电化学原理与应用PPT课件

第三章 电化学原理与应用
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总体概述
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目录
§3.1 氧化还原反应基本概念 §3.2 原电池 §3.3 电池电动势与电极电势 §3.4 影响电极电势的因素 §3.5 电极电势及电池电动势的应用 §3.6 电解与化学电源 §3.7 金属的腐蚀及其防止4Fra bibliotek氧化值
氧化值是元素一个原子的荷电数，这种 荷电数由假设把每一个键中的电子指定给电 负性更大的原子而求得。
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❖ 确定氧化值的方法如下： ❖ a 一些规定 ❖ 在单质中，元素的氧化值皆为零。如白磷(P4)中磷的氧化
值。 ❖ 氧的氧化值在正常氧化物中皆为－2；在过氧化物（如
H202、BaO2等）中，氧的氧化值为-1，在超氧化合物（如KO2） 中，氧化值为-1/2。在氟化物中（OF2）氧化值为+2。 ❖ b 在离子型化合物中，元素原子的氧化值就等于该原子的离 子电荷。 ❖ C 在共价化合物中，将属于两原子的共用电子对指定给两原 子中电负性更大的原子以后，在两原子上形成的电荷数就是 它们的氧化数。共价化合物中元素的氧化数是原子在化合状 态时的一种形式电荷数。 ❖ d 在结构未知的化合物中，某元素的氧化值可按下述规则求 得：原子或离子的总电荷数等于各元素氧化值的代数和。分 子的总电荷数等于零。
H+(c)|H2 (p) |Pt
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四类常见电极
电极类型 电对(例)
金属电极
Zn2+/Zn
非金属电 极 Cl2/Cl氧化还原电极 Fe3+/Fe2+
难溶盐电极 AgCl/Ag
电极的图式 Zn2+(c) | Zn Cl- (c) | Cl2(p) | Pt Fe3+ (c1),Fe2+ (c2) | Pt Cl- (c) | AgCl | Ag
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❖ 按以上规则，就可以求得各种化合物中不同元
素的氧化数。
❖ 例如:K2Cr2O7: Cr的氧化值为____
❖
Fe3O4 : Fe的氧化值为____
❖
Na2S2O3 : S的氧化值为____
❖
CaH2 : H的氧化值为____
❖
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❖
❖
K2Cr2O7: Cr的氧化值为 +6，
❖
Fe3O4 : Fe的氧化值为 +8/3，
❖
Na2S2O3 : S的氧化值为 +2。
❖
CaH2 : H的氧化值为 -1。
❖ 由上述可知，氧化值是按一定规则指定的形式电 荷数值，它是一个有一定人为性的、经验的概念。它 可以是负数，也可以是正数，自然也可以是分数。
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§3.2 原电池
1、原电池的组成 将氧化还原反应的化学能转变为电能的装置。
Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ rGmθ(298.15K) = -212.55 kJ·mol-1
Cu2+ + 2e = Cu （还原反应） Zn - 2e = Zn2+ （氧化反应）
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工作状态的电池同时发生 三个过程： 1.两个电极表面分别发生 氧化反应和还原反应。 2.电子流过外电路。 3.离子流过电解质溶液。
铜锌原电池，亦叫 Daniell 电池
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电池反应：
正极反应： 负极反应：
Cu2+ + Zn→Zn2+ + Cu
负极反应： Cu(s) = Cu2+(aq) + 2e 正极反应： 2Ag+(aq) + 2e = 2Ag(s)
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(2)半反应（电极反应）涉及同一元素的氧化态和 还原态：
a(氧化态) + ne
b(还原态)
式中n是电极反应中转移的电子数
还原态物质，如上面所写的半反应中的Zn、Cu、 Ag等；氧化态物质，如Zn2+、Cu2+、Ag+等。
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§3.1 氧化还原反应基本概念
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2
Zn: 还原剂，在反应过程中失去电子，使氧化剂还 原，表现还原性。自身被氧化。 Zn2+ 是它的氧化 产物。 H+：氧化剂，在反应过程中得到电子，使还原剂 氧化，表现氧化性，自身被还原。 H2是它的还原 产物。
氧化与还原——对立的统一体
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(4) 原电池装置可用图式表示。
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的溶液。同时 表示出相应的离子浓度或气体压力。
例如：Cu-Zn原电池可表示为:
(-)Zn｜ZnSO4(c1) CuSO4(c2)｜Cu(+)
Cu2+ +2e- Cu Zn - 2e- Zn2+
电势:
Zn—低, Cu—高
电极名:
Zn—负, Cu—正
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盐桥的作用：盐桥是一倒插的U型管或其它装置,内含KCl或
KNO3溶液，可用琼脂溶胶或多孔塞保护，使KCl或KNO3溶液 不会自动流出。补充电荷、维持电荷平衡。
铜锌原电池由三个部分组成： 两个半电池—锌片与锌盐溶液，铜片与铜盐溶液。
氧化态物质与还原态物质间这种互相依存、互相 转化的“共轭”关系，与酸碱质子论中的“共轭酸 碱对”极为相似。
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(3) 组成电对的氧化态和相应的还原态物质，通常 称为氧化还原电对，用符号“氧化态/还原态”表示。
如，铜锌原电池中的两个半电池的电对可分别表示为 Zn2+/Zn 和 Cu2+/Cu。
又如:Fe3+/Fe2+, O2/OH-, Hg2Cl2/Hg, MnO4-/Mn2+ 等。
又如：Cu-Ag原电池可表示为:
(-)Cu｜CuSO4(c1) AgNO3(c2)｜Ag(+)
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3 电极类型
可用来组成半电池电极的氧化还原电对，除金属 与其对应的金属盐溶液以外，还有非金属单质及其对 应的非金属离子(如H2/H+，O2/OH-，Cl2/Cl-)、同一种 金属不同价态的离子(如Fe3+/Fe2+，Cr2O72-/Cr3+，MnO4/Mn2+)等。对于后两者，在组成电极时常需外加惰性导 电材料(惰性电极)如Pt，以氢电极为例，可表示为：
金属导线 盐桥
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2 若干概念
(1)半电池是原电池的主体
组成半电池的导体和电对叫电极。在原电池中习惯用正极和 负极的名称。电极的正负可根据电子运动方向来确定。 分别在两个半电池上发生的氧化或还原反应叫作半反应，也 叫电极反应。 发生的氧化还原总反应称为电池反应。
如：电池反应： Cu(s) + 2Ag+(aq) = Cu2+(aq) + 2Ag(s)