《工程化学》课程教学资源_第3章 电化学基础（1）

山东理工大家标题SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY第三章电化学基础化学反应总是伴随着能量的变化(△rH,^rG）依照途径的不同，化学反应的能量可以转变为不同的能量形式。H2(g)+1/202(g)-H20(1)△,H* = -285.8KJ.mol-1

1 标题 - 1 - 第三章 电化学基础 化学反应总是伴随着能量的变化，（△rH， △rG）依照途径的不同，化学反应的能量可 以转变为不同的能量形式。 H2 (g)+1/2O2 (g)=H2O(l) 1 285.8 . −  H = − KJ mol r m 

山东理工大家标题SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOG该能量也可以其它形式释放出来.如燃气推动发动机以机械能形式,也可以电能释放(燃料电池)如作为热能再转化为机械能，总效率较低，若直接转化为电能，理论效率可达到100%，现该种燃料电池效率已达80%。现在氢能汽车就是用这种燃料电池。该类反应需要一种特殊的装置，（氧化剂和还原剂不直接接触，电子转移通过外电路，使反应的化学能转变为电能一一原电池）我们先研究比较简单的原电池一锌铜原电池2

2 标题 - 2 - 该能量也可以其它形式释放出来,如燃气推动 发动机以机械能形式,也可以电能释放(燃料电 池),如作为热能再转化为机械能，总效率较低， 若直接转化为电能，理论效率可达到100％，现 该种燃料电池效率已达80％。现在氢能汽车就 是用这种燃料电池。 该类反应需要一种特殊的装置，（氧化剂和 还原剂不直接接触，电子转移通过外电路，使 反应的化学能转变为电能－－原电池）。 我们先研究比较简单的原电池－锌铜原电池

山东理工大家标题第一节原电池SHANDONGUNIVERSITY OFTECHNOLOGY一、原电池的概念温度计12AT=6.5 °C保温瓶TCuso化学能转变为热能锌粉图4-1测定CuSO4溶液和Zn反应热效应的装置3

3 标题 - 3 - ℃ T1 T2 CuSO4 保温瓶 温度计 锌粉 T = 6.5 C 图4-1 测定 CuSO4 溶液和 Zn 反应热效应的装置 第一节 原电池 一、原电池的概念 化学能转变为热能

山东理工大家标题SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY产生的热量△H、动能改变T△S和势能改变△G可分别计算如下：Zn(s) + Cu?+(aq)= Zn2+(aq) + Cu(s)0064. 8-153. 9A,Hm° (298. 15)/(kJ·mol-1)33. 2-112. 1S.(298. 15)/(J-mol-1.K-l)41. 6-99. 6△, Hm (298. 15) = [(-153. 9) - 64. 8] kJ-mol-1 = -218. 7 J·mol-1△, S. e (298. 15) = [-112. 1 + 33. 2 - (-99. 6) - 41. 6] J-mol-1K-1=-20. 9 J-mol-1.K-1T△,Sm e (298. 15) = 298. 15 K X (-20. 9) J.mol-1.K-1 =-6. 23 kJ·mol-)A,Gm(298. 15) =A,Hm(298. 15)- TA,Sm(298. 15)= [-218. 7- (-6. 23)1 kJ·mol-1=-212.47kJ·mol-1换算成原电池E=1.1V4-

4 标题 - 4 - Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) f Hm θ (298. 15)/(kJmol−1 ) 0 64. 8 –153. 9 0 Sm θ (298. 15)/(Jmol−1 K−1 ) 41. 6 –99. 6 –112. 1 33. 2 r Hm θ (298. 15) = [(–153. 9) – 64. 8] kJmol−1 = –218. 7 Jmol−1 r Sm θ (298. 15) = [–112. 1 + 33. 2 – (–99. 6) – 41. 6] Jmol−1 K−1 = –20. 9 Jmol−1 K−1 Tr Sm θ (298. 15) = 298. 15 K × (–20. 9) Jmol−1 K−1 = –6. 23 kJ·mol–1 r Gm θ (298. 15) = r Hm θ (298. 15) – Tr Sm θ (298. 15) = [–218. 7– (–6. 23)] kJ·mol–1 = –212. 47 kJ·mol–1 换算成原电池E＝1.1V 产生的热量 ΔH、动能改变 TΔS 和势能改变ΔG 可分别计算如下：

山东理工大客标题SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY原电池X盐桥原电池是利用氧化还原反应将化学能转换KCIZnCu成电能的装置，电池所作的功，完全来自于系统的吉布斯函数变。ZnSO4CuSO4该原电池的电动势为图 4-2铜锌原电池1. 093 V。5

5 标题 该原电池的电动势为 1. 093 V。 原电池是利用氧化 还原反应将化学能转换 成电能的装置，电池所 作的功，完全来自于系 统的吉布斯函数变。 原电池 Zn ZnSO4 CuSO4 KCl A Cu – + 图 4-2 铜锌原电池 e – 盐桥 - 5 -

山东理工大家SHANDONGUNIVERSITY OFTECHNOLOGY这一反应可在下列装置中分开进行A盐C桥XZnCuZn2+Cu2+SOSO

6 - 5 - 这一反应可在下列装置中分开进行

山东理工大客SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY原电池的组成二、原电池的结构?盐桥的作用盐桥盐桥内含KCl 或KCIZnCuNaNO, 溶液，可用琼脂溶胶或多孔塞保护、维持电流畅通。ZnSO4CuSO4图 4-2铜锌原电池

- 5 - 7 盐桥的作用 盐桥内含 KCl 或 NaNO3 溶液，可用琼脂 溶胶或多孔塞保护、维 持电流畅通。 原电池的结构 二、原电池的组成 Zn ZnSO4 CuSO4 KCl A Cu – + 图 4-2 铜锌原电池 e – 盐桥

山东理工大家SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY(1)半电池和电极锌片和硫酸锌溶液构成锌半电池，半电池的导体叫电极。锌片是给出电子的电极，叫负极铜片和硫酸铜溶液构成铜半电池，半电池的导体叫电极。铜片是得到电子的电极，叫正极(2)盐桥：“U”形玻璃管中，饱和的KCI溶液和琼脂（形成冻胶），沟通两个半电池，使溶液保持电中性。(3)外电路：用金属导线把一个灵敏电流计与两个电极串联起来，接通外电路-

8 - 5 - (1)半电池和电极 锌片和硫酸锌溶液构成锌半电池，半电池的导 体叫电极。锌片是给出电子的电极，叫负极。 铜片和硫酸铜溶液构成铜半电池，半电池的导 体叫电极。铜片是得到电子的电极，叫正极。 (2)盐桥：“Ｕ”形玻璃管中，饱和的KCl溶液和琼 脂（形成冻胶），沟通两个半电池，使溶液保持 电中性。 (3)外电路：用金属导线把一个灵敏电流计与两个 电极串联起来，接通外电路

山东理工大家3.现象及解释SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY(1)检流计指针偏动，且有方向性可知：电子流动方向，正负极氧化反应电子流出极(Zn)： Zn-2e==Zn2+电子流入极(Cu)：Cu2++2e==Cu还原反应(2)锌片逐渐变薄，铜片逐渐增厚Zn不断溶解Zn-2e==Zn2+Cu2+得到电子不断沉积Cu2++2e==Cu(3)取出盐桥，电流回到零点，放回盐桥，指针又偏转

9 3.现象及解释 ⑴检流计指针偏动，且有方向性 可知：电子流动方向，正负极 电子流出极(Zn)：Zn-2e==Zn2+ 氧化反应 电子流入极(Cu)：Cu2++2e==Cu 还原反应 ⑵锌片逐渐变薄，铜片逐渐增厚 Zn-2e==Zn2+ Zn不断溶解 Cu2++2e==Cu Cu2+得到电子不断沉积 ⑶取出盐桥，电流回到零点，放回盐桥，指 针又偏转

山东理工大家三.原电池的表示方法SHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY用“表示盐桥负极写在左边正极写在右边浓度(-) Zn / Zn?+(c) // Cu2+(c) / Cu(+)1”表示相与相之间的界面

10 (-)Zn | Zn2+(c1 ) Cu2+(c2 ) | Cu(+) 负极写在左边 正极写在右边 “| ” 表示相与相之间的界面 浓度 用“||”表示盐桥 浓度 三.原电池的表示方法