能源和绿色化学课件.pptxVIP

能源和绿色化学

(能源化学);化学电池;水溶液中的标准电极电势（Standardpotential）

氢标：H++e??1/2H2E?=0

氧化剂还原剂

Li++e??LiE?=?3.03V

Na++e??NaE?=?2.71V

Zn2++2e??ZnE?=?0.76V

Fe2++2e??FeE?=?0.45V

H++e??1/2H2E?=0

Cu2++2e??CuE?=0.34V

Cl2+2e??2Cl?E?=1.36V

F2+2e??2F?E?=2.87V;电池反应：

Zn+Cu2+??Zn2++Cu（化学镀）

E?(cell)=E?(正极)－E?(负极)＝0.34?(?0.76)＝1.1V

2Fe3++Cu??2Fe2++Cu2+（烂板液）

E?(cell)=E?(正极)－E?(负极)＝0.77?(0.34)＝0.33V

;K与电池的电动势E?的关系

??G?=nE?F(F为法拉第常数）

??G?=RTlnK

nE?F=RTlnK，lnK=nE?F/RT

2Fe3++Cu??2Fe2++Cu2+反应的平衡常数K为：

lnK=2?96500?0.33/8.314?297=25.7

K=1.5?1011

由电动势得到氧化还原反应的平衡常数K，电池的电动势越大，则K也越大，氧化还原反应进行得越彻底。;铁钉可以镀铜，铁钉可以镀锌吗？

Fe+Cu2+??Fe2++Cu

E?(cell)=E?(正极)－E?(负极)＝0.34?（?0.45)

＝0.79V

Fe+Zn2+??Fe2++Zn

E?(cell)=E?(正极)－E?(负极)＝（?0.76)?（?0.45)

=?0.31;Nernst方程：浓度对电极电势E（非标准态）的影响

对于电极反应aoxidation+ne?breduction

a,b为mol数，n为电子数;一次性电池,可充电电池，可逆电池

放电－原电池

充电－电解

一次性电池

1．?酸性锌锰电池（普通干电池）

正极：石墨棒，MnO2,炭

负极：Zn,ZnCl2,NH4Cl,Zn??Zn2++2e

电池反应：

2NH4+(aq)+2MnO2(s)+2e??Mn2O3(s)+H2O(l)+2NH3(aq)

生成的NH3与Zn2+生成配离子;普通干电池的结构和化学反应;碱性锌锰电池

电解液为KOH

负极反应：Zn(s)+2OH?(aq)??Zn(OH)2(s)+2e

正极反应：2MnO2(s)+H2O(l)+2e??Mn2O3(s)+2OH?(aq)

电池反应：

Zn(s)＋2MnO2(s)+H2O(l)??Mn2O3(s)+Zn(OH)2(s);纽扣电池的结构和反应;

可充电电池，二次电池

(Rechargeablebattery，secondarybattery)

1．?可充电的镍镉干电池

放电：

负极反应：Cd(s)+2OH?(aq)Cd(OH)2+2e

正极反应：NiOOH(s)+H2O(l)+2eNi(OH)2+OH?(aq);可充电的镍镉干电池的结构和反应;2.镍氢电池(与镍镉电池类似，Cd?H）

负极为H的储氢材料，LaNi5，H以单原子填入晶格）

;3.锂（离子）电池（Lithiumionbattery)

特点：能量密度高重量轻

电压高Ecell=3.4V,无记忆功能

金属锂插入导电石墨层

负极反应：Li(s石墨层)Li+(石墨层)+e氧化反应

正极反应：Li+(在CoO2)+e+CoO2LiCoO2还原反应

总反应：

Li(s)+CoO2LiCoO2;?燃料电池

发电装置，两个电极上的氧化剂和