福州大学：《大学化学》第五章 电化学与金属腐蚀

第5章电化学与金属腐蚀 §5.1原电池 组成和反应 1化学能转化为电的 能的装置 中杯 乙 图11-1韻原电

第5章 电化学与金属腐蚀 §5.1原电池 一、组成和反应 1.化学能转化为电 能的装置

能自发进行的反应才具有能量,即AG<0的反 应 可利用的最大化学能等于△G的数值: 电功(非体积功)Wmax=-△G 电池反应一般是一氧化还原反应: Zn+Cu2+(aq)←→zn2+(aq)+Cu 标态下,298K时△rG=△fGan2+-△G°cu2+ 14706-65249=-212.31 <Jmol-I

◼ 能自发进行的反应才具有能量，即ΔG<0的反 应； ◼ 可利用的最大化学能等于ΔG的数值： 电功（非体积功）Wmax＝－ΔG. ◼ 电池反应一般是一氧化还原反应： Zn+ Cu2+(aq)←→Zn2+(aq)+ Cu 标态下，298K时ΔrGø＝ ΔfGø Zn2+－ ΔfGø Cu2+ ＝－147.06－65.249＝－212.31kJ.mol-1

2.电池反应和电极反应 电池反应一般是一氧化还原反应 zn+Cu2+(aq)←→Zn2(aq)+Cu 分为两个半反应:氧化半反应Zn→zn2+(aq)+2e 还原半反应Cu2+(aq)+2e→Cu 电池负极(-)输出电子,即失电子的反应 (-)Zn→Zn2+(aq)+2e ■电池正极(+)得到电子的反应 (+)Cu2+(aq)+2e→Cu 两个电极反应相加就是电池反应

2.电池反应和电极反应 ◼ 电池反应一般是一氧化还原反应 Zn+ Cu2+(aq)←→Zn2+(aq)+ Cu 分为两个半反应：氧化半反应Zn →Zn2+(aq)+2e 还原半反应Cu2+(aq) +2e→ Cu ◼ 电池负极（－）输出电子，即失电子的反应 （－） Zn →Zn2+(aq)+2e ◼ 电池正极（＋）得到电子的反应 （＋） Cu2+(aq) +2e→ Cu 两个电极反应相加就是电池反应

注意电极反应就是半反应,有关某个元 素的得或失电子的反应;同样需要配平。 MnO4→Mn2+ MnO4+5e→Mn2+ MnO+8H++5e= Mn2++4H0 配平要注意:酸性介质H+一H2O, 碱性介质用OH一H2O

◼ 注意电极反应就是半反应，有关某个元 素的得或失电子的反应；同样需要配平。 ◼ MnO4 －→ Mn2＋ ？ MnO4 －+5e → Mn2＋ MnO4 －+8H＋＋5e ＝ Mn2＋+4H2O 配平要注意：酸性介质H＋－H2O， 碱性介质用OH－－H2O

3、电池符号一图式表示 电极表示 铜电极:p 锌电极:Zn|Zn2+ 图11-1钾原电格 ■图式表示:(-)Zn|Zn2+(c1川Cu2+(C2)|Cu(+)

3、电池符号－图式表示 ◼ 电极表示 铜电极：Cu|Cu2+ 锌电极：Zn |Zn2+ ◼ 图式表示：(-) Zn |Zn2+(c1 )‖Cu2+ (c2 ) |Cu (+)

几种不同电极的表示 ■氧化态还原态均为溶液:Fe3++e-=Fe2+ 要加惰性电极,如Pt,c等:Pt|Fe2+,Fe3+ 有气体参与反应:2H++2e=H2 也要加惰性电极:(Pt)H2|H(c) ■有沉淀参与反应:AgC|+e=Ag+Cl Ag AgCl, cl(c)

◼ 氧化态还原态均为溶液：Fe3+ + e- ＝Fe2+ 要加惰性电极，如Pt，C等：Pt |Fe2+ , Fe3+ ◼ 有气体参与反应：2H＋+2e＝H2 也要加惰性电极: (Pt) H2 |H+ (c) 几种不同电极的表示 ◼ 有沉淀参与反应：AgCl+ e＝Ag+ Cl－ Ag|AgCl,Cl－(c)

整反应→两个半反应→图式表示 ←(电极反应) Cr2On2-+6Fe2++14H+=23++6Fe3++7H2O (+)C2O2+14H++6e=2C3++7H2O 2 3+ e ()PtFe2 Fe+il C r+, Cr20,2-Pt(+) ■(-)(C)L2|I(c1)‖Fe2+(c2),Fe3+(c3)|c(+) +)Fe3++e=Fe2+ )2I=I2+ 2e 总反应:2Fe3++2I=2Fe2++I2

整反应→两个半反应→图式表示 ←(电极反应) ← ◼ Cr2O7 2－+6Fe2＋+14H＋＝2Cr3＋+6Fe3++7H2O (+) Cr2O7 2－ +14H＋+6e ＝ 2Cr3＋ +7H2O (－) Fe2＋－e ＝ Fe3+ (－)Pt|Fe2+ , Fe3+‖ Cr3＋ , Cr2O7 2－ | Pt (+) ◼ (－) (C) I2|I－ (c1 ) ‖ Fe2+ (c2 ), Fe3+ (c3 ) | C (+) +) Fe3+ + e ＝Fe2+ －) 2I－＝I2+ 2e 总反应：2Fe3+ + 2I－ ＝2Fe2+ + I2

、反应△rG与电池电动势关系 Zn+Cu2+(aq)←→zn2+(aq)+Cu 标态下,△rG°=△fGzn2+-△fG°(u2+ 298K时=-14706-65249=-21231 kJ. mol- 电功(非体积功)Wmax=-△G

二、反应ΔrG 与电池电动势关系 Zn+ Cu2+(aq)←→Zn2+(aq)+ Cu 标态下，ΔrGø＝ ΔfGø Zn2+－ ΔfGø Cu2+ 298K时 ＝－147.06－65.249＝－212.31kJ.mol-1 ◼ 电功（非体积功）Wmax＝－ΔG

1. Nernst方程 电功W=IV·t=电量·电压 n×6.023×1023×1.602×10-19×E =n×96485×E=nFE △rG=nFE 标态下反应:-△rG=nFE △rG=△rG0+RTnQ E=E0-RThnFInQ E=Eo-00592/n IgQ

－ΔrG ＝nFE 电功W＝I·V·t＝电量•电压 ＝n× 6.023 ×1023 ×1.602 ×10-19 ×E ＝n ×96485 ×E＝nFE 标态下反应：－ΔrG ø ＝nFE ø ΔrG ＝ ΔrG ø+RT ·lnQ E ＝ E ø－RT/nF ·lnQ E ＝ E ø－0.0592/n ·lgQ 1.Nernst方程

2反应平衡常数与电池标准电动势的关系 △rG0 nfe g 同时,△rG0=- RT InK0 Ink g- nFEO nE lg K RT 0.0592

ΔrG ø ＝ － nFE ø 同时， ΔrG ø ＝ －RT·lnK ø lnK ø = 2.反应平衡常数与电池标准电动势的关系 0.0592 lg o o o nE K RT nFE =