第二炮兵工程学院：《大学化学（工程化学基础）》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十一讲 氧化还原反应与能源的开发利用

第二炮兵工程学院大学化学课件△ 第十一讲 34氧化还原反应与能源的开发利用

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第二炮兵工程学院大学化学课件△ 、氧化还原反应的能量变化 化学反应:氧化还原反应和非氧化还原反应 (电子 得失的角度) 氧化还原反应:因为伴随着微粒运动和电子得失而使微粒的 运动动能和微粒之间势能的改变,即伴随着能量的变化。 如Cus04溶液中加入Zn粉,其化学反应为: Cu2++Zn Cu+ Zn2+ AHo(298.15)=-217.2kJmo1-1 该反应放出能量:即系统动能改变与势能改变之和

第二炮兵工程学院 化学反应：氧化还原反应和非氧化还原反应 （电子 得失的角度） 氧化还原反应：因为伴随着微粒运动和电子得失而使微粒的 运动动能和微粒之间势能的改变，即伴随着能量的变化。 如CuSO4溶液中加入Zn 粉，其化学反应为： Cu 2+＋Zn = Cu ＋Zn 2+ ΔHm o(298.15)= - 217.2 kJ·mol -1 该反应放出能量：即系统动能改变与势能改变之 和

第二炮兵工程学院大学化学课件△ △Gm(29815)=△rHn(29815)-T△Sm(29815) 式中:T△Sm代表反应系统的动能变化量 (△Sn表示混乱程度),显然,△Gn代表反应系 统的势能变化量。 将上述反应装配成原电池,反应中有电子的得失 转移,必然有电动势能的变化量,即电所做之功 电功。根据热力学推导,△Gn是反应系统作非体积 功W非的能量,在这种反应配成的原电池系统中,非 体积功即为电功We,因此,△G=W非=We。 根据法拉第定律:We=nFE

第二炮兵工程学院 ΔrGm(298.15)=ΔrHm(298.15)－TΔrSm（298.15） 式中： TΔrSm 代表反应系统的动能变化量 （ ΔrSm表示混乱程度），显然，ΔrGm代表反应系 统的势能变化量 。 将上述反应装配成原电池，反应中有电子的得失 转移，必然有电动势能的变化量，即电所做之功—— 电功。根据热力学推导， ΔrGm是反应系统作非体积 功W非的能量，在这种反应配成的原电池系统中，非 体积功即为电功We ，因此，ΔG＝W非 = We。 根据法拉第定律：We =- nFE

第二炮兵工程学映大学化学课件△ 通过以上讨论,根据热力学原理,在等温 等压条件下,系统吉布斯函数变△G等于原电池 可能作的最大电功(qE),即:△G=We= qE=-nFE。 标准状态下,-△Gn°=nFEo 当反应达到平衡时,即原电池没有电流通过 时,E=0,△G=0,有 △G nFe o lg K 303RT2.303RT 其中,EO,K和△Gn都与温度T有关。如果温度 是29815K,则 8k0 E 0.059V

第二炮兵工程学院 通过以上讨论，根据热力学原理，在等温、 等压条件下，系统吉布斯函数变ΔG等于原电池 可能作的最大电功（qE），即：ΔG = We = - qE = -nFE。 标准状态下，-ΔrGm o= nFEo 当反应达到平衡时，即原电池没有电流通过 时，E=0，ΔG=0，有 其中，EO，KO和ΔrGm都与温度T有关。如果温度 是298.15 K，则 0 0 0 lg 2 .3 0 3 2 .3 0 3 r G m n F E K R T R T     0 0 l g 0 . 0 5 9 n E K V 

第二炮兵工程学院大学化学课件 结论 任何氧化还原反应都可装配 成原电池。它们的吉布斯函数变和 电动势的关系可用前述式将其表示 出来,化学能与电能相互转化

第二炮兵工程学院 结论 任何氧化还原反应都可装配 成原电池。它们的吉布斯函数变和 电动势的关系可用前述式将其表示 出来，化学能与电能相互转化

A C SO SO () Zn Znso4(C) Cuso4 (C) Cu (+)

A e- e- Zn Cu Zn2+ SO4 2- Cu2+ SO4 2- (-) Zn | ZnSO4 2-(C) || CuSO4 2-(C) | Cu (+)

第二炮兵工程学映大学化学课件△ ■■■■■■■■■■■■■■■ 电化学 ■■■■■■■■■■■■■■■■ 原电池 化学能 电能 电解

第二炮兵工程学院 化学能 电能 原电池 电解 电化学

第二炮兵工程学映大学化学课件△ 二、原电池 A 原电池组成 灬电极电势 灬能斯特方程 灬电动势与吉布斯函数变 灬电极电势的应用

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第二炮兵工程学映大学化学课件△ 原电池组成 Cu-Zn原电池 Cu2+(aq)+ Zn(s) Zn2+(ag)+ Cu(s) △H9(29815K)=-218.66kJmo1 沟通回路 Zn 盐桥 Cu c K+ ZnSO4 CuSO4 我的新电池.swf饱和KC溶液琼脂胶冻 教研蜜

第二炮兵工程学院 Cu – Zn 原电池 Cu2+ (aq) + Zn (s) Zn2+ (aq) + Cu（s） △Hθ(298.15K) = - 218.66kJ·mol -1 饱和KCl溶液琼脂胶冻 - + ZnSO4 CuSO4 Zn Cu Cl - K+ 盐桥 e - 沟通回路 e - 我的新电池.swf

第二炮兵工程学晚大学化学课件 原电池图示(符号) (-)Zn Znso4(C) CusO4(C)) Cu(+) 电池反应 Cu2+(ag)+Zn(s) Zn2+(aq)+ Cu(s) 电极反应 (-)Zn()Zn2+(aq)+2e氧化过程 (+)Cu2+(aq)+2e-Cu(s)还原过程 通式 a(氧化态)+ne b(还原态)509教研鲨

第二炮兵工程学院 ( - ) Zn ZnSO4 (C1) CuSO4 (C2) Cu ( + ) Cu2+ (aq) + Zn (s) Zn2+ (aq) + Cu (s) ( - ) Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e - 氧化过程 ( + ) Cu2+ (aq) + 2e - Cu (s) 还原过程 a（氧化态）+ ne - b（还原态）