物理化学期末复习(医学院)

1、物物 理理 化化 学学1161首页首页上页上页返回返回下页下页期末考试范围期末考试范围1 1、电化学、电化学2 2、动力学、动力学3 3、表面现象与分散系统、表面现象与分散系统简明教程上简明教程上例题例题、作业作业注意：注意：考试时间考试时间100min100min，考试要求自带计算器，考场纪律，考试要求自带计算器，考场纪律题型：题型：选择题选择题4040分，分，2 2分分/ /题题填空题填空题2020分，分，1 1分分/ /空空简答题简答题1010分，分，5 5分分/ /题题计算题计算题3030分，分， 3 3道题道题2电化学电化学研究化学现象和电现象之间的相互关系以及研究化学现象和电现象之

2、间的相互关系以及化学能和电能相互转化规律的科学化学能和电能相互转化规律的科学化学能化学能 电能电能消耗外电进行的化学反应，或者产生电能的消耗外电进行的化学反应，或者产生电能的化学反应化学反应电化学反应电化学反应化学能与电能的相互转换，只有在电化学装化学能与电能的相互转换，只有在电化学装置中才能实现。置中才能实现。化学能转变为电能的装置化学能转变为电能的装置原电池原电池电能转化为化学能的装置电能转化为化学能的装置电解池电解池3电极的命名电极的命名原电池原电池电解池电解池正极是阴极正极是阴极( (还原反应还原反应) )正极是阳极正极是阳极( (氧化反应氧化反应) )负极是阳极负极是阳极( (氧化反

3、应氧化反应) )负极是阴极负极是阴极( (还原反应还原反应) )对原电池常用正、负极命名；对原电池常用正、负极命名；对电解池常用阴、阳极命名。对电解池常用阴、阳极命名。4法拉第定律法拉第定律“当电流通过电解质溶液时，通过电极的电量当电流通过电解质溶液时，通过电极的电量与发生电极反应的物质的量成正比。与发生电极反应的物质的量成正比。”Faraday定律定律对电解反应和电池反应都适用对电解反应和电池反应都适用法拉第常数法拉第常数 = 96485 C mol 1表示：表示：1 mol电子的电量为电子的电量为96485 C (电子的电量是一定的电子的电量是一定的)通常取值也可以用通常取值也可以用965

4、00 C5法拉第定律数学表达式法拉第定律数学表达式Q：通过电极的电量；通过电极的电量；n：电极反应时得失电子的物质的量电极反应时得失电子的物质的量若发生电极反应的物质的量为若发生电极反应的物质的量为1 mol，n的数值就等于的数值就等于该离子的价数。该离子的价数。例如：例如：1 mol Cu2+在电极上还原为在电极上还原为Cu需要需要2 mol电子，电子，n = 2 mol；1 mol Ag+在电极上还原为在电极上还原为Ag需要需要1 mol电电子，子，n = 1 mol。6用强度为用强度为0.025A的电流通过硝酸金的电流通过硝酸金(Au(NO3)3)溶液，当溶液，当阴极上有阴极上有1.20

5、g单质单质Au(s)析出时，试计算：析出时，试计算：(a)通过了多少电通过了多少电量？量？(b)需通电多长时间？需通电多长时间？(c)阳极上放出多少阳极上放出多少mol氧气？氧气？例例阴极阴极 阳极阳极电量电量 Q=nF=3*(1.20/197)*96500=1763 C时间时间 t=Q/I=1763/0.025=7.05*104 sO2摩尔数摩尔数 x=(3/4)*(1.20/197)=4.57*10-3 mol33AueAu22333324H OeOH7可逆电池的电动势可逆电池的电动势以热力学可逆过程的方式将化学能转化以热力学可逆过程的方式将化学能转化为电能的装置。为电能的装置。回忆一下可

6、逆过程：若系统恢复原状的同时，回忆一下可逆过程：若系统恢复原状的同时，环境也能恢复原状而未留下任何永久性变化环境也能恢复原状而未留下任何永久性变化可逆电池中，可逆电池中， GT,p = Wr ，两极间的电势差达，两极间的电势差达最大值，称为该电池的最大值，称为该电池的电动势电动势，用，用 E 表示。表示。,()rm T prGWnFE 8可逆电极可逆电极构成可逆电池的电极，其本身必须是可逆的。构成可逆电池的电极，其本身必须是可逆的。可逆电极主要有如下三种类型：可逆电极主要有如下三种类型：第一类电极：包括金属电极和气体电极等第一类电极：包括金属电极和气体电极等第二类电极：包括微溶盐电极和微溶氧化

7、物电极第二类电极：包括微溶盐电极和微溶氧化物电极第三类电极：氧化还原电极第三类电极：氧化还原电极9金属电极：金属电极：将金属浸在含有该种离子的溶液中将金属浸在含有该种离子的溶液中构成，表示为：构成，表示为：M Mz+电极反应为：电极反应为：Mz+ + ze M 氢电极、氧电极和氯电极：氢电极、氧电极和氯电极：分别将被分别将被H2、O2或或Cl2气体冲击着的气体冲击着的Pt片浸入含有片浸入含有H+、OH 、Cl 的溶液的溶液中构成，表示为：中构成，表示为：(Pt)H2 H+ 或或 (Pt)H2 OH (Pt)O2 OH 或或 (Pt)O2 H2O, H+电极反应电极反应(O2例例) 为：为： O

8、2 2H2O + 4e 4OH O2 + 4H+ + 4e 2H2O金属电极与气体电极金属电极与气体电极10微溶盐电极和微溶氧化物电极微溶盐电极和微溶氧化物电极微溶盐电极：微溶盐电极：将金属覆盖一薄层该金属的一种微溶将金属覆盖一薄层该金属的一种微溶盐，然后浸入含有该微溶盐负离子的溶液中构成，最常盐，然后浸入含有该微溶盐负离子的溶液中构成，最常用的微溶盐电极有甘汞电极和银用的微溶盐电极有甘汞电极和银-氯化银电极，分别表示氯化银电极，分别表示为：为：Hg-Hg2Cl2 Cl 和和 Ag-AgCl Cl 电极反应为：电极反应为： Hg2Cl2 + 2e 2Hg + 2Cl AgCl + e Ag +

9、 Cl 微溶氧化物电极：微溶氧化物电极：以汞以汞-氧化汞电极为例氧化汞电极为例酸性：酸性：Hg-HgO H+HgO + 2H+ + 2e Hg + H2O碱性：碱性：Hg-HgO OH HgO + 2H2O + 2e Hg + 2OH 11电池表示法电池表示法对一个电池若都要象原来一样画图表示不方便对一个电池若都要象原来一样画图表示不方便科研，所以人们规定了电池的科学表示方法。科研，所以人们规定了电池的科学表示方法。1、以化学式表示电池中各物质的组成，并注明相态，、以化学式表示电池中各物质的组成，并注明相态，对气体要求注明压力，溶液注明浓度。对气体要求注明压力，溶液注明浓度。2、以、以“ ”表

10、示不同物相之间的界面，盐桥用表示不同物相之间的界面，盐桥用“ ”表示表示(连连接电池中的两种溶液，以消除溶液接界处的电势接电池中的两种溶液，以消除溶液接界处的电势)。3、各化学式和符号的排列顺序要真实反映电池中各种、各化学式和符号的排列顺序要真实反映电池中各种物质的接触次序。物质的接触次序。4、电池中的负极写在左方，正极写在右方。、电池中的负极写在左方，正极写在右方。12电池表示法电池表示法写做：写做：写做：写做：(Pt)H2(g, p) HCl(m1) CuSO4(m2) Cu(s)Zn(s) ZnSO4 (m1) CuSO4(m2) Cu(s)左右E13扩散过程为不可逆过程，因此液体接界电

11、势的存在会扩散过程为不可逆过程，因此液体接界电势的存在会破坏电池的可逆性。破坏电池的可逆性。“盐桥法盐桥法”可基本上消除电池中的液体接界电势：在可基本上消除电池中的液体接界电势：在两溶液之间放置一另外溶液，以两个液体接界代替一个液两溶液之间放置一另外溶液，以两个液体接界代替一个液体接界。常用盐桥有体接界。常用盐桥有KClKCl、NHNH4 4NONO3 3。K+和和Cl 的迁移数很近，界的迁移数很近，界面上产生的液体接界电势很小，面上产生的液体接界电势很小，而且两个数值很小的接界电势又而且两个数值很小的接界电势又常常符号相反，因此大大降低了常常符号相反，因此大大降低了液体接界电势（液体接界电势

12、（1-2mV）。）。盐桥盐桥14电池表示式与电池反应的互译电池表示式与电池反应的互译电池表示式电池表示式 电池反应电池反应只需写出左侧发生氧化作用、右侧发生还原作用只需写出左侧发生氧化作用、右侧发生还原作用的电极反应，然后相加可得。的电极反应，然后相加可得。例：例： (Pt)H2(g, p) H2SO4(m) Hg2SO4(s) Hg(l)( (左侧左侧) )负极反应：负极反应： H2 2e 2H+ ( (右侧右侧) )正极反应：正极反应： Hg2SO4 + 2e 2Hg + SO42 电池反应：电池反应： H2(g) +Hg2SO4(s) 2Hg(l) + H2SO4(m)15电极电势的能斯

13、特公式电极电势的能斯特公式显然，电极电势的本质是一特定电池的电动势显然，电极电势的本质是一特定电池的电动势。仍以仍以 (Pt)H2(g, p) H+(a = 1) Cu2+(a) Cu(s)为例：为例：负极反应：负极反应： H2 2e 2H+ 正极反应：正极反应： Cu2+ + 2e Cu电池反应：电池反应： H2(p) +Cu2+ 2H+(a = 1) + Cu该电池电动势的能斯特方程为：该电池电动势的能斯特方程为：222()()ln2()()a Ha CuRTEEFa Ha Cu 22()()1()1a Hp Hpa H16电极电势的能斯特公式电极电势的能斯特公式2()CuCuE222()

14、()()ln2()RTa CuCuCuCuCuFa Cu公式改写成：公式改写成：其中：其中：()()lnln()()RTaRTanFanFa还原态氧化态氧化态还原态推广到任意电极：推广到任意电极：称为标准电极电势，称为标准电极电势，又称还原电极电势又称还原电极电势17判断反应趋势判断反应趋势电极电势的高低反映了电极中反应物质得失电子电极电势的高低反映了电极中反应物质得失电子的能力。的能力。电势越低，越易失去电子电势越低，越易失去电子；电势越高，越易电势越高，越易得到电子得到电子。因此，可根据相关电极电势数据判断反应。因此，可根据相关电极电势数据判断反应进行的趋势。例如，一种金属能否从溶液中置换出另进行的趋势。例如，一种金属能否从溶液中置换出另外一种金属。外一种金属。( (电极电势电极电势 判断判断) )注意：一定温度下，注意：一定温度下， 和和 及及 a 有关有关1825 C，有溶液：有溶液：a(Sn2+) = 1.0，a(Pb2+) = 0.1; ;当将金属当将金属PbPb放入溶液时，能否从溶液中置换出放入溶液时，能否从溶液中置换出SnSn？已知：已知： (Sn) = 0.136 V； (P