第五章-电化学基础
第五章电化学基础
原电池是将化学能转化为电能的装置
第五章电化学基础
盐桥的作用： 沟通二溶液中的电第五章荷电化学基保础 证反应继续进行
形成原电池的条件
1.一个能够正向自发的氧化还原反应 。 2.氧化反应与还原反应分别在两极进行。 3.必须有盐桥(或多孔陶瓷、离子交换膜)
等连通装置。
第五章电化学基础
2. 电极反应和电池反应 由电流方向知两极反应: e-
金属置于其盐溶液时： M-ne-→Mn+
同时： Mn++ne-→M 当溶解和沉积二过程平
衡时，金属带电荷，
溶液带相反电荷。两种电
荷集中在固-液界面第五章附电化学基近础 。形成了双电层。
• 电极电势的产生
金
金
溶液
属
属
溶液
M
Mn+(aq) + 2e
双电层的电势差即该电极的平衡电势,
称为电极电势，表示为：
第五章电化学基础
5.2.2 电极电势的确定
1. 标准氢电极：
c(H+) =1 mol·dm－3 p(H2) = 105 Pa
H /H2
0.0000v
第五章电化学基础
2. 标准电极电势的测定：
第五章电化学基础
参比电极
装置图
第五章电化学基础
甘汞电极P表 ， tH示 (gl)H 方 2C g2法 (lsC )： (lc) 电极:反 H应 2C g2(ls)2e⇌ 2Hg(2lC)l(aq )
任一自发的氧化还原反应都可以组成一个 原电池。如：
Cu+ FeCl3 CuCl+ FeCl2 (-)Cu∣CuCl(S)∣C第l五-章电化学‖基础 Fe3+,Fe2+∣Pt(+)
《电化学基础》课件
电化学反应速率
总结词
电化学反应速率描述了电化学反应的快 慢程度，是衡量反应速度的重要参数。
VS
详细描述
电化学反应速率与参与反应的物质的浓度 、温度、催化剂等条件有关。在一定条件 下，反应速率可由实验测定，对于一些特 定的电化学反应，也可以通过理论计算来 预测其反应速率。
反应速率常数
总结词
反应速率常数是描述电化学反应速率的重要参数，它反映了电化学反应的内在性质。
详细描述
反应速率常数与参与反应的物质的性质、温度等条件有关。在一定条件下，反应速率常数可以通过实验测定，也 可以通过理论计算得到。反应速率常数越大，表示该反应的速率越快。
反应机理
总结词
电化学反应机理是描述电化学反应过程中各步骤的详细过程和相互关系的模型。
详细描述
电化学反应机理可以帮助人们深入理解电化学反应的本质和过程，从而更好地控制和优化电化学反应 。不同的电化学反应可能有不同的反应机理，同一电化学反应也可能存在多种可能的反应机理。 Nhomakorabea05
电化学研究方法
实验研究方法
01
重要手段
02
实验研究是电化学研究的重要手段，通过实验可以观察和测量电化学 反应的过程和现象，探究反应机理和反应动力学。
03
实验研究方法包括控制电流、电位、电场等电学参数，以及观察和测 量电流、电位、电导等电化学参数。
04
实验研究需要精密的实验设备和仪器，以及严格的操作规范和实验条 件控制。
01
02
03
电池种类
介绍不同类型电池的制造 过程，如锂离子电池、铅 酸电池、镍镉电池等。
电池材料
阐述电池制造过程中涉及 的主要材料，如正负极材 料、电解液、隔膜等。
电化学知识点总结
电化学知识点总结一、电化学基础1. 电化学的基本概念电化学是研究电化学反应的科学，它涉及到电流和电势的关系，以及在电化学反应中的能量转换和催化作用。
电化学反应通常发生在电极上，电化学反应的方向与电流的流动方向相反。
2. 电化学的基本原理电化学的基本原理包括电极反应、电解、电荷传递和能量转换等。
在电池中，通过氧化还原反应产生的电能被转化为化学能，进而转化为电能，从而产生电流。
3. 电化学的基本参数电化学的基本参数包括电压、电流、电解、电极电势、电导率、离子迁移速率等。
这些参数是电化学研究的基础，也是电化学应用的基本原理。
二、电化学反应1. 电化学反应的基本类型电化学反应包括氧化还原反应、电解反应、电化学合成反应等。
氧化还原反应是电化学反应中最常见的一种，它涉及到电子的转移，产生电压和电流。
电解反应是电化学反应中电流通过电解质溶液时发生的反应，通常涉及到离子的迁移和溶液中的化学反应。
电化学合成反应是指利用电能进行化学合成反应，通常包括电极合成和电解合成两种方式。
2. 电化学反应的热力学和动力学电化学反应的热力学和动力学是电化学研究的重要内容。
热力学研究电化学反应的热能转化和热能产生的条件，动力学研究电化学反应的速率和电化学动力学理论。
三、电化学动力学1. 电化学反应速率电化学反应速率是指单位时间内电化学反应所产生的物质的变化量。
电化学反应速率与电流和电压密切相关，它是电化学反应动力学研究的关键之一。
2. 催化作用催化作用是指通过催化剂来提高电化学反应速率的现象。
催化剂可以降低反应的活化能，提高反应速率，通常在电化学反应中有着重要的应用。
3. 双电层理论双电层是电极表面和电解质溶液之间的一个电荷层，它对电化学反应速率有着重要的影响。
双电层理论是电化学研究的重要理论之一，它涉及到电极和电解质溶液中的电位差和电荷分布。
4. 交换电流交换电流是指在电化学反应中与电流方向相反的电流，它是电化学反应速率的一个重要参数，也是电化学动力学研究的重要内容。
电化学基础知识点总结
电化学基础知识点总结电化学是研究电与化学之间相互转化和相互作用的科学。
它是物理学和化学的交叉学科，在电池、电解和电沉积等领域有着广泛的应用。
以下是电化学的基础知识点总结：1. 电化学反应：- 氧化还原反应（简称氧化反应和还原反应），是电化学最基本的反应类型，涉及原子、离子或分子的电荷变化。
- 氧化是指某物质失去电子，还原是指某物质获得电子。
2. 电池原理：- 电池是将化学能转化为电能的装置，由两个电极（阳极和阴极）和电解质组成。
阳极是发生氧化反应的地方，阴极是发生还原反应的地方。
- 在电池中，化学反应产生的电荷通过外部电路流动，从而形成电流。
3. 电解：- 电解是用电流将化合物分解成离子或原子的过程。
在电解槽中，正极是阴离子的聚集地，负极是阳离子的聚集地，而正负极之间的电解液是导电介质。
- 在电解过程中，正负电极上的反应是有差别的，称之为阳极反应和阴极反应。
4. 电解质：- 电解质是能够在溶液中或熔融态中导电的物质。
电解质可以是离子化合物，如盐和酸，也可以是离子溶剂如水。
- 强电解质能够完全离解成离子，而弱电解质只有一小部分离解成离子。
5. 电动势：- 电动势是电池或电化学系统产生电流的驱动力，通常用电压表示。
- 在标准状态下，标准电动势是指正极与负极之间的电压差。
它与化学反应的自由能变化有关，可以通过标准电动势表进行查阅。
6. 极化现象：- 极化是指在电解过程中阻碍电流通过的现象。
- 有两种类型的极化：浓差极化和活化极化。
浓差极化发生在反应物浓度在电极上发生变化的时候，活化极化发生在电化学反应速率受到限制的时候。
7. 电信号：- 在电化学中，电伏是电势大小的基本单位。
它表示单位电荷通过电路所产生的能量的大小。
- 电流是电荷通过导体的速率，单位是安培。
- 除了电伏和电流之外，还有许多其他电信号，例如电阻、电导率和电容。
8. 电化学测量方法：- 常用的电化学测量方法有电压法、电位法、电流法和电导法。
电化学基础知识点总结
电化学基础知识点总结电化学是研究电子与离子在电解质溶液中的相互转移和相互作用的科学。
它涉及电荷的移动和化学反应的同时发生。
在电化学中，我们主要关注两个方面的过程：电化学反应和电化学细胞。
1. 电化学反应电化学反应是指在外加电势的作用下，电子和离子之间发生的氧化还原反应。
电化学反应包括两个基本过程：氧化和还原。
氧化是指物质失去电子或氢离子，而还原则是指物质获得电子或氢离子。
在电化学反应中，常常涉及到电极反应和电解质的离子浓度变化。
2. 电化学细胞电化学细胞是一种将化学能转化为电能的装置。
它包括两个半电池：一个作为阳极，用于氧化反应；另一个作为阴极，用于还原反应。
两个半电池通过电解质溶液或电解质桥相连，并且在外部连接一个电路，使电子能够在阳极和阴极之间流动。
这个电路就是外部电路，而电解质溶液或电解质桥则是内部电路。
电化学细胞产生的电势差可以用来驱动电子在电路中进行功的转化。
3. 电化学基础概念在电化学中，有一些基本概念需要了解。
（1）电极：电极是电化学反应发生的场所。
它包括两种类型：阳极和阴极。
阳极是发生氧化反应的地方，电子从阳极流出；而阴极是发生还原反应的地方，电子流入阴极。
（2）电位：电位是指在标准状态下，电解质溶液中某个电极的电势相对于标准氢电极的差异。
标准氢电极的电势被定义为0V，其他电极相对于标准氢电极具有正负的电势。
（3）电解质：电解质是能够在溶液中分解出离子的物质。
电解质可以分为强电解质和弱电解质，具体取决于它们在溶液中的离解程度。
（4）电导率：电导率是指电解质溶液中离子传导电流的能力。
电导率高的溶液具有更好的导电性能。
4. 电化学技术和应用电化学不仅是一门基础科学，还在许多领域中有广泛的应用。
（1）电解：电解是指利用电流将化合物分解为离子的过程。
电解在电解制备金属、电镀、电解解析等方面有着重要的应用。
（3）蓄电池：蓄电池是一种将化学能转化为电能的设备。
它具有可充电性，常用于储存和提供电能。
《无机化学》第五章 氧化还原反应和电化学基础
二、氧化还原反应方程式的配平
1. 氧化值法
配平原则：氧化剂中元素氧化值降低的总数等 于还原剂中元素氧化值升高的总数。
配平步骤： （1）写出反应方程式，标出氧化值有变化 的元素，求元素氧化值的变化值。
（2）根据元素氧化值升高总数和降低总数相等 的原则，调整系数，使氧化值变化数相等。
（3）用观察法使方程式两边的各种原子总数相 等。
酸表。
（4）E是电极处于平衡状态时表现出来的特
征，与反应速率无关。
（5）E仅适用于水溶液。
5.饱和甘汞电极：
Hg | Hg2Cl2(s) |KCl (饱和)
Hg2Cl2 (s) + 2e
2Hg(l) +2Cl-
E (Hg2Cl2/Hg)=0.245V
三、 影响电极电势的因素
1.影响 因素
(1)电极的本性：即电对中氧化型或还 原型物质的本性。
还原型：在电极反应中同一元素低氧化值的物质。）
电对：氧化型/还原型
例：MnO2 +4H+ + 2e
Mn2+ +2H2O
电对：MnO2 / Mn2+
（2）E与电极反应中的化学计量系数无关。
例：Cl2 + 2e 1/2Cl2 + e
2Cl- E(Cl2/Cl-)=1.358V Cl-
（3）电极反应中有OH- 时查碱表，其余状况查
（3）分别配平两个半反应，使等号两边的原子 数和电荷数相等。
（4）根据得失电子数相等的原则，给两个半 反应乘以相应的系数，然后合并成配平的离子 方程式。
（5）将离子方程式写成分子方程式。
离子电子法配平时涉及氧原子数的增加和减 少的法则：
第五章 电化学基础
0.05917 lg 0.10 0.05917 lg 0.010
0.10 E 0.05917 lg 0.05917 (V) 0.010
二. 比较氧化剂和还原剂的相对强弱
越大 电极的 氧化型物质氧化能力↑
共轭还原型物质还原能力↓
还原型物质还原能力↑ 共轭氧化型物质氧化能力↓
（1）Mn2+ + 2e
2
Mn
2
(Mn / Mn) (Mn
0.05917 / Mn) lg c(Mn 2 ) 2
（2）2H2O + 2e
H2 + 2OH0.05917 1 (H 2O / H 2 ) (H 2O / H 2 ) lg 2 p(H 2 ) {c(OH )}2 Ag + Br-
∵ ∴
(H / H 2 ) 0.00 V
E 待测
例如：测定Zn2+/Zn电极的标准电极电势
将Zn2+/Zn与SHE组成电池
(-)Pt,H2(100kPa)|H+(1mol· -1)||Zn2+(1mol· -1)|Zn(+) L L
298.15K时， E =-0.763V，
电池反应：
二、原电池符号
(-)Zn | Zn2+(c1) || Cu2+(c2) | Cu(+) 相界面 盐桥
电极导体
溶液
同相不同物种用“，”分开，
负极“ - ”在左边，正极“ + ”在右边； 溶液、气体要注明cB，pB ，固体浓度忽略
纯液体、固体和气体写在惰性电极(Pt)一边用“ , ”分开。
例1：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。 2Fe2 1.0mol L1 Cl2 100kPa
电化学基础_课件
据此反应判断，下列叙述中正确的是（CD ）
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
4. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH 溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中
燃烧，则下列说法正确的是 ( ) A
N
CCuS2SOO4 4
酒精
NaCl溶液
H2SO4 H2SO4
例2. 在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用 导线连接的锌片和铜片，下列叙述正
确的是( D )
(A)正极附近的SO42 －离子浓度逐渐增大 (B)电子通过导线由铜片流向锌片
(C)正极有O2逸出 (D)铜片上有H2逸出
强调：原电池的工作原理：
①电极和电解质溶液 ②两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料
电（池2））电解质溶液：
参与电极反应或构成内电路
（3）两导体作电极：
①活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属 导
体石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为
(负4极)形。成闭合回路。 （两电②极两用不导活泼线的连导接体－，石或墨接或触Pt等。。）（燃料电池电
稀Na硫O酸H溶溶液液
强调：电极的判断及电极反应式的书写
方法一：根据电极材料的性质确定。 1.对于金属—金属电极，
活泼金属是负极，不活泼金属是正极； 2.对于金属—非金属电极，
金属是负极，非金属是正极，如干电池等； 3.对于金属—化合物电极，
金属是负极，化合物是正极。 方法二：根据电极反应的本身确定。 失电子的反应→氧化反应→负极； 得电子的反应→还原反应→正极。
失e，沿导线传递，有电流产生
外电路
电化学基础知识
电化学基础知识电化学是一门研究电子在化学变化中作用的科学。
它主要研究电化学反应的机理、热力学和动力学等。
电化学可以用来研究电解质溶液的性质、金属腐蚀的原理、电池的工作原理、电镀的原理以及电化学分析等。
一、电化学反应一个化学反应发生，需要有电子的转移。
电化学反应也是如此，它需要电子的转移。
一个完整的电化学反应分两个半反应式，分别称为氧化半反应和还原半反应。
氧化半反应式： A → A+ + e-还原半反应式： B+ + e- → B这两个半反应式通过电子转移而产生化学反应。
氧化半反应式是电子被剥离的一方，称为还原剂，还原半反应式是电子参与化学反应的一方，称为氧化剂。
还原剂和氧化剂组成氧化还原对。
电子是一种基本的负电荷物质，具有负电荷。
二、电化学反应热力学电化学反应的热力学包括了内能、熵、焓、自由能等概念。
自由能是化学反应是否能够自发进行的重要标准，它可以通过以下公式求出：∆G=∆H-T∆S式中：∆G是自由能变化；∆H是焓变化；∆S是熵变化；T是温度。
当∆G＜0时，化学反应可以自发进行；当∆G＝0时，反应处于平衡状态；当∆G＞0时，反应不能自发进行。
三、电化学反应动力学电化学反应动力学主要研究电化学过程中的反应速率和化学动力学规律。
在电化学反应中，主要的影响因素有电极表面的物理化学状态、电化学反应的温度、电化学反应的电位等。
电极表面的物理化学状态是影响电化学反应速率的主要因素。
它可以通过电极的面积、形状、表面不纯物质的存在与否等因素来影响电化学反应速率。
温度对电化学反应速率也有较大的影响。
当温度升高时，电化学反应速率会增加；当温度降低时，反应速率会减慢。
因此，电化学反应的温度是要进行控制的。
电化学反应的电位对电化学反应速率也有较大的影响。
电位是电化学反应中实际电位和标准电位之间的差值。
当实际电位高于标准电位时，电化学反应速率会加快；当实际电位低于标准电位时，反应速率则会减慢。
四、电化学分析电化学分析是依靠电化学原理进行的分析和检测。
《电化学基础》课件
学习储能装置和电池技术的原 理，如锂离子电池和太阳能电 池。
燃料电池和电化学传感器
燃料电池
探索燃料电池的原理与应用，如氢燃料电池和燃料电池汽车。
电化学传感器
了解电化学传感器的工作原理，以及其在环境监测和医学诊断中的应用。
《电化学基础》PPT课件
本PPT课件将介绍电化学的基础理论、动力学、电池与电解池、电化学表征技 术以及电化学的应用领域，带你深入了解这个令人着迷的领域。
电化学基础理论
1 电化学基础概念
2 电化学反应的基本
学习电化学的基础概念，
特征和实验表征方 法
包括电解质、离子和电
探索电化学反应的特征
子传输。
以及实验方法，包括溶
了解反应速率和速率常数的 定义及其在动力学研究中的 重要性。
电池和电解池
1
电池和电解池的基本概念
探索电池与电解池的原理和应用，包
奥姆定律和纳尔斯特方程
2
括电子转移和离子传输过程。
学习奥姆定律和纳尔斯特方程，揭示
电池和电解池中电流与电势之间的关
系。
3
活性质量、化学放电和电化学 效率
和计时电流法
深入了解线性扫描伏安法和循环伏安法的 原理和应用。
探索电位阶跃法和计时电流法在电化学研 究中的重要性。
电化学应用
电催化和电极催化反应
电化学合成和电化学分析 储能装置和电池技术
了解电催化和电极催化反应的 应用，如催化转化和废水处理。
探索电化学合成和电化学分析 在化学工业和实验室中的应用。
电解和电沉积过程
4
响，以及化学放电和电化学效率的计
算。
了解电解和电沉积在电化学中的应用
以及相关实验和工业过程。
电化学基础及电化学分析
电化学基础及电化学分析电化学是研究电荷转移过程及其与化学反应之间相互转化关系的学科。
它在现代化学、能源储存和转换、材料科学以及环境和生物科学等领域中具有重要应用。
本文将介绍电化学的基础知识，并重点探讨电化学分析的原理和应用。
一、电化学基础1. 电化学中的基本概念电化学研究的核心是电荷转移过程，该过程包括氧化反应和还原反应。
基本概念包括电势、电流、电解质和电极。
电势是物质中电荷移动的驱动力，电流是单位时间内通过导电体的电荷量。
电解质是能在溶液中形成离子的物质，它们可以导电。
电极是用于充当电流的进出口的物质或表面。
2. 电化学电池电化学电池是将化学能转化为电能的装置。
它由两个电极（阳极和阴极）和一个电解质组成。
阳极是发生氧化反应的电极，阴极是发生还原反应的电极。
电化学电池可以分为原电池和电解池。
原电池利用化学反应自发向电能转化，而电解池则利用外加电势将电能转化为化学反应。
二、电化学分析电化学分析利用电化学技术来检测和定量分析样品中的化学物质。
它具有灵敏度高、选择性好和响应速度快等优点，因此被广泛应用于环境、食品、生物医学和工业领域。
1. 伏安法伏安法是最常用的电化学分析技术之一。
它通过测量电流和电势之间的关系，定量分析样品中的物质。
伏安法可以进一步分为直接伏安法和间接伏安法。
直接伏安法是直接测量电流和电势的关系，而间接伏安法利用电化学反应的峰值电流和电势之间的关系进行分析。
2. 极谱法极谱法是利用电极上产生的电流和电势之间的关系来分析物质。
它可以用于定量分析和定性分析。
常用的极谱法包括线性扫描伏安法（LSV），循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）等。
3. 电化学阻抗谱法电化学阻抗谱法是一种研究电化学界面和电解质中离子传递过程的分析方法。
它可以通过测量交流电压下的阻抗变化来监测界面的特性和反应的动力学过程。
4. 恒流电位法恒流电位法是一种基于恒流条件下测量电势变化的电化学分析技术。
它可以用于研究电化学反应动力学，以及测量样品中的特定物质。
电化学基础知识点总结
电化学基础知识点总结在当代科技发展日新月异的背景下，电化学作为一个重要的交叉学科引起了广泛关注。
它涉及到电和化学两个领域的交叉应用，研究电与化学过程之间的相互关系。
本文将对电化学的基础知识点进行总结，帮助读者更好地理解电化学的原理和应用。
一、电化学的基本概念电化学是研究电和化学反应之间相互关系的学科，主要包括两个方面：电解学和电池学。
电解学研究的是将电能转化为化学能的过程，而电池学研究的是将化学能转化为电能的过程。
二、电解过程的基本原理电解过程是指通过外加电压将电解质溶液中的化学物质分解成正负离子的过程。
在电解过程中，正电极发生氧化反应，负电极发生还原反应。
电解质的选择、溶液浓度和电流强度都会影响电解反应的进行。
三、电解质的分类和特性电解质可分为强电解质和弱电解质。
强电解质在水中完全离解产生离子，而弱电解质只有一部分分子在溶液中发生离解。
电解质的特性包括电导率和极化现象。
电导率是指电解质溶液导电的能力，受电离度和浓度的影响。
极化现象是指电解质溶液中发生的正负电离子聚集在电极周围的现象。
四、电池的基本原理电池是将化学能转化为电能的装置，由正极、负极和电解质组成。
电池的工作原理是通过化学反应使正极发生氧化反应，负极发生还原反应，产生电子流从负极流向正极，形成电流。
五、电池的类型和应用常见的电池有干电池、蓄电池和燃料电池等。
干电池通常用于一次性电子设备，蓄电池可以充放电多次，常见于手机、电动工具等设备中。
燃料电池则利用可燃物质与氧气反应产生电能，广泛应用于交通工具等领域。
六、电解过程的应用电解过程在工业生产中具有重要地位，例如通过电解可制取金属、进行电镀等。
电解技术还可应用于环境保护领域，如电化池技术用于污水处理。
七、电池的环境问题与展望电池在应用过程中会产生废旧电池，其中的有害物质对环境造成一定污染。
随着低碳环保的要求不断提高，科研人员不断探索新的电池技术，如锂电池、太阳能电池等，以减少对环境的影响。
《电化学基础》PPT课件
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
电化学的基础知识与应用
电化学的基础知识与应用电化学是研究电化学反应及其在化学、生物、环境等领域中应用的科学。
电化学反应是指在电场作用下的化学反应。
电化学除了是一种有趣的研究对象，还有着丰富的应用，比如电解制氢、锂离子电池等。
一、电化学的基础概念在电化学中，有两个重要的概念：电极和电解质。
1.电极电极是一个能够导电的固体界面，在电解质中通常是金属或碳材料。
电极分为阳极和阴极，其中电流从阳极流向阴极，阳极与阴极之间有一个电势差产生。
在电解质溶液中，金属电极对应着各自的氧化反应和还原反应，反应产物往往因各种因素而不同。
2.电解质电解质是指能够在水或其他溶液中离解成离子的化合物。
当电解质与电极接触时，电极表面就会出现一层电生化膜，其中正负离子进出电生化膜的速度与电动势和水溶液中的离子活度有关。
二、电化学反应方程式在电解质中，金属电极一般包括离子化反应和电极化反应。
1.离子化反应在电解质中，离子化反应是指电解质分解为离子，产生电解液。
离子化反应中产生的离子与电极的电荷运动，在电解质中建立局部电势，进而导致电化学反应的进行。
2.电极化反应电极化反应是指离子在电极表面吸附和电化学变化的过程。
在电解液中，离子吸附到金属电极表面上，成为带电荷状态的密集层。
三、电化学发生的偶联反应在电解液中，电极上化学反应的发生是与电极上阴阳极的极性和电解质的反应有关。
偶联反应包含了氧化还原反应、酸碱反应和化合物反应。
1.氧化还原反应在氧化还原反应中，产生了电子的转移，即电池电势，反应过程中会伴随着电流的产生。
在电解质溶液中，还原电极和氧化电极分别对应相应的还原反应和氧化反应，反应产物也是不同的。
2.酸碱反应在酸碱反应中，电极的反应是在离子中发生的，其反应过程中存在电离和中和过程。
在电解质溶液中，酸反应对应的是氢（H+）的还原反应，而碱反应则对应氢氧离子（OH-）的氧化反应。
3.化合物反应在化合物反应中，金属原子或离子与其他元素或化合物发生反应，其在电解质中的电化学反应是由离子在电极表面的吸附、离子结晶、腐蚀和保护等反应组成。
电化学基础知识归纳
电化学基础知识一、原电池：将化学能转变成电能的装置。
（一）原电池构成与原理：1、构成条件：①活动性不一样的两个电极（常有为金属或石墨）；②将电极插入电解质溶液中；③两电极间形成闭合电路（两电极接触或导线连结）；④能自觉发生氧化复原反响。
2、电极名称：负极：较开朗的金属（电子流出的一极）；正极：较不开朗的金属或能导电的非金属（电子流入的一极）。
3、电极反响特色：负极：氧化反响，失电子；正极：复原反响，得电子。
4、电子流向：由负极经外电路沿导线流向正极。
注意：电子流向与电流的方向相反。
比如：右图原电池装置，电解质溶液为硫酸铜溶液。
负极 Zn：Zn-2e－＝ Zn2+；正极 Cu：Cu2+ +2e －＝Cu（硫酸铜溶液）总反响： Cu2+ +Zn ＝Cu +Zn2+盐桥作用：盐桥是装有含 KCl 饱和溶液的琼脂溶胶的 U 形管，管内溶液的离子能够在此中自由挪动。
即供给离子迁徙通路，形成闭合电路。
（盐桥是如何构成原电池中的电池通路呢？左烧杯里 Zn 电极失电子成为 Zn2+进入溶液中，使得 ZnSO4溶液带正电荷，而右烧杯里 Cu2+得电子生成 Cu，因为 Cu2+减少，使得CuSO4溶液带负电荷。
为了使两边烧杯里溶液仍旧保持电中性，盐桥中的 Cl -向 ZnSO4溶液迁徙，而盐桥中的 K+向 CuSO4溶液迁徙，所以盐桥起了形成闭合电路的作用。
）拓展：大海电池 : 我国开创以铝－空气－海水为能源的新式电池。
大海电池是以铝合金为负极，网状金属Pt 为正极，海水为电解质溶液，它靠海水中的溶解氧与铝反响络绎不绝地产生电能。
电极反响式：负极（ Al ）： Al － 3e －＝ Al 3＋正极（ Pt ）： O2＋ 2H2O＋ 4e －＝ 4 OH－总反响方程式： 4Al ＋ 3O2＋ 6H2 O＝ 4Al(OH) 3（二）分别写出CH4燃料电池在以下环境里，正极、负极反响式、总反响方程式。
1、CH4、O2，以 H2SO4溶液为电解质环境；2、CH4、O2，以 NaOH溶液为电解质环境；2-3、CH4、O2，以固体氧化物为电解质 ( 能传达 O ) ；二、电解池：把电能转变成化学能的装置。
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任何两个不同的电极可以组成一个原电池, 甚至同一个电极在不同的状态 (如浓度)下 也可以组成原电池。 因此使许多在通常状态下不能实现的反应 在原电池中（或电极上）可以实现。 反过来任何一个任何一个氧化还原反应都 可以设计成原电池。
5.3 电极电势的产生
1、扩散双电层理论 各电极与其离子溶液存在下列平衡： 还原态 氧化态 十 ne 即 溶解 M（s） Mn+（aq）+ ne
E
0.0592 lg K n
E
0.0592 lg K n
由上式可见，多于电池反应来讲， E 值越大，K 值越大，反应进行越完全 E 值越小，K 值越小 E<0, K 值很小,反应实际不能进行 E可用来判断反应进行的方向和限度
四、 电极电势的应用
1．计算电池的电动势 2.确定氧化剂，还原剂的相对强弱 3．判断氧化还原反应进行的方向
4．判断氧化还原反应进行的限度
1.计算电池的电动势
E = E + - EEѲ = EѲ + _ EѲ
例1 PH的测定
以甘汞电极为参比电极,玻璃电极为指示 电极组成原电池
玻璃电极 Ag AgCl(s ) HCl(0.1mol.L-1 ) 玻璃膜 待测溶液 E = E - 0. 0592pH 甘汞电极 Hg， Hg2Cl2(s) KCl(饱和） Hg2Cl2+2e 2Hg+2Cl E 甘汞 = E ( Hg2Cl2)+0.0592/2 lg 1/c2(Cl-) = 0.2415
沉积
使电极与溶液间形成扩散双电层，产生电势差，即 电极的电极电势,记为E。
不同的电极产生的 E 不同，两个不同的 电极组合成原电池时，电子将从低电势 负极流向高电势正极，从而产生电流。 注意：电流方向与电子流动方向相反
原电池的电动势就是两极之间的电势差， 也记为 E，即 正极的电极电势E+减去负极的电极电势E-
E = E 甘汞 - E 玻璃 = 0.2415- E +0.0592pH
【例2】计算在298.15K 时下列原电池的电动势
(-) Ag|AgNO3(0.01mol· -1)‖AgNO3(1mol· -1) | Ag (+) L L
解：这种由不同浓度的同类电极组成的原电池称浓差电池。
正极反应：Ag+(1mol· -1) + eL Ag（s） 负极反应： Ag（s）- eAg+(0.01mol· -1) L 电池反应： Ag+(1mol· -1) L Ag+(0.01mol· -1) L ∴ E+= EΘ (Ag+/Ag ) ＋ 0.0592 lg[c+(Ag+) /cΘ] E- = EΘ (Ag+/Ag ) - 0.0592 lg[c- (Ag+) /cΘ]
2Cr3＋＋7H2O
[Cr3+]2 [Cr2O72-].[H+]14
6
lg
(3) 溶液的浓度变化，影响电极电势的数值，从 而影响物质的氧化、还原能力。 由能斯特方程
E =
EѲ+
0.059lg
[氧化态]a [还原态]b
n 可知当氧化态物质的浓度增大(或还原态物质的 浓度减小)时，其电极电势的代数值变大，亦即氧 化态物质的氧化性增加； 反之还原态物质的浓度增大时，其电极电势的 代数值变小，亦即还原态物质的还原性增加。
5.4 原电池热力学
一、可逆电池 二、电池电动势与反应Gibbs函数变 三、氧化还原反应中的化学平衡 四、 电极电势的应用 五、电池介绍
一、可逆电池
①热力学上可逆，即通过原电他的电 流无限小，使电池内部始终无限近于平 衡状态； ②电极反应也是可逆的，即在化学上 为可逆反应。
Dianell电池
5.2 电极及其分类
电极就是原电池中半电池,每个电极就 对应着一个电对,就有一个半反应。
根据电对性质的不同，产生了不同类 型的电极。
电极类型
． 电极类型
金属-金属离 子电极
电对示例
Zn2+/ Zn
电极符号
Zn | Zn2+(c)
电极反应示例
Zn2+ + 2e- = Zn
气体电极
Cl2 / Cl-
例： Cr2O72－/Cr3＋，Zn2＋/Zn， Sn4+/Sn2+ ，
Fe3+/Fe2+ ， MnO4－/MnO2， SO42－/H2SO3，
任何一个氧化环反应都包含着两个电 对,每个电对代表着一个半反应。 如电对MnO4－/MnO2分别在弱酸性和 弱碱性介质中的还原半反应方程式。
电对符号 弱酸性 MnO4－/MnO2 MnO4－＋4H＋＋3e 弱碱性 MnO4－/MnO2 MnO4－＋2H2O＋3e
Pt, Cl2(p) | Cl- (c)
Pt | Fe2+(c1), Fe3+(c2)
Cl2 + 2e- = 2Cl-
离子型 电极 金属-金属难 溶盐电极
Fe3 + / Fe2+
Fe3+ + e- = Fe2+
Hg2Cl2 / Hg
Hg | Hg2Cl2 (s) | Cl-(c) Hg2Cl2+2e- =2Hg + 2Cl-
由于我们只能测得原电池的电动势，无法 测得电极电势的绝对值。 就人为规定标准氢电极的电极电势为0，来 测定其它电极的标准电极电势。
1)标准电极电势
以298.15K时的标准氢电极作为负极，待 测电极作为正极，组成原电池，待测电极也 要处于标准态时测得的电极电势就称为该电 极的标准电极电势(特指还原电极电势)。
对于电极反应来说，若有 a氧化态+ne b还原态 则有 [还原态]b RT [还原态]b Ѳ 0.059 E = EѲln [氧化态]= E - n lg a a
nF
[氧化态]
3. Nernst方程式
或 [生成物]b 0.059 E= EѲ- n lg [反应物]a
上述方程式称为能斯特方程，它表明氧化还原反应 中，溶质的浓度、气体的压力对电极电势的影响。
+
2e-
-2.868 2.71 2.372 1.662 0.7618 0.4030 0.257 0.1375 0.1262 0.0000 0.151 0.3419 0.771 0.7973 0.7996 1.498 2.866
氧 化 态 的 氧 化 性 增 强
氢电极使用不方便，常用甘汞电极代替标准氢 电极。 电极组成式 Pt，Hg，Hg2Cl2(s) | Cl-(c) 电极反应式 Hg2Cl2 + 2e-
+0.26808
+0.3337
L 0.1 mol· -1甘汞电极 Hg | Hg2Cl2 (s) | KCl(0.1 mol· -1) L
例：以标准铜电极与饱和甘汞电极组成与原电池，标准铜电
极为正极，饱和甘汞电极为负极，测得原电池电动势为 +0.1004V，求标准铜电极的电极电势。
解：该原电池以简式表示为 (-) Hg| Hg2Cl2 | KCl(饱和)‖ Cu2+(1mol· -1) |Cu(+) L 测得此原电池的电动势Eθ= + 0.1004V，则 E Θ ＝ E+ Θ － E- Θ ＝ E Θ Cu2＋／Cu－ 0.2415 ＝ 0.1004 ∴ E Θ Cu2＋／Cu ＝ E Θ + 0.2415 ＝ 0.1004 + 0.2415 ＝ 0.3419 V
2Hg + 2Cl-
298K时，饱和KCl 溶液时 E Θ = 0.2415 甘汞电极
优点：结构简单、使用方便、 电势稳定，最为常用。
电极名称 饱和甘汞电极
电极组成 Hg | Hg2Cl2 (s) | KCl(饱和)
电极电势E/V +0.2415
1 mol· -1甘汞电极 L
Hg | Hg2Cl2 (s) | KCl(1 mol· -1) L
还 原 态 的 还 原 性 增 强
Ca2-Ca Na-Na Mg2-Mg Al3-Al Zn2-Zn Fe2-Fe Ni2-Ni Sn2 -Sn （白）Pb2 -Pb 2H H2 Sn4 Sn2 Cu2-Cu Fe3-Fe Hg22-Hg Ag -Ag Au3-Au F2(g)-F
第五章
电化学基础
5.1 电化学的概念
电化学是研究化学能和电能相互 转化的一门科学
化学能 电能, G 0 电能 化学能, G 0
1. 氧化还原反应
定义：元素的氧化值发生了变化的化学应。
Sn2++Fe3+ → Sn4+ + Fe2+ 特点: （1）反应中存在着氧化剂与还原剂； （2）每一种元素存在着氧化态与还原态。 ox（氧化态）＋ ne- 还原 red（还原态） 氧化
E =
E+ － E-
注： 由于人为规定电极电势还原电极电势，而负极上发 生的氧化反应，所以前面加一负号。
2.标准电极电势
原电池的电动势与电极的属性、各物质的浓 度、温度有关。
人们规定298.15K，各物质处于标准态,即溶液 中离子浓度为1mol·L-1，气体分压为100.0 kPa时
测得的的电极电势为标准电极电势记为EѲ 。 同样在标准状态下，原电池的电动势称为标 准电动势，也记为EѲ 。
不可逆电池
Zn
Cu
Cu
Zn
H2SO4
Volta电池