电化学原理章精品课件

1、电化学原理章第1页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四阴极：电池中发生还原反应的一侧称为阴极；阳极：电池中发生氧化反应的一侧称为阳极。 原电池： 电解池R阳极阴极Zn-2e Zn2+负极正极负极正极Cu2+2e Cu阳极阴极如：如：Zn-2e Zn2+Zn2+2e Znee21基本概念负极：对外电路给出电子极的为负极第2页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四（）Zn | Zn2+ | H+ | H2,Pt (+)能斯特方程式 AA BB LL MM G GRTln E ERTlnG=-ZFE G= -ZFE aLL aMMaAA aBBaAA aBBaLL

2、aMM22电池、电池符号和电动势第3页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四一、标准电极电势按照国际上的惯例，在电池图解中以氢电极为左极（即假定起氧化反应），以所讨论的电极为右极（即假定起还原反应），将这样组合成的电极的标准电动势定义为所讨论的电极在该温度下的标准电极电势。二、电极电势的能斯特方程 O+ne = R= -RT/ZFlnaR/aO23标准电极电势和电极电势的能斯特方程第4页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四24 水的电势pH图一、氢电极和氧电极的pH图F 氢电极：2H2eH2= -RT/ZFlnPH2/a2H+P在25，101325Pa时，=

3、(-0.059pH)V=-0.059pHV据此，做pH图如下：第5页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四图1.氢电极与氧电极的pH图abpHA如果电极电势高于直线a，这时电极反应使pH值减少，aH+增加，反应2H2eH2向逆向进行，以达到新的平衡，所以a线以上属于氧化态H稳定区。同理a线以下属于还原态H2稳定区。第6页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四F 氧电极的电极反应 4HO2 4e 2H2O = -RT/ZFln P/a 4 H+ PO2在25，101325Pa时，1.23V(1.23-0.059pH)V在图一中，b线以上是氧化态物质O2的稳定区，b

4、线以下是还原态物质H2O的稳定区。第7页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四F 当体系处于A点时，处于H2O和H的稳定区，所以两极的共轭反应为：阴极（高电势的氧电极）： 4HO2 4e 2H2O阳极（低电势的氢电极：2H2eH2总反应为：2H2O22 H2O 以上称为水的pH图第8页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四二、 Fe-H2O系电势pH图在FeH2O体系中，存在如下离子和分子Fe、Fe2、Fe3、Fe(OH)2 、Fe(OH)3、H（或OH）、H2O反应方程分三种类型：以25、体系处于标准态为例1.无H、有e参加的反应：（1）Fe22eFe 1=-

5、0.44V1= 1+0.0295 lg aFe2 =-0.44+0.0295 lg aFe2当aFe2=1时，1=-0.44V所以，在pH图得到1=-0.44V的水平线（1） 第9页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四（2）Fe3eFe2 2=0.771V 2= 2-0.059 lg aFe2/a Fe3 当aFe2= aFe3=1时，2=0.771V所以，在pH图得到2=0.771V的水平线（2）2、 有H、有e参加的反应： (3) Fe(OH)33 He Fe2 + 3 H2O3= 3-0.059 lg aFe2/a H3 = 3-(0.059/3)pH-0.059 lg

6、 aFe2第10页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四根据E=-G/ZF3=-GFe2+3GH2O-GFe(OH)3-3GH+/96500= 1.045V3Fe2当aFe2=1时， 3 所以，在pH图得到斜率为0.177的斜线。并与（2）水平线相交，交点坐标计算如下：当两线相交时，2=3即2pH=(1.045-0.771)/0.177 =1.52即，交点坐标（1.52,0.771） 第11页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四(4) Fe(OH)22 H2e Fe + 2 H2O4= 4-(0.059/2)lg (1/a H2)=4-0.059pH与（3）同

7、理求得40.047V 所以：4= (0.047-0.059pH)V 所以，(4)在pH图得到斜率为0.059的斜线。并与（1）水平线相交，交点坐标为（6.6,-0.44）. (5) Fe(OH)3He Fe(OH)2 + H2O 与(4)同理得：5= (0.260-0.059pH)V 所以，(5)在pH图得到斜率为0.059的斜线。并与（3）相交，交点坐标为（6.6,-0.11）第12页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四2. 3.有H、无e参加的反应（6）Fe(OH)22 HFe2 + 2 H2O lgK=lg (a Fe2/ a 2H)又：lgK=G/2.303RT=-7

8、5600/2.303RT =13.29所以：lg (a Fe2/ a 2H) =13.29当a Fe21，则pH=6 所以，(6)在pH图得到与横轴垂直的直线与横轴交点为6.6第13页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四（7）Fe(OH)33HFe3 + 3H2O当a Fe31，与（6）同理可得pH=1.54所以，(7)在pH图得到与横轴垂直的直线与横轴交点为1.54Fe3Fe(OH)3Fe2FeFe(OH)2(1)(2)(3)(5)(4)(7)(6)pH7014-10Fe-H2O溶液的pH图/V6.61.54-0.44-0.11ab第14页，共24页，2022年，5月20日

9、，19点3分，星期四三、Fe-H2O系的pH图应用举例（1）估计铁受腐蚀时的腐蚀电池的共轭反应。铁处腐蚀区有两种情况， .a线以下，（1）线以上，腐蚀电池的反应为： 阴极：2H2eH2 ， 阳极：Fe2eFe2第15页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四.在a线以上，b线以下，腐蚀电池的反应为：阴极：2H(1/2)O2 2e H2O， 阳极：Fe2eFe2(2)根据pH图提出防止金属腐蚀的措施： 调节溶液pH值913； 当pH值较低时，可将铁的电位降至热力学稳定区阴极保护。 通过添加阳极钝化型缓蚀剂使铁进入钝化区。 第16页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期

10、四25电池电动势的形成机理一、相间电势与电动势电动势：开路时，即没有电流通过时，自发电池的两个终端相间的电势差就是电动势。 它是自发电池内部各个相界面电势差的代数和。 第17页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四（一） 孤立相的电势1、 内电势、外电势与表面电势外电势：是指某带电物体外部，靠近其表面约104105cm处的电势。它在数值上等于将单位正电荷自无穷远移至靠近其表面约104105cm处所做的功。若为1mol带电粒子，则W1ZF第18页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四表面电势kai：将单位正电荷从紧靠其表面的104105cm处迁移到物体内部所做的电

11、功。(单位正电荷穿越偶极子层所做的电功) 若为1mol带电粒子，则W2ZF内电势：是指某物体内部一点的电势，它在数值上等于将单位正电荷由无限远处移到该物体内部所做的电功。=+如果参加实验的带电粒子之间的化学作用可以忽略，则1mol带电粒子从无穷远至球体内部所做的功为W1+W2=ZF第19页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四2.电化学势如果参加实验的带电粒子之间的化学作用不能忽略，则若1mol带电粒子从无穷远至球体内部所做的功为：W1+W2，即要考虑化学势的作用，W1+W2被称为带电粒子在球体内部的电化学势，用 表示。电化学势是带电粒子转移的判据，若带电粒子在两相的电化学势相

12、等，即 ，则带电B粒子在两相间达到平衡。 第20页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四（二） 相间电势 相间电位：两相接触时，在两相界面层中存在的电位差。相间电位分为：内电势差，外电势差，电化学电位差内电势差：BABA，内电势差不能直接测得。外电势差：BABA，外电势差又称为接触的电势差，外电势差可以直接测得。化学势差：BABA电化学势差：第21页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四原电池的电动势 EASSBBA （1）因为：BABA（B+B）（A+A）BABA 如图所示EA A （A+A）（A+A） （AA ）（AA ）第22页，共24页，2022年，5月20日，19点3分，星期四设A与A为同一金属，表面