《工程化学》课程教学资源_课件2021版_3-1 电化学基础（1）

力东理工大深 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第三章电化学基础 化学反应总是伴随着能量的变化，（△H, △G)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)=H201) A,H=-285.8KJ.mol

1 - 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)=H2 O(l) 1 285.8 . −  H = − KJ mol r m 

归东理王大溪 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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铜锌原电池 -2

2 - 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－铜锌原电池

第一节原电池 力东理王大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 原电池的概念 温度计 T2 △T=6.5C 保温瓶 T CuSO 化学能转变为热能 测定CuSO4溶液和Zn反应热效应的装置

3 - 3 - ℃ T1 T2 CuSO4 保温瓶 温度计 锌粉 T = 6.5 C 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

归东理王大军 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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)Cu2+(aq) Zn2(aq)+Cu(s) △rHm9(298.15)/kJ-mol1)0 64.8 -153.9 0 Sm(298.15)/J-mo1.K-)41.6-99.6 -112.1 33.2 △Hm9(298.15)=[(-153.9)-64.8]kJmo1=-218.7J-mol-1 4S(298.15)=-1121+33.2-(-99.6-4161J-mo1K =-20.9 J.mol-1.K T△Sm9(298.15)=298.15K×(-20.9)Jmo1.K1=-6.23 kJ.mol-1 AGm9(298.15)=AHnm°(298.15)-TASm9(298.15) =[-218.7-(6.23)]kJmo-1 =-212.47 kJ.mol-1 换算成原电池E=1.1V -4-

4 - 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：

力东理王大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 原电池 原电池是利用氧化 盐桥 还原反应将化学能转换 成电能的装置，电池所 Zn 作的功，完全来自于系 统的吉布斯函数变。 ZnS04 CuSO4 该原电池的电动势为 1.093V。 铜锌原电池

5 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 – + 铜锌原电池 e – 盐桥 - 5 -

力东理工大军 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 这一反应可在下列装置中分开进行 A 盐C桥 Zn SO: Cu2*SO 5

6 - 5 - 这一反应可在下列装置中分开进行

力东理王大 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 二、原电池的组成 原电池的结构 盐桥的作用 盐桥 盐桥内会KCI或 Zn KCI Cu NaNO3溶液，可用琼脂 溶胶或多孔塞保护、维 持电流畅通。 ZnS04 CuSO4 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 – + 铜锌原电池 e – 盐桥

归东理王大彩 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY (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KC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

3.现象及解释 归东理工大彩 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY (1)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 (2)锌片逐渐变薄，铜片逐渐增厚 Zn-2e==Zn2+ Zn不断溶解 Cu2+2e=CuCu2+得到电子不断沉积 (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

三.原电池的表示方法出东理二大多 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 用“”表示盐桥 负极写在左边 正极写在右边 浓度 ()Zn[Zn2 (c Cu2 (e)]Cu( “”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