离子平衡第3课.ppt

第4章 电化学基础与金属材料防护 4.1 原电池 1 原电池的组成 能利用氧化还原反应中电子的转移，将化学能直接转为电能的装置叫作原电池。 例如铜锌原电池，铜为正极，锌为负极，中间由导线连接，并接一个电流计，就可以看到电流计的指针发生偏转，此时反应的化学能转化为电能。 电流计 KCl电桥 Zn极 Zn2+ SO42- Cu2+ SO42- Cu极 e- e- + - 锌铜原电池的装置示意图 Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s) Δr GmΘ(298.15K)=-212.55kJ. mol-1 2 原电池的半反应式和图式 （1）原电池的半反应式 我们以铜锌原电池为例。 正极—电子流入的极，发生Cu2+的还原反应： Cu2+(aq)+2e-=Cu(s) 负极—电子流出的极，发生Zn的氧化反应： Zn(s)=Zn2+(aq)+2e- 这就是原电池的半反应式 总反应方程式为： Zn(s)+ Cu2+ (aq)= Zn2+(aq)+Cu(s) （2）原电池的图式 原电池的装置可用图式表示。 如，铜锌原电池可以这样表示： (-)Zn|ZnSO4(c1)||CuSO4(c2)|Cu(+) 图式书写规则： “ 负左正右” 、 “||”为桥（盐桥）、 “|”为界（两相的边界） 3、常见电极的种类、电极反应及电极表达式 可组成半电池电极的氧化还原电对, 有金属及其对应的盐溶液、非金属单质及其对应的非金属离子、同一种金属不同价的离子。对于后两者，组成电极时需外加导电体材料如Pt，以氢电极为例，可表示为H+(c)|H2|Pt。 4.2 电极电势 原电池的两极电势 原电池能产生电流，可以认为两极间有电势差，即每一个电极有电势，且两电势不同，故产生电势差，形成电流。那么，电极电势如何产生的呢？ 产生在金属和它的盐溶液之间的电势 与金属本身的活泼性有关 与溶液中金属离子浓度有关 与温度有关 到目前为止，测定其绝对值尚有困难。在实际应用与处理中与焓、吉布斯函数一样，只要求我们知道它的相对值。 要知道其相对值，必须有一参照值。国际上规定标准氢电极为标准电极。并规定在任何条件下，标准氢电极的电势为零。P.198. 标准氢电极 Pt|H2(100.000kPa)|H+(1mol.dm-3) Φθ(H+/H2)=0.0000V 通过和标准氢电极组成原电池,可求出任一电极的电极电势例： (-)Pt|H2(101.325Pa)|H+(1mol.dm-3)||Cu2+(1mol.dm-3)|Cu(+) 铜为正极，原电池的电动势就等于铜电极的电势，且电极电势0。又如： (-)Zn|Zn2+(1mol.dm-3)||H+(1mol.dm-3) |H2(101.325Pa)|Pt(+) 锌为负极，则电极电势=-原电池电动势，?0。 E=??正 - ??负 （在标准条件下的电动势称为标准电动势） 由于氢电极的技术要求高，因此，实际上用易制备、使用方便且电极电势稳定的甘汞电极或氯化银电极作为参考电极，称为参比电极。Hg|Hg2Cl2(s) |KCl(c) 4.3 电动势与摩尔吉布斯函数变 实验表明： 摩尔吉布斯函数变： ΔG= -nFE 当原电池处于标准状态下时，电动势为标准电动势， ΔG就是ΔG θ 。即 ΔG θ = -nFE θ 例: 计算下列反应的ΔrG mθ Zn +2H+(1molL-1)= Zn 2+ (1molL-1)+H2(100kPa) ΔG θ = -nFE θ= - 2*96485*0.7618=-147.00kJ.mol-1 4.4 能斯特方程式 1 浓度对电动势E的影响 对于一个原电池反应： aA(aq)+bB(aq)=gG(aq)+dD(aq) 其吉布斯函数变为：