离子平衡第3课

1、1 原电池的组成原电池的组成 例如铜锌原电池，铜为正极，锌为负极，中间由导线连例如铜锌原电池，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。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-+Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)r Gmr Gm(298.15K)(298.15K)212.55kJ212.55kJ. molmol-1-1（1）原电池的半反应式）原电池的半反应式 我们以铜锌原电池为例。我们

2、以铜锌原电池为例。 正极正极电子流入的极，发生电子流入的极，发生Cu2+的还原反应：的还原反应： Cu2+(aq)+2e-=Cu(s) 负极负极电子流出的极，发生电子流出的极，发生Zn的氧化反应：的氧化反应： Zn(s)=Zn2+(aq)+2e- 这就是原电池的半反应式这就是原电池的半反应式 总反应方程式为：总反应方程式为： Zn(s)+ Cu2+ (aq)= Zn2+(aq)+Cu(s) 原电池的装置可用图式表示。原电池的装置可用图式表示。 如，铜锌原电池可以这样表示：如，铜锌原电池可以这样表示： (-)Zn|ZnSO4(c1)|CuSO4(c2)|Cu(+) 原电池能产生电流，可以认为两极

3、间有电势差，即原电池能产生电流，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，每一个电极有电势，且两电势不同，故产生电势差，形成电流。形成电流。那么，电极电势如何产生的呢？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nMMne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处理中与焓、吉布斯函数一样，只要求我们知道它的相对值。相对值。 要知道其相对值，必须有一参照值。国际上规定要知道其相对值，必须有一参

4、照值。国际上规定标标准氢电极准氢电极为标准电极。并规定在为标准电极。并规定在任何条件任何条件下，下，。P.198.Pt|H2(100.000kPa)|H+(1mol.dm-3)(H+/H2)=0.0000V通过和标准氢电极组成原电池通过和标准氢电极组成原电池,可求出任一电极的电极电可求出任一电极的电极电势例：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，且电极电势电势0。又如：。又如：(-)Zn|Zn2+(1mol.dm-3)|H+

5、(1mol.dm-3) |H2(101.325Pa)|Pt(+)锌为负极，则电极电势锌为负极，则电极电势=-原电池电动势，原电池电动势， 0。E= 正正 - 负负 （在标准条件下的电动势称为标准电动势）在标准条件下的电动势称为标准电动势）|4.3 电动势电动势与摩尔吉布斯函数变与摩尔吉布斯函数变例例:计算下列反应的 Zn +2H+(1molL-1)= Zn 2+ (1molL-1)+H2(100kPa) 1 1 浓度对电动势浓度对电动势E E的影响的影响对于一个对于一个原电池原电池反应：反应： aA(aq)+bB(aq)=gG(aq)+dD(aq)其吉布斯函数变为：其吉布斯函数变为： = +R

6、Tlnc(G/c )gc(D)/c d c(A)/c ac(B)/c bE=E /nF ln c(G/c )gc(D)/c d c(A)/c ac(B)/c b在在298.15K时可转化为：时可转化为： E=E /n lg c(G/c )gc(D)/c d c(A)/c ac(B)/c b 2 2 浓度对电极电势浓度对电极电势的影响的影响 原电池在使用一段时间后，电动势变小，反映了原电原电池在使用一段时间后，电动势变小，反映了原电池中发生氧化还原反应后各有关离子浓度的变化引起了电池中发生氧化还原反应后各有关离子浓度的变化引起了电极电势的变化。极电势的变化。 对于任一给定的对于任一给定的电极电极

7、，电极反应通式为：，电极反应通式为：a（氧化态）（氧化态）+ne-b（还原态）（还原态）其相应的浓度对电极电势的影响（其相应的浓度对电极电势的影响（298.15K）的通式为）的通式为：= + lg0.05917Vnc(氧化态氧化态)/c ac(还原态还原态)/c b电极电极电势的能斯特电势的能斯特方程式方程式例例:金属锌加入0.01molL-1Zn2+ 溶液(Zn2+/Zn)= (Zn2+/Zn)+0.0592/2lgZn2+ =-0.7618+0.0592/2*lg0.01 =-0.821V1molL-1Cr2O72-与1molL-1Cr3+与0.001molL-1H+ (Cr2O72-/

8、Cr3+)= (Cr2O72-/ Cr3+)+0.0592/6lgCr2O72-H+14/Cr3+ =1.33+0.0592/6*lg(0.001)1 =0.92V 1 氧化剂与还原剂相对强弱的比较氧化剂与还原剂相对强弱的比较我们为什么要学电极电势呢？ 因为电极电势的大小反映了因为电极电势的大小反映了 氧化还原电对中的氧化还原电对中的氧化态物质与还原态物质氧化还原能力的相对强弱。氧化态物质与还原态物质氧化还原能力的相对强弱。 电极电势的数值越小，则其电对中的电极电势的数值越小，则其电对中的 还原态还原态物质越易失去电子，还原性越强；其对应的氧化物质越易失去电子，还原性越强；其对应的氧化态物质就

9、越难得到电子，氧化性越弱。反之亦然。态物质就越难得到电子，氧化性越弱。反之亦然。例：例： 电对电对 电极反应电极反应 标准电势差标准电势差/VI2/I-I2(s)+2e - 2I-(aq)+0.5355Fe3+/Fe2+Fe3+(aq)+e - Fe2+(aq)+0.771Br2/Br-Br2(l)+2e- 2 Br-(aq)+1.068 2 氧化还原反应方向的判断氧化还原反应方向的判断 3氧化还原反应进行程度的衡量氧化还原反应进行程度的衡量 氧化还原反应进行的程度也就是达到平衡时，氧化还原反应进行的程度也就是达到平衡时，生成物相对浓度与反应物相对浓度之比，可由氧化还生成物相对浓度与反应物相对

10、浓度之比，可由氧化还原反应的标准平衡常数原反应的标准平衡常数K K的大小来衡量。的大小来衡量。 G = -RT lnK 钢铁制件的生锈；地下金属管道受腐蚀而穿钢铁制件的生锈；地下金属管道受腐蚀而穿孔；铝制品在潮湿的空气中表面出现白色粉末等。孔；铝制品在潮湿的空气中表面出现白色粉末等。 如：钢材在常温和干燥的空气里并不易腐蚀，如：钢材在常温和干燥的空气里并不易腐蚀，但在高温下就容易被氧化，生成氧化层，同时有脱但在高温下就容易被氧化，生成氧化层，同时有脱碳现象。（如图）碳现象。（如图） 当金属与电解质溶液接触时，由电化学作用而引起当金属与电解质溶液接触时，由电化学作用而引起的腐蚀叫电化学腐蚀。金属

11、在大气、土壤及海水中的腐的腐蚀叫电化学腐蚀。金属在大气、土壤及海水中的腐蚀和在电解质中的腐蚀都是电化学腐蚀。蚀和在电解质中的腐蚀都是电化学腐蚀。 电化学的特点是形成腐蚀电池。在腐蚀电池上，电化学的特点是形成腐蚀电池。在腐蚀电池上，负极进行氧化过程，叫阳极；正极进行还原过程，负极进行氧化过程，叫阳极；正极进行还原过程，叫阴极。叫阴极。可分为可分为。其腐蚀过程均为阳极溶解。其腐蚀过程均为阳极溶解。钢铁在大气中主要是钢铁在大气中主要是 吸氧腐蚀，反应式如下：吸氧腐蚀，反应式如下：1/2O2(g)+H2O(l)+2e- = 2OH(aq)-若铁不放在大气中，而放在强酸中，那么，阴极反若铁不放在大气中，而放在强酸中，那么，阴极反应式为：应式为： 2H+（aq)+2e- = H2(g) 在钢铁洗酸时发生的反应叫析氢腐蚀。在钢铁洗酸时发生的反应叫析氢腐蚀。 金属表面常因氧气分布不均而引起腐蚀。在氧金属表面常因氧气分布不均而引起腐蚀。在氧气气 分压较大处，相应电极电势（为阴极），而在分压较大处，相应电极电势（为阴极），而在氧气分压较小处，电极电势（为阳极），这样就氧气分压较小处，电极电势（为阳极），这样就形成了一腐蚀电池。这种腐蚀称为差异充气腐蚀。形成了