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文檔簡介
關(guān)于氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)第1頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五化學(xué)電源電鍍心電圖電解電極第2頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五1、掌握氧化數(shù)的概念;掌握離子——電子法配平氧化還原反應(yīng)方程式2、理解電極電勢的概念;掌握能斯特方程及有關(guān)計算;掌握電極電勢的應(yīng)用[本章要求]5、掌握金屬的電化學(xué)腐蝕及防腐原理4、了解電解產(chǎn)物的一般規(guī)律3、掌握原電池的工作原理及原電池符號的寫法第3頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五§4.1氧化還原反應(yīng)§4.2原電池與電極電勢§4.3電極電勢的應(yīng)用§4.4電解§4.6金屬的腐蝕與防護§4.5化學(xué)電源本章內(nèi)容第4頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五
電化學(xué)是研究有關(guān)電現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)的學(xué)科。
電化學(xué)在國民經(jīng)濟中起著舉足輕重的作用,新的社會需求不斷推動著電化學(xué)工業(yè)朝著高新技術(shù)的方向發(fā)展。目前,電化學(xué)工業(yè)不僅能夠利用電解法冶煉和提煉多種有色金屬和及稀有金屬,制備多種化工產(chǎn)品,而且能夠合成多種物質(zhì)。第5頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五
近年來,隨著火箭、宇宙飛船、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星以及大規(guī)模集成電路等尖端科技的發(fā)展,要求體積小、重量輕、效能高、壽命長的化學(xué)電源,從而推動了新型高能電池、微型電池的研究和開發(fā)。此外,電化學(xué)在電鍍、三廢處理、電化學(xué)腐蝕以及人們?nèi)粘I畹确矫嬉捕际种匾?。電鍍?頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五電化學(xué)已形成一個獨立的科學(xué)分支,它涉及的內(nèi)容十分廣泛。本章將根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)的特點,主要介紹電化學(xué)過程的一些基本原理、氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。第7頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五
化學(xué)反應(yīng)可分為兩大類:
沒有電子得失或偏移,如酸堿、沉淀反應(yīng)
—非氧化還原反應(yīng)
伴隨電子得失或偏移(引起元素化合價變化)
—氧化還原反應(yīng)
§4-1
氧化還原反應(yīng)一、氧化還原反應(yīng)
(RedoxReactions)
第8頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五氧化還原反應(yīng)中,失電子使元素化合價升高的反應(yīng)稱作氧化反應(yīng),得電子使元素化合價降低的反應(yīng)稱作還原反應(yīng)。得到電子發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)叫氧化劑(oxidizingagent),反應(yīng)中其化合價降低;失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)叫還原劑(reductingagent)
,反應(yīng)中其化合價升高。第9頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五以Zn片與CuSO4溶液的反應(yīng)為例:
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
還原劑
氧化劑
氧化反應(yīng):
Zn-2e-
=Zn2+還原反應(yīng):Cu2++2e-
=Cu氧化數(shù)第10頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五第11頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五第12頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五比如:Fe3O4中,F(xiàn)e的氧化數(shù),設(shè)為x:我們可以在化合物中直接以它的氧化數(shù),這樣,說明氧化還原反應(yīng)就比較方便一些。表示第13頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五一、氧化數(shù)(oxidationnumber)
確定元素氧化數(shù)值的規(guī)則有:(1)單質(zhì)的氧化數(shù)為0(2)化合物中各元素氧化數(shù)的代數(shù)和等于0。在多原子離子中各元素氧化數(shù)的代數(shù)和等于離子所帶的電荷數(shù)。(3)氫在化合物中的氧化數(shù)一般為+1,但在活潑金屬的氫化物(如NaH、CaH2等)中,氫的氧化數(shù)為-1。(4)氧在化合物中的氧化數(shù)一般為-2,但在過氧化物(如H2O2、BaO2等)中,氧的氧化數(shù)為-1;在超氧化物(如KO2)中,氧的氧化數(shù)為-1/2;在氟化氧(OF2)中,氧的氧化數(shù)為+2.第14頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]試計算H2CO3、KNO3、Fe3O4中炭、氮、鐵各元素根據(jù)氧化數(shù)的概念,氧化、還原的定義為:氧化數(shù)升高的過程為氧化,氧化數(shù)降低的過程為還原。元素氧化數(shù)反應(yīng)前后發(fā)生變化的反應(yīng)稱為氧化還原反應(yīng)。二、氧化劑與還原劑(oxidant,reductant)解:+4,+5,+8/3。的氧化數(shù)。第15頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五三、氧化還原電對(redoxcouple)
Cu2++2e-=Cu還原反應(yīng)
半反應(yīng):
Zn-2e-=Zn2+氧化反應(yīng)可以把氧化過程和還原過程分開來寫:氧化數(shù)高的物質(zhì)稱為這種元素的氧化態(tài)(Zn2+);氧化數(shù)低的物質(zhì)稱為它的還原態(tài)(Zn)。同一種元素的氧化態(tài)和還原態(tài)組成一個氧化還原電對,用
表示,()。第16頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五氧化態(tài)還原態(tài)氧化還原電對氧化劑電對還原劑電對例:第17頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(1)寫出半反應(yīng)式:氧化:
還原:
(2)配平半反應(yīng):①原子數(shù)配平;②電荷數(shù)配平四、離子-電子法配平氧化還原方程式(3)合并半反應(yīng):得電子總數(shù)=失電子總數(shù),將兩個半反應(yīng)乘以適當?shù)南禂?shù)后相加。——————————————————(4)核對兩邊電荷數(shù)和原子數(shù)第18頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五有些復(fù)雜的氧化還原反應(yīng),有含氧酸根(如Cr2O72-、MnO4-、ClO3-等)參加,配平的時候需要根據(jù)具體情況在半反應(yīng)兩邊加H+、OH-或者H2O。配平原則:酸性介質(zhì)中:多氧的一邊加H+,少氧的一邊加H2O
;堿性介質(zhì)中:多氧的一邊加H2O,少氧的一邊加OH-
;中性介質(zhì)中:左邊加H2O,右邊根據(jù)需要加H+或OH-。第19頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五酸性介質(zhì):多n個O+2n個H+,另一邊+n個H2O堿性介質(zhì):多n個O+n個H2O,另一邊+2n個OH-小貼士:第20頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五★
特例:H2O2酸性介質(zhì)中:(作還原劑)還原:(作氧化劑)堿性介質(zhì)中:還原:氧化:氧化:[例]用離子-電子法配平下列反應(yīng)(堿性介質(zhì))(中性介質(zhì))第21頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(堿性介質(zhì))
還原:氧化:(1)寫出半反應(yīng)式:
(2)配平半反應(yīng):還原:氧化:(3)合并半反應(yīng):(4)核對兩邊電荷數(shù)和原子數(shù)第22頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(中性介質(zhì))
還原:氧化:(1)寫出半反應(yīng)式:
(2)配平半反應(yīng):還原:氧化:(3)合并半反應(yīng):(4)核對兩邊電荷數(shù)和原子數(shù)第23頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五小貼士(堿性介質(zhì))(酸性介質(zhì))(中性介質(zhì))第24頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五練習:用離子-電子法配平下列反應(yīng)
CrO2-
+ClO-→CrO42-
+Cl-(堿性介質(zhì))解:2CrO2-
+3ClO-
+2OH-→2CrO42-
+3Cl-
+H2O配平原則:質(zhì)量守恒,電量守恒。配平依據(jù):氧化劑得到的電子總數(shù)=還原劑失去的電子總數(shù)。離子-電子法只適用于在溶液中發(fā)生的氧化還原反應(yīng),對于非水體系不適用。因為要根據(jù)離子電荷數(shù)來確定要加的電子數(shù),沒有離子,就無法配平。第25頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五【課堂練習】
(堿性介質(zhì))氧化:還原:整理:第26頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五§4.2原電池與電極電勢
氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)是發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移,氧化劑得到電子,被還原;還原劑失去電子,被氧化。我們知道,電子的定向移動就會產(chǎn)生電流。一般的氧化還原反應(yīng)雖然有電子的轉(zhuǎn)移,但是因為氧化劑和還原劑是直接接觸的,反應(yīng)體系中的電子傳遞是全方位的,沒有一個特定的方向,所以不會形成電流,反應(yīng)產(chǎn)生的能量通常以熱能的形式表現(xiàn)出來。假如我們把氧化劑和還原劑分開放,讓電子只能通過規(guī)定的路線進行傳遞,定向的由還原劑一方流向氧化劑一方,這樣就會產(chǎn)生電流,這樣的裝置就是原電池。第27頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五一、原電池(primarycell)(一)原電池的裝置及原電池表達式負極:(氧化反應(yīng))
Zn=Zn2++2e-正極:(還原反應(yīng))
Cu2+
+2e-=Cu
總反應(yīng):第28頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五1、原電池的構(gòu)成要素:(1)兩個半電池(電極)(semi-cell/electrode):半電池反應(yīng)(電極反應(yīng)):半電池中進行的反應(yīng)。氧化劑電對:Cu2+/Cu還原劑電對:Zn2+/Zn電池反應(yīng):兩個半電池反應(yīng)之和。(2)導(dǎo)體和導(dǎo)線(外電路)(3)鹽橋(saltbridge)第29頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五Zn和ZnSO4溶液組成一個半電池;Cu和CuSO4溶液組成另一個半電池。Zn片和Cu片之間用導(dǎo)線接通,兩個半電池的溶液用鹽橋溝通,這樣就組成了一個銅鋅原電池。在原電池中,鋅極一端發(fā)生氧化反應(yīng):Zn=Zn2++2e—,電子由鋅極出來,經(jīng)外電路到銅極,Cu2+得到電子,銅極一端發(fā)生還原反應(yīng):Cu2+
+2e-=Cu
。第30頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五鹽橋的作用:保持兩個半電池中溶液的電中性。
鹽橋的組成:飽和KCl溶液和瓊脂。
作用機理:
若沒有鹽橋,當反應(yīng)開始后,Zn極一端,Zn失去電子變成Zn2+進入溶液,使溶液中正電荷過剩;Cu極一端,Cu2+得到電子,變成金屬銅,在銅片上析出,使溶液中Cu2+減少,負電荷過剩。這樣兩個半電池中電子的流出和流入都受到阻礙,所以反應(yīng)馬上就停止了。加上鹽橋后,鹽橋中的Cl-向Zn極溶液擴散,中和過剩的正電荷;K+向Cu極溶液擴散,中和過剩的負電荷。K+和Cl-的擴散速率基本相等,所以可以始終保持溶液的電中性,使反應(yīng)可以持續(xù)進行,電流也就不會中斷。第31頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五2、原電池表達式-原電池符號:①負極在左,正極在右。②用“│”表示相界面,用“‖”表示鹽橋。④組成電極的物質(zhì),有時需注明狀態(tài)。如分壓、濃度③溶液必須寫在鹽橋兩側(cè);導(dǎo)體寫在外側(cè)。第32頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(二)電極的種類(typesofelectrode)
1、金屬-金屬離子電極電極反應(yīng):Zn2++2e-=Zn電極符號:Zn︱Zn2+第33頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五2、非金屬-非金屬離子電極電極反應(yīng):2H++2e-=H2Cl2+2e-
=2Cl-電極符號:Pt︱H2(g)︱H+
Pt︱Cl2(g)︱Cl-第34頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五3、金屬-金屬難溶鹽電極電極反應(yīng):Hg2Cl2(s)+2e=2Hg+2Cl-
電極符號:Hg︱Hg2Cl2(s)︱KCl第35頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五4、(氧化還原電極)離子型電極電極反應(yīng):Fe3++e=Fe2+電極符號:Pt︱Fe3+,Fe2+
第36頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五匯總第37頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(三)氧化還原反應(yīng)與電池表示式的“互譯”
1、氧化還原反應(yīng)方程式→原電池符號第一步:確定電極第二步:確定電解質(zhì)溶液第三步:復(fù)核反應(yīng)[例]將Zn+2H+=Zn2++H2設(shè)計成原電池,寫出原電池符號。解:負極:Zn-2e=Zn2+
正極:2H++2e=H2電解質(zhì)溶液:
Zn2+溶液和H+溶液原電池符號:(-)Zn│Zn2+‖H+│H2︱Pt(+)第38頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五解:(1)(-)Zn│Zn2+‖Cl-│AgCl│Ag(+)(2)(-)Pt︱I2│I-‖F(xiàn)e3+,F(xiàn)e2+│Pt(+)(3)(-)Pt│SO42-,SO32-,H+‖MnO4-,Mn2+,H+│Pt(+)[練習]將下列化學(xué)反應(yīng)設(shè)計成電池(1)2AgCl+Zn=Zn2++Ag+2Cl-
(2)2Fe3++2I-
=2Fe2++I2
(3)2MnO4-
+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O第39頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五【練習】將反應(yīng)CuSO4+Ni=NiSO4+Cu設(shè)計成原電池,CuSO4和NiSO4的濃度均為1mol·dm-3。
寫出:(1)電對符號(2)電極反應(yīng)式(3)原電池符號。解:(1)氧化劑電對:;還原劑電對:(2)負極:正極:(3)原電池符號:第40頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五解:先確定正負極,寫出半反應(yīng):負極(氧化反應(yīng)):正極(還原反應(yīng)):例:將反應(yīng)Pb+2Fe3+=Pb2++2Fe2+設(shè)計成一個原電池,寫出電池符號。第41頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五解:負極(氧化反應(yīng)):正極(還原反應(yīng)):原電池符號:例:將反應(yīng)設(shè)計成原電池,寫出電池符號。第42頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五2、電池表示式→氧化還原反應(yīng)解:(1)(2)(-)Pt︱Fe3+,Fe2+‖Hg22+︱Hg(l)(+)(1)(-)Pt︱H2(g,p)︱H2SO4(c)︱Hg2SO4(s)︱Hg(l)(+)[例]寫出下列電池所對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)(2)第43頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五二、電極電勢(electrodepotential)在原電池中,電子為什么會自動地從負極流向正極呢?
φ高φ低電極電勢是怎么產(chǎn)生的?為什么電極電勢有高有低呢?第44頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(一)電極電勢的產(chǎn)生:以金屬-金屬離子電極為例M→Mn++ne-
Mn++ne-
→M金屬晶體中存在著自由電子e
,金屬原子M
和金屬陽離子Mn+。第45頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五當系統(tǒng)達到動態(tài)平衡時,有兩種情況:(a)如果金屬離子進入溶液的趨勢大于金屬離子沉積在金屬表面的趨勢,平衡時,金屬表面會有多余的電子而帶負電荷,溶液中因為多了金屬離子而帶正電荷,這樣,在金屬表面和溶液界面之間就形成一個“雙電層”,產(chǎn)生電勢差;M→Mn++ne-
第46頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(b)如果金屬離子進入溶液的趨勢小于溶液中離子沉積的趨勢,平衡時,金屬表面會帶正電荷,而溶液中會有多余的負電荷,形成一個相反的“雙電層”,也產(chǎn)生電勢差。Mn++ne-
→M第47頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五金屬越活潑,鹽溶液濃度越小,溶解的趨勢越大,沉積的趨勢越小,達平衡時,金屬表面累積的負電荷越多,電極電勢越低;金屬越不活潑,鹽溶液濃度越大,則溶解趨勢越小,而沉積趨勢越大,達平衡時,金屬表面累積的正電荷越多,電極電勢就越高。
對于金屬-金屬離子電極來說,這種產(chǎn)生在金屬表面和它的鹽溶液之間的電勢差就叫電極電勢,用“”表示。電極電勢第48頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五無論哪種類型的電極,
產(chǎn)生的原因都可以歸結(jié)為:電對中氧化態(tài)物質(zhì)得電子能力與還原態(tài)物質(zhì)失電子能力強弱不同而使得導(dǎo)體與溶液間存在電勢差而造成的。第49頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五如果把兩個電極電勢不同的電極組成原電池,電子就會從低電勢處流到高電勢處,形成電流。電極電勢低的一極就是負極,電極電勢高的一極就是正極。原電池的電動勢也就是兩極的之差:。
銅鋅原電池中,∵鋅比銅活潑,在鹽溶液濃度相同的情況下,∴構(gòu)成原電池時,鋅為負極,銅為正極,電動勢2、電池電動勢第50頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(二)電極電勢的測定標準氫電極:鉑片放入氫離子濃度為1mol?dm-3的酸溶液中,然后通入1個大氣壓的氫氣流,使鉑黑吸附的H2達到飽和,這樣就構(gòu)成了一個標準氫電極。1、標準氫電極電對:電極符號:電極反應(yīng):
規(guī)定:標準氫電極的電極電勢為0,PtH2(101.325KPa)H+(1mol/L)第51頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五測定方法:將標準氫電極跟待測電極組成原電池,測出電動勢,根據(jù)其數(shù)值確定待測電極的電極電勢值。2、電極電勢的測量[例]標準鋅電極與標準氫電極組成原電池,檢流計指針偏向鋅電極,E=0.763v,求φθ(Zn2+/Zn)解:第52頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五3、標準電極電勢在標準狀態(tài)下,298.15K時,測得的物質(zhì)的電極電勢叫做該物質(zhì)的標準電極電勢。記作φθ(Mn+/M)第53頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五飽和甘汞電極:
φ
=0.2415VHg︱Hg2Cl2(s)│KCl(飽和)1mol.L-1甘汞電極:
φ
=0.2682VHg︱Hg2Cl2(s)│KCl(1mol.L-1)0.1mol.L-1甘汞電極:
φ
=0.3337VHg︱Hg2Cl2(s)│KCl(0.1mol.L-1)4、甘汞電極優(yōu)點:穩(wěn)定性好,可逆程度高,使用方便。第54頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(三)標準電極電勢表第55頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五標準電極電勢表說明:1)標準電極電勢表表示了氧化態(tài)物質(zhì)得電子能力與還原態(tài)物質(zhì)失電子能力的強弱:由上至下,氧化態(tài)物質(zhì)得電子能力增加,氧化性增強,還原態(tài)物質(zhì)失電子能力減弱,還原性減弱;2)氧化性比氫離子強的電勢為正,反之為負;3)發(fā)生氧化還原反應(yīng)時,φθ值相差越大,反應(yīng)趨勢越大;4)電極電勢大小只表示標準狀態(tài)下物質(zhì)在水溶液中的氧化能力,對非水體系,高溫熔融狀態(tài)不適用。K為強還原劑,F(xiàn)2為強氧化劑。第56頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五5)標準電極電勢數(shù)值取決于氧化還原電對的本性,不受物質(zhì)的量的影響;如:φθ(Ag+/Ag)=0.799VAg++e-Ag2Ag++2e-2Ag6)電極電勢數(shù)值與電極反應(yīng)式的書寫無關(guān)。Fe2++2e-Fe
φθ=-0.447VFe-2e-Fe2+
φθ=-0.447V第57頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五7)不具備簡單的加和性;Fe2++2e-Fe①φ1θ=-0.447VFe3++e-Fe2+②
φ2θ=0.771V①+②Fe3++3e-Feφ3θ=-0.036V第58頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五使用標準電極電勢表時,應(yīng)該注意兩個問題:
10
電極反應(yīng)式:氧化態(tài)+ne-還原態(tài)
是可逆的.
這樣寫實際上是電極作正極時的電極反應(yīng)式,如果電極作負極,電極反應(yīng)式就是它的逆反應(yīng):還原態(tài)氧化態(tài)+ne-20
電極反應(yīng)式的系數(shù)改變對值沒有影響,如:}第59頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五所以,對于一個確定的電對來說,它的
是一個定值,與電極反應(yīng)式的寫法沒有關(guān)系。如果電極處于非標準態(tài),這時,它的電極電勢不僅取決于電對物質(zhì)的本性,還與構(gòu)成電對的溫度、離子濃度、氣體分壓以及介質(zhì)的酸堿度有關(guān)。這些因素對電極電勢的影響,可以用奈斯特方程式來表示。第60頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五四、影響電極電勢的因素——奈斯特方程式
對于任意一個氧化還原電對“”構(gòu)成的電極,在298K時,其電極電勢可以表示為:——電極處于任意態(tài)時的電極電勢;——電極處于標準態(tài)時的電極電勢;
n——電極反應(yīng)中得失電子的計量數(shù);——電對中氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)的相對濃度。如果電對中有氣體,則用相對分壓表示。、aOx+nebRe第61頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五應(yīng)用奈斯特方程式時要注意以下幾點:10
若電極反應(yīng)式中,氧化態(tài)物質(zhì)或還原態(tài)物質(zhì)前的計量系數(shù)不是1,則相應(yīng)的濃度或分壓要以對應(yīng)的系數(shù)為指數(shù)。即:濃度(或分壓)方次=計量系數(shù)。20
如果電極反應(yīng)中有H+或OH-參加,即使它們不發(fā)生氧化或還原反應(yīng),其濃度也必須寫入方程式中。30
如果有純固體或純液體參加反應(yīng),其濃度視為1,不寫在方程式中。40
如果組成電對的物質(zhì)之一是氣體,則用相對分壓表示。第62頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五根據(jù)以上原則,寫出下面幾個電極的奈斯特方程式。例:(1)若則:第63頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(2)(3)第64頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五(4)Cl2(g)+2e-2Cl-(5)Cl2/Cl-,第65頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五根據(jù)奈斯特方程式,可以推得如下結(jié)論:結(jié)論:氧化態(tài)物質(zhì)的濃度減小,減?。谎趸瘧B(tài)增大。而還原態(tài)物質(zhì)的濃度減小,增大;還原態(tài)物質(zhì)的濃度增大,減小。物質(zhì)的濃度增大,對于有H+或OH-參加的電極反應(yīng),溶液酸度的變化對值也有影響。第66頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五例:計算pH=2,p(O2)=101.325KPa時,的電極電勢。解:c(H+)減小,使減小。第67頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]計算298K,KMnO4在pH=5.0的溶液中,c(MnO4-)=c(Mn2+)=1.0mol·L-1時的MnO4-/Mn2+電極電勢值。MnO4-(aq)+8H+(aq)+5e=Mn2+(aq)+H2O
(l)解:c(H+)減小,使大大減小了。第68頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]試計算
θ(AgCl/Ag)值;已知
θ(Ag+/Ag)=0.7999V;Kθsp(AgCl)=1.8×10-10。解:在含有Ag+/Ag電對的體系中,Ag++e-=Ag
θ(Ag+/Ag)=0.7999V若加入NaCl溶液,便生成AgCl沉淀;當c(Cl-)=1.0mol·L-1時:c(Ag+)=Kθsp(AgCl)/c(Cl-)
=1.8×10-10/1.0=1.8×10-10mol·dm-3
θ(AgCl/Ag)
=
(Ag+/Ag)=
θ(Ag+/Ag)+0.059lg[c(Ag+)]=0.7999+0.0592lg(1.8×10-10)=0.233V第69頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五要計算的是
θ(AgCl/Ag)值,對應(yīng)的電極反應(yīng)式:AgCl(s)+e-=Ag(s)
+Cl-此反應(yīng)式要滿足
θ(AgCl/Ag)值,必須滿足以下條件:c(Cl-)=1.0mol·L-1,Ag、AgCl都是固體。前邊計算所得
(Ag+/Ag)實際上就是c(Cl-)=1.0mol·L-1時電對AgCl(s)+e-=Ag(s)
+Cl-的標準電極電勢所以
θ(AgCl/Ag)=0.233V與
θ(Ag+/Ag)相比,AgCl的生成使Ag+/Ag電對的電極電勢值下降了0.577V,這時溶液中的Ag+
濃度極低,體系中實際上是AgCl和Ag達到平衡并構(gòu)成電對。
第70頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五
θ(AgCl/Ag)=
θ
(Ag+/Ag)+0.059lg[c(Ag+)]由于此時c(Cl-)=1.0mol·L-1,所以
θ(AgCl/Ag)第71頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五①
如果某一電對是固體或純液體參加反應(yīng),濃度項不必寫入公式;如果是氣體,則要以分壓來表示。
應(yīng)用能斯特方程式時要注意以下幾點:φ
(Zn2+/Zn)=φθ(Zn2+/Zn)+Br2(l)+2e=2Br-(aq)Zn2++2e-
=ZnCl2(g)+2e-
=2Cl-φ
(Cl2/Cl-)=φθ
(Cl2/Cl-)+第72頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五
②介質(zhì)條件也要反應(yīng)在能斯特方程中。MnO4-(aq)+8H+(aq)+5e=Mn2+(aq)+H2O(l)[例]計算298K,K2Cr2O7在pH=3.0的溶液中,c(Cr2O72-)=c(Cr3+)=1.0mol·L-1時的φ(Cr2O72-/Cr3+)值。Cr2O72-(aq)+14H+(aq)+6e=2Cr3+(aq)+7H2O(l)解:第73頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五三、原電池的電動勢與吉布斯函數(shù)變的關(guān)系電功:W電
=QE=nFE最大電功:
Wmax=nFE=-△rGm(可逆電池)E=正
–負=-△rGm/nFEθ
=θ正
–θ負=-△rGθm/nF標準狀態(tài)下:Wmax=nFEθ=-△rGθ
mQ:原電池反應(yīng)所產(chǎn)生的電量;n:反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的計量數(shù);
F:法拉第常數(shù),96500C?mol-1;E:原電池的電動勢第74頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]
:
Cu-Zn電池的電池反應(yīng)為已知:△fGθm(Cu2+)=65.52kJ.mol-1,△fGθm(Zn2+)=-147.0kJ.mol-1
,求Cu-Zn原電池的標準電動勢。解:△rGθm=△fGθm(Zn2+)-△fGθm(Cu2+)Eθ=-△rGθm/nF=-147.0–65.52=-212.52(kJ.mol-1)=-(-212.52)×1000/(2×96485)=1.10(V)電壓V的單位為J/C,計算時△fGθm的單位要換算成J.mol-1Zn+Cu2+Zn2++Cu第75頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五四、原電池的標準電動勢與氧化還原反應(yīng)的標準平衡常數(shù)的關(guān)系△rGθm=-nFEθ△rGθm=-RTlnKθnFEθ=RTlnKθ(298K)n為氧化態(tài)與還原態(tài)得失電子最小公倍數(shù)。第76頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五五、非標準狀態(tài)時的電池電動勢E與標準電池電動勢Eθ
的關(guān)系△G=△Gθ+2.303RTlgQ-nFE=-nFEθ+2.303RTlgQE=Eθ
-則E=Eθ
-當反應(yīng)達到平衡時,△G=0,E=0,Q=Kθ。第77頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五§4.3電極電勢的應(yīng)用1、計算原電池的電動勢及電極電勢E=正
–負[例]將氧化還原反應(yīng):Cu+Cl2=Cu2++2Cl-組成原電池。已知p(Cl2)=101.325kPa,c(Cu2+)=0.10mol/L,c(Cl-)=0.10mol/L,寫出此原電池符號并計算其電動勢。解:氧化劑電對組成的電極為正極,還原劑電對組成的電極為負極,則原電池符號為:(-)Cu|Cu2+(0.1mol·L-1)||Cl-(0.1mol·L-1)|Cl2(101325Pa)|Pt(+)第78頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五
(Cu2+/Cu)=θ
(Cu2+/Cu)+
=0.34+
=0.31V
(Cl2/Cl-)=θ(Cl2/Cl-)+=1.36+=1.42VE=(+)-
(-)=1.42-0.31=1.11V第79頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]現(xiàn)有兩個銀電極Ag∣Ag+(0.001mol·L-1);Ag∣Ag+(1.0mol·L-1),將它們組成原電池,寫出原電池符號、電極反應(yīng)和原電池反應(yīng),計算其電池電動勢。任意兩個不同的電極都可以組成原電池,同一金屬電極由于離子濃度不同,具有不同的電極電勢。也可以組成原電池。解:c(Ag+)大的電極電勢高,對應(yīng)的電對做正極,故其電池符號為:根據(jù)能斯特方程
=Θ(Ag+/Ag)+0.059lgc(Ag+)(-)Ag|Ag+(0.001mol·L-1)||Ag+(1mol·L-1)|Ag(+)第80頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五電極反應(yīng):
(-)Ag-e-→Ag+(0.001mol·L-1)(+)Ag+(1mol·L-1)+e-→Ag(s)電池反應(yīng):
Ag+(1mol·L-1)+Ag=Ag+(0.001mol·L-1)+Ag
即Ag+(1mol·L-1)=Ag+(0.001mol·L-1)E=(+)-
(-)=0.059=0.059=0.177V(-)Ag|Ag+(0.001mol·L-1)||Ag+(1mol·L-1)|Ag(+)第81頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五濃差電池反應(yīng)的方向是低濃度的電極中金屬被氧化,離子濃度升高;高濃度的電極中金屬離子被還原,離子濃度降低。最終當兩電極中的離子濃度相等時,兩極電勢相等,原電池電動勢等于零,反應(yīng)停止,達平衡狀態(tài)。這種由同一電對構(gòu)成的電極,由于兩極離子濃度不同,造成電極電勢不同而組成的原電池,被稱為濃差電池。第82頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五二、判斷氧化劑和還原劑的相對強弱1.θ越大,氧化態(tài)氧化能力越強,還原態(tài)還原能力越弱;2.θ越小,還原態(tài)還原能力越強,氧化態(tài)氧化能力越弱;根據(jù)這個判斷依據(jù),我們看附錄的標準電極電勢表,在這個表中,最強的氧化劑應(yīng)該是最下端的F2;最強的還原劑應(yīng)該是最上端的Li。但是F2和Li太活潑了,不穩(wěn)定,所以一般不用。實驗室中常用的氧化劑是H2O2、KMnO4、K2Cr2O7等;常用的還原劑:Fe2+、Sn2+、S2O32-等。第83頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五電對電極反應(yīng)φ0/VI2/I-I2(g)+2e=2I-(aq)+0.5355Fe3+/Fe2+Fe3+(aq)+e=Fe2+(aq)+0.771Br2/Br-Br2(l)+2e=2Br-(aq)+1.066在標準狀態(tài)下,氧化劑氧化能力強弱順序:Br2>Fe3+>I2還原劑還原能力強弱順序:I-
>Fe2+>Br-判斷下列氧化劑和還原劑的相對強弱:第84頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五
如果電對中離子濃度或氣體分壓發(fā)生變化,會使φ
值改變,那么,物質(zhì)的氧化性和還原性的強弱也會改變。[例]:已知判斷:(1)標準態(tài)下,氧化性強弱次序;(2)pH=3時,次序有何變化?第85頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五解:(1)∵∴氧化性(2)pH=3,第86頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五氧化性:酸度降低,Cr2O72-氧化性減弱。所以,一般使用Cr2O72-作氧化劑時,都在較強的酸性介質(zhì)中使用的,這樣可以提高它的氧化性?!鄍H=3,第87頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五三、判斷氧化還原反應(yīng)的方向:在原電池中進行的氧化還原反應(yīng):(Q:原電池反應(yīng)所產(chǎn)生的電量)=nFE
(n:反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的計量數(shù);
F:法拉第常數(shù)96485C?mol-1)當E>0()時,ΔG<0,反應(yīng)可以自發(fā)進行;如果E<0,則ΔG>0,反應(yīng)非自發(fā)(逆向反應(yīng)自發(fā))∴在氧化還原反應(yīng)中,只要求出E,就可以判斷反應(yīng)方向。第88頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]判斷反應(yīng)Sn+Pb2+—Sn2++Pb于下列條件時的方向:(1)
標準態(tài);(2)c(Pb2+)=0.10mol·L-1,c(Sn2+)=1.0mol·L-1時解:(1)分析:假設(shè)反應(yīng)正向進行,求其E
,若E>0(ΔrG<0)則反應(yīng)正向進行;若E<0(ΔrG>0),則反應(yīng)逆向進行。若按正反應(yīng)方向進行:∴反應(yīng)正向進行。第89頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五∴反應(yīng)逆向進行。(2)c(Pb2+)=0.1mol?dm-3,c(Sn2+)=1mol?dm-3總反應(yīng):第90頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]某溶液中,c(Cr2O72-)=c(Cr3+)=1mol·L-1,c(H+)=4mol·L-1,c(Cl-)=1mol·L-1,假設(shè)Cl2的分壓為101325Pa。問Cr2O72-能否氧化Cl-成Cl2。Θ(Cr2O72-/Cr3+)=1.33V,Θ(Cl2/Cl-)=1.36V解:Cr2O72-
+6Cl-
+14H+=2Cr3++3Cl2+7H2O假設(shè)在題目給出的條件下Cr2O72-能氧化Cl-,則反應(yīng)式為:當c(H+)=4mol·L-1時,還原反應(yīng)
Cr2O72-
+14H++6e-
=2Cr3++7H2O第91頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五=1.33+=1.41V
(Cl2/Cl-)=Θ(Cl2/Cl-)=1.36V此時,(Cr2O72-/Cr3+)>
(Cl2/Cl-),就可以判定Cr2O72-能氧化Cl-.
E=
(Cr2O72-/Cr3+)
-
(Cl2/Cl-)=0.05V>0反應(yīng)是按假設(shè)的方向進行,即Cr2O72-能氧化Cl-.第92頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五四、判斷氧化還原反應(yīng)進行的程度
——計算平衡常數(shù)Kθ:根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式:又:T=298K
:第93頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]反應(yīng)Sn+Pb2+=Sn2++Pb(Eθ=0.0113V)達到平衡時,溶液中c(Pb2+)、c(Sn2+)各為多少?已知初始濃度c(Pb2+)=0.50mol·L-1,c(Sn2+)=0.01mol·L-1
解:c(Pb2+)=(0.50–x)mol·L-1c(Sn2+)=(0.01+x)mol·L-1
得:Kθ=2.42設(shè)反應(yīng)正向進行了xmol·L-1,后達到平衡,則:Kθ=c(Sn2+)/c(Pb2+)=2.42=(0.01+x)/(0.50–x)第94頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五c(Pb2+)=(0.50–0.35)=0.15(mol·L-1)c(Sn2+)=(0.01+0.35)=0.36(mol·L-1
)解方程得:x=0.35∴達到平衡時:Kθ=c(Sn2+)/c(Pb2+)=2.42=(0.01+x)/(0.50–x)第95頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五五、從已知電極電勢計算有關(guān)電極的電極電勢①Fe2++2e-Fe△rGm,1=
-n1F
10②Fe3++e-Fe2+△rGm,2=
-n2F
20①+②Fe3++3e-Fe△rGm,3=-n3F
30△rGm,3=△rGm,1+△rGm,2n3F
30=n2F
20+n1F
10n3
30=n2
20+n1
103e2ee第96頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五5e3e2e第97頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五六、氧化還原平衡與其它平衡之間的計算[例]
298K時在一定量的[Ag(CN)2]–溶液中加入適量的Zn粉,達到平衡時,如果測得此時溶液中[Zn(CN)4
]
2-
的濃度為0.1mol·dm-3
。試求:(1)φΘ{[Ag(CN)2]
-/Ag};
φΘ{[Zn(CN)4
]
2-/Zn}
(2)溶液中[Ag(CN)2]–
的濃度。已知:φΘ(Ag+/Ag)=+0.800V;
φΘ(Zn2+/Zn)=–0.763V
K穩(wěn),
[Ag(CN)2]-=1.26×1021
;
K穩(wěn)
,[Zn(CN)4
]
2-
=5.0×1016第98頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[Ag(CN)2]
-+e
=Ag+2CN-(1)D
rG1Θ=-2.303RTlgKΘ
=-2.303RTlg(1/K穩(wěn))(2)(3)解(1):Ag++e=AgD
rG2Θ=-nFφΘ(Ag+/Ag)D
rG3Θ=-nFφΘ{[Ag(CN)2]
-/Ag}+(2)=(3)==>D
rG3Θ=
D
rG1Θ+
D
rG2Θ
第99頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五結(jié)論:金屬離子形成配離子后氧化能力減弱(電極電勢降低)。同理可得:φΘ{[Zn(CN)4
]
2-/Zn}=φΘ(Zn2+/Zn)-(0.059
lgK穩(wěn))/n=-0.763-0.059÷2×lg(5.0×1016)=-1.256V-2.303RTlg(1/K穩(wěn))-nFφΘ(Ag+/Ag)=
-nFφΘ{[Ag(CN)2]
-/Ag}φΘ{[Ag(CN)2]
-/Ag}=φΘ(Ag+/Ag)-(0.059
lgK穩(wěn))/n
=0.800-0.059×lg(1.26×1021)=-0.445V第100頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[]+→+2-4)(2CNZn2AgZn[]-2)(CNAg{[Zn(CN)4
]
2-/Zn}{[Ag(CN)2]
-/Ag}-Eθ==-0.445-(-1.256)=0.811V(2):由lgKθ=nEθ/0.059=2×0.811/0.059∴Kθ=3.10×1027C2{[Ag(CN)2]–}Kθ==3.10×1027C{[Zn(CN)4
]
2-}————————C2{[Ag(CN)2]–}=0.1÷(3.10×1027)=3.2×10-29mol·dm-3
第101頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]利用φθ(Ag+/Ag)試計算298K時φθ(AgCl/Ag)值解:Ag++e=Ag=0.800+0.059lg(1.8×10-10)=0.233(V)結(jié)論:金屬離子形成難溶電解質(zhì)后氧化能力減弱(電極電勢降低)。第102頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五[例]設(shè)其它離子處于標準態(tài),求MnO4-能氧化I-而不能氧化Br-的pH值范圍?當pH=5.0,其余物質(zhì)處于標準態(tài),此時MnO4-能否將I-、Br-氧化?若能則:①.將其組成原電池,并寫出原電池符號;②.求此條件下的電動勢E;③.該反應(yīng)的Kθ和
rGmθ。(θ(MnO4-/Mn2+)=1.49V,θ(Br2/Br-)=1.07V,θ(I2/I-)=0.53V)解:MnO4-能氧化I-而不能氧化Br-的pH值范圍
0.53<(MnO4-/Mn2+)<1.07第103頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五0.53<1.49+0.059/5lgc8(H+)<1.070.53<1.49–(0.059×8÷5)·pH<1.0710.17>pH>4.45因為10.17>5>4.45,所以MnO4-可以將I-氧化,不能將Br-氧化。第104頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五②(MnO4-/Mn2+)=1.49+0.059/5·lgc8(H+)=1.02V(I2/I-)=(I2/I-)=0.53V①(-)Pt|I2(s)|I-(c)||MnO4-(c),H+(10-5mol·dm-3
),Mn2+(c)|Pt(+)E=(MnO4-/Mn2+)-(I2/I-)=0.49(V)①.將其組成原電池,并寫出原電池符號;②.求此條件下的電動勢E;第105頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五rGm=-nFE=-10×96500×0.96=-926.3(kJ·mol-1)(2MnO4-+8H++2I-==2Mn2++I2(s)+4H2O)③.E=(MnO4-/Mn2+)-(I2/I-)=0.96(V)lgK=10×0.96/0.059=162.16K=1.45×10162練習③.該反應(yīng)的Kθ和
rGmθ。第106頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五§4.4電解一、電解原電池和電解池電解:使直流電通過電解質(zhì)溶液(或熔融液),在電極上引起氧化還原反應(yīng)的過程。e–e–電解池:直接利用氧化還原反應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的裝置。放電:在電解池的兩極發(fā)生氧化(還原)反應(yīng)的過程。放電條件:外加電壓要大于原電池電動勢。第107頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五e–e–CuCl2溶液舉例:陽極:陰極:Cu2++2e-
=Cu2Cl-
=Cl2+2e-問題:陰極上什么離子(先)得到電子?陽極上什么離子(先)失去電子?第108頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五1、φ的影響:
首先,陰極上放電的總是+離子,即氧化態(tài)物質(zhì)(M+,H+等)。顯然,
陰極:φ高的氧化態(tài)物質(zhì),∵氧化性較強,得e能力較強,更易得到e,∴先放電
陽極:φ低的還原態(tài)物質(zhì),∵還原性較強,失e能力較強,更易失去e,∴先放電
結(jié)論:在每一極上,只要計算出可能放電的各種離子的電極電勢,便不難判斷放電的先后次序:
陰極:φ高的氧化態(tài)物質(zhì)優(yōu)先
陽極:φ低的還原態(tài)物質(zhì)優(yōu)先
二、影響電極反應(yīng)的主要因素得失電子的難易程度與φ的高低有關(guān),電解池中亦然。第109頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五例:用C電極,標準壓力下電解c=1.0的CuCl2中性水溶液。解:陰極反應(yīng):Cu2++2e==Cu
2H++2e==H2
陽極反應(yīng):Cl2+2e==2Cl-
O2+2H2O+4e==4OH-陽極:φ(Cl2/Cl-)=
+(0.059/2)lg[p’/c2(Cl-)]=1.3583–0.0178=1.3405(V)
φ(O2/OH-)=
+(0.059/4)lg[p’/c4(OH-)]=0.401+0.413=0.814(V)
問題:陽極應(yīng)OH-先放電得到O2,但實際是Cl-先放電得到Cl2陰極:φ(Cu2+/Cu)=
(Cu2+/Cu)=0.3419(V)
φ(H+/H2)=
(H+/H2)+(0.059/2)lg[c2(H+)/p’(H2)]=-0.413(V)第110頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五四、電解產(chǎn)物的一般規(guī)律
首先,應(yīng)清楚電解的對象:熔融鹽或溶液。對于熔融鹽,陰極、陽極各只有一種離子,無H+、OH-
對于溶液:以典型例子為例說明
1、用石墨作電極,電解CuCl2溶液
陰極:Cu2+、H+
以Cu2+/Cu的電勢較高,且超電勢小,故析出金屬銅
陽極:
(Cl2/Cl-)=1.3583V
(O2/OH-)=0.401V
φ理析(Cl2/Cl-)=1.3405V
φ理析(O2/OH-)=0.814V
η(I=1000)=0.251V
η(I=1000)=1.091V(因斷裂化學(xué)鍵!)
φ實析(Cl2/Cl-)=1.5915V
φ實析(O2/OH-)=1.905V
故析出氯氣
結(jié)論:惰性電極電解金屬鹵化物或硫化物MX(X=Cl,Br,I,S),
陽極總是得到鹵素或硫,陰極計算φ實析(M)<φ實析(H)得到氫氣,φ實析(M)>φ實析(H)得到金屬。
第111頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五2、用石墨作電極,電解Na2SO4溶液
陰極:Na+、H+,
(Na+/Na)=–2.71V太小,由上面知道得到氫氣。陽極:SO42-、OH-,上面知φ實析(O2/OH-)=1.905V;查SO42-電極的
=?
注意:SO42-的氧化態(tài)為S2O82-,
(S2O82-/SO42-)=2.010V
不計η,已是析出O2的電勢較低,因此OH-放電析出O2:
4OH-–4e==2H2O+O2
結(jié)論:電解含氧酸鹽溶液,酸根不放電,陽極上總是OH-放電,析出O2;陰極同上,
計算φ實析(M)<φ實析(H)得到氫氣,φ實析(M)>φ實析(H)得到金屬。
視M離H遠近,一般M活潑性在Al之前,得到H2(實際是電解水),Al后得到金屬。
第112頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五陰極發(fā)生還原反應(yīng);陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。電解NiCl2熔融液一般電解液中的正、負離子都不只一種,那么根據(jù)什么來判斷電解產(chǎn)物呢?比如:電解0.5mol?dm-3
Na2SO4溶液。正離子:Na+、H+;負離子:SO42-、OH-陰極:H+陽極:OH-判斷規(guī)則:陰極是電極電勢高的氧化態(tài)物質(zhì)被還原(氧化性強)陽極是電極電勢低的還原態(tài)物質(zhì)被氧化(還原性強)第113頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五∴陰極是H+得電子被還原:陽極:OH-失電子被氧化:所以等于是電解水:如果用金屬作電極,陽極參加反應(yīng)的往往是金屬電極。如用銅:∴陽極是Cu失去電子被氧化,Cu=Cu2++2e-第114頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五判斷電解產(chǎn)物小結(jié)陰極(陰大者先放電)陽極(陽小者先放電)溶液中含Cu2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+時,一般鍍金屬非惰性金屬電極優(yōu)先溶解溶液中不存在上述離子時產(chǎn)生氫氣(H+
)惰性電極,S2-、Cl-、Br-、I-優(yōu)先放電熔融鹽電解,金屬陽離子放電惰性電極,無上述離子時才產(chǎn)生氧氣(OH–)第115頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五利用氧化還原反應(yīng),我們可以作化學(xué)電源,進行電解、電鍍等等,做許多有利于我們生產(chǎn)和生活的工作,但同時,氧化還原反應(yīng)也制造了很多麻煩。金屬腐蝕是氧化還原反應(yīng)造成的最普遍,也是破壞性最大的危害。金屬腐蝕的類型有許多種,采取的措施也多種多樣,今天我們只介紹一些腐蝕與防腐的基本原理。第116頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五§4.5金屬的腐蝕與防護
(Corrosionofmetalsandprotection)
從腐蝕原理來說,金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?;瘜W(xué)腐蝕:單純由化學(xué)作用引起的腐蝕。金屬與干燥的氣體(O2、Cl2、H2S、SO2等)或有機溶劑直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕。電化學(xué)腐蝕:金屬與電解質(zhì)溶液接觸,組成局部電池,按電化學(xué)機理進行反應(yīng)引起的腐蝕,反應(yīng)機理跟原電池相同。事實證明,許多金屬在干燥的空氣中并沒有明顯的腐蝕現(xiàn)象,但在潮濕的空氣中的腐蝕速度卻十分驚人(如:鐵生銹),危害要大得多,我們主要介紹一下這類腐蝕的機理。第117頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五一、化學(xué)腐蝕鋼鐵中的主要成分為:Fe、C、FeC3(滲碳體)。高溫下的鋼材,除生成一層由FeO、Fe2O3和Fe3O4組成的氧化皮外,同時還會發(fā)生脫碳現(xiàn)象。就是鋼鐵中的滲碳體(Fe3C)和氣體介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而遭破壞。(1)脫碳現(xiàn)象
由于金屬層中的碳逐漸減少,形成脫碳層,致使鋼鐵硬度減小,機械性能降低,易于破壞。例如:氧化層脫碳層工件第118頁,共153頁,2022年,5月20日,9點31分,星期五石油加工過程中,含硫原油(含S、H2S和有機硫化物等)在高溫部位對設(shè)備造成嚴重的腐蝕。其中
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