工程化学电化学基础课件
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《化学电化学》PPT课件
① 半电池（电极） ② 导线（通常带有检流计） ③ 盐桥：琼脂 ＋ 强电解质（KCl, KNO3等） 补充电荷、维持电荷平衡
化
2）电极反应：
学
正极（Cu）: 负极（Zn）:
Cu2＋ + 2e = Cu Zn = Zn2+ + 2e
3）电池符号：
原电池符号
• 为了表示方便，我们可用下列简单符号来表示Cu-Zn电池： (-)Zn | Zn2+(c1) || Cu2+(c2) | Cu(+) • 书写电池符号的注意事项： 1)习惯上把负极写在左边，表示由Zn片和Zn2+溶液组成负极； 正极写在右边，表示由Cu片和Cu2+溶液组成正极。
什么联系呢？ 学
氧化还原及电化学基础
普
E与△G之间的关系
• 根据化学热力学，如果在能量转变的过程
中，化学能全部转变为电功而无其他的能量损失， 等于原电池作的最大电功。 Δ rGm =W(最大)
通
则在等温、定压条件下，摩尔吉布斯函数变(Δ rGm)
化
• 电功等于电动势(E)与电量(Q)的乘积：
学
W(最大)=-EQ
化合价升高 失去电子
化合价降低 得到电子
化
学
还原态 = 氧化态 + n e, 电子转移 氧3; , 质子转移)
氧化还原及电化学基础
普
2 氧化数与电子转移 Fe + Cu2+ = Fe2+ + H 2O Cu
2个 “e” 的转 移
通
H2 + 0.5 O2
化
应的电动势也不再是标准电动势。那么，在电解质 溶液的浓度(或气体的分压)变化时，原电池的电动 势将发生怎样的变化呢？
化
2）电极反应：
学
正极（Cu）: 负极（Zn）:
Cu2＋ + 2e = Cu Zn = Zn2+ + 2e
3）电池符号：
原电池符号
• 为了表示方便，我们可用下列简单符号来表示Cu-Zn电池： (-)Zn | Zn2+(c1) || Cu2+(c2) | Cu(+) • 书写电池符号的注意事项： 1)习惯上把负极写在左边，表示由Zn片和Zn2+溶液组成负极； 正极写在右边，表示由Cu片和Cu2+溶液组成正极。
什么联系呢？ 学
氧化还原及电化学基础
普
E与△G之间的关系
• 根据化学热力学，如果在能量转变的过程
中，化学能全部转变为电功而无其他的能量损失， 等于原电池作的最大电功。 Δ rGm =W(最大)
通
则在等温、定压条件下，摩尔吉布斯函数变(Δ rGm)
化
• 电功等于电动势(E)与电量(Q)的乘积：
学
W(最大)=-EQ
化合价升高 失去电子
化合价降低 得到电子
化
学
还原态 = 氧化态 + n e, 电子转移 氧3; , 质子转移)
氧化还原及电化学基础
普
2 氧化数与电子转移 Fe + Cu2+ = Fe2+ + H 2O Cu
2个 “e” 的转 移
通
H2 + 0.5 O2
化
应的电动势也不再是标准电动势。那么，在电解质 溶液的浓度(或气体的分压)变化时，原电池的电动 势将发生怎样的变化呢？
电化学基础-PPT课件
35
3. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，
它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍
电池的总反应式是：
1/2H2+NiO(OH)
Ni(OH)2
CD
据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ）
A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不
断增大
B. 电池放电时，镍元素被氧化
C. 电池充电时，氢元素被还原
D. 电池放电时，H2是负极
Ag
电解质溶液Y是__A_g_N__O_3_溶__液_；
(2)银电极为电池的___正_____极，CuSO4溶液 Y
发生的电极反应为__A_g_＋__＋__e_－__=_A__g___
X电极上发生的电极反应为
__C_u___-2__e_－___=__C__u_2_＋__________；
(3)外电路中的电子是从__负__(_C_u_电) 极流向
14
６. 双液原电池的工作原理（有关概念）
（１）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的 胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出
（２）盐桥的作用是什么？
可提供定向移动的阴阳离子，
使由它连接的两溶液保持电
中性，盐桥保障了电子通过
外电路从锌到铜的不断转移
，使锌的溶解和铜的析出过 程得以继续进行。
盐桥的作用： （1）形成闭合回路。
？思考
1、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫
化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方 法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中， 再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑 色会褪去而银不会损失。 试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应
为 Al -3e- = Al3＋ ； 正极发生的反应为 Ag2S+2e- = 2Ag；+S2-
3. 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，
它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍
电池的总反应式是：
1/2H2+NiO(OH)
Ni(OH)2
CD
据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ）
A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不
断增大
B. 电池放电时，镍元素被氧化
C. 电池充电时，氢元素被还原
D. 电池放电时，H2是负极
Ag
电解质溶液Y是__A_g_N__O_3_溶__液_；
(2)银电极为电池的___正_____极，CuSO4溶液 Y
发生的电极反应为__A_g_＋__＋__e_－__=_A__g___
X电极上发生的电极反应为
__C_u___-2__e_－___=__C__u_2_＋__________；
(3)外电路中的电子是从__负__(_C_u_电) 极流向
14
６. 双液原电池的工作原理（有关概念）
（１）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的 胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出
（２）盐桥的作用是什么？
可提供定向移动的阴阳离子，
使由它连接的两溶液保持电
中性，盐桥保障了电子通过
外电路从锌到铜的不断转移
，使锌的溶解和铜的析出过 程得以继续进行。
盐桥的作用： （1）形成闭合回路。
？思考
1、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫
化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方 法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中， 再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑 色会褪去而银不会损失。 试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应
为 Al -3e- = Al3＋ ； 正极发生的反应为 Ag2S+2e- = 2Ag；+S2-
《电化学基础 》课件
电化学基础
电化学基础是研究电化学原理与应用的基础知识。电化学研究从化学反应中 产生电压、电流和电功率之间的相互作用，为科学和工业界提供了广泛的应 用。
定义
1 电化学
电化学是研究电流、电 势和电解过程中化学反 应的分支领域。
2 电感耦合
一个电子器件、传感器 或转换器用磁性耦合原 理将信号从一个电路传 送到另一个电路。
应用案例
1
节能灯
电化学领域的典型应用之一，催化层的材料选择是节能灯的成本决定因素。
2
肝素
肝素制备的中间体是一种糖，用电化学方法可以制备这种糖。
3
锂离子电池
锂离子电池正极材料由氧化物和其他元素经过多次烧结制备而成。
学习方法
1 精读重点内容
化学和物理的基础课程 是学习电化学重要的基 础。
2 参加相关学术会议
电化学池
可控制体系内离子的浓度，以适用于电化学 研究。
扫描电子显微镜
可通过成像和分析的手段观察样品形态、尺 寸、形貌等信息。
反应动力学
反应速率
电极反应性能
电化学反应速率可能受到温度、 电流密度、电极表面等因素的 影响。
电极表面材料和形貌会影响反 应动力学。
动力学基础
对电分析反应进行研究，可为 其他电化学研究领域提供理论 基础。
3 电池
一种能将化学能转化为 电能的设备。
重要性
能源
电化学研究为制造更高效、更 环保的能源提供了理论基础。
医学
电化学技术在医学领域中有潜 在的广阔应用领域。
电子产品
电化学原理及材料，如半导体、 电容器等，应用广泛于电子产 品中。
交通运输
电化学技术正在推动电动汽车 和混合动力汽车的发展。
电化学基础是研究电化学原理与应用的基础知识。电化学研究从化学反应中 产生电压、电流和电功率之间的相互作用，为科学和工业界提供了广泛的应 用。
定义
1 电化学
电化学是研究电流、电 势和电解过程中化学反 应的分支领域。
2 电感耦合
一个电子器件、传感器 或转换器用磁性耦合原 理将信号从一个电路传 送到另一个电路。
应用案例
1
节能灯
电化学领域的典型应用之一，催化层的材料选择是节能灯的成本决定因素。
2
肝素
肝素制备的中间体是一种糖，用电化学方法可以制备这种糖。
3
锂离子电池
锂离子电池正极材料由氧化物和其他元素经过多次烧结制备而成。
学习方法
1 精读重点内容
化学和物理的基础课程 是学习电化学重要的基 础。
2 参加相关学术会议
电化学池
可控制体系内离子的浓度，以适用于电化学 研究。
扫描电子显微镜
可通过成像和分析的手段观察样品形态、尺 寸、形貌等信息。
反应动力学
反应速率
电极反应性能
电化学反应速率可能受到温度、 电流密度、电极表面等因素的 影响。
电极表面材料和形貌会影响反 应动力学。
动力学基础
对电分析反应进行研究，可为 其他电化学研究领域提供理论 基础。
3 电池
一种能将化学能转化为 电能的设备。
重要性
能源
电化学研究为制造更高效、更 环保的能源提供了理论基础。
医学
电化学技术在医学领域中有潜 在的广阔应用领域。
电子产品
电化学原理及材料，如半导体、 电容器等，应用广泛于电子产 品中。
交通运输
电化学技术正在推动电动汽车 和混合动力汽车的发展。
电化学基本概念ppt课件
i i
两相间建立平衡电势
电极（Electrode)
电极材料/电解质
Zn|Zn2+, SO42Pt|H2,H+ Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液
电极（Electrode)
电极材料/电解质 •传递电荷
Zn|Zn2+,SO42-,
•氧化或还原反应
Pt|H2,H+
的地点
•“半电池”
Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系 2. 不受电极、外界条件的影响 3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）
e-
i
H2
Cl2
Na+
Cl-
Ag
Ag+
ei
Ag+
Ag+
H+
OH-
阴极
阳极
H+
NO3-
银阴极 银阳极
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系 2. 不受电极、外界条件的影响 3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联） 4. 适用于单个电化学装置的多个反应（并联）
I
负极 e
e 正极
-2e Pb
Pb2+ PbSO4
H2O H+
SO4= SO4= H+
硫酸
+2e PbO2
Pb2+ PbSO4
铅酸蓄电池 (1860年--)
充电
(吸收电能)
负极 e
e 正极
Pb2+ PbSO4
+2e
Pb
Pb2+
H2O
PbSO4
工程化学第三章电化学基础
-ΔGm=-W’=-We=QE=nFE 即 ΔGm=-nFE 若反应在标准条件下进行，同理有
ΔGm =-nFE 式中，n为电池反应过程转移电子的物质的量； F称 为法拉第常数，其值为96485C/mol(需牢记)。
可见，若将前述反应在原电池中可逆地做电功，能 量利用率为 212.40 /218.66=97%
• 再将参比电极与待测电极 组成原电池，测得待测电 极的电极电势。
甘汞电极的构造
2021/2/17
工程化学第三章电化学基础
11
甘汞电极的电极电势与温度、KCl浓度有关：
电极名称
电极电势
饱和甘汞电极
0.2412-7.6×10-4（t/℃-25）
1mol·L-1甘汞电极
0.2801-2.4×10-4（t/℃-25）
（－）Ag，AgBr│Br-(c1)‖Cl-(c2) │Cl2，Pt(＋) （－）Pt，H2(p) │H+(c1)‖Fe3+(c2)，Fe2+(c3)│Pt(＋)
2021/2/17
工程化学第三章电化学基础
6
3、可逆电极的类型
第一类电极 金属-金属离子电极：Zn|Zn2+：Zn2++2e=Zn； Zn－2e=Zn2+ Cu|Cu2+：Cu2++2e=Cu Cu－2e=Cu2+ 气体-离子电极：Cl-|Cl2,Pt：Cl2+2e=2Cl－ 2Cl－－2e=Cl2 Pt,O2|OH－：O2+2H2O+4e=4OH－ 4OH－－4e=O2+2H2O
第三章 电化学基础
• 本章从氧化还原反应出发，简要介绍原电池的组 成和符号、半反应式和电池反应式以及电极电势 的产生和测量等概念；
ΔGm =-nFE 式中，n为电池反应过程转移电子的物质的量； F称 为法拉第常数，其值为96485C/mol(需牢记)。
可见，若将前述反应在原电池中可逆地做电功，能 量利用率为 212.40 /218.66=97%
• 再将参比电极与待测电极 组成原电池，测得待测电 极的电极电势。
甘汞电极的构造
2021/2/17
工程化学第三章电化学基础
11
甘汞电极的电极电势与温度、KCl浓度有关：
电极名称
电极电势
饱和甘汞电极
0.2412-7.6×10-4（t/℃-25）
1mol·L-1甘汞电极
0.2801-2.4×10-4（t/℃-25）
（－）Ag，AgBr│Br-(c1)‖Cl-(c2) │Cl2，Pt(＋) （－）Pt，H2(p) │H+(c1)‖Fe3+(c2)，Fe2+(c3)│Pt(＋)
2021/2/17
工程化学第三章电化学基础
6
3、可逆电极的类型
第一类电极 金属-金属离子电极：Zn|Zn2+：Zn2++2e=Zn； Zn－2e=Zn2+ Cu|Cu2+：Cu2++2e=Cu Cu－2e=Cu2+ 气体-离子电极：Cl-|Cl2,Pt：Cl2+2e=2Cl－ 2Cl－－2e=Cl2 Pt,O2|OH－：O2+2H2O+4e=4OH－ 4OH－－4e=O2+2H2O
第三章 电化学基础
• 本章从氧化还原反应出发，简要介绍原电池的组 成和符号、半反应式和电池反应式以及电极电势 的产生和测量等概念；
化学课件《电化学基础》优秀ppt8(10份打包) 人教课标版4
(2)原电池电极反应式的书写： ①一般电极反应式的书写：
②复杂电极反应式的书写
复杂电
较简单一极的
极反应式 ＝ 总反应式 － 电极反应式
如：CH4 酸性燃料电池中： 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O， 正极反应式：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O， 则：负极反应式＝总反应式－正极反应式，
阳极：阳极材料是活泼电极时阳极材料放电，否则是溶液中阴离 子放电，放电顺序是：活泼金属>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>SO24－>F－。
阴极：一般是溶液中的阳离子放电，金属活动性顺序的逆顺序。 阳离子放电顺序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋ (水)>活泼金属阳离子。
【答案】 D 【点拨】 近年来高考中对化学电源的考查趋向于以新型电池为 素材，这类试题具有取材新颖、信息陌生、情景综合等特点，侧重于 考查运用所学知识解决实际问题的能力。这类题起点很高，但落点还 是在基础知识和基本规律上，且设错通常较为明显。因此，面对新颖
的化学电源，不要因其电极材料和电极反应、电池反应陌生而感到无 所适从，依据放电、充电的基本知识和规律审题，即可化生为熟、化 难为易。
[例 4] 以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意 图如下：
下列说法不正确的是( )
A．在阴极室，发生的电极反应为：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区 H
＋浓度增大，使平衡 2CrO24－＋2H＋
Cr2O27－＋H2O 向右移动
【答案】 D 【点拨】 首先根据外接电源的正负极判断电解池的电极，其次
第十一章电化学基础-PPT精品
半反应式加合为一个配平的离子反应式。
2Fe2+ + Cl2 = 2Fe3+ + 2Cl➢ 如果在半反应中反应物和产物中的氧原子数不同，可在半反应式中加H+(
酸性)或OH-(碱性)和H2O，使两侧的氧原子数和电荷数均相等。 ➢ 除了正确的配平方法外，必须熟悉该反应的基本化学事实。
2020/6/5
例：用离子-电子法配平
这类电极中氢电极特别重要。
2020/6/5
例如 (-) Pt|H2(100KPa)|H+(1.0mol·L-1)‖Cr2O72-(10mol ·L-
1),Cr3+(1.0mol·L-1), H+(1.010-2mol ·L-1)|Pt (+) 负极: H2 ⇌ 2H+ + 2e正极: Cr2O72- +14H+ +6e- ⇌ 2Cr3++7H2O 总反应:Cr2O72- + 13H2 + 8H+ = 2Cr3+ +7H2O
10HClO3 + 3P4 + 18H2O === 10HCl + 12H3PO4 ➢ 如果反应反程式两边的氧原子数相等，即证明反应反程式已配平。
再如： 3As2S3 + 28HNO3 = 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO
2020/6/5 2MnO4- + 10Cl- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O
(3) 若出现分数，可调整为最小正整数：
2 KMnO4 +10 FeSO4 + H2SO4 = 2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
《电化学基础》PPT课件
一、电极电势的产生 原电池可产生电流，说明两电极间形成了电势
差。当电池内部无电流通过或通过的电流极小而接 近于零时，所测得的电势差就等于原电池的电动势E， 它代表了正负电极之间的电势差，即：
E＝ E + - E -
问题：单个电极的电势是怎样产生的？ 为什么不同电极具有不同的电势？
+++++ +++++
氧化值：把反映电子偏移情况的“形式电荷”数称为 “氧化值”。
(1)在单质中元素的氧化值等于零，因为原子间成键 电子并不偏离一个原子而靠近另一个原子。
(2)在二元离子化合物中，各元素的氧化值和离子的 电荷数相一致。
(3)在共价化合物中，成键电子对总是向电负性大的 元素靠近，所以电负性最大的F元素氧化值总是-1， 电负性次大的O元素一般为-2（在过氧化物中为-l， 在氟化物OF2、O2F2中分别为十2和十1 ），最常见 的H元素一般为+1（在盐型氢化物中为-1）。然后 按照化合物中各元素氧化值的代数和等于零(即整个 分子必定电中性)的原则来确定其他元素的氧化值。
金属-金属难 溶盐电极
Hg2Cl2 / Hg
Hg | Hg2Cl2 (s) | Cl-(c) Hg2Cl2+2e- =2Hg + 2Cl-
氢气电极
甘汞电极
例：将下列反应组装成原电池
2Al + 3NiCl2
2AlCl3 + 3Ni
解 负极：Al(s) →Al3+ + 3e正极：Ni2+ + 2e- → Ni(s)
负极反应： Zn(s) 还原态
Zn2+(aq) + 2e氧化态
差。当电池内部无电流通过或通过的电流极小而接 近于零时，所测得的电势差就等于原电池的电动势E， 它代表了正负电极之间的电势差，即：
E＝ E + - E -
问题：单个电极的电势是怎样产生的？ 为什么不同电极具有不同的电势？
+++++ +++++
氧化值：把反映电子偏移情况的“形式电荷”数称为 “氧化值”。
(1)在单质中元素的氧化值等于零，因为原子间成键 电子并不偏离一个原子而靠近另一个原子。
(2)在二元离子化合物中，各元素的氧化值和离子的 电荷数相一致。
(3)在共价化合物中，成键电子对总是向电负性大的 元素靠近，所以电负性最大的F元素氧化值总是-1， 电负性次大的O元素一般为-2（在过氧化物中为-l， 在氟化物OF2、O2F2中分别为十2和十1 ），最常见 的H元素一般为+1（在盐型氢化物中为-1）。然后 按照化合物中各元素氧化值的代数和等于零(即整个 分子必定电中性)的原则来确定其他元素的氧化值。
金属-金属难 溶盐电极
Hg2Cl2 / Hg
Hg | Hg2Cl2 (s) | Cl-(c) Hg2Cl2+2e- =2Hg + 2Cl-
氢气电极
甘汞电极
例：将下列反应组装成原电池
2Al + 3NiCl2
2AlCl3 + 3Ni
解 负极：Al(s) →Al3+ + 3e正极：Ni2+ + 2e- → Ni(s)
负极反应： Zn(s) 还原态
Zn2+(aq) + 2e氧化态
第十一章电化学基础.ppt
④确定两半反应方程式得、失电子数目的最小公倍数。 将两个半反应方程式中各项分别乘以相应的系数，使得、 失电子数目相同。然后，将两者合并，就得到了配平的氧 化还原反应的离子方程式。有时根据需要可将其改为分e2(SO4)3 + K2SO4+ H2O
(3)若出现分数，可调整为最小正整数：
2 KMnO4 +10 FeSO4 + H2SO4 = 2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
(4) 配平各元素原子数（观察法）
先配平非H、O原子，后配平H、O原子。 1）配平K+、SO42-数目 SO42-：左11，应+7；右18
配平原则： ① 电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。
② 质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。
配平步骤：
①用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、固 体和弱电解质则写分子式)。
②分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的半反应。
③分别配平两个半反应方程式，等号两边的各种元素 的原子总数各自相等且电荷数相等。
3）配平（或核对）O的原子数目：已平衡。
对于电解质在溶液中的反应，也可通过“离子方程 式”表示（更简洁），配平步骤类似： MnO4- + Fe2+ + H+ Mn2+ + Fe3+ + H2O
MnO4- + 5 Fe2+ + H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + H2O
MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + H2O
(3)若出现分数，可调整为最小正整数：
2 KMnO4 +10 FeSO4 + H2SO4 = 2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
(4) 配平各元素原子数（观察法）
先配平非H、O原子，后配平H、O原子。 1）配平K+、SO42-数目 SO42-：左11，应+7；右18
配平原则： ① 电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。
② 质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。
配平步骤：
①用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、固 体和弱电解质则写分子式)。
②分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的半反应。
③分别配平两个半反应方程式，等号两边的各种元素 的原子总数各自相等且电荷数相等。
3）配平（或核对）O的原子数目：已平衡。
对于电解质在溶液中的反应，也可通过“离子方程 式”表示（更简洁），配平步骤类似： MnO4- + Fe2+ + H+ Mn2+ + Fe3+ + H2O
MnO4- + 5 Fe2+ + H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + H2O
MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + H2O
电化学基本知识ppt课件
电池过程
阴极
阳极
ZnSO4
CuSO4
Zn
Cu
盐桥
1.1 V
典型电化学过程
e
电化学过程的特点
Zn(s) + CuSO4(aq) ZnSO4(aq) + Cu(s) 半反应: Zn(s) Zn2+ + 2e- 阳极反应 Cu2+ + 2e- Cu(s) 阴极反应 电子不能在离子导体中运动 离子不能在电子导体中运动 即：电子与离子间必定在界面处发生了转化，这个转化就发生在离子导体和电子导体的界面处。
高频区为电极反应动力学（电荷传递过程）控制，低频区由电极反应的反应物或产物的扩散控制。
从图可得体系R、Rct、Cd以及参数，与扩散系数有关，利用它可以估算扩散系数D。由Rct可计算i0和k0。
扩散阻抗的直线可能偏离45，原因：
电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球面扩散； 除了电极电势外，还有另外一个状态变量，这个变量在测量的过程中引起感抗。
盐桥
1. 可以同时测量极化电流和极化电位； 2. 三电极两回路具有足够的测量精度。
三电极的优点
1.2.5.1 辅助电极的作用 实现WE导电并使WE电力线分布均匀。 1.2.5.2 辅助电极的要求 ①辅助电极面积大； 为使参比电极等势面，应使辅助电极面积增大，以保证满足研究电极表面电位分布均匀，如是平板电极： ； ②辅助电极形状应与研究电极相同，以实现均匀电场作用。
参比电极
常见的参比电极 ①甘汞电极； Hg|Hg2Cl2|Cl- 由于Hg+→Hg2+ （亚汞不稳定，高温时易变成Hg2+，受温度影响大。<70℃，另外，［Cl-］要饱和，防止 发生变化)。
电化学基础(4).ppt
Zn→Zn2+（aq）+2e另一方面，溶液中的水合离子有从金属表面获得 电子，沉积到金属上的倾向：
Zn2+（aq）+2e-→Zn 金属的溶解和沉积能形成动态平衡。
原电池
如果金属表面附近的溶液中，维持着一定数量的 正离子；在金属表面上，则保留着相应数量的自由 电子（对于不同的电极，可能出现不同的情况）。 这样，在金属和溶液之间就产生了电势差。
氧化还原反应
二、氧化还原反应半式
为了分析氧化还原反应，特别是将氧化还原 反应与电子得失、电流相联系，可以把氧化还 原看做是两个“半反应”连接而成的，即：氧 化还原反应的化学方程式可分解成两个“半反 应式”，例如：
氧化还原反应 Cu2++Zn=Cu+Zn2+
半反应 Cu2++2e-=Cu 还原反应
Zn-2e-=Zn2+ 氧化反映
影响电极电势差的因素有电极的本性、温度、介 质、离子浓度等。
当外界条件一定时，电极电势差的高低就取决于 电极的本性。对于金属电极，则取决于金属离子化 倾向的大小。
MnO4-+5Fe2++8H+→Mn2++5Fe3++4H2O 这种配平方法称为离子一电子法，只适于水溶液中
11-2 原电池
一、氧化还原反应和电子转移 1、氧化数变化和电子转移 金属锌置换Cu2+的氧化还原反应如下： Zn+Cu2+===Zn2++Cu Zn和Cu2+在反应中氧化数发生了变化，根据它
原电池
2、原电池
将锌和锌盐溶液与铜和铜盐溶液分开为两个半电 池，即锌半电池和铜半电池；外电路用导线接通， 半电池用盐桥沟通，这样就得到了一个Cu-Zn原电 池。产生电流的方向和大小可由检流计测出。
Zn2+（aq）+2e-→Zn 金属的溶解和沉积能形成动态平衡。
原电池
如果金属表面附近的溶液中，维持着一定数量的 正离子；在金属表面上，则保留着相应数量的自由 电子（对于不同的电极，可能出现不同的情况）。 这样，在金属和溶液之间就产生了电势差。
氧化还原反应
二、氧化还原反应半式
为了分析氧化还原反应，特别是将氧化还原 反应与电子得失、电流相联系，可以把氧化还 原看做是两个“半反应”连接而成的，即：氧 化还原反应的化学方程式可分解成两个“半反 应式”，例如：
氧化还原反应 Cu2++Zn=Cu+Zn2+
半反应 Cu2++2e-=Cu 还原反应
Zn-2e-=Zn2+ 氧化反映
影响电极电势差的因素有电极的本性、温度、介 质、离子浓度等。
当外界条件一定时，电极电势差的高低就取决于 电极的本性。对于金属电极，则取决于金属离子化 倾向的大小。
MnO4-+5Fe2++8H+→Mn2++5Fe3++4H2O 这种配平方法称为离子一电子法，只适于水溶液中
11-2 原电池
一、氧化还原反应和电子转移 1、氧化数变化和电子转移 金属锌置换Cu2+的氧化还原反应如下： Zn+Cu2+===Zn2++Cu Zn和Cu2+在反应中氧化数发生了变化，根据它
原电池
2、原电池
将锌和锌盐溶液与铜和铜盐溶液分开为两个半电 池，即锌半电池和铜半电池；外电路用导线接通， 半电池用盐桥沟通，这样就得到了一个Cu-Zn原电 池。产生电流的方向和大小可由检流计测出。
《工程化学》第4章 电化学基础
规定：
负极写在左边，正极写在右边，以双虚垂
线( )表示盐桥，以单垂线( | )表示两个相之间
的界面。用“,”来分隔两种不同种类或不同价
态溶液。
工程化学 Engineering Chemistry
4.2.1 原电池中的化学反应
3. 电池反应
任一自发的氧化还原反应都可以组成一个原电池。
Zn + 2H + = Zn2+ + H2
➢ 了解金属电化学腐蚀的原理及基本的防护方法。
工程化学 Engineering Chemistry
目录
4.1 氧化还原反应
4.2 原电池
4.3 电极电势
4.4 电动势与电极电势在化学上的应用
4.5 化学电源
4.6 电解
4.7 金属的腐蚀及防护
工程化学 Engineering Chemistry
电化学腐蚀
态/还原态”表示 。
锌电极：电子流出------负极
组成：Zn2+(c1)/Zn
氧化反应：Zn − 2e- = Zn2+
铜电极：电子流入------正极
组成：Cu2+(c2)/Cu
还原反应：Cu2+ + 2e- = Cu
电极上发生的氧化反应或还原反应，都称为电极反应/半反应。
工程化学 Engineering Chemistry
反应正向自发
➢ E =0 即 ΔrGm = 0
反应处于平衡状态
➢ E <0 即 ΔrGm > 0
反应正向非自发
工程化学 Engineering Chemistry
4.2.2 原电池的热力学
2. 电动势E的能斯特方程
负极写在左边，正极写在右边，以双虚垂
线( )表示盐桥，以单垂线( | )表示两个相之间
的界面。用“,”来分隔两种不同种类或不同价
态溶液。
工程化学 Engineering Chemistry
4.2.1 原电池中的化学反应
3. 电池反应
任一自发的氧化还原反应都可以组成一个原电池。
Zn + 2H + = Zn2+ + H2
➢ 了解金属电化学腐蚀的原理及基本的防护方法。
工程化学 Engineering Chemistry
目录
4.1 氧化还原反应
4.2 原电池
4.3 电极电势
4.4 电动势与电极电势在化学上的应用
4.5 化学电源
4.6 电解
4.7 金属的腐蚀及防护
工程化学 Engineering Chemistry
电化学腐蚀
态/还原态”表示 。
锌电极：电子流出------负极
组成：Zn2+(c1)/Zn
氧化反应：Zn − 2e- = Zn2+
铜电极：电子流入------正极
组成：Cu2+(c2)/Cu
还原反应：Cu2+ + 2e- = Cu
电极上发生的氧化反应或还原反应，都称为电极反应/半反应。
工程化学 Engineering Chemistry
反应正向自发
➢ E =0 即 ΔrGm = 0
反应处于平衡状态
➢ E <0 即 ΔrGm > 0
反应正向非自发
工程化学 Engineering Chemistry
4.2.2 原电池的热力学
2. 电动势E的能斯特方程
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常用氧化还原电对在298.15K时的标准电极电势见附录
注意：电极电势φ具有强度性质，没有加和性。不论半反应 式如何写，φ值不变。
6
3 浓度对电极电势的影响－能斯特(Nernst)方程
对于任意给定的电极，电极反应通式可写为：
a 氧化态 + ne b 还原态
θ RnFTlncc（ ba(氧还化原态态））
解: 半反应式 Ag+ + e- = Ag
Ag
φ A+/gA = g φ θ A+/gA + 0 g.05 lg c 9 (A 2 +)g
φA+ g/Ag=0.79+90.059lg2 cK (sC － p)l
Ag c(C-l)1.0m•L o－ l1
R = 8.314 J•K-1•mol-1 F = 96485 C•mol-1
德国物理化学家能斯特
θ 0.0592lgca(氧化态）
n c（ b 还原态）
1920年诺贝尔化学奖
7
注意
（1）如果在电极反应中，某一物质是纯固体或纯液体，则不列入方程式 中；若是气体，则以分压（p/pθ）的形式表示。
如： Zn2/Zn
即c (H+) = 1 mol·L-1 ，则这样的氢电极就作为标准氢电极。规定标准氢电极的电
极电势为零，即φ(H+/H2) = 0.0000 V。
2
（2）参比电极
氢电极作为标准电极虽有精度高的优点，但制备和使用十分不方便。
解决办法： 采用一些易于制
备和使用，且电极 电势稳定的电极作 为参比电极（对标 准氢电极）。
5
测定电极电势时也可以使用参比电极，如298.15K时，将标 准铜电极作正极与饱和甘汞电极组成原电池，测得电池电动 势为0.0988V。所以φθ(Cu2+/Cu) = 0.0988 + 0.2412 = 0.34 V。 电池符号： (-) Pt,Hg(l)|Hg2Cl2(s)|Cl-(饱和) || Cu2+(c = l mol·L-1) | Cu (+)
0.1 mol·L-1甘汞电极
Hg|Hg2Cl2(s)|KCl (0.1mol·L-1)
氯化银电极
Ag |AgCl(s)|KCl (1mol·L-1) Ag |AgCl(s)|KCl (0.1mol·L-1)
电极电势 +0.2412 +0.2801 +0.3337 +0.2225 +0.2881
4
（3）标准电极电势的测量
常用的有甘汞电极 和氯化银电极。
电极符号：Pt,Hg(l)|Hg2Cl2(s)|Cl-(c) 甘汞电极的反应为：Hg2Cl2(s) + 2e = 2Hg(l) + 2C3l-
25℃时甘汞电极和氯化银电极的电极电势（V）
电|Hg2Cl2(s)|KCl (饱和)
1 mol·L-1甘汞电极(标准) Hg|Hg2Cl2(s)|KCl (1mol·L-1)
1.3 30.05l9 g 0.2 0 1 (1 0 5)140.7(4 V )
6
(1 0 6)2
10
③ 沉淀的生成对电极电势的影响
由于生成沉淀，会使氧化态或还原态物质的浓度发生很大变 化，从而使电极电势发生变化。
例: 将NaCl (或KCl)加入到Ag+/Ag电极中，并使溶液中的
c(Cl–) = 1.0 mol·L–1, 求(Ag+/Ag) = ?
测定原理：
如铜电极标准电极电势，组成电池： (-)Pt| H2(100kPa) | H+(c = l mol·L-1) || Cu2+(c = l mol·L-1) | Cu (+) 此原电池的电动势就是铜电极的标准电极电势。298.15 K时测得 值为0.34 V。在该原电池中，铜电极为正极，铜电极实际上进行 的是还原反应，所以φΘ(Cu2+/Cu) = 0.34 V。 对于c(Zn2+)=1mol·L-1的锌电极与标准氢电极组成的电池，电动 势的实测值为0.7628 V。但锌极上实际进行的是氧化反应，因此 锌的标准电极电势φΘ(Zn2+/Zn) =-0.7628 V。
解：该电极的电极反应式为
C 2 O 7 2 r 1 4 6 H e 23 C 7r2 O H
从附录中查得该电对的 θ(C2O r7 2/C 3)r1.3V 3 c(H+)=？
pH=5.0，即c(H+)=10－5 mol·L-1，所以：
(C 2 O 7 2 r/C 3 ) rθ (C 2 O 7 2 r/C 3 ) 0 r.0 n5 lg c ( 9 C 2 O c 2 2 7 2 ( r C )c 3 1 )( r 4 H )
（3）n 是半反应式配平后转移电子的摩尔数。
8
4 影响电极电势的因素
① 氧化态或还原态的浓度或分压
电极反应： a 氧化态 + ne b 还原态
θ
RT ca(氧化态） nFlnc（ b 还原态）
c ( 氧化态 ) 或 c ( 还原态 )
φ↑
9
② 介质的酸碱性 例：计算pH=5.0， c(C2O r7 2)0.0m 1 o L1l， c(Cr3+)=10－6 mol·L-1 时，重铬酸钾溶液的 (C2rO72/C3r)
也应表示在能斯特方程式中。
如： MnO 4/M2n 电极反应式为：M 4 n 8 O H 5 eM 2 4 n2 O H
能斯特方程：
(M 4 /n M 2 ) O n θ (M 4 /n M 2 ) O 0 .n 0 55 lc g (M 9c (M 2 4 )2 c n 8 ) (H n O )
工程化学电化学基础课件
标准氢电极 Pt│H2 (101325 Pa)│H+(1 mol·L-1)
结构：把镀铂黑的铂片插入含有氢离子的溶液中，并不断用氢气拍打铂片。氢电
极上所进行的反应为：H2 (g) 2H+ (aq) + 2e规定：若氢气在气相中的分压力为 p (100 kPa)，氢离子的浓度等于 1 mol·L-1，
电极反应式为： Z2 n(a)q 2 eZ (n s)
能斯特方程：
(Z2 /nZ )n θ(Z2 /nZ ) 0 n .0 25 lg c 9 (Z c 2 2 ) n
（2）如果在电极反应中，除氧化态和还原态物质外，还有参加电极反应的
其它物质，如H+、OH－，则这些物质的浓度及其在反应式中的化学计量数
注意：电极电势φ具有强度性质，没有加和性。不论半反应 式如何写，φ值不变。
6
3 浓度对电极电势的影响－能斯特(Nernst)方程
对于任意给定的电极，电极反应通式可写为：
a 氧化态 + ne b 还原态
θ RnFTlncc（ ba(氧还化原态态））
解: 半反应式 Ag+ + e- = Ag
Ag
φ A+/gA = g φ θ A+/gA + 0 g.05 lg c 9 (A 2 +)g
φA+ g/Ag=0.79+90.059lg2 cK (sC － p)l
Ag c(C-l)1.0m•L o－ l1
R = 8.314 J•K-1•mol-1 F = 96485 C•mol-1
德国物理化学家能斯特
θ 0.0592lgca(氧化态）
n c（ b 还原态）
1920年诺贝尔化学奖
7
注意
（1）如果在电极反应中，某一物质是纯固体或纯液体，则不列入方程式 中；若是气体，则以分压（p/pθ）的形式表示。
如： Zn2/Zn
即c (H+) = 1 mol·L-1 ，则这样的氢电极就作为标准氢电极。规定标准氢电极的电
极电势为零，即φ(H+/H2) = 0.0000 V。
2
（2）参比电极
氢电极作为标准电极虽有精度高的优点，但制备和使用十分不方便。
解决办法： 采用一些易于制
备和使用，且电极 电势稳定的电极作 为参比电极（对标 准氢电极）。
5
测定电极电势时也可以使用参比电极，如298.15K时，将标 准铜电极作正极与饱和甘汞电极组成原电池，测得电池电动 势为0.0988V。所以φθ(Cu2+/Cu) = 0.0988 + 0.2412 = 0.34 V。 电池符号： (-) Pt,Hg(l)|Hg2Cl2(s)|Cl-(饱和) || Cu2+(c = l mol·L-1) | Cu (+)
0.1 mol·L-1甘汞电极
Hg|Hg2Cl2(s)|KCl (0.1mol·L-1)
氯化银电极
Ag |AgCl(s)|KCl (1mol·L-1) Ag |AgCl(s)|KCl (0.1mol·L-1)
电极电势 +0.2412 +0.2801 +0.3337 +0.2225 +0.2881
4
（3）标准电极电势的测量
常用的有甘汞电极 和氯化银电极。
电极符号：Pt,Hg(l)|Hg2Cl2(s)|Cl-(c) 甘汞电极的反应为：Hg2Cl2(s) + 2e = 2Hg(l) + 2C3l-
25℃时甘汞电极和氯化银电极的电极电势（V）
电|Hg2Cl2(s)|KCl (饱和)
1 mol·L-1甘汞电极(标准) Hg|Hg2Cl2(s)|KCl (1mol·L-1)
1.3 30.05l9 g 0.2 0 1 (1 0 5)140.7(4 V )
6
(1 0 6)2
10
③ 沉淀的生成对电极电势的影响
由于生成沉淀，会使氧化态或还原态物质的浓度发生很大变 化，从而使电极电势发生变化。
例: 将NaCl (或KCl)加入到Ag+/Ag电极中，并使溶液中的
c(Cl–) = 1.0 mol·L–1, 求(Ag+/Ag) = ?
测定原理：
如铜电极标准电极电势，组成电池： (-)Pt| H2(100kPa) | H+(c = l mol·L-1) || Cu2+(c = l mol·L-1) | Cu (+) 此原电池的电动势就是铜电极的标准电极电势。298.15 K时测得 值为0.34 V。在该原电池中，铜电极为正极，铜电极实际上进行 的是还原反应，所以φΘ(Cu2+/Cu) = 0.34 V。 对于c(Zn2+)=1mol·L-1的锌电极与标准氢电极组成的电池，电动 势的实测值为0.7628 V。但锌极上实际进行的是氧化反应，因此 锌的标准电极电势φΘ(Zn2+/Zn) =-0.7628 V。
解：该电极的电极反应式为
C 2 O 7 2 r 1 4 6 H e 23 C 7r2 O H
从附录中查得该电对的 θ(C2O r7 2/C 3)r1.3V 3 c(H+)=？
pH=5.0，即c(H+)=10－5 mol·L-1，所以：
(C 2 O 7 2 r/C 3 ) rθ (C 2 O 7 2 r/C 3 ) 0 r.0 n5 lg c ( 9 C 2 O c 2 2 7 2 ( r C )c 3 1 )( r 4 H )
（3）n 是半反应式配平后转移电子的摩尔数。
8
4 影响电极电势的因素
① 氧化态或还原态的浓度或分压
电极反应： a 氧化态 + ne b 还原态
θ
RT ca(氧化态） nFlnc（ b 还原态）
c ( 氧化态 ) 或 c ( 还原态 )
φ↑
9
② 介质的酸碱性 例：计算pH=5.0， c(C2O r7 2)0.0m 1 o L1l， c(Cr3+)=10－6 mol·L-1 时，重铬酸钾溶液的 (C2rO72/C3r)
也应表示在能斯特方程式中。
如： MnO 4/M2n 电极反应式为：M 4 n 8 O H 5 eM 2 4 n2 O H
能斯特方程：
(M 4 /n M 2 ) O n θ (M 4 /n M 2 ) O 0 .n 0 55 lc g (M 9c (M 2 4 )2 c n 8 ) (H n O )
工程化学电化学基础课件
标准氢电极 Pt│H2 (101325 Pa)│H+(1 mol·L-1)
结构：把镀铂黑的铂片插入含有氢离子的溶液中，并不断用氢气拍打铂片。氢电
极上所进行的反应为：H2 (g) 2H+ (aq) + 2e规定：若氢气在气相中的分压力为 p (100 kPa)，氢离子的浓度等于 1 mol·L-1，
电极反应式为： Z2 n(a)q 2 eZ (n s)
能斯特方程：
(Z2 /nZ )n θ(Z2 /nZ ) 0 n .0 25 lg c 9 (Z c 2 2 ) n
（2）如果在电极反应中，除氧化态和还原态物质外，还有参加电极反应的
其它物质，如H+、OH－，则这些物质的浓度及其在反应式中的化学计量数