl- + 2ClO3-+ 6H2O化簡(jiǎn)得：3Cl2（g）+ 6OH- = 5Cl- + ClO3-+ 3H2O3Cl2（g）+ 6NaOH = 5NaCl + NaClO3+ 3H2O 第十六張

8、，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月175.2 原電池 5.2.1 原電池的概念 5.2.2 原電池的符號(hào) 5.2.3 電池電動(dòng)勢(shì) 5.2.4 電極類(lèi)型第十七張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月185.2.1 原電池的概念1.定義 原電池是利用氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流的裝置。2.原電池的構(gòu)成 電勢(shì)不同的兩個(gè)電極； 鹽橋； 外電路（檢流計(jì)）。第十八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月19圖1 Daniell電池+e 電子由Zn極流向Cu極： Zn極電勢(shì)低，為負(fù)極；Cu極電勢(shì)高，為正極。3.Daniell電池第十九張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月20 4.特征

9、 正極：氧化劑(Cu2+)被還原，半電池反應(yīng)為： Cu2+ + 2e Cu負(fù)極：還原劑(Zn)被氧化，半電池反應(yīng)為： Zn Zn 2+ + 2e 電池反應(yīng)為：Cu2+ + Zn Cu + Zn 2+第二十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月215.2.2 原電池的符號(hào)表示1.書(shū)寫(xiě)要求（1） 負(fù)極寫(xiě)在左邊，正極寫(xiě)在右邊； （2）正負(fù)極之間用鹽橋“”相接；（3）電極固體標(biāo)志用一豎線“”表示；（4）同相之不同物質(zhì)間用“，”間隔；（5）若為離子時(shí)應(yīng)注明其活度（濃度亦可）；（6）若電對(duì)不含金屬導(dǎo)體，則需加一惰性導(dǎo)體；（7）純氣體、液體或固體與惰性電極名稱(chēng)之間以“，”間隔，并應(yīng)注明其狀態(tài)。第二十

10、一張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月222.應(yīng)用示例例4將氧化還原反應(yīng)2MnO4-5H2O26H= 2Mn2 8H2O 5O2拆成兩個(gè)半電池反應(yīng)，并寫(xiě)出電極組成和電池組成表示式。解 （1）根據(jù)正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)的原則，拆分此氧化還原反應(yīng)為兩個(gè)半電池反應(yīng)：正極反應(yīng)：MnO4- 8H5e Mn2 4H2O 負(fù)極反應(yīng)： H2O2 2H O2 2e第二十二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月23（2）電極組成：正極：PtMnO4- （c1）,Mn2（c2）,H （c3） 負(fù)極：Pt, O2 （p） H2O2 （c4）, H （c3）（3）電池符號(hào)：（-）Pt, O

11、2 （p） H2O2 （c4）, H （c3） MnO4- （c1）,Mn2（c2）,H （c3） Pt（+）第二十三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月245.2.3 電池電動(dòng)勢(shì) 1.定義 電池電動(dòng)勢(shì)是電池正負(fù)極之間的瞬時(shí)電勢(shì)差。（在接近零電流下所測(cè)定的電勢(shì)差） 2.表示 電池電動(dòng)勢(shì) E E+ - E- E+ 某時(shí)刻正極的電勢(shì)， E- 某時(shí)刻負(fù)極的電勢(shì)。思考：為什么手電筒電光愈用愈暗？因?yàn)槠潆姵仉妱?dòng)勢(shì)愈用愈低。第二十四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月255.2.4 電極類(lèi)型 1.金屬-金屬離子電極：Zn | Zn2+(c) 電極反應(yīng) Zn2+ + 2e Zn 2.金屬

12、-金屬難溶鹽-陰離子電極： Ag，AgCl(s) | Cl-(c) 電極反應(yīng) AgCl + e Ag + Cl- 3. 雙離子電對(duì)電極： Pt| Fe2+(c1)，F(xiàn)e3+(c2) 電極反應(yīng) Fe3+ + e Fe2+ 4.氣體電極：Pt，Cl2(p) | Cl- (c) 電極反應(yīng) Cl2 + 2e 2Cl-第二十五張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月265.3 電極電勢(shì) 5.3.1 電極電勢(shì)的產(chǎn)生 5.3.2 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì) 5.3.3 Nernst方程式第二十六張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月275.3 電極電勢(shì)5.3.1 電極電勢(shì)的產(chǎn)生1.電極的雙電層結(jié)構(gòu)+-（a）

13、溶解沉積+-（b）沉積溶解圖-2 雙電層的形成M（s） Mn+（aq）+ ne 由于在金屬與溶液間的界面處形成雙電層結(jié)構(gòu)，電極電勢(shì)產(chǎn)生了。第二十七張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月28雙電層結(jié)構(gòu)的電極電勢(shì)為絕對(duì)電極電勢(shì)。2.影響電極電勢(shì)的因素 電極電勢(shì)的大小與以下因素有關(guān)：（1）電極物質(zhì)的本性；（2）電極物質(zhì)離子的濃度或氣體的分壓；（3）溫度。第二十八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月29 5.3.2 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)1.標(biāo)準(zhǔn)氫電極的作用 無(wú)法直接測(cè)出表面電勢(shì)和相間電勢(shì)不能確定電極電勢(shì)的絕對(duì)值。 實(shí)際中選定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電極，將其電極電勢(shì)定義為零，即可確定其它電極的電極電勢(shì)。 I

14、UPAC規(guī)定，采用標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為基準(zhǔn)電極。第二十九張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月302.標(biāo)準(zhǔn)氫電極的組成Standard Hydrogen Electrode, SHE（1）海綿狀鉑黑作電極導(dǎo)體；（2）H2壓力維持100kPa；（3）H+活度為1（1.184molL-1）；（4） EH+/ H2 =0.0000V第三十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月31 標(biāo)準(zhǔn)氫電極的組成式可表示為: Pt，H2（100kPa）H（a=1） （5）標(biāo)準(zhǔn)氫電極的組成式（電極符號(hào)） 鉑黑上吸附的H2與溶液中的H建立如下動(dòng)態(tài)平衡： 2H(aq) + 2e H2(g)第三十一張，PPT共一

15、百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月323.標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（1）定義 處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的電極的電勢(shì)稱(chēng)為該電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(standard electrode potential)，用符號(hào)E表示。（2）標(biāo)準(zhǔn)態(tài) 溶液活度為1 , 或氣體壓力為100kPa , 液體和固體為純凈物。 第三十二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月334.標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的測(cè)定 電池電動(dòng)勢(shì) E E+ - E- 首先和標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池，其次確定被測(cè)電極是正極還是負(fù)極。若為正極，則其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)E+ E + EH+/H2 E若為負(fù)極，則其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì) E- EH+/H2 - E - E EOx/Red定義為給定電極的標(biāo)準(zhǔn)

16、電極電勢(shì)(相對(duì)值）。第三十三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月34標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的測(cè)定例5 簡(jiǎn)述測(cè)定Pt | Fe3+(1.0)， Fe2+(1.0)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的方法及結(jié)果。 解 將Pt | Fe3+(1.0)， Fe2+(1.0)與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成電池。從實(shí)驗(yàn)電流的方向確定此待測(cè)電極為正極，標(biāo)準(zhǔn)氫電極為負(fù)極。 測(cè)得電動(dòng)勢(shì)為0.771V，則 E E+ - E- EFe3+ /Fe2+ - EH+/H2式中E 的右下角注明了參加電極反應(yīng)物質(zhì)的氧化態(tài)和還原態(tài)，上角的表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。EFe3+/Fe2+ E 0.771V.第三十四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月35又：標(biāo)準(zhǔn)鋅

17、電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池： (-) Zn | Zn2+(1.0)H+(1.0) | H2（100kPa）, Pt (+) 測(cè)得此原電池的電動(dòng)勢(shì)E =0.7618 V，由于 E E+ E- E HH2 E Zn2Zn 0 E Zn2Zn E Zn2Zn - 0.7618 V。第三十五張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月365.標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的物理意義： 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表中，以標(biāo)準(zhǔn)氫電極為界，氫以上電極的E 均為負(fù)值，氫以下電極的E均為正值。 某電極的E代數(shù)值愈小，表示此電對(duì)中還原態(tài)物質(zhì)愈易失去電子，即還原能力愈強(qiáng)，是較強(qiáng)的還原劑； 若電極的E代數(shù)值愈大，表示此電對(duì)中氧化態(tài)物質(zhì)愈易得到電子

18、，即氧化能力愈強(qiáng)，是較強(qiáng)的氧化劑。第三十六張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月376. 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表及其應(yīng)用附錄：常見(jiàn)的氧化還原電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(1)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系1）對(duì)比兩個(gè)氧化還原電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的大小，便可知道此氧化還原反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)誰(shuí)是氧化劑，誰(shuí)是還原劑。第三十七張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月38標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系2）判斷標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向：強(qiáng)Ox + 強(qiáng)Red 弱Ox + 弱Red 電極電勢(shì)愈高，氧化還原電對(duì)中的氧化態(tài)得到電子變成其還原態(tài)的趨勢(shì)愈強(qiáng)； 電極電勢(shì)愈低，氧化還原電對(duì)中的還原態(tài)失去電子變成其氧化態(tài)

19、的趨勢(shì)愈強(qiáng)。 氧化還原反應(yīng)的方向：電極電勢(shì)高的電對(duì)的氧化態(tài)氧化電極電勢(shì)低的電對(duì)的還原態(tài)。第三十八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月39例6 判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)下列氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向：2Fe2+Br2 2Fe3+2Br-。解 首先，將此氧化還原反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)，并查出這兩個(gè)電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：Fe3+ e Fe2+ EFe3+ /Fe2+ = + 0.771VBr2 + 2e 2Br- EBr2 /Br- = + 1.087 V其次，找出標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)高的電對(duì)中的氧化態(tài)(Br2 )， 和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)低的電對(duì)中的還原態(tài)(Fe2+ )，此二者應(yīng)是該自發(fā)反應(yīng)的反應(yīng)物。故該反應(yīng)正向（向右

20、）自發(fā)進(jìn)行。第三十九張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月40解 將此氧化還原反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)，并查出兩個(gè)電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：例7 判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)Ag+ + Fe2+ Ag + Fe3+ 自發(fā)進(jìn)行的方向。Ag+ + e Ag EAg+ /Ag = + 0.7996 VFe3+ e Fe2+ EFe3+ /Fe2+ = + 0.771V反應(yīng)系統(tǒng)中較強(qiáng)的氧化劑是Ag+ ，較強(qiáng)的還原劑是Fe2+ ，故反應(yīng)正向（向右）進(jìn)行。第四十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月41（2）使用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表注意事項(xiàng)：1）電極反應(yīng)均寫(xiě)成：Oxne Red 無(wú)論反應(yīng)物是電對(duì)中的氧化態(tài)，還是其還原

21、態(tài)，氧化還原電對(duì)的E的符號(hào)不變。2Fe3+ + Sn2+ 2Fe2+ + Sn4+ E Fe3+ /Fe2+ = + 0.771V2Fe2+ + Ag+ Fe3+ + AgE Fe3+ /Fe2+ = + 0.771V第四十一張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月423）E只能判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向。如:Zn2+ + 2e Zn E = -0.7618V 2Zn2+ + 4e 2Zn E2（ -0.7618V ）2）標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)是強(qiáng)度性質(zhì)，不具加和性。Ag+ + e Ag EAg+ /Ag = + 0.7996 VFe3+ e Fe2+ EFe3+ /Fe2+ = +

22、 0.771VAg+ + Fe2+ Ag + Fe3+比較結(jié)論：反應(yīng)正向進(jìn)行。第四十二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月43但如果有Ag+（0.10) + Fe2+ （0.10) Ag+ Fe3+ （1.0) 則反應(yīng)逆向進(jìn)行。問(wèn)題：怎樣知道在此條件下反應(yīng)逆向進(jìn)行？ 答案：這是比較電極電勢(shì)的結(jié)果。第四十三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月445.3.3 Nernst方程式 1. 電極電勢(shì)的Nernst方程式 2. 電池電動(dòng)勢(shì)的Nernst方程式 3. 應(yīng)用Nernst方程式注意事項(xiàng)第四十四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月455.3.3 Nernst方程式影響

23、電極電勢(shì)的因素 Nernst方程式及濃度對(duì)EOx/Red及E的影響標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：只考慮電極本性的影響，故只能用于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的氧化還原反應(yīng)。非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，EOx/Red：考慮電極本性、反應(yīng)物濃度、溫度以及溶液的酸度等因素。Nernst方程式：綜合了上述影響因素的計(jì)算EOx/Red及E的公式。第四十五張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月461.電極電勢(shì)的Nernst方程式對(duì)于任一電極反應(yīng) aOx + ne bRed 其電極電勢(shì)的Nernst方程式為：E = E + ln RT Oxa nF Redb第四十六張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月47上式電極電勢(shì)的Nernst方程式 式

24、中E 電極電勢(shì)（V） E 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（V） R 氣體常數(shù)(8.314 JK-1mol-1) F Faraday常數(shù)(96 485 Cmol-1) T 絕對(duì)溫度（K） n 電極反應(yīng)中得（失）電子數(shù)（mol） Oxa 電極反應(yīng)中電對(duì)氧化態(tài)濃度冪的乘積 Redb 電極反應(yīng)中電對(duì)還原態(tài)濃度冪的乘積 電極反應(yīng)中的固體或純液體，其活度視為1，氣體的濃度用其分壓表示 。第四十七張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月48E與電極反應(yīng)物濃度的關(guān)系： 與電對(duì)中氧化態(tài)濃度呈正相關(guān)； 與電對(duì)中還原態(tài)濃度呈負(fù)相關(guān)。E = E + ln RT Oxa nF Redb當(dāng)T298.15K時(shí)E = E + lg 0.

25、05916 Oxa n Redb第四十八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月49例8 已知電極反應(yīng) Fe3 + e = Fe2， E= 0.77V，試分別計(jì)算: (1) Fe3 Fe2= 10; (2) Fe3 Fe2= 1/10時(shí)的E值（298K）。 解：由Nernst方程可得 E E + 0.05916lg （ Fe3 Fe2 ）（1）當(dāng) Fe3 Fe2= 10 時(shí) E 0.77 + 0.05916 = 0.83V E 0.06V （2）當(dāng) Fe3 Fe2= 110 時(shí) E 0.77 - 0.05916 = 0.71V E - 0.06V 當(dāng)Fe3升高時(shí)， E 升高， Fe3的氧

26、化性增強(qiáng)。反之相反。第四十九張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月502.電池電動(dòng)勢(shì)的Nernst方程式對(duì)于任一電池反應(yīng) aOx1 + bRed2 cRed1+ dOx2 其電池電動(dòng)勢(shì)的Nernst方程式為：E = E- ln J RT nF = E- ln RT Red1cOx2d nF Ox1aRed2b = E+ E-+ ln RT Ox1aRed2b nF Red1cOx2d 第五十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月51在298.15K時(shí),代入有關(guān)常數(shù)得 E = E+E-+ lg 0.05916 Ox1aRed2b n Red1cOx2d Ox1、Red2 反應(yīng)物R

27、ed1、Ox2 產(chǎn)物E與電池反應(yīng)物濃度的關(guān)系: E與電池反應(yīng)中反應(yīng)物濃度呈正相關(guān); 與電池反應(yīng)中產(chǎn)物濃度呈負(fù)相關(guān)。第五十一張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月523.應(yīng)用注意事項(xiàng)（1）除Ox和Red外，若有H+或OH-參加反應(yīng)，則它們的濃度也應(yīng)寫(xiě)進(jìn)Nernst方程式。如 MnO4- 8H5e Mn2 4H2O298.15K時(shí),E E lg 0.059165Mn2+MnO4-H+8（2）無(wú)論是計(jì)算電極電勢(shì)，還是計(jì)算電池電動(dòng) 勢(shì)，都必須首先配平反應(yīng)式。（3）電極的電子轉(zhuǎn)移數(shù)往往與電池反應(yīng)不一致。第五十二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月535.4 原電池?zé)崃W(xué) 5.4.1 可

28、逆電池 5.4.2 電池電動(dòng)勢(shì)與反應(yīng)Gibbs函數(shù)變 5.4.3 氧化還原反應(yīng)中的化學(xué)平衡 5.4.4 電極電勢(shì)的應(yīng)用第五十三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月545 . 4 . 1 可逆電池 1.可逆電池 2.不可逆電池第五十四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月55 1.可逆電池(1)熱力學(xué)上可逆，使電池內(nèi)部始終無(wú)限近于平衡狀態(tài)；(2)電極反應(yīng)也是可逆的，即在化學(xué)上為可逆反應(yīng)。如：Dianell電池第五十五張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月56Dianell電池第五十六張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月57CuH2SO4 Zn Volta電池2

29、.不可逆電池不滿(mǎn)足可逆電池條件的原電池。第五十七張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月58 Volta電池為不可逆電池： 電池符號(hào)為 Zn|H2SO4|Cu， 產(chǎn)生電流時(shí)，Zn極溶解，Cu極上有H2氣析出。即：Zn + 2H+ Zn2+ + H2 若向該電池中施加與其電動(dòng)勢(shì)相反外電源，當(dāng)外電源電動(dòng)勢(shì)大于電池電動(dòng)勢(shì)時(shí)，Cu極上反應(yīng)是銅極溶解而鋅極上有氫氣或銅析出： Cu + 2H+ Cu2+ + H2 以上兩個(gè)反應(yīng)互不相干。第五十八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月59 5 . 4 . 2 電池電動(dòng)勢(shì)與反應(yīng)Gibbs函數(shù)變 對(duì)于可逆電池反應(yīng)： - Gm= We = nFE 可

30、得出： Gm= -nFE G m = -nFE上式 對(duì)于電極反應(yīng)也適應(yīng)。 第五十九張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月605 . 4 . 3 氧化還原反應(yīng)中的化學(xué)平衡標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系為： rGm = - nF E rGm = - RT lnK 即得 - nF E = - RT lnK當(dāng)T298.15K時(shí)第六十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月61由上式可見(jiàn)，對(duì)于一個(gè)電池反應(yīng)，E 值越大，K值越大，反應(yīng)進(jìn)行越完全；E 值越小，K值越??；E I2 Cu2 Sn4還原型物種的還原能力由強(qiáng)到弱的順序是：Sn2+ Cu I- Mn2第六十八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)

31、作于2022年6月69由E 值的相對(duì)大小可知， 氧化性：F2 Cl2 Br2 I2 還原性：I- Br- Cl- F- F2 + 2e 2F- E 2.87VCl2 + 2e 2Cl- E 1.36V Br2 + 2e 2Br- E 1.07VI2 + 2e 2I E 0.54V如鹵族元素之間的置換反應(yīng)，即可從E值的變化加以解釋?zhuān)旱诹艔垼琍PT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月70例 要選擇一種氧化劑能使Cl-和Br-的混合溶液中的Br-氧化成Br2，但Cl-不變化，試確定在常用的氧化劑KMnO4和K2Cr2O7中，選擇何種為宜？解：查標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表Cr2O72- + 14 H+ + 6

32、e 2Cr3+ + 7H2O E = 1.23V MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O E = 1.51V 由E值可知，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下， KMnO4能將Cl-和Br-都氧化；而K2Cr2O7只能氧化 Br-，不能氧化Cl-，故選擇K2Cr2O7為宜。Br2 + 2e 2Br- E = 1.07VCl2 + 2e 2Cl- E = 1.36V第七十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月713.判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向任何一個(gè)氧化還原反應(yīng)，原則上都可設(shè)計(jì)成原電池，利用原電池電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)可以判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向。 注：只有在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，才可直接由標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)來(lái)判斷氧化

33、還原反應(yīng)的方向。-rGm = W= n F E若rGm 0 ，則反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行； rGm 0 ，E EFe2+/Fe 故Cu極應(yīng)為正極, 又Cu2+/Cu電對(duì)中氧化態(tài)（氧化劑）為正向反應(yīng)物,故此反應(yīng)在298.15K時(shí)正向自發(fā)進(jìn)行。第七十四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月75例14 根據(jù)下列反應(yīng)組成電池，寫(xiě)出電池組成式，計(jì)算在298.15K時(shí)電池電動(dòng)勢(shì)，并判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向:2Cr3+（0.010molL-1）+ 2Br-（0.10molL-1）2Cr2+ （1.0molL-1） + Br2(l)解 (思路:電動(dòng)勢(shì)正負(fù)法):假設(shè)反應(yīng)按所寫(xiě)方程式正向進(jìn)行, 則電池組成式為： (

34、-)Pt , Br2(l)| Br-（0.10molL-1） Cr3+（0.010molL-1）, 2Cr2+ （1.0molL-1）|Pt(+) E ECr3+/Cr2+- EBr2/Br- + lg 0.059162Cr2+2 Cr3+2Br-2= -0.408 -1.087 + 0.05916 lg 0.0100.101.0= -1.672 V 105 。第七十八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月79例16 測(cè)定298.15K時(shí)AgCl的Ksp值。解 用Ag|Ag+和Ag，AgCl|Cl-電極組成電池。Ag+ + e Ag EAg+/Ag=+0.7996 V AgCl + e

35、 Ag + Cl- EAgCl/Ag=+0.2222 V 電池組成為(-) Ag， AgCl|Cl-(1molL-1)Ag+ (1molL-1) | Ag(+)電池反應(yīng)式為Ag + + Cl- AgCl(s) n=1電池電動(dòng)勢(shì)E = E = E+- E- = 0.7996 - 0.2222 = + 0.5774 V第七十九張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月80此電池反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)：lgK= = 0.05916 0.05916nE n(E+- E- )= = 9.76010.57740.05916K = 5.75 109 AgCl的溶度積為Ksp = 1/ K = 1/ (5.7

36、5109 ) = 1.74 10-10 。第八十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月815.5 電解與電化學(xué)技術(shù)5.5.1 電解裝置與原理5.5.2 電解產(chǎn)物的判斷5.5.3 電化學(xué)技術(shù)第八十一張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月825.5.1 電解裝置與原理1.電解 借助電能使不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行的過(guò)程。2.電解池 電解的裝置稱(chēng)為電解池。電解裝置第八十二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月833.陰極 與外電源負(fù)極相連接的電極稱(chēng)為陰極。 電解池中正離子移向陰極，在陰極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。4.陽(yáng)極 與外電源正極相連接的電極稱(chēng)為陽(yáng)極。 電解池

37、中負(fù)離子移向陽(yáng)極，在陽(yáng)極上給出電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。 離子在相應(yīng)電極上得失電子的過(guò)程均稱(chēng)放電。第八十三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月845.5.2 電解產(chǎn)物的判斷1.判斷依據(jù)和一般規(guī)律2.分解電壓第八十四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月85 電解熔融電解質(zhì)很簡(jiǎn)單， 而水溶液中含H+，OH-，則復(fù)雜。1.判斷依據(jù)和一般規(guī)律 （1）在陰極何種正離子電極電勢(shì)高，則被還原。Cu2+，Hg2+，Ag+ ，Pt2+ ，Au+電極電勢(shì)0，析出金屬；Sn2+，Pb2+，F(xiàn)e 2+，Ni2+，Zn2+電極電勢(shì)c(OH-);電極材料對(duì)析出O2的超電壓要比析出Cl2大得多，結(jié)果是Cl-離

38、子在陽(yáng)極放電，生成氯氣逸出： 2Cl- - 2e-Cl2(g)第九十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月91因此，電解NaCl飽和溶液的總反應(yīng)為 2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH 即在兩極上分別得到氫氣和氯氣，溶液中產(chǎn)生NaOH（燒堿）。 電化學(xué)工業(yè)氯堿工業(yè)的基本化學(xué)原理。第九十一張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月92 例 工業(yè)上精煉銅時(shí)，以銅作電極，電解CuSO4水溶液，試指出兩電極上的電解產(chǎn)物。第九十二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月93解：溶液中存在著四種離子，即Cu2、SO42-、H、OH，通電后，Cu2和H移向陰極， E(Cu2/Cu)

39、 = 0.3419V, E(H/H2) = 0.0000V所以Cu2在陰極得電子析出Cu，電極反應(yīng)為：Cu2+2e-Cu第九十三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月94 溶液中移向陽(yáng)極的SO42-、OH-和銅電極都可能發(fā)生氧化反應(yīng)。 E(Cu2+/Cu) = 0.3419V E(S2O82-/SO42-) = 2.010V E=(O 2/OH-) = 0.401V 其中E代數(shù)值小的還原物質(zhì)為Cu,首先在陽(yáng)極失去電子，變?yōu)镃u2+,發(fā)生陽(yáng)極溶解，即：Cu-2e-Cu2+ 總反應(yīng)為：Cu(陽(yáng)極) Cu（陰極）第九十四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月955.5.3 電化學(xué)技術(shù)

40、-電解原理的應(yīng)用1電鍍2. 電鑄3. 電拋光4電解加工5. 鋁陽(yáng)極氧化第九十五張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月96 1電鍍（1）定義 電鍍是應(yīng)用電解的方法將金屬覆蓋到一種載體表面上的過(guò)程。（2）作用 抗腐蝕，裝飾（3）種類(lèi) 1）槽鍍；電刷鍍（鍍層物質(zhì)溶液移動(dòng)） 2）單金屬鍍； 合金鍍：多種金屬同時(shí)沉積到工件表面 （滿(mǎn)足E值相近：Co和Ni，Pb和Sn） E值不相近：電鍍黃銅第九十六張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月97電鍍黃銅（Cu和Zn合金）：E(Zn 2/ Zn) = -0.7618V,E(Cu2/Cu) = 0.3419V,E(Cu/Cu) = 0.522V,E

41、相差甚遠(yuǎn)。Zn(CN)42- Zn2+ + 4CN- K不穩(wěn)= 2.010-17 Cu(CN)32- Cu+ + 3CN- K不穩(wěn)= 2.610-29 第九十七張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月98鍍 鋅 將金屬制件(被鍍件)作陰極，鋅板作為陽(yáng)極。 為了使鍍層結(jié)晶細(xì)致，厚薄均勻，與基體結(jié)合牢固，電鍍液通常用配合物堿性鋅酸鹽鍍鋅或氰化物鍍鋅等。 堿性鋅酸鹽可離解出少量的Zn2： NaZn(OH)4 2NaZn(OH)42- Zn(OH)42- Zn2+4OH- 第九十八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月99 由于Zn2的濃度比較低，故使金屬晶體在鍍件上析出時(shí)晶核生長(zhǎng)速率小

42、，有利于新晶核的生長(zhǎng)，從而得到致密、均勻的光滑鍍層。 鍍鋅絲鐵釘?shù)诰攀艔?，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1002.電鑄 （1）定義 以電化學(xué)原理實(shí)現(xiàn)鑄造的方法。 （2）特點(diǎn) 鑄層與模體易于分離； 鍍層渾厚。3.電拋光 （1）定義 利用電解作用進(jìn)行拋光，使金屬變得平滑和有光澤的過(guò)程。 （2）特點(diǎn) 自動(dòng)化程度高； 耐腐蝕性好； 無(wú)微斷裂紋。第一百?gòu)?，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月101 （3）原理 陽(yáng)極金屬表面上凸出部分在電解過(guò)程中的溶解速率大于凹入部分的溶解速率。黏性薄膜電解液黏性薄膜電解液第一百零一張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月102 4電解加工電解加

43、工是利用金屬在電解液中可以發(fā)生陽(yáng)極溶解的原理，將工件加工成型。第一百零二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1035.6 金屬的腐蝕與防護(hù) 當(dāng)金屬和周?chē)橘|(zhì)接觸時(shí)，由于發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用而引起的破壞叫做金屬腐蝕。 金屬腐蝕分類(lèi):化學(xué)腐蝕 ,電化學(xué)腐蝕。 5.6.1 金屬的腐蝕 1.化學(xué)腐蝕 2.電化學(xué)腐蝕 5.6.2 金屬的防蝕第一百零三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1041.化學(xué)腐蝕 1）定義 單純由化學(xué)作用而引起的腐蝕稱(chēng)為化學(xué)腐蝕。 例：金屬與空氣中的氧、氯、硫化氫等氣體的作用；銀在碘蒸氣中的反應(yīng)。 2）特點(diǎn) 腐蝕過(guò)程中無(wú)電流產(chǎn)生，腐蝕產(chǎn)物直接生成在腐蝕性介質(zhì)接

44、觸的金屬表面。第一百零四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1053）影響因素金屬的本性、腐蝕介質(zhì)的濃度和溫度。鐵在8001000時(shí)顯著氧化，生成的氧化皮，并發(fā)生脫碳現(xiàn)象。 Fe3C+O2= 3FeCO2Fe3C+CO2= 3Fe2COFe3C+H2O= 3FeCO+H2第一百零五張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1062.電化學(xué)腐蝕1）電化學(xué)腐蝕2）腐蝕電池分類(lèi) （1）宏觀電池 （2）微觀電池第一百零六張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月107 1）電化學(xué)腐蝕 金屬的電化學(xué)腐蝕的機(jī)理與原電池原理相同，稱(chēng)為腐蝕電池。 習(xí)慣上把腐蝕電池的負(fù)極(失電子的電極)稱(chēng)為陽(yáng)

45、極，把正極(得電子的電極)稱(chēng)為陰極。第一百零七張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月108 （1）宏觀電池有獨(dú)立的兩極，可用肉眼分辨出正、負(fù)極。 例如鋁板上鉚銅釘就會(huì)形成宏觀電池。第一百零八張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月109（2）微觀電池 微觀電池?zé)o明顯分立的兩極，肉眼不能分辨。特點(diǎn)： A.形成的微電池?cái)?shù)目，電極多，兩極間的距離近；B.腐蝕速率很快，腐蝕程度嚴(yán)重。分類(lèi)： 根據(jù)在陰極上獲得電子的物質(zhì)的不同分成 A.析氫腐蝕 B.吸氧腐蝕 C.差異充氣腐蝕。 第一百零九張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月110A.析氫腐蝕： 腐蝕過(guò)程中的陰極上有氫氣析出的腐蝕。

46、陰極 2H2eH2陽(yáng)極 Mne Mn第一百一十張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月111B. 吸氧腐蝕陰極 O22H2O4e 4OH陽(yáng)極 Mne Mn第一百一十一張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月112差異充氣腐蝕 金屬吸氧腐蝕的一種形式，它是由于在金屬表面氧氣分布不均勻而引起的。 半浸在海水中的金屬，在金屬浸入面處，因氧的擴(kuò)散途徑短，故氧的濃度高，而在水的內(nèi)部，氧的擴(kuò)散途徑長(zhǎng)，氧的濃度低。 ab第一百一十二張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月113根據(jù)電極反應(yīng)：O2 2H2O 4e 4OH-氧氣的分壓對(duì)電極電勢(shì)的影響為 在氧氣的分壓較大處，相應(yīng)的電極電勢(shì)值較大，在氧氣的分壓較小處，相應(yīng)的電極電勢(shì)值較小。第一百一十三張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月114水邊緣處Fe為陰極:O22H2O4e 4OH水內(nèi)部的Fe為陽(yáng)極: Fe 2e Fe2+ Fe2+離子向水滴邊緣移動(dòng)，形成Fe(OH)2,并進(jìn)一步被空氣氧化成Fe(OH)3及其脫水產(chǎn)物Fe2O3是紅褐色鐵銹的主要成分）。 濃差腐蝕是金屬腐蝕中常見(jiàn)的現(xiàn)象，如埋在地下的金屬管道的腐蝕、海水對(duì)船塢的水線腐蝕等。第一百一十四張，PPT共一百三十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1155.6.2 金屬的防蝕1改善金屬的本質(zhì)2形成保護(hù)層3改善腐蝕環(huán)境4