电化学原理省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

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1、第四章第四章电化学原理及应用电化学原理及应用Electrochemistry 第1页研究电能与化学能之间研究电能与化学能之间相互转化及转化过程中相互转化及转化过程中相关现象科学。相关现象科学。电化学：电化学：第2页电化学反应分为两类：电化学反应分为两类：自发氧化还原反应产自发氧化还原反应产生电流，生电流，G0 化学能转变为电能化学能转变为电能（原电池）（原电池）非自发氧化还原反应非自发氧化还原反应G0 电能转变为化学能电能转变为化学能（电解）（电解）第3页原电池原电池 Galvanic Cell 电极电势电极电势化学电源化学电源电解电解金属腐蚀与防护金属腐蚀与防护本章内容：本章内容：第4页Cu

2、2+Zn Cu+Zn2+2e-电子流动是无序电子流动是无序热能热能化学能化学能在试管或烧杯中进行在试管或烧杯中进行不会产生电流。不会产生电流。4.1 原电池原电池第5页装配成电池装配成电池电能电能化学能化学能第6页原电池为何产生电流？原电池为何产生电流？负极（氧化半反应）：负极（氧化半反应）：Zn Zn2+2e-正极（还原半反应）：正极（还原半反应）：Cu 2+2e-Cu电子经导线有序流动，产生电流电子经导线有序流动，产生电流电电池反池反应应：Cu2+Zn Cu+Zn2+第7页氧化剂与还原剂不直接接触，氧化剂与还原剂不直接接触，氧化半反应氧化半反应和还原半反应在空间上分开进行和还原半反应在空间

3、上分开进行，经过外，经过外部导体传导电子，产生电流。部导体传导电子，产生电流。在原电池中发生氧化反应电极称之为在原电池中发生氧化反应电极称之为负极负极；发生还原反应电极称之为发生还原反应电极称之为正极正极。在电化学中凡是发生氧化反应电极都称之在电化学中凡是发生氧化反应电极都称之为为阳极阳极，发生还原反应电极称之为，发生还原反应电极称之为阴极阴极。原电池反应特点原电池反应特点:第8页盐桥作用盐桥作用:负极负极：Zn Zn2+2e-正电荷积累，阻止正电荷积累，阻止Zn 放电，盐桥中放电，盐桥中Cl-移向负极，平衡电荷。移向负极，平衡电荷。正极正极：Cu 2+2e-Cu 正电荷消耗，盐桥中正电荷消耗

4、，盐桥中K+移向正极，平衡移向正极，平衡电荷。电荷。普通是用饱和普通是用饱和KCl，NH4NO3等盐和琼脂冻胶填等盐和琼脂冻胶填充充U型管，在电场作用下成为导体使电路导通。型管，在电场作用下成为导体使电路导通。消除液接电位并防止不一样溶液相互混合。消除液接电位并防止不一样溶液相互混合。第9页Zn+Cu2=Zn2+Cu()Zn|Zn2+(c1)Cu2(c2)|Cu()3、原电池符号：、原电池符号：左负极左负极“-”，右正极，右正极“+”，盐桥用，盐桥用 “”两相界面用两相界面用“|”分开，同相不一样物种用分开，同相不一样物种用“,”分开，溶液注明分开，溶液注明cB、气体要注明、气体要注明pB 纯

5、液体、气体加辅助电极，普通用纯液体、气体加辅助电极，普通用Pt或石墨或石墨C，且纯液体、气体写在惰性电极一边，二者用，且纯液体、气体写在惰性电极一边，二者用“|”分开。分开。书写原电池符号规则：书写原电池符号规则：第10页原电池符号原电池符号:Zn|ZnSO4(1mol.dm-3)CuSO4(1mol.dm-3)|Cu左：负极左：负极cathode中：盐桥中：盐桥salt bridge右：正极右：正极anode相界面相界面浓度浓度负极写左边，正极写右边；按实际次序用化学式负极写左边，正极写右边；按实际次序用化学式从左至右依次排列出各个相组成及相态，即：从左至右依次排列出各个相组成及相态，即：负

6、极负极|溶液溶液(C1)溶液溶液(C2)|正极正极第11页示例示例 Example:Pt|H2(P1)|HCl(c)AgCl|Ag左：负极左：负极cathode中：盐桥中：盐桥salt bridge右：正极右：正极anode相界面相界面第12页电电极极：原原电电池池中中由由电电子子导导体体和和与与该该导导体体相相接接触触溶溶液液组组成成单单元元称称之之为为一一个个电电极极。电电极极在在电电化化学学体体系系中中起起到到提提供供反反应应场场所所以以及及参参加加反反应应两两种种作作用用(注注意意惰性电极惰性电极不参加反应不参加反应)。第第一一类类电电极极：元元素素与与含含有有这这种种元元素素离离子

8、)金属金属难溶金属氧化物电极：难溶金属氧化物电极：锑锑氧化锑电极：氧化锑电极：H+,H2O(g)|Sb2O3(s)|Sb Sb2O3(s)+6H+6e-2Sb+3H2O(g)电极类型电极类型:第14页第三类电极第三类电极:氧化还原电极：氧化还原电极：MnO4-，Mn2+|Pt2 MnO4-+16H+10e-2Mn2+8 H2O电极类型电极类型:第15页氧化态物质氧化态物质/还原态物质，比如：还原态物质，比如：Zn 2+/Zn；Cu 2+/Cu；Ni 2+/Ni；MnO4-/Mn2+;Hg2Cl2/Hg；AgCl/Ag H+/H2；Cl2/Cl-电对表示方法电对表示方法:第16页4.2 电极电势

9、电极电势:Electrode Potential4.2.1 电极电势产生电极电势产生4.2.2 电极电势测量电极电势测量4.2.3 影响电极电势原因影响电极电势原因4.2.4 电动势与电动势与G关系关系4.2.5 电极电势应用电极电势应用第17页原电池能够产生电流原电池能够产生电流电子在原电池体系中定向运动电子在原电池体系中定向运动两个电极之间存在电势差两个电极之间存在电势差正极电势正极电势高高负极电势负极电势低低Ie-4.2.1 电极电势产生电极电势产生第18页在一定条件下，每个电极都含有一个电在一定条件下，每个电极都含有一个电势，称为势，称为电极电势电极电势，表示为，表示为E(电对电对)，

10、如：，如：E(Zn2+/Zn)；E(Cu2+/Cu)。电极电势电极电势E(电对电对)电动势电动势EE正正 E负负组成原电池两个电极之间电极电势差称组成原电池两个电极之间电极电势差称为为原电池电动势原电池电动势。第19页电极电势电极电势产生：以锌片为例产生：以锌片为例 Zn2+第20页M(s)溶解溶解沉积沉积Mn+(aq)+ne溶液溶液金属板金属板当溶解与沉积速当溶解与沉积速度相等时，到达动态度相等时，到达动态平衡，形成双电层平衡，形成双电层(double electric layer)。在金属与溶液间在金属与溶液间因为电荷不均等产生因为电荷不均等产生了电势差。实际上双了电势差。实际上双电层结

11、构溶液一侧，电层结构溶液一侧，因为离子热运动而展因为离子热运动而展现一个梯次分布，即现一个梯次分布，即形成扩散双电层结构。形成扩散双电层结构。2.电极电势产生电极电势产生双电层理论双电层理论第21页4.2.2 电极电势电极电势测量测量单个电极电势无法直接测量单个电极电势无法直接测量要求要求E(H+/H2)0，以此为基准。，以此为基准。确定其它电极确定其它电极E。怎么怎么办？办？能测原电池电势能测原电池电势EE正正 E负负电位电位计计能够系统、定量比较全部电极电极电势大小能够系统、定量比较全部电极电极电势大小第22页标准氢电极标准氢电极standard hydrogen electrodeH+(

12、1mol.dm-3)|H2(105Pa)|Pt 2H+(1 mol.dm-3)+2e-H2(105Pa)要求要求E(H+/H2)0第23页标准氢电极组成标准氢电极组成H+H2C(H+)=1mol.dm-3P(H2)=105Pa纯氢气纯氢气第24页物质皆为物质皆为纯净物纯净物相关物质浓度为相关物质浓度为1molL-1包括到气体分压为包括到气体分压为100kPa待测电极处于标准态待测电极处于标准态所得电极电势即为标准电极电势，记为：所得电极电势即为标准电极电势，记为：E(Mn+/M)2.标准电极电势标准电极电势第25页将待测电极与标准氢电极组成原电池，测定将待测电极与标准氢电极组成原电池，测定其电

13、动势，即可确定待测电极电极电势；若其电动势，即可确定待测电极电极电势；若组成电极各种物质皆处于标准态，则称为标组成电极各种物质皆处于标准态，则称为标准电极电势，记为准电极电势，记为E Pt|H2(g,105Pa)|H+(1mol.dm-3)待测定电待测定电极极电极电势电极电势测量测量标准态：标准态：固体、液体为固体、液体为P 下纯物质；气体下纯物质；气体P=P 并并表现出理想气体性质纯气体；溶液表现出理想气体性质纯气体；溶液C =1mol.dm-3第26页E(Cu2+/Cu)测量测量Pt|H2(g,105Pa)|H+(1mol.dm-3)Cu 2+(1mol.dm-3)|Cu测出测出E 0.3

14、42VE E(Cu2+/Cu)E(H+/H2)E(Cu2+/Cu)E E(H+/H2)0.342V0 0.342V第27页E(Zn2+/Zn)测量测量Zn|Zn2+(1mol.dm-3)H+(1mol.dm-3)|H2(g,105Pa)|Pt测出测出E 0.762VE E(H+/H2)E(Zn2+/Zn)E(Zn2+/Zn)E(H+/H2)E 0 0.762V0.762V第28页试验室惯用甘汞电极作试验室惯用甘汞电极作参参比电极比电极。以填补标准氢电。以填补标准氢电极使用不方便或在一些场极使用不方便或在一些场所不能应用缺点。所不能应用缺点。Hg|Hg2Cl2(s)|Cl-(饱和饱和)E(Hg2

15、Cl2/Hg)=0.2410V甘汞电极甘汞电极CalomelReferenceElectrodesHg2Cl2第29页第30页教材第教材第399399页，附表页，附表1111298.15K298.15K、水溶液、标准态、水溶液、标准态第31页采取还原电势采取还原电势待测电对与标准氢电极组成原电池，待测电对与标准氢电极组成原电池，待测电待测电对为正极对为正极，发生还原反应，发生还原反应 E小电对对应还原型物质还原性强小电对对应还原型物质还原性强 E 大电对对应氧化型物质氧化性强大电对对应氧化型物质氧化性强 E无加和性无加和性 Cl2(g)+2e 2Cl-(aq)E=1.36V Cl2(g)+

16、e Cl-(aq)E=1.36V 一些电正确一些电正确 E 与介质酸碱性相关与介质酸碱性相关酸性介质：酸性介质：EA；碱性介质：；碱性介质：EB。第32页4.2.3影响电极电势原因影响电极电势原因电极电势大小取决于：电极电势大小取决于：物质本身性质物质本身性质溶液中离子浓度溶液中离子浓度气态物质分压气态物质分压温度温度物质状态等物质状态等第33页E(电极电极)=E (电极电极)ln C(R)/C bRTC(O)/C azF 氧化态氧化态+z e-还原态还原态或或 aO+ze-bR热力学研究指出离子活度、气体逸度和热力学研究指出离子活度、气体逸度和温度与上述电极电极电势关系为：温度与上述电极

17、电极电势关系为：对于任一电极反应均可写成下面通对于任一电极反应均可写成下面通式：式：Nernst方程方程一、一、Nernst方程方程第34页氧化型氧化型还原型还原型一侧一侧各物种各物种相对浓相对浓度幂度幂乘积乘积电对在某电对在某一浓度一浓度电极电势电极电势电对标准电极电势摩尔气摩尔气体常数体常数热力学热力学温度温度电极反应电极反应中转移电中转移电子数子数法拉第法拉第常数常数电极反应：氧化型电极反应：氧化型 +z ze 还原型还原型第35页 z 在在 E 和和 E电极电极中取值差异；中取值差异；Ox，Red 包含参加电极反应包含参加电极反应全部物质全部物质；参加电极反应物质有参加电极反应物质有

18、纯固纯固/液体，液体，其浓度以其浓度以“1”代入；溶液中物质用代入；溶液中物质用“c/c”表示；表示；若电极反应中有若电极反应中有气体气体参加，其浓度用参加，其浓度用“p/p ”表示。表示。正确书写正确书写Nernst方程方程:第36页二、二、Nernst equation 应用应用例例2 计算计算298.15K时，时，P(O2)P、中性溶液、中性溶液中氧电极电极电势。中氧电极电极电势。解：解：电极反应为：电极反应为：O2(g)+2H2O+4e-4OH-(P(O2)/P)E(O2/OH-)=E(O2/OH-)+(0.0592V/4)lgc(OH-)/c04=0.401V+(0.0592/4)l

19、g(1/110-7)4V查表知查表知 E (O2/OH-)0.401V 中性溶液中性溶液C(OH-)110-7moldm-3=+0.815V (P(O2)/P)E(O2/OH-)=E(O2/OH-)+(0.0592V/4)lgc(OH-)/c04=0.401V+(0.0592/4)lg(1/110-7)4V (P(O2)/P)E(O2/OH-)=E(O2/OH-)+(0.0592V/4)lgc(OH-)/c04=0.401V+(0.0592/4)lg(1/110-7)4V (P(O2)/P)E(O2/OH-)=E(O2/OH-)+(0.0592V/4)lgc(OH-)/c04=0.401V+(

20、0.0592/4)lg(1/110-7)4V (P(O2)/P)E(O2/OH-)=E(O2/OH-)+(0.0592V/4)lgc(OH-)/c04=0.401V+(0.0592/4)lg(1/110-7)4V第37页例例3 计算计算Cr2O72-/Cr3+电对在电对在pH=1和和pH=6时电极电势。时电极电势。298.15K时，设时，设c(Cr2O72-)=c(Cr3+)=1moldm-3。解：解：Cr2O72-+14H+6 e =2Cr3+7H2O E(Cr2O72-/Cr3+)=E(Cr2O72-/Cr3+)+(0.0592V/6)lgc(Cr2O72-)/cc(H+)/c14c(Cr

21、3+)/c2=+1.23V+(0.0592V/6)lg c(H+)/c14=+1.23V0.138pH当当pH=1时，时，E(Cr2O72-/Cr3+)1.062V当当pH=6时，时，E(Cr2O72-/Cr3+)0.402V第38页1、pH值对电极电势影响值对电极电势影响pHE(O2/OH-)pHE(Cr2O72-/Cr3+)14+0.401V(E)6 +0.402V 7+0.815V 1 +1.062VO2(g)+2H2O+4e-4OH-0+1.23V(E0)Cr2O72-+14H+6e-=2Cr3+7H2O结论：结论：高高低低小小大大高高低低小小大大氧化物（氧化物（MnO2、PbO2）、

22、含氧酸及其盐）、含氧酸及其盐(KMnO4、KClO3)pH减小减小(酸度增大酸度增大)，电极，电极电势增加，氧化能力增强。电势增加，氧化能力增强。第39页2、生成沉淀对电极电势影响、生成沉淀对电极电势影响例例4 向银电极向银电极 Ag+(1mol.dm-3)|Ag中加入中加入NaCl溶溶液产生沉淀后液产生沉淀后C(Cl-)=1.0mol.dm-3，问此时电极电，问此时电极电势是多大（势是多大（298.15K）？）？解：解：电极反应为：电极反应为：Ag+e-AgE(Ag+/Ag)=E(Ag+/Ag)+0.0592V lgc(Ag+)/c因为：因为：Ag+Cl -AgCl(s)C(Ag+)=Ks(

23、AgCl)/c(Cl-)=1.810-10/1.0=1.810-10当当C(Cl-)=1.0mol.dm-3E(Ag+/Ag)=+0.80+0.0592V lg1.810-10=+0.22V因为生成沉淀，因为生成沉淀，c(Ag+)大大降低，大大降低，E(Ag+/Ag)也也大大降低大大降低第40页3、生成离子对电极电势影响、生成离子对电极电势影响例例5 向铜电极向铜电极 Cu2+(1mol.dm-3)|Cu中通入氨气，当中通入氨气，当c(NH3)=1.0mol.dm-3，问此时电极电势是多大？，问此时电极电势是多大？解：解：Cu2+4 NH3 Cu(NH3)42+c(Cu2+)c(NH3)4 c

24、Cu(NH3)42+K稳稳=2.091013因为因为K稳稳很大，可认为很大，可认为cCu(NH3)42+1mol.dm-3。c(Cu2+)=（12.091013）mol.dm-3E(Cu2+/Cu)=E0(Cu2+/Cu)+(0.0592V/2)lgc(Cu2+)/c0=0.340V+(0.0592V/2)lg(1/2.091013)=-0.054V通入氨气后，形成配离子，降低了通入氨气后，形成配离子，降低了c(Cu2+)，引发，引发E(Cu2+/Cu)减小，铜还原性增强，更轻易被腐蚀。减小，铜还原性增强，更轻易被腐蚀。第41页4.2.4 电动势电动势E与与G关系关系-D DrG=Welec,

25、maxWelec,max=Q.E=zx xFEF96485Cmol-1法拉弟常数，即法拉弟常数，即1mol电电子所携带电量。子所携带电量。D DrGm=-zFE或或D DrGm=-zFE原电池产生电流，对环境做电功。热力学证实：原电池产生电流，对环境做电功。热力学证实：在等温等压下封闭体系中进行可逆过程，其吉在等温等压下封闭体系中进行可逆过程，其吉布斯自由能减小布斯自由能减小-D DrG等于原电池可能做最大电等于原电池可能做最大电功功Wmax(非体积功或有用功非体积功或有用功)。第42页公式公式应用应用示例示例D DrGm=-zFE标准态下电池反应标准态下电池反应Cu(s)+Cl2(g)=C

26、u2+2Cl-设计成原电池，设计成原电池，求出在求出在298.15K时该反应时该反应E和和D DrGm解：铜电极发生氧化反应为负极，氯气电极发生还原反应解：铜电极发生氧化反应为负极，氯气电极发生还原反应为正极为正极 Cu|Cu2+(1mol.dm-3)|Cl-(1mol.dm-3)|Cl2(105Pa)|Pt E=E(正正)-E(负负)=E(Cl2/Cl-)-E(Cu2+/Cu)=1.36V-0.34V=1.02VD DrGm=-zF E=-296485C.mol-11.02V =-1.97102kJ.mol-1第43页4.2.5 电极电势应用电极电势应用氧化剂和还原剂相对强弱比较氧化剂和还原

27、剂相对强弱比较氧化还原方向判断氧化还原方向判断氧化还原反应进行程度衡量氧化还原反应进行程度衡量第44页一、氧化剂和还原剂相对强弱比较一、氧化剂和还原剂相对强弱比较E（O/R)O氧化能力氧化能力 R还原能力还原能力强强强强大大弱弱弱弱小小第45页E0增增大大氧氧化化能能力力增增强强F2(g)+2e-2F-+2.87PbO2(s)+SO42-(aq)+4H+2e-PbSO4(s)+HO +1.692HOCl(aq)+2H+(aq)+2e-Cl2(g)+2H20 +1.63MnO4-aq)+8H+(aq)+5e-Mn2+(aq)+4H20 +1.51PbO2(s)+4H+(aq)+2e-Pb2+(a

28、q)+2H2O +1.46BrO3-(aq)+6H+(aq)+6e-Br-(aq)+3H2O +1.44Au3+(aq)+3e-Au(s)+1.42Cl2(g)+2e-Cl-(aq)+1.36O2(g)+4H+(aq)+4e-2H2O +1.23Br2(aq)+2e-2Br-(aq)+1.07NO3-(aq)+4H+(aq)+3e-NO(g)+2H2O +0.96Ag+(aq)+e-Ag(s)+0.80Fe3+(aq)+e-Fe2+(aq)+0.77I2(s)+2e-2I-(aq)+0.54NiO2(aq)+4H+(aq)+3e-Ni(OH)2(s)+2OH-(aq)+0.49Cu2+(aq)

29、+2e-Cu(s)+0.34强氧化剂强氧化剂第46页Standard Half-Cell Reduction Potentials at 25 CHalf-Reaction E(V)2H+(aq)+2e-H2(g)0.00Sn2+(aq)+2e-Sn(s)-0.14Ni2+(aq)+2e-Ni(s)-0.25Co2+(aq)+2e-Co(s)-0.28PbSO4(s)+2e-Pb(s)+SO42-0.36Cd2+(aq)+2e-Cd(s)-0.40Fe2+(aq)+2e-Fe(s)-0.44Cr3+(aq)+2e-Cr(s)-0.74Zn2+(aq)+2e-Zn(s)-0.832H2O(aq)

30、+2e-H2(g)+2OH-(aq)-1.66E0减减小小R还还原原性性增增强强较强还原剂较强还原剂第47页二、氧化还原方向判断二、氧化还原方向判断 0正反应自发进行正反应自发进行 D DrGm=0E=0到达平衡到达平衡0 0.2V，E 0，反应正向进行反应正向进行 E -0.2V，E 0，反应逆向进行反应逆向进行 -0.2V E 0.2V，用用E判断判断第49页H3AsO4+2I-+2H+HAsO2+I2+2H2O强酸性介质强酸性介质强碱性介质强碱性介质0.53550.0861.010-8碱性碱性0.53550.604.0酸性酸性反应方反应方向向(I2/I-)VE(H3AsO4/HAsOV2

31、)c(H+)mol L-1介质介质E酸度酸度对于一些有含氧酸及其盐参加氧化还原对于一些有含氧酸及其盐参加氧化还原反应反应,溶液酸度有可能造成反应方向改变溶液酸度有可能造成反应方向改变第50页砷酸及其盐与碘反应砷酸及其盐与碘反应酸性介质，即酸性介质，即c(H+)=46mol L-1反应式为：反应式为：H3AsO4+2I-+2H+HAsO2+I2+2H2O 碱性介质，即碱性介质，即 c(H+)=1.010-8 mol L-1反应式为：反应式为：AsO2+I2+4OH-AsO4 +2I-+2H2O3-第51页(2)(2)氧化还原反应进行次序氧化还原反应进行次序反应首先发生在电极电势差值较大两个电

32、对反应首先发生在电极电势差值较大两个电对之间之间在在等等浓浓度度Br-和和I-混混合合溶溶液液中中加加入入Cl2 ,哪种离子先被氧化哪种离子先被氧化?0.53551.0651.3583I2/I-Br2/Br-Cl2/Cl-电对电对EE (Cl2/Cl-)-E (Br2/Br-)E (Cl2/Cl-)-E (I2/I-)反应首先在反应首先在Cl2 和和I-之间进行之间进行第52页三、氧化还原反应进行程度衡量三、氧化还原反应进行程度衡量rGm -RTlnK rGm -zFE lnK zFE/RTOr:lgK zE/0.0592V第53页2Ag+Cd 2Ag+Cd2+What is the K f

33、or this reaction?Example:E=E(Ag+/Ag)E(Cd2+/Cd)=0.800V(-0.403V)=1.203VlgK zE/0.0592VlgK 2 1.203V/0.0592V40.71K 5.151040第54页例：反应：例：反应：Pb2+Sn=Pb+Sn2+,计算平衡常计算平衡常数；若反应开始时数；若反应开始时(Pb2+）=2.0mol L-1,计算计算达平衡时达平衡时Pb2+和和Sn2+浓度。浓度。lg =K0.0592V 0.0592z z (+)-(-)2(-0.126)-(-0.136)EE=0.34 解解E(Pb2+/Pb)=-0.126V(Sn2+

34、/Sn)=-0.136VE=2.2Kc(Sn2+)=1.4 mol L-1 ，c(Pb2+)=0.6 mol L-1第55页1.当当z =2时时极小极小很完全很完全反应进行程度反应进行程度61060.2V(氧化剂氧化剂)-(还原剂还原剂)KEE例例 H2O2+2Fe2+2H+2H2O+2Fe3+E(H2O2/H2O)-(Fe3+/Fe2+)E=1.763V-0.771V=0.992V0.2Vlg =33.50.0592V 0.0592V 20.992Vz z EKK=3.21033第56页例例 2Fe2+2H+2Fe3+H2E(H+/H2)=0V,E(Fe3+/Fe2+)=0.771VKEz

35、z lg =-26.00.0592V 0.0592V 2(-0.771)VK=1.010-26反应进行程度很小第57页(3)电极电势相对大小不能判断反应电极电势相对大小不能判断反应速率大小速率大小2MnO4+5Zn+16H+2Mn2+5Zn2+8H2OK=2.710383EE(MnO4/Mn2+)=1.51V(Zn2+/Zn)=-0.7626V-由由K 看来，反应可进行得很完全。看来，反应可进行得很完全。但试验证实但试验证实:若用纯若用纯Zn与与KMnO4反应，反应，反应很慢反应很慢，只有在只有在 Fe3+催化下催化下，反应反应才显著进行才显著进行第58页3)3)元素标准电极电势图及其应用元素

36、标准电极电势图及其应用定义：定义：把同一元素不一样氧化数物质所对应把同一元素不一样氧化数物质所对应电正确标准电极电势，按各物质氧化数由电正确标准电极电势，按各物质氧化数由高到低次序排列，并在两种物质之间标出高到低次序排列，并在两种物质之间标出对应电正确标准电极电势对应电正确标准电极电势AO2 H2O2 H2O0.695 1.7631.229E/VEB/VO2 HO2 H2O-0.076 0.8670.401-第59页应用应用：1123z、z1、z2、z3 分别为各电对中氧化型分别为各电对中氧化型与还原型氧化数之差与还原型氧化数之差 EEEE A B C Dz1 z2 z3 zz =z1 +z

37、2 +z3 EEEE=z1 +z2 +z3 zEEEE计算电对标准电极电势第60页计算电对标准电极电势应用应用：1=z1 +z2 +z3 zEEEE(BrO-/Br2)=z2 z4 (BrO-/Br-)-z3 (Br2/Br-)=(20.76-11.605)V1=0.455VEEEz4 BrO3 BrO-Br2 Br-z1 z2 z3?1.6050.760.61z例例1E/VB第61页应用应用：2反应反应 2Cu+Cu2+Cu当一个元素处于中间氧化数时当一个元素处于中间氧化数时,它一部分向高它一部分向高氧化数状态改变氧化数状态改变(被氧化被氧化),),另一部分向低氧化另一部分向低氧化数状态改变

38、数状态改变(被还原被还原)，这类反应称为歧化反应，这类反应称为歧化反应判断能否发生歧化反应判断能否发生歧化反应E(Cu2+/Cu+)=0.159VE(Cu+/Cu)=0.520V Cu2+Cu+Cu0.159 0.520 0.340E/VA结论结论:(右右)(左左),Cu+易发生歧化反易发生歧化反应应 EE第62页解释元素氧化还原特征解释元素氧化还原特征应用应用：34Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O Fe2+在空气中不稳定在空气中不稳定,易被空气中氧氧化为易被空气中氧氧化为Fe3+。E/VA Fe3+Fe2+Fe0.771 -0.44 如如 (2)E (O2/H2O)=1.229V E

39、(Fe3+/Fe2+)第63页解释元素氧化还原特征解释元素氧化还原特征应用应用：3故故Fe2+不会发生歧化反应不会发生歧化反应可发生歧化反应逆反应可发生歧化反应逆反应在在Fe2+盐溶液，加入少许金属铁能盐溶液，加入少许金属铁能防止防止Fe2+被被空气中氧气氧化为空气中氧气氧化为Fe3+Fe+2Fe3+3Fe2+如如E/VA Fe3+Fe2+Fe0.771 -0.44 第64页锰电势图锰电势图E /V AE /V B 0.56 2.24 0.95 1.5 -1.181.701.231.51MnO4 MnO4 MnO2 Mn3+Mn2+Mn_2-_MnOMnO4 4 MnOMnO4 4 MnOMn

40、O2 2 MnMn(OHOH)3 3 MnMn(OHOH)2 2 MnMn 0.56 0.62 -0.25 0.15 -1.560.60-0.052-酸性溶液中酸性溶液中,Mn3+、MnO4 易发生易发生歧化反应歧化反应2-3MnO4 +4H+2MnO4 +MnO2 +2H2O 2Mn3+2H2O Mn2+MnO2 +4H+2-第65页锰电势图锰电势图E /V AE /V B 0.56 2.24 0.95 1.5 -1.181.701.231.51MnO4 MnO4 MnO2 Mn3+Mn2+Mn_2-_MnOMnO4 4 MnOMnO4 4 MnOMnO2 2 MnMn(OHOH)3 3 M

41、nMn(OHOH)2 2 MnMn 0.56 0.62 -0.25 0.15 -1.560.60-0.052-酸性溶液中酸性溶液中,Mn3+、MnO4 易发生歧化反应易发生歧化反应2-酸性溶液中酸性溶液中,Mn2+2+稳定稳定,不易被氧化或还原不易被氧化或还原碱性溶液中碱性溶液中,Mn(OH)2易被空气中氧氧化易被空气中氧氧化酸性溶液中酸性溶液中,MnO4、MnO2有强氧化性有强氧化性-第66页4.3 化学电源化学电源 Batteries电池种类电池种类:干电池干电池Zn-MnZn-Mn蓄电池蓄电池PbPb酸酸燃料电池燃料电池氢氧电池氢氧电池碱性电池碱性电池镍电池镍电池酸性电池酸性电池铅

42、酸铅酸中性电池中性电池 Zn-NH Zn-NH4 4ClCl第67页4.3.1 干电池干电池(一次电池一次电池)第68页Zn|ZnCl2,NH4Cl(糊状糊状)|MnO2|C(石墨石墨)负极反应：负极反应：Zn(s)Zn2+2e正极反应：正极反应：2MnO2(s)+2NH4+2eMn2O3(s)+2NH3+H2O电池总反应：电池总反应：Zn(s)+2MnO2(s)+2NH4+Zn2+Mn2O3(s)+2NH3+H2O电动势电动势1.5V 稳定性差稳定性差干电池符号及反应干电池符号及反应第69页4.3.2 蓄电池蓄电池(二次电池二次电池)第70页负极：负极：Pb+SO42-=PbSO4+2e-正

43、极：正极：PbO2+SO42-+4H+2e-=PbSO4+2H2O 电池总反应：电池总反应：Pb+PbO2+2SO42-+4H+=2PbSO4+2H2O铅蓄电池放电过程：铅蓄电池放电过程：铅蓄电池充电过程：铅蓄电池充电过程：阴极：阴极：PbSO4+2e-Pb+SO42-阳极：阳极：PbSO4+2H2O PbO2+SO42-+4H+2e-电池总反应：电池总反应：2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+2SO42-+4H+第71页单体铅酸电池电动势单体铅酸电池电动势2.1V，可逆性好，稳定，放，可逆性好，稳定，放电电流大，价廉，粗笨。电电流大，价廉，粗笨。惯用作汽车开启电源，坑道、矿山和潜艇动力

44、电惯用作汽车开启电源，坑道、矿山和潜艇动力电源，以及变电站备用电源。源，以及变电站备用电源。铅蓄电池性能和用途：铅蓄电池性能和用途：第72页4.3.3 新型燃料电池新型燃料电池 Fuel Cells第73页(1)定义：直接将燃料燃烧化学反应化学能转定义：直接将燃料燃烧化学反应化学能转化为电能装置。化为电能装置。(2)特点：能量转化率高、污染小、工作期间特点：能量转化率高、污染小、工作期间连续输入氧化剂与还原剂。连续输入氧化剂与还原剂。(3)电池电池:Ni|H2|KOH(7.0mpl.dm-3)|O2|Ag负极反应负极反应:2H2+4OH-=4H2O+4e正极反应正极反应:O2+2H2O+4e=

45、4OH-电池反应电池反应:2H2+O2=2H2O E=1.229V一、一、燃料电池：燃料电池：第74页电动汽车Electric automobile：Honda Insight HEVToyota Prius HEV 为处理能源危机和理能源危机和环境境污染染问题，发达国家达国家自自20世世纪末末纷纷开始了开始了电动汽汽车研制工作，研制工作，电动汽汽车在美、日、德等国家先后出在美、日、德等国家先后出现。第75页日本大发工业11月3日在第38届东京汽车展上，展出了首款混合动力型轻型商用车“New HIJET CARGO Hybrid”。第76页美国通用汽车最新氢燃料电池车雪佛兰第77页铃木SX4氢

46、燃料电池汽车第78页与传统汽车相比，与传统汽车相比，燃料电池汽车含有以下优点：燃料电池汽车含有以下优点：1、零排放或近似零排放。、零排放或近似零排放。2、降低了机油泄露带来水污染。、降低了机油泄露带来水污染。3、降低了温室气体排放。、降低了温室气体排放。4、提升了燃油经济性。、提升了燃油经济性。5、提升了发动机燃烧效率。、提升了发动机燃烧效率。6、运行平稳、无噪声、运行平稳、无噪声第79页纯电动汽车单独依靠蓄电池提供动力源。价格高昂，且充电时间较长。混合动力汽车经过发动机和电池交互使用，延长行驶里程。东风电动混合动力客车，耗油量较传统客车低30，降低排放5070。燃料电池汽车依靠燃料电池组

47、提供动力，属于零排放汽车。8月，由上汽、同济大学、信息产业部二十一世纪研究所合作开发轿车样车“超越一号”已试制成功。年5月能完成第二代产品，到20，将推出含有产业化特征第三代产品，并与上汽自主开发整车产品对接。电动汽车主要有三种类型：电动汽车主要有三种类型：第80页二、高能电池二、高能电池含有高含有高含有高含有高“比能量比能量比能量比能量”和高和高和高和高“比功率比功率比功率比功率”电电电电池池池池(1)特点：特点：高比能量、高比功率高比能量、高比功率(2)常见类型常见类型:锂锂-MnO2非水电解质电池非水电解质电池 Li|LiClO4|MnO2|C(石墨石墨)E=2.69V 钠钠-硫电池硫

48、电池 Na|Na2S5|S E=2.08V第81页4.4电解电解Electrolysis电解现象：电解现象：电镀电镀电抛光及电解加工电抛光及电解加工阳极氧化阳极氧化第82页电解：电解：将直流电经过电将直流电经过电解液使电极上发生氧化还解液使电极上发生氧化还原反应过程叫电解。原反应过程叫电解。电解池电解池electrolytic cell：将电能转变成为化学能装将电能转变成为化学能装置置非自发地进行氧化还非自发地进行氧化还原反应原反应D DG 0。(环境对体环境对体系做功系做功)4.4.1 电解现象电解现象electrolysis of water第83页Electric Energy Chem

49、ical Change电解电解 Electrolysis of Aqueous NaOH 阴极：阴极：H4e-2H2阳极：阳极：4OH-=O2(+2H2O+4e-总反应：总反应：2H2O 2H2 O2 NaOH阳阳阴阴电解电解NaOH溶液，实际上就溶液，实际上就是电解水，是电解水，NaOH作用作用是增是增强溶液导电性。强溶液导电性。第84页一、分解电压：一、分解电压：使电解过程能顺使电解过程能顺利进行所必须最小利进行所必须最小外加电压称为分解外加电压称为分解电压，惯用符号电压，惯用符号Eb,max或或E分分。1.7V第85页产生分解电压原因：产生分解电压原因：反电动势反电动势正极：正极：2H2

50、O+O2(g)+4e-=4OH-负极：负极：2H2=H4e-电池反应：电池反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O 在电解过程进行时在电解过程进行时,电极上产物与电解池溶液组成原电电极上产物与电解池溶液组成原电池池,其电动势与外加电源电势方向相反其电动势与外加电源电势方向相反,这种电动势称为这种电动势称为反电动势反电动势。比如比如,用用Pt作惰性导体电解作惰性导体电解0.1moldm-3 NaOH溶液，阳溶液，阳极上析出极上析出O2,阴极上析出氢，阴极上析出氢，O2和和H2组成电池组成电池:PtH2(g)NaOH(0.1moldm-3)O2(g)Pt电池电动势与工作电池电动势电池电动势与工作电

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