第4章电化学教学幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,首 页,末 页,下一页,上一页,*,电化学,第,4,章,4.2,原电池,4.2.1,原电池的组成,正极、负极、,电势,低,的极称为,负,极，电子从负极流向正极。,负极：,电势,高,的极称为,正,极，电流从正极流向负极。,正极：,阴极、阳极,发生,还原作用,的极称为,阴极。,阴极：,(Cathode),发生,氧化作用,的极称为,阳极。,阳极：,(Anode),在,原电池中，阴极是正极,；在电解池中，阴极是负极。,在,原电池中，阳极是负极,；在电解池中，阳极是正极。,原电池或电解池中，阴离子总是移向阳极！,4.2.2,原电池的表达简式,1.,左,边为负极，起,氧化,作用，是阳极；,2,.“,|,”,表示相界面，有电势差存在。,4.,要注明温度，不注明就是,298.15 K,；,右,边为正极，起,还原,作用，是阴极。,要注明物态；,3.,“,”,或“”表示盐桥，用于不同液相之间。,5.,用“,”,分隔两种不同种类或不同价态的溶液，,溶液要注明浓度,；当半反应中有气体时，需外加惰性导电材料，,气体要注明压力和依附的惰性金属。,如,：（,-,）,ZnZnSO,4,(,c,1,)CuSO,4,(,c,2,)Cu,（,+,）,（,-,）,CuCu(NO,3,),2,(,c,1,)AgNO,3,(,c,2,)Ag,（,+,）,（,-,）,PtFe,3+,(,c,1,),，,Fe,2+,(,c,2,)Cl,-,(,c,3,)Cl,2,(,p,)Pt,（,+,）,任一自发的氧化还原反应都可以设计成一个原电池。,4.2.3,原电池的种类,4.3,电极电势及其应用,4.3.1,电极和电极电势的形成,4.3.2,标准氢电极和标准电极电势,(1),值与半反应的写法无关,的,代数值是反映物质得失电子倾向的大小，它与物质的量无关。,如：,Zn,2+,+2e,-,=Zn,与,2Zn,2+,+4e,-,=2Zn,数值相同,(2),值与半反应的方向（正、逆）无关。,如,Cu,2+,+2e,-,=Cu,与,Cu=Cu,2+,+2e,-,数值相同,无论电对在实际反应中的转化方向如何，或者说无论电对在反应中充当正极还是负极，,的,代数值不变。,铜锌原电池,银铜原电池,电极电势的特性：,4.3.3,电极电势的能斯特方程,4.3.4,可逆电池的电动势与氧化还原反应的吉 布斯函数变,1,、,E,与,G,的关系式,2,、电动势的能斯特方程,4.3.5,电极电势的应用,1,、氧化剂和还原剂相对强弱的比较,2.866,0.401,0.3419,0,-0.7618,-2.71,/,V,F,2,(g)+2e=2F,(aq),O,2,(g)+2H,2,O+4e=4 OH,(aq),Cu,2+,(aq)+2e=Cu(s),2,H,+,(aq)+2e=H,2,(g),Zn,2+,(aq)+2e=Zn(s),Na,+,(aq)+e=Na(s),电 极 反 应,F,2,/F,O,2,/OH,Cu,2+,/Cu,H,+,/H,2,Zn,2+,/Zn,Na,+,/Na,电 对,氧化能力逐渐增强,还原能力逐渐增强,标准电极电势表,例,下列三个电极中，在标准条件下哪种物质是最强的氧化剂？若其中,MnO,4,/Mn,2+,的电极改为在,pH=5.00,的条件下，它们的氧化性相对强弱次序将怎样改变？已知,(MnO,4,-,/Mn,2+,)=1.507V,，,(Br,2,/Br,-,)=,1.066V,，,(I,2,/I,-,)=,0.5355V,解：,(1),在标准状态下可用,的大小进行比较。,(MnO,4,-,/Mn,2+,),(Br,2,/Br,-,),(I,2,/I,-,),因此，氧化性大小顺序为：,MnO,4,-,Br,2,I,2,；,还原性大小顺序为：,I,-,Br,-,Mn,2+,。,(2),pH=5.0,时，先计算得,(MnO,4,-,/Mn,2+,),。,半反应式为：,MnO,4,-,+8H,+,+5e,-,=Mn,2+,+4H,2,O,此时，,(Br,2,/Br,-,),(MnO,4,-,/Mn,2+,),(I,2,/I,-,),因此，氧化性大小顺序为：,Br,2,MnO,4,-,I,2,；,还原性大小顺序为：,I,-,Mn,2+,Br,-,。,2,、判断氧化还原反应自发进行的方向,反应方向的判据是：,G,0,非自发过程,G,=0,平衡状态,因此，可用电动势,E,或,判断反应方向：,E,0,，即,(,正,),(,负,),，,G,0,，反应正向自发；,E,=0,，即,(,正,)=,(,负,),，,G,=0,，反应处于平衡状态；,E,0,，即,(,正,)0,，反应正向非自发，,逆向自发。,r,G,m,=-,nFE,思考：,由两种不同浓度的某金属离子分别与该金属组成两电极，此两电极能否组成原电池？,3,、氧化还原反应进行的程度,衡量的标准：,平衡时生成物浓度,/,反应物浓度 平衡常数,K,对于,a,A(aq)+,b,B(aq)=,g,G(aq)+,d,D(aq),反应达到平衡时，,E,=0,，则,K,只与,E,有关。,4,、测定难溶盐的溶度积常数,4.4,电解与电化学技术,4.4.1,电解与电解定律,4.4.2,分解电压,4.4.3,电极的极化和超电势,“极化”的原因：,（,1,）浓差极化,离子扩散速率缓慢所致,（,2,）电化学极化,电解产物析出过程中某一步骤反应速率迟缓所致,浓差极化,超电势,导致：,阳极,析出电势升高，,即,(,析,阳),=(,阳,+,);,阴极,析出电势降低,，即,(,析,阴),=(,阴,-,)。,实际,c,(H,+,),偏小,阴,=,阴,+(RT/F)Ln,c,(H,+,),实际,c,(OH,-,),偏小,阳,=,阳,-(RT/F)Ln,c,(OH,-,),OH,-,测定水的分解电压,A,V,R,H,+,阳极,:OH,-,=1/2 H,2,O+1/4O,2,+e,-,阴极,:H,+,+e,-,=1/2 H,2,原电池中是否存在浓差极化现象？,影响,超电势,的因素有三个方面：,电解产物,：金属的超电势一般很小，气体的超电势较大，而,氢气、氧气的超电势,更大。,电极材料和表面状态,：同一电解产物在不同的电极上的超电势数值不同，且电极表面状态不同时超电势数值也不同。,电流密度,：随着电流密度增大超电势增大。在表达超电势的数据时，必须指明电流密度的数值或具体条件。,4.4.4,电解池中两级的电解产物,电解液中到底哪种离子首先在阳极和阴极析出呢？,判别依据,阳极：还原态物质被氧化,析出电势越小越先发生,阴极：氧化态物质被还原,析出电势越大越先发生,析出电势大小的决定因素,1,）离子及其相应电对在标准电极电势表中的位置,2,）离子浓度,3,）电解产物的超电势,(,析,阳,)=,(,阳,),+,;,(,析,阴,)=,(,阴,)-,1.,阳极产物,2.,阴极产物,4.4.5,电解的应用,1.,电解生产,2.,金属的精炼,3.,电镀,如：电镀锌，被镀零件作为阴极材料，金属锌作为阳极材料，在锌盐,(,如,Na,2,Zn(OH),4,),溶液中进行电解。,阴极：,Zn,2+,+2e,-,=Zn,阳极：,Zn,=Zn,2+,+2e,-,Cu,Zn,Na,2,Zn(OH),4,4.,阳极氧化,4.5,金属的腐蚀与防止,4.5.1,腐蚀的分类与腐蚀机理,1.,腐蚀的分类,2.,腐蚀的机理,(1),析氢腐蚀,(2),吸氧腐蚀,4.5.2,金属的耐腐蚀性能,1.,金属的本性,2.,环境因素,4.5.3,金属腐蚀的防护,1.,电化学保护法,(1),阴极保护法,外加电流法,用较活泼的金属或其三元合金如(,Zn、Al),连接在被保护的金属上，被保护的金属作为腐蚀电池阴极而达到不遭腐蚀的目的。,牺牲阳极保护法,