Chapter4电化学原理及液用 我们知道,ΔG是反应可以做有用功的量度 但并非只要AG0的反应一发生,就一定做了有用功 如测定R的实验2A+6H+=2A3++3H2,△Gm=9<0 除产生一点热外,未做任何有用功 又如△HO的测定,△G<0,也只产生热,未做有用功 说明:要利用化学反应做功,必须借助于一定的装置 如汽油燃烧做功,要用发动机;发射鱼雷,要蓄电池放电 化学能→热能(第一章)化学能电能(本章) 本章要讨论: 化学能→电能的装置:原电池 )化工及工程技术领域,如黄金、白银的提纯 电能→化学能电解电冶)及电能→化学能(电镀) 3)金属的腐蚀与防护
Chapter 4 电化学原理及应用 • 我们知道， rG m是反应可以做有用功的量度 • 但并非只要rG m <0的反应一发生，就一定做了有用功 • 如测定R的实验 2Al + 6H+ == 2Al3+ + 3H2 , rG m =-??? <0 • 除产生一点热外，未做任何有用功 • 又如rH m的测定，rG m <0, 也只产生热, 未做有用功 • 说明: 要利用化学反应做功，必须借助于一定的装置 • 如汽油燃烧做功, 要用发动机; 发射鱼雷, 要蓄电池放电 化学能→热能(第一章) 化学能→电能(本章) • 本章要讨论: • 1) 化学能→电能的装置：原电池 • 2) 化工及工程技术领域，如黄金、白银的提纯 电能→化学能(电解/电冶) 及 电能→化学能(电镀) • 3) 金属的腐蚀与防护
§4-7原电池 (一)原电池的组装,电极反应与电池符号 原电池:利用氧化还原反应,使电子定向移动的装置 或使化学能直接转化成电能的装置。 显然,凡原电池的反应,都是有电子转移的反应 氧化还原反应 最早发明的原电池(Vota电池) 画图表示原电池不方便,因而用 电池符号表示 从_极→+极即电势:低→高 Zn (Zn h,soa Cu(+) 稀H2SO4 极界面介质界面极 电极反应:(-)极Zn-2e=Zn2+氧化反应 (+)极2H++2e=H2↑还原反应(+ 电池反应:Zn+2H=Zn2+H2氧化还原反应
§4-1 原电池 • (一) 原电池的组装，电极反应与电池符号 • 原电池：利用氧化—还原反应，使电子定向移动的装置 或 使化学能直接转化成电能的装置。 • 显然，凡原电池的反应，都是有电子转移的反应： 氧化—还原反应 • 最早发明的原电池(Volta电池)： • 画图表示原电池不方便，因而用 电池符号表示： • 从 –极 ➔ +极 即 电势：低➔高 • (–) Zn | H2SO4 | Cu (+) • 极 界面 介质 界面 极 • 电极反应：(–) 极 Zn – 2e == Zn2+ 氧化反应 • (+) 极 2H+ + 2e == H2 还原反应 • 电池反应: Zn + 2H+ == Zn2+ + H2 氧化—还原反应 e Zn Cu 稀H2SO4 - + (+
如果换Zn为A(及换H2SO为HC即R测定实验反应 )AlHCI Cu(+ 由于没有装配成原电池,因此没有利用其电功 Volta电池能否长期放置? 后来又发明了 Daniel电池: 盐桥:连接内电路,离 盐桥 子自由通过 用高分子物质琼脂固定 的饱和KC或KNO3溶液 离子移动方向: ZnSO4 CuSO4 Cl←:K+→ 电池符号:(-)Zn|ZnSO4(m)‖CuSO(m2)Cu(+) 电极反应:(-)极Zn-2e=Zn2+ Oxidation反应 (+)极Cu2++2e= Cu Reduction反应
• 如果换Zn为Al(及换H2SO4为HCl)即R 测定实验反应： (–) Al | HCl | Cu (+) • 由于没有装配成原电池，因此没有利用其电功 Volta电池能否长期放置？ • 后来又发明了Daniel电池： • 盐桥：连接内电路，离 子自由通过 • 用高分子物质琼脂固定 的饱和KCl或KNO3溶液 • 离子移动方向: Cl Zn Cu - ←; K+→ I e ZnSO4 m1 CuSO4 m2 - + • 电池符号：(–) Zn | ZnSO4 (m1 ) || CuSO4 (m2 ) | Cu (+) • 电极反应：(–) 极 Zn – 2e == Zn2+ Oxidation 反应 • (+) 极 Cu2+ + 2e == Cu Reduction 反应 盐桥
电池反应:Zn+Cu2=Zn2++ Cu Ox-Re反应 又如,发现离子的氧化还原反应,也可装成原电池: (-)(Pt)|Cr2+(m;)2Cr3+(m2)‖Fe3t(m3),Fe2+(m4)(C)(+) 只另增加惰性电极(Pt)、(C)引出电子和连接导线 惰性电极始终不参与反应,常用惰性金属铂、碳棒。 又如气体:()Zn|Zn2+(m1)‖H(m2)|H2(kPa)(Pt)(+) 因为H2气体不导电,所以用Pt(铂黑来吸附氢气,使H与H2在铂 黑上完成电子交换 当m=m°,p=p时,为标准氢电极 还比如,浓度差也能装成原电池 (-)Ag|Agt(m=0.1)‖Agt(m=1.0)|Ag(+)一浓差电池 因此:1)任何一种氧化还原反应,都能裝成原电池 2)任何两种金属插入电解质溶液都可构成原电池
• 电池反应： Zn + Cu2+ == Zn2+ + Cu Ox-Re 反应 • 又如，发现离子的氧化—还原反应，也可装成原电池： (–) (Pt) | Cr2+(m1 ), Cr3+(m2 ) || Fe3+(m3 ), Fe2+(m4 ) | (C) (+) • 只另增加惰性电极(Pt)、(C)引出电子和连接导线 • 惰性电极始终不参与反应，常用惰性金属铂、碳棒。 • 又如气体： (–) Zn | Zn2+ (m1 ) || H+ (m2 ) | H2 (p kPa) (Pt) (+) • 因为H2气体不导电，所以用Pt(铂黑)来吸附氢气, 使H+与H2在铂 黑上完成电子交换 当m=m ，p=p 时，为标准氢电极 • 还比如，浓度差也能装成原电池： • (–) Ag | Ag+ (mr =0.1) || Ag+ (mr =1.0) | Ag (+) —浓差电池 • 因此: 1) 任何一种氧化还原反应，都能装成原电池 • 2) 任何两种金属插入电解质溶液都可构成原电池
如 (Zn Nacl Cu(+) 溶液中加一些尿素以消除电极极化,两组串联可听收音机 有关原电池,要注意: 1)电子都只能经导线,在外电路流动 所谓电子走旱路不走水路 2)负极在左,从左到右,电势逐渐升高,正极在右 3)电池符号中,一个“代表一个界面,“代表蛊 桥 4)同一溶液中,不同离子在负极按氧化数升高的顺序 正极按下降顺序,并用",”隔开,且注明浓度(如果已知) 5)惰性电极一般为P和C,在必要时才使用,如果已有 金属,则不用惰性电极;书写时用括号括起来 任意氧化还原反应都可装成原电池,如 例:写出下列反应装成原电池的电池符号
• 如 (–) Zn | NaCl | Cu (+) • 溶液中加一些尿素以消除电极极化，两组串联可听收音机 • 有关原电池，要注意： • 1) 电子都只能经导线，在外电路流动 所谓电子走旱路不走水路 • 2) 负极在左，从左到右，电势逐渐升高，正极在右 • 3) 电池符号中，一个“|”代表一个界面， “||”代表盐 桥 • 4) 同一溶液中, 不同离子在负极按氧化数升高的顺序, 正极按下降顺序，并用“ , ”隔开，且注明浓度(如果已知) • 5) 惰性电极一般为Pt和C，在必要时才使用，如果已有 金属，则不用惰性电极；书写时用括号括起来 • 任意氧化还原反应都可装成原电池，如： • 例：写出下列反应装成原电池的电池符号：
(NH4)2S2O8 +3KI==(NH4)2SO4 K2SO4 KI 已知 0.2 0.4 0.3 0.60.05 解:有关物质的氧化数化合价变化 S +6 判断+、-极 氧化反应(一)极:3I-2e=I 还原反应什+极:S2O2+2e=2SO2 习题:1 故电池符号为: )(P)|I(0.4),13(0.05)‖S2O82(0.2),SO42(0.9)(C)(+) 又例:3(NH4)2S2O3+2Fe=3(NH4)2SO4+Fe2(SO4)3 解:Ox数变化:+70 +6+3+6 +、-极:氧化反应一)极 2 Fe-6e==2 Fe3+ 还原反应()极:3S2032+6e=6S02 故电池符号为:(-) Fe fe+‖S2O2,SO42|(C)(+)
(NH4 ) 2S2O8 + 3KI == (NH4 ) 2SO4 + K2SO4 + KI3 • 已知mr： 0.2 0.4 0.3 0.6 0.05 • 解：有关物质的氧化数/化合价变化： S +7 I –1 S +6 S +6 I 0 • 判断 +、– 极： • 氧化反应(–)极： 3 I - – 2e == I 3 - • 还原反应(+)极： S2O8 2- + 2e == 2SO4 2- • 故电池符号为： (–) (Pt) | I- (0.4), I3 - (0.05) || S2O8 2- (0.2), SO4 2- (0.9) | (C) (+) • 又例： 3(NH4 ) 2S2O8 + 2Fe == 3(NH4 ) 2SO4 + Fe2 (SO4 ) 3 • 解：Ox数变化: +7 0 +6 +3 +6 • +、– 极： 氧化反应(–)极： 2 Fe – 6e == 2 Fe3+ • 还原反应(+)极： 3S2O8 2- + 6e == 6SO4 2- • 故 电池符号为： (–) Fe | Fe3+ || S2O8 2- , SO4 2- | (C) (+) 习题: 1
原电池中几个常见概念 (二)电对、电极与半电池 在原电池的每一个电极中,一定包含一个氧化态物质 和一个还原态物质 一个电极中的这一对物质称为一个氧化还原电对,简称 电对,表示为:氧化态还原态 无论它做正极还是负极,都如此表示 y: Zn2+/Zn, Cu2+/Cu, Fe3+/Fe2+, Fe3+/Fe, Fe2+/Fe I3/,HH2S2O32/SO2等—电对符号 电极:电对以及传导电子的导体,如符号 Zn Zn2+, Cu cu2+,(Pt)H,H,(C)| Fe2+, Fe3+ 半电池:电池的一半,通常一个电极即构成一个半电池 两个半电池通过盐桥连接,构成电池 我们知道,电极总是要产生一定电势的,称为电极电势
原电池中几个常见概念 • (二) 电对、电极与半电池 • 在原电池的每一个电极中，一定包含一个氧化态物质 和 一个还原态物质 • 一个电极中的这一对物质称为一个氧化还原电对，简称 电对，表示为：氧化态/还原态 无论它做正极还是负极，都如此表示 • 如：Zn2+ /Zn, Cu2+ /Cu, Fe3+ /Fe2+ , Fe3+ /Fe, Fe2+ /Fe, I 3 - /I- , H+ /H2 , S2O8 2- /SO4 2- 等 ——电对符号 • 电极：电对以及传导电子的导体，如符号： Zn | Zn2+, Cu | Cu2+, (Pt) H2 | H+ , (C) | Fe2+, Fe3+ • 半电池：电池的一半，通常一个电极即构成一个半电池， 两个半电池通过盐桥连接，构成电池 我们知道，电极总是要产生一定电势的，称为电极电势