《工程化学》课程教学资源_课件_2020-上半年_第3章 原电池和化学电源（1）

S山东理工大学6化学化工学院90SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY福SS3章电化学基础第、P

1 第3章 电化学基础

山东理工大客SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY化学反应总是伴随着能量的变化，(A,H，△,G)依照途径的不同，化学反应的能量可以转变为不同花的能量形式。A,.H° = -285.8KJ.mol-H2(g)+1/202(g)=H20(1)

2 化学反应总是伴随着能量的变化，(rH， rG) 依照途径的不同，化学反应的能量可以转变为不同 的能量形式。 H2 (g)+1/2O2 (g)=H2O(l) 1 285.8 .   H   KJ mol r m 

山东理工大客SHANDONGUNIVERSITYOETECHNOLOGY该能量也可以其它形式释放出来,如燃气推动发动机以机械能形式,也可以电能释放(燃料电池)如作为热能再转化为机械能，总效率较低，若直接转化为电能理论效率可达到100%，现该种燃料电池效率已达80%现在氢能汽车就是用这种燃料电池该类反应需要一种特殊的装置，（氧化剂和还原剂不直接接触，电子转移通过外电路，使反应的化学能转变为电能一原电池)。我们先研究比较简单的原电池一锌铜原电池

3 该能量也可以其它形式释放出来,如燃气推动发动 机以机械能形式,也可以电能释放(燃料电池),如作为热 能再转化为机械能，总效率较低，若直接转化为电能， 理论效率可达到100％，现该种燃料电池效率已达80％。 现在氢能汽车就是用这种燃料电池。 该类反应需要一种特殊的装置，(氧化剂和还原剂 不直接接触，电子转移通过外电路，使反应的化学能转 变为电能－原电池)。 我们先研究比较简单的原电池－锌铜原电池

山东理工大享3.1原电池和电极电势SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY原电池3.1.1温度计AT=6.5°C保温瓶TCusO4化学能转变为热能锌粉图：测定CuSO溶液和Zn反应热效应的装置

4 - 3 - ℃ T1 T2 CuSO4 保温瓶 温度计 锌粉 T  6.5 C 图：测定 CuSO4 溶液和Zn 反应热效应的装置 3.1.1 原电池 化学能转变为热能 3.1 原电池和电极电势

山东理工大家SHANDONGUNIVERSITYOETECHNOLOGY产生的热量AH、动能改变TAS和势能改变AG可分别计算如下：Zn(s) + Cu2+(aq)= Zn2+(ag) + Cu(s)064. 80-153. 9△,Hme(298. 15)/(kJ.mol-l)-112. 133.2Sm(298. 15)/(Jmol-1.K-1)41. 6-99. 6△, Hme(298. 15) = [(-153. 9) - 64. 8] kJ-mol-1 = -218. 7 J-mol-1△, Sm(298. 15) = [-112. 1 + 33. 2 - (-99. 6) - 41. 6] Jmol-1.K-1=-20. 9 J·mol-1.K-1T△,Sme(298. 15) = 298. 15 K X (-20. 9) J-mol-1.K-1 =-6. 23 kJ·mol-1A,Gm(298.15)=A,Hm(298.15)-TA,Sm(298.15)= [-218. 7- (-6. 23)]l kJ·mol-1=-212. 47 kJ·mol-1换算成原电池E三1.1V4-

5 - 4 - Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) f Hm θ (298. 15)/(kJmol1) 0 64. 8 –153. 9 0 Sm θ (298. 15)/(Jmol1 K1) 41. 6 –99. 6 –112. 1 33. 2 r Hm θ (298. 15) = [(–153. 9) – 64. 8] kJmol1 = –218. 7 Jmol1 r Sm θ (298. 15) = [–112. 1 + 33. 2 – (–99. 6) – 41. 6] Jmol1 K1 = –20. 9 Jmol1 K1 TrSm θ (298. 15) = 298. 15 K × (–20. 9) Jmol1 K1 = –6. 23 kJ·mol–1 r Gm θ (298. 15) = r Hm θ (298. 15) – Tr Sm θ (298. 15) = [–218. 7– (–6. 23)] kJ·mol–1 = –212. 47 kJ·mol–1 换算成原电池E＝1.1V 产生的热量 ΔH、动能改变 TΔS 和势能改变ΔG 可分别计算如下：

山东理工大客SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY原电池盐桥原电池是利用氧化还原反应将化学能转换KCIZnCu成电能的装置，电池所作的功，完全来自于系统的吉布斯函数变ZnSO4CuSO4该原电池的电动势为图：铜锌原电池1. 093 V

6 该原电池的电动势为 1. 093 V。 原电池是利用氧化 还原反应将化学能转换 成电能的装置，电池所 作的功，完全来自于系 统的吉布斯函数变。 原电池 Zn ZnSO4 CuSO4 KCl A Cu – + 图 ： 铜锌原电池 e – 盐桥 - 5 -

山东理工大客SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY这一反应可在下列装置中分开进行A+盐C桥ZnCuZn2+Cu2+SOSO

7 - 5 - 这一反应可在下列装置中分开进行

山东理工大客SHANDONGUNIVERSITYOETECHNOLOGY1、原电池的组成原电池的结构+盐桥的作用盐桥盐桥内含KCIKCIZnCu或NaNO，溶液，可用琼脂溶胶或多孔塞保护维持电流畅通ZnSO4CuSO4图：铜锌原电池

8 盐桥的作用 盐桥内含 KCl 或 NaNO3 溶液，可用琼 脂溶胶或多孔塞保护、 维持电流畅通。 原电池的结构 1、原电池的组成 Zn ZnSO4 CuSO4 KCl A Cu – + 图 ：铜锌原电池 e – 盐桥

山东理工大客(1）半电池和电极SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY锌片和硫酸锌溶液构成锌半电池，半电池的导体叫电极。锌片是给出电子的电极，叫负极。铜片和硫酸铜溶液构成铜半电池，半电池的导体叫电极。铜片是得到电子的电极，叫正极(2)盐桥：“U”形玻璃管中，饱和的KCI溶液和琼脂（形成冻胶），沟通两个半电池，使溶液保持电中性(3)外电路：用金属导线把一个灵敏电流计与两个电极串联起来，接通外电路

9 (1)半电池和电极 锌片和硫酸锌溶液构成锌半电池，半电池的导体叫电 极。锌片是给出电子的电极，叫负极。 铜片和硫酸铜溶液构成铜半电池，半电池的导体叫电 极。铜片是得到电子的电极，叫正极。 (2)盐桥： “Ｕ”形玻璃管中，饱和的KCl溶液和琼脂（形 成冻胶），沟通两个半电池，使溶液保持电中性。 (3)外电路：用金属导线把一个灵敏电流计与两个电极串 联起来，接通外电路

山东理工大客2.现象及解释SHANDONGUNIVERSITYOETECHNOLOGY(1)检流计指针偏动，且有方向性可知：电子流动方向，正、负极氧化反应电子流出极(Zn)-负极：Zn-2e-Zn2+电子流入极（Cu)-正极：Cu2++2e=Cu还原反应(2)锌片逐渐变薄，铜片逐渐增厚Zn-2e=Zn2+Zn不断溶解Cu2++2e=CuCu2+得到电子不断沉积（3）取出盐桥，电流回到零点，放回盐桥，指针文偏转

10 2.现象及解释 ⑴检流计指针偏动，且有方向性 可知：电子流动方向，正、负极 电子流出极(Zn)-负极：Zn-2e=Zn 2+ 氧化反应 电子流入极(Cu)-正极：Cu 2++2e=Cu 还原反应 ⑵锌片逐渐变薄，铜片逐渐增厚 Zn-2e=Zn 2+ Zn不断溶解 Cu 2++2e=Cu Cu 2+得到电子不断沉积 ⑶取出盐桥，电流回到零点，放回盐桥，指针又偏转