普通化学精第四章PPT课件

.,1,第四章电化学基础,.,2,.,3,.,4,4.1原电池,4.1.2原电池的符号,4.1.1原电池的组成,.,5,利用氧化还原反应产生电流的装置称为原电池。,4.1.1原电池的组成,1.定义,.,6,(1)检流计指针偏转，有电流通过，电子流动方向负极到正极，锌片为负极，铜片为正极。,(2)在铜片上有金属铜沉积上去，而锌片则被溶解。,(3)盐桥（KCl+琼胶）起沟通作用，Cl-向ZnSO4中移动，K+向CuSO4中移动。,2.现象,.,7,负极氧化反应,正极还原反应,原电池由两个“半电池”组成，如原电池，由溶液，溶液构成的两个“半电池”组成。所发生的反应称为电极反应或半电池反应。,电池反应：,3.电极反应和电池反应,.,8,氧化型物质和还原型物质在一定条件下，可互相转化。,氧化型物质:半电池中高氧化数的，如Zn2+。还原型物质：半电池中低氧化数的，如Zn。,氧化型+还原型,4.氧化还原电对,氧化还原电对：由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成，Zn2+/Zn，H+/H2。,.,9,把负极（_）写在左边，正极（+）写在右边；其中“”表示两相界面，“”表示盐桥；c1、c2表示溶液的浓度（气体以分压表示）。,4.1.2原电池的符号,.,10,如果组成电极的物质是非金属单质及其相应的离子，或者同一种元素不同氧化数的离子。如，需外加惰性电极（能够导电而不参加电极反应），铂，石墨等。,.,11,(-)Pt|Sn2+(c1),Sn4+(c2)|Fe3+(c3),Fe2+(c4)|Pt(+),原电池符号：,.,12,(-)Pt|CO2(p)|C2O42-(c1)|MnO4-(c2),Mn2+(c3),H+(c4)|Pt(+),原电池符号：,.,13,电极与氢电极组成的原电池符号：,氢电极和电极组成的原电池符号：,.,14,4.2.1电极电势,4.2电极电势和电动势,4.2.2原电池的电动势,4.2.3电极电势的测定,.,15,当把金属浸入其盐溶液时，在金属与其盐溶液的接触界面上就会发生溶解和沉积两个不同的过程，当溶解速率和沉积速率相等时，达到动态平衡：活泼金属失电子倾向大，平衡时，金属表面带负电荷。,4.2.1电极电势,.,16,由于双电层作用在金属表面和它的盐溶液之间产生的电势差叫做该金属的电极电势，简称电极电势，用来表示。,电极电势的产生,.,17,原电池的电动势就是两个电极之间的电极电势之差，用E表示。,若构成两电极的各物质均处于标准状态，则电池的标准电动势E为：,4.2.2原电池的电动势,.,18,规定：“标准氢电极”的电极电势为零。,4.2.3电极电势的测定,.,19,用标准氢电极与其它各种标准状态下的电极组成原电池，测得这些电池的电动势，从而计算各种电极的标准电极电势：,.,20,测定电对的标准电极电势,电池反应：,原电池符号：,原电池的标准电动势：,.,21,因,.,22,电极反应均为还原反应，是还原电势；,代数值越小，还原型物质的还原能力越强，氧化型物质的氧化能力越弱;,标准电极电势与半反应中的系数无关。,注意,.,23,4.3.1原电池电动势的能斯特方程,4.3能斯特方程,4.3.2电极电势的能斯特方程,.,24,对于一个原电池反应：aA(aq)+bB(aq)=cC(aq)+dD(aq),根据化学反应等温式：,4.3.1原电池电动势的能斯特方程,.,25,在298.15K时，,-原电池电动势的能斯特方程,.,26,对于电极反应：氧化型+还原型,4.3.2电极电势的能斯特方程,.,27,写出以下各电极电势的能斯特方程,例4.3,.,28,.,29,.,30,.,31,4.4.1浓度对电极电势的影响,4.4电极电势的影响因素,4.4.2酸度对电极电势的影响,对于电极反应：氧化型+还原型,.,32,当体系温度一定时，电极电势除与标准电极电势有关外，还有c(还原型)/c(氧化型)的比值大小有关，该比值越大，值越小。,4.4.1浓度对电极电势的影响,.,33,计算298.15K时，锌电极的电极电势。,解：从附录查出,电极反应为：,.,34,根据能斯特方程，当时，,.,35,4.4.2酸度对电极电势的影响,.,36,解：电极反应为：,.,37,.,38,.,39,.,40,4.5.1判断原电池正负极，计算原电池电动势,4.5.2判断氧化剂或还原剂的相对强弱,4.5.3判断氧化还原反应的方向,4.5.4判断氧化还原反应的限度,4.5电极电势的应用,.,41,电极电势代数值较大的电极为正极，电极电势代数值较小的电极为负极。电池电动势等于两电极的电极电势之差，即,4.5.1判断原电池正负极，计算原电池电动势,.,42,判断下述二电极所组成的原电池的正负极，并计算此电池在298.15K时的电动势。（1）（2）,.,43,.,44,.,45,若氧化还原电对的电极电势代数值越小，则该电对中的还原型物质越易失去电子，是较强的还原剂，其对应的氧化型物质就越难得到电子，是较弱的氧化剂。若电极电势的代数值越大，则该电对中氧化型物质是较强的氧化剂，其对应的还原型物质就是较弱的还原剂。,4.5.2判断氧化剂或还原剂的相对强弱,.,46,判断以下氧化剂、还原剂的相对强弱,.,47,当时，E0该反应能自发进行当时，E0则反应不能自发进行E可做为氧化还原反应自发进行的判据,标准态时，由可求原电池,4.5.3判断氧化还原反应的方向,.,48,判断下列氧化还原反应进行的方向。,解：先从附录8中查出各电对的标准电极电势：,.,49,.,50,在298.15K时，,.,51,试计算反应,在298.15K下进行的限度。,.,52,.,53,电解池（电解槽）是将电能转变为化学能的装置。,4.6.1电解池,4.6电解,.,54,动画来源于：新课程资源网,.,55,电能转化为化学能,阳极（接电源正极）,阴极（接电源负极）,阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移,化学能转化为电能,负极,正极,阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移,都是氧化还原反应,.,56,例如电解0.1moldm3NaOH溶液,电解液中离子转移至电极并在其上给出或获取电子发生氧化或还原反应的过程叫离子的放电。阳极上OH离子放电，阴极上H+离子放电。,.,57,电解时由于分解产物在电极上形成原电池产生的反向电动势，称为理论分解电压，用E理分表示。,4.6.2分解电压,1.理论分解电压,.,58,电解0.1moldm3NaOH溶液，生成的H2和O2分别吸附在铂片表面，形成了氢电极和氧电极组成了原电池。298.15K时，H+/H2和O2/OH的电极电势分别为多少？理论分解电压是多少？,.,59,.,60,此电池电动势的方向和外加电压相反。显然，要是电解顺利进行，外加电压必须克服这一反向电动势。理论上要加1.23V的直流电即可。故1.23V称为理论分解电压。实际上，施加1.23V电压时，电解池的电流极小且变化很不显著，水的分解基本没有发生。当电压超过1.70V后，电流迅速增大。这时两极产生大量气泡，电解反应明显发生。,.,61,电解过程中超电压的产生和两极反应的超电压有关，也受极板材料和析出物质种类的影响。,2.实际分解电压,3.超电压,使电解得以顺利进行的最低电压称为实际分解电压。电解水的E实分=1.70V,实际分解电压与理论分解电压之间的差称为超电压。E超=E实分E理分,.,62,在阳极上析出的是电极电势代数值小的还原态物质，在阴极上析出的是电极电势代数值大的氧化态物质。,一般放电顺序如下：阳极：金属阳极（除Pt、Au外）失电子放电大于简单负离子（如S2、I、Cl等）放电，大于OH离子放电。OH只比含氧酸根离子易放电。阴极：电极电势比Al大的金属离子首先得电子，电极电势比Al小的金属离子不放电，而是H+放电得到H2。,4.6.3电解产物的判断,.,63,例如用石墨电极电解Na2SO4水溶液。,在电解池的阴极：H+和Na+可能放电，按上述规律应是H+放电，得到H2。,这个结果相当于电解水，电解质Na2SO4只起到增加溶液导电性的作用。,.,64,在阳极OH和SO42可能放电，还有金属电极可能溶解。此时首先是金属电极溶解；在阴极有H+和Ni2+可能放电，按上述规律应是Ni2+离子放电，在阴极有金属镍析出。,例如用金属镍做电极电解NiSO4水溶液。,.,65,以被镀零件为阴极材料，利用电解原理将金属镀在零件表面上的过程。,4.6.4电解的应用电镀,1.电镀,电镀装置主要由阳极、阴极、电解液三部分组成。,.,66,2.镀层的分类,(1)按照基体金属和镀层的电化学关系。,(2)按照镀层的用途。,.,67,67,.,68,68,.,69,4.7.1金属腐蚀的分类,4.7金属的腐蚀与防护,1.化学腐蚀,2.电化学腐蚀,当金属与电解质溶液接触时，由于电化学作用而引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。,单纯由化学作用而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。,金属腐蚀：当金属与周围介质接触时,由于发生化学作用或电化学作用而引起金属的破坏。,.,70,化学腐蚀是发生在金属的表面，受温度影响很大。,例如，钢材在高温下容易被氧化，生成一层由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的氧化皮，同时发生脱碳现象。,电化学腐蚀不仅发生在金属表面，而且可以深入到金属内部。,例如:钢铁在各种酸类，碱类及盐类溶液中的腐蚀等都是电化学腐蚀。,电化学腐蚀与化学腐蚀的区别：,.,71,当介质的酸性较大、在酸性土壤中(pH4)、钢铁酸洗时，阴极主要析出氢气。腐蚀电池的反应为:阴极：2H+(aq)+2e=H2(g)阳极：Fe2e=Fe2+,Fe2+(aq)+2OH(aq)=Fe(OH)2(s),电化学腐蚀类型,析氢腐蚀,.,72,钢铁在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀反应式如下:阳极:2Fe4e=2Fe2+阴极:O2+2H2O+4e=4OH2Fe2+4OH=2Fe(OH)2,吸氧腐蚀,.,73,将较活泼金属或其合金连接在被保护的金属上，较活泼金属作为腐蚀电池的阳极而被腐蚀，被保护的金属得到电子作为阴极而不受腐蚀。常用牺牲阳极是Al、Zn和Mg的合金。该法常用于保护海轮外壳，锅炉和海底设备。,(1)牺牲阳极保护法,4.7.2金属腐蚀的防护方法,1.阴极保护法,.,74,(2)外加电流法,在外加直流电的作用下，以废钢或石墨等难溶性导电物质为阳极，将被保护金属作为电解池的阴极而使被保护金属免受腐蚀的方法。,.,75,将被保护设备与外加直流电源的正极相连，在一定的电解质溶液中将金属进行阳极极化至一定电位，如果在此电位下金属能建立起钝态并维持钝态则阳极过程受到抑制，从而显著降低金属的腐蚀速度，该方法称为阳极保护法。适用于钝化溶液和易钝化的金属组成的腐蚀体系。,2.阳极保护法,.,76,在腐蚀介质中,加入少量能减小腐蚀速率的物质以防止腐蚀的方法叫做缓蚀剂法。所加物质为缓蚀剂。,(1)无机缓蚀剂,使金属表面形成保护膜或沉淀物，多用于中性或碱性介质。碱性介质中，硝酸钠，亚硝酸钠和磷酸盐等；中性介质中，亚硝酸钠，铬酸盐，重铬酸盐，硅酸盐和磷酸盐等。,有机缓蚀剂被吸附在金属表面，阻碍离子的放电，多用于酸性介质。一般是含N、S、O的有机化合物。如：苯胺，乌洛托品六次甲基四胺（CH2)6N4，若丁(二邻苯甲基硫脲)等。,3.缓蚀剂法,(2)有机缓蚀剂,.,77,1,2,1甲为池，乙为池。2甲池中锌极为极，铜极为极。乙池中C1为极，C2为极。3Zn的电极反应,Cu的电极反应，C1电极反应,C2电极反应,乙中的总反应。,原电,电解,负,正,阳,阴,Zn-2e-=Zn2+,4OH-4e-=O2+2H2O,Cu2+2e-=Cu,一、填空题,Cu2+2e-=Cu,.,78,4电极、类型甲烷电池,1将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即构成CH4燃料电池。已知通入CH4的一极，其电极反应式是：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O；通入O2的另一极，其电极反应是：O2+2H2O+4e-=4OH-，下列叙述不正确的是（）A通入CH4的电极为负极B正极发生还原反应C通入O2的电极为阳极D该电池使用一段时间后应补充KOH,C,二、选择题,.,79,8方程、PH电解H2SO4,2某同学用Cu作阳极,石墨作阴极电解稀硫酸。下列说法正确的是()A电解过程中，铜电极上有H2产生B电解初期，主反应方程式为：CuH2SO4CuSO4H2C电解一定时间后，石墨电极上有铜析出D整个电解过程中，H