大学普通化学第六版第4章精品课件..

首页末页下一页上一页1电化学与金属腐蚀第4章首页末页下一页上一页2目录4.1原电池4.3电极电势在化学上的应用*4.4化学电源*4.5电解*4.6金属的腐蚀与防止4.2电极电势首页末页下一页上一页34.1原电池一.原电池的组成原电池:化学能转变为电能的装置。正极发生还原反应:Cu2++2e-Cu负极发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+1.原电池的反应电池反应:Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)首页末页下一页上一页4原电池结构盐桥的作用：补充电荷、维持电荷平衡。观看动画首页末页下一页上一页52.若干概念（1）电极和电极反应。1）金属电极及反应Cu｜Cu2+(c)；Cu2+(aq)+2e-=Cu(s)Ag｜Ag+(c)；Ag+(aq)+e-=Ag(s)2）非金属电极及反应Pt｜H2（g，p）｜H+(c)；2H+(g)+2e-=H2（g）Pt｜Cl2（g，p）｜Cl-(c)；Cl2（g）+2e-=2Cl-(aq)首页末页下一页上一页63）金属离子电极Pt｜Fe3+（c1），Fe2+(c2)；Fe3+（aq）+e-=Fe2+(aq)4）难溶盐电极Ag∣AgCl（s）∣Cl-(c)；AgCl（s）+e-=Ag（s）+Cl-(aq)首页末页下一页上一页7(2)氧化还原电对:a(氧化态)+neb(还原态)氧化还原电对:氧化态/还原态如:Cu2+/Cu、Ag+/Ag、H+/H2、Cl2/Cl-、AgCl/Ag等首页末页下一页上一页8(-)Zn｜ZnSO4(c1)CuSO4(c2)｜Cu(+)(3)原电池图式Cu-Zn原电池图式规定:负极写在左边，正极写在右边，：表示盐桥，首页末页下一页上一页9二.原电池的热力学1.电池反应的△G与电动势E的关系Cu2++Zn→Zn2++CurGm=-212.69kJ·mol-1在原电池中,非体积功w'即为电功we,ΔrGm=w'max=-QE=-nFEF=96485c/mol首页末页下一页上一页10代入热力学等温方程式中，可得到下式：所以ΔrGm=-nFEΔrGθm=-nFEθ首页末页下一页上一页11badgcBccAccDccGcnFRTEE]/([]/([]/([]/([ln））））badgcBccAccDccGcRTnFEnFE]/([]/([]/([]/([ln））））首页末页下一页上一页12T=298.15k,R、F代入得:badgcBccAccDccGcnEE]/([]/([]/([]/([lg05917.0））））电动势的能斯特（W.Nernst）方程首页末页下一页上一页134.2电极电势一.标准电极电势如:Ө(Zn2+/Zn);Ө(Cu2+/Cu);电极电势符号:(氧化态/还原态)标准电极电势符号:Ө(氧化态/还原态)首页末页下一页上一页14电池的电动势E:E=φ(正极)-φ(负极)国际上统一规定:标准氢电极的电极电势为零.电池的标准电动势E:EӨ=φӨ(正极)-φӨ(负极)Ө(H+/H2)=0.0000V首页末页下一页上一页15标准氢电极图4.1标准氢电极示意图P(H2)=100kPa;C(H+)=1.0000moldm-3首页末页下一页上一页16参比电极*当c(KCl)为饱和溶液时，饱和甘汞电极φ=0.2412V甘汞电极或氯化银电极常用易于制备、使用方便且电极电势稳定如：右图的甘汞电极：Pt∣Hg∣Hg2Cl2∣Cl-KCl溶液Hg2Cl2HgPt首页末页下一页上一页17书末附录10中列出298.15K时标准状态下的一些氧化还原电对的标准电极电势。首页末页下一页上一页182.8660.4010.34190-0.7618-2.71φ/VF2(g)+2eˉ=2Fˉ(aq)O2(g)+2H2O+4eˉ=4OHˉ(aq)Cu2+(aq)+2eˉ=Cu(s)2H+(aq)+2eˉ=H2(g)Zn2+(aq)+2eˉ=Zn(s)Na+(aq)+eˉ=Na(s)电极反应F2/FˉO2/OHˉCu2+/CuH+/H2Zn2+/ZnNa+/Na电对标准电极电势表首页末页下一页上一页19(1)φθ与电极反应中化学计量数的选配无关如：Zn2++2e-=Zn与2Zn2++4e-=2Znφ数值相同(2)φθ代数值与半反应的方向无关。如:Cu2++2e-=Cu与Cu=Cu2++2eφ数值相同注意事项首页末页下一页上一页20二.电极电势的能斯特方程式对于任意给定的电极，电极反应通式为a(氧化态)+ne-b(还原态)baccccnFRT]/([]/([ln还原态）氧化态）首页末页下一页上一页21当T=298.15K时:baccccn]/([]/([lg05917.0还原态）氧化态）称为电极电势的能斯特方程首页末页下一页上一页22能斯特方程式使用注意事项：①n为配平的半反应中得失的电子摩尔数；②以半反应中各物质的化学计量数为指数；④电极反应若某物质是气体,则用相对分压p/pӨ表示。③纯液体、纯固体不表示在式中。O2(g)+2H2O+4e-4OH-(aq)，422]/OH([]/)O([lg405917.0)/OHO(ccpp）首页末页下一页上一页23例4.2:计算298.15K,C(Zn2+)=0.00100mol·dm-3时,锌电极的电极电势已知:Ө(Zn2+/Zn)=-0.7618V解:Zn2+(aq)+2e-=Zn(s)VC0.85060.00100lg217059.00.7618lg217059.0+/Zn)Zn(φ=φ2Zn+2θ－）（）（－首页末页下一页上一页24解：半反应式为：MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O例4.3：计算当c(MnO4-)=c(Mn2+)=1.000mol·dm-3，溶液pH=5.00,T=298.15K时，MnO4-/Mn2+的电极电势.已知：Ө(MnO4-/Mn2+)=1.507V首页末页下一页上一页25VCCCMnHMnO034.1}10000.1lg{517059.0507.1].[lg517059.0+)Mn/(MnOφ=φ858+2-4θ24首页末页下一页上一页26习题已知氯电极的标准电极电势为1.358V，当氯离子浓度为0.1molL-1，氯气浓度为0.1×100kPa时，该电极的电极电势是多少?Cl2（g）+2e-=2Cl-(aq)VClcPPCl388.11.0100/1001.0lg2059.0358.1)]([/lg2059.0222首页末页下一页上一页274.3电极电势在化学上的应用一.氧化剂和还原剂相对强弱的比较值越大，其氧化态的氧化性越强，还原态的还原性越弱；值越小，其还原态的还原性越强，氧化态的氧化性越弱。首页末页下一页上一页282.8660.4010.34190-0.7618-2.71φ/VF2(g)+2eˉ=2Fˉ(aq)O2(g)+2H2O+4eˉ=4OHˉ(aq)Cu2+(aq)+2eˉ=Cu(s)2H+(aq)+2eˉ=H2(g)Zn2+(aq)+2eˉ=Zn(s)Na+(aq)+eˉ=Na(s)电极反应F2/FˉO2/OHˉCu2+/CuH+/H2Zn2+/ZnNa+/Na电对氧化能力逐渐增强还原能力逐渐增强标准电极电势表首页末页下一页上一页29例下列三个电极中(1)在标准条件下哪种物质是最强的氧化剂？(2)若其中MnO4/Mn2+的电极改为在pH=5.00的条件下，它们的氧化性相对强弱次序将怎样改变？已知Ө(MnO4-/Mn2+)=1.507VӨ(Br2/Br-)=1.066VӨ(I2/I-)=0.5355V首页末页下一页上一页30解：(1)在标准状态下，Ө值的相对大小次序为：Ө(MnO4-/Mn2+)Ө(Br2/Br-)Ө(I2/I-)氧化性的强弱次序是：MnO4-Br2I2MnO4-是最强的氧化剂.首页末页下一页上一页31(2)pH=5.0时,(MnO4ˉ/Mn2+)=1.034V。此时电极电势相对大小次序为:Ө(Br2/Br-)(MnO4-/Mn2+)Ө(I2/I-)当溶液的酸性减弱成pH=5.00时，氧化性强弱的次序变为:Br2MnO4-I2首页末页下一页上一页32习题．已知电对的标准电极大小顺序为：（F2/F-）（Fe3+/Fe2+）（Mg2+/Mg）（Na+/Na）,则下列离子最强的还原剂为：AF-B,Fe2+C,Na+D,Mg2+首页末页下一页上一页33二.氧化还原反应方向的判断电极电势代数值大的氧化态作为氧化剂,电极电势代数值小的还原态作为还原剂，反应就能自发进行。E0反应正向自发E=0反应处于平衡状态E0反应正向非自发只有E＞0，当(正)＞(负)时，反应正向自发首页末页下一页上一页34例4.5:判断以下反应的方向(1)Sn+Pb2+(1mol·dm-3)=Sn2+(1mol·dm-3)+Pb(2)Sn+Pb2+(0.1mol·dm-3)=Sn2+(1mol·dm-3)+Pb解:(1)在标准状态下:Ө(Sn2+/Sn)=-0.1375V;Ө(Pb2+/Pb)=-0.1262VӨ(Sn2+/Sn)Ө(Pb2+/Pb)Sn+Pb2+(1mol·dm-3)→Sn2+(1mol·dm-3)+Pb首页末页下一页上一页35(2)当C(Sn2+)=(1mol·dm-3);C(Pb2+)=(0.100mol·dm-3)VC0.15580.100lg217059.00.1262lg217059.0+Pb)/Pb(φ=φ2Pb+2θ－）（）（－Sn+Pb2+(0.100mol·dm-3)←Sn2+(1mol·dm-3)+PbӨ(Sn2+/Sn)(Pb2+/Pb)首页末页下一页上一页36三.氧化还原反应进行程度的衡量氧化还原反应标准平衡常数KӨ的计算0.05917nElgK298.15K＝时：首页末页下一页上一页37例解：该反应在标准条件下组成的原电池为：负极Cu(s)＝Cu2+(aq)＋2e-φ(Cu2+/Cu)＝0.3419V正极2Ag+(aq)＋2e-＝2Ag(s)φ(Ag＋/Ag)＝0.7996V计算下列反应在298.15K时的标准平衡常数KӨ。Cu(s)＋2Ag+(aq)Cu2+(aq)＋2Ag(s)首页末页下一页上一页38=0.7996V-0.3419V=0.4577VE=φ(正极)-φ(负极)可求出根据公式：47.150.05917VV4577.02V0591.0lgnEKK=3.0×1015得:首页末页下一页上一页394.5电解电解:利用外加电能的方法迫使反应进行的过程叫电解。在电解过程中，电能转变为化学能。电解池外电源:正极负极电解池:阳极阴极反应类型:氧化还原电解池示意图首页末页下一页上一页40放电:在电解池的两极反应中氧化态物质得到电子或还原态物质给出电子的过程都叫做放电。首页末页下一页上一页414.6金属的腐蚀与防止金属的腐蚀：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的破坏作用。估计每年腐蚀而报废的钢铁设备相当于钢铁年产量的1/4,发达国家年经济损失占GDP的3~4%。如何防止金属腐蚀十分必要。金属腐蚀的本质都是金属原子失电子被氧化的过程。首页末页下一页上一页42一、腐蚀的分类1、化学腐蚀：金属与周围介质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀。化学腐蚀发生在非电解质溶液中或干燥的气体中，在腐蚀过程中不产生电流。如：钢铁的高温氧化脱碳、石油或天然气输送管部件的腐蚀等。首页末页下一页上一页43化学腐蚀反应举例：1)钢铁的高温氧化:FeO2740K740KFe3O4FeOCO2FeO+COH2OFeO+H2高温高温致密疏松，易龟裂，向纵深腐蚀首页末页下一页上一页442)钢的脱碳：渗碳体Fe3C与气体介质作用，使金属层中碳逐渐减少，形成脱碳层。O2,H2OCO钢的脱碳原理示意图Fe3C＋O2＝3Fe＋CO2Fe3C＋C