電化學(xué)原理章精品課件

1、電化學(xué)原理章第1頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四陰極：電池中發(fā)生還原反應(yīng)的一側(cè)稱為陰極；陽極：電池中發(fā)生氧化反應(yīng)的一側(cè)稱為陽極。 原電池： 電解池R陽極陰極Zn-2e Zn2+負(fù)極正極負(fù)極正極Cu2+2e Cu陽極陰極如：如：Zn-2e Zn2+Zn2+2e Znee21基本概念負(fù)極：對外電路給出電子極的為負(fù)極第2頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四（）Zn | Zn2+ | H+ | H2,Pt (+)能斯特方程式 AA BB LL MM G GRTln E ERTlnG=-ZFE G= -ZFE aLL aMMaAA aBBaAA aBBaLL

2、aMM22電池、電池符號和電動勢第3頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四一、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢按照國際上的慣例，在電池圖解中以氫電極為左極（即假定起氧化反應(yīng)），以所討論的電極為右極（即假定起還原反應(yīng)），將這樣組合成的電極的標(biāo)準(zhǔn)電動勢定義為所討論的電極在該溫度下的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。二、電極電勢的能斯特方程 O+ne = R= -RT/ZFlnaR/aO23標(biāo)準(zhǔn)電極電勢和電極電勢的能斯特方程第4頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四24 水的電勢pH圖一、氫電極和氧電極的pH圖F 氫電極：2H2eH2= -RT/ZFlnPH2/a2H+P在25，101325Pa時，=

3、(-0.059pH)V=-0.059pHV據(jù)此，做pH圖如下：第5頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四圖1.氫電極與氧電極的pH圖abpHA如果電極電勢高于直線a，這時電極反應(yīng)使pH值減少，aH+增加，反應(yīng)2H2eH2向逆向進(jìn)行，以達(dá)到新的平衡，所以a線以上屬于氧化態(tài)H穩(wěn)定區(qū)。同理a線以下屬于還原態(tài)H2穩(wěn)定區(qū)。第6頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四F 氧電極的電極反應(yīng) 4HO2 4e 2H2O = -RT/ZFln P/a 4 H+ PO2在25，101325Pa時，1.23V(1.23-0.059pH)V在圖一中，b線以上是氧化態(tài)物質(zhì)O2的穩(wěn)定區(qū)，b

4、線以下是還原態(tài)物質(zhì)H2O的穩(wěn)定區(qū)。第7頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四F 當(dāng)體系處于A點時，處于H2O和H的穩(wěn)定區(qū)，所以兩極的共軛反應(yīng)為：陰極（高電勢的氧電極）： 4HO2 4e 2H2O陽極（低電勢的氫電極：2H2eH2總反應(yīng)為：2H2O22 H2O 以上稱為水的pH圖第8頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四二、 Fe-H2O系電勢pH圖在FeH2O體系中，存在如下離子和分子Fe、Fe2、Fe3、Fe(OH)2 、Fe(OH)3、H（或OH）、H2O反應(yīng)方程分三種類型：以25、體系處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為例1.無H、有e參加的反應(yīng)：（1）Fe22eFe 1=-

5、0.44V1= 1+0.0295 lg aFe2 =-0.44+0.0295 lg aFe2當(dāng)aFe2=1時，1=-0.44V所以，在pH圖得到1=-0.44V的水平線（1） 第9頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四（2）Fe3eFe2 2=0.771V 2= 2-0.059 lg aFe2/a Fe3 當(dāng)aFe2= aFe3=1時，2=0.771V所以，在pH圖得到2=0.771V的水平線（2）2、 有H、有e參加的反應(yīng)： (3) Fe(OH)33 He Fe2 + 3 H2O3= 3-0.059 lg aFe2/a H3 = 3-(0.059/3)pH-0.059 lg

6、 aFe2第10頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四根據(jù)E=-G/ZF3=-GFe2+3GH2O-GFe(OH)3-3GH+/96500= 1.045V3Fe2當(dāng)aFe2=1時， 3 所以，在pH圖得到斜率為0.177的斜線。并與（2）水平線相交，交點坐標(biāo)計算如下：當(dāng)兩線相交時，2=3即2pH=(1.045-0.771)/0.177 =1.52即，交點坐標(biāo)（1.52,0.771） 第11頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四(4) Fe(OH)22 H2e Fe + 2 H2O4= 4-(0.059/2)lg (1/a H2)=4-0.059pH與（3）同

7、理求得40.047V 所以：4= (0.047-0.059pH)V 所以，(4)在pH圖得到斜率為0.059的斜線。并與（1）水平線相交，交點坐標(biāo)為（6.6,-0.44）. (5) Fe(OH)3He Fe(OH)2 + H2O 與(4)同理得：5= (0.260-0.059pH)V 所以，(5)在pH圖得到斜率為0.059的斜線。并與（3）相交，交點坐標(biāo)為（6.6,-0.11）第12頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四2. 3.有H、無e參加的反應(yīng)（6）Fe(OH)22 HFe2 + 2 H2O lgK=lg (a Fe2/ a 2H)又：lgK=G/2.303RT=-7

8、5600/2.303RT =13.29所以：lg (a Fe2/ a 2H) =13.29當(dāng)a Fe21，則pH=6 所以，(6)在pH圖得到與橫軸垂直的直線與橫軸交點為6.6第13頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四（7）Fe(OH)33HFe3 + 3H2O當(dāng)a Fe31，與（6）同理可得pH=1.54所以，(7)在pH圖得到與橫軸垂直的直線與橫軸交點為1.54Fe3Fe(OH)3Fe2FeFe(OH)2(1)(2)(3)(5)(4)(7)(6)pH7014-10Fe-H2O溶液的pH圖/V6.61.54-0.44-0.11ab第14頁，共24頁，2022年，5月20日

9、，19點3分，星期四三、Fe-H2O系的pH圖應(yīng)用舉例（1）估計鐵受腐蝕時的腐蝕電池的共軛反應(yīng)。鐵處腐蝕區(qū)有兩種情況， .a線以下，（1）線以上，腐蝕電池的反應(yīng)為： 陰極：2H2eH2 ， 陽極：Fe2eFe2第15頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四.在a線以上，b線以下，腐蝕電池的反應(yīng)為：陰極：2H(1/2)O2 2e H2O， 陽極：Fe2eFe2(2)根據(jù)pH圖提出防止金屬腐蝕的措施： 調(diào)節(jié)溶液pH值913； 當(dāng)pH值較低時，可將鐵的電位降至熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)陰極保護(hù)。 通過添加陽極鈍化型緩蝕劑使鐵進(jìn)入鈍化區(qū)。 第16頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期

10、四25電池電動勢的形成機(jī)理一、相間電勢與電動勢電動勢：開路時，即沒有電流通過時，自發(fā)電池的兩個終端相間的電勢差就是電動勢。 它是自發(fā)電池內(nèi)部各個相界面電勢差的代數(shù)和。 第17頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四（一） 孤立相的電勢1、 內(nèi)電勢、外電勢與表面電勢外電勢：是指某帶電物體外部，靠近其表面約104105cm處的電勢。它在數(shù)值上等于將單位正電荷自無窮遠(yuǎn)移至靠近其表面約104105cm處所做的功。若為1mol帶電粒子，則W1ZF第18頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四表面電勢kai：將單位正電荷從緊靠其表面的104105cm處遷移到物體內(nèi)部所做的電

11、功。(單位正電荷穿越偶極子層所做的電功) 若為1mol帶電粒子，則W2ZF內(nèi)電勢：是指某物體內(nèi)部一點的電勢，它在數(shù)值上等于將單位正電荷由無限遠(yuǎn)處移到該物體內(nèi)部所做的電功。=+如果參加實驗的帶電粒子之間的化學(xué)作用可以忽略，則1mol帶電粒子從無窮遠(yuǎn)至球體內(nèi)部所做的功為W1+W2=ZF第19頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四2.電化學(xué)勢如果參加實驗的帶電粒子之間的化學(xué)作用不能忽略，則若1mol帶電粒子從無窮遠(yuǎn)至球體內(nèi)部所做的功為：W1+W2，即要考慮化學(xué)勢的作用，W1+W2被稱為帶電粒子在球體內(nèi)部的電化學(xué)勢，用 表示。電化學(xué)勢是帶電粒子轉(zhuǎn)移的判據(jù)，若帶電粒子在兩相的電化學(xué)勢相

12、等，即 ，則帶電B粒子在兩相間達(dá)到平衡。 第20頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四（二） 相間電勢 相間電位：兩相接觸時，在兩相界面層中存在的電位差。相間電位分為：內(nèi)電勢差，外電勢差，電化學(xué)電位差內(nèi)電勢差：BABA，內(nèi)電勢差不能直接測得。外電勢差：BABA，外電勢差又稱為接觸的電勢差，外電勢差可以直接測得?；瘜W(xué)勢差：BABA電化學(xué)勢差：第21頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四原電池的電動勢 EASSBBA （1）因為：BABA（B+B）（A+A）BABA 如圖所示EA A （A+A）（A+A） （AA ）（AA ）第22頁，共24頁，2022年，5月20日，19點3分，星期四設(shè)A與A為同一金屬，表面