电化学讲稿二章.docVIP

第二章 平衡的电化学体系——原电池电动势及电极电位 第一章中，我们讨论了电解质溶液的一些基本性质，电流通过电解质溶液时所产生的现象，了解了电解质溶液导电的本质，以及电解质产物量与电量之间的关系。 而在本章中，将着重讨论以下四个问题： 1.化学能是如何转变为电能的 2.平衡的电化学体系中，原电池电动势及电极电位产生的机理（及其测定方法） 3.从热力学角度研究电化学体系中化学能与电能相互转换时的定量关系 4.根据原电池原理分析冶金过程（这是研究原电池的根本目的） 2.1原电池及原电池电动势 一、电化学系统 由第一类道题（电子导体）和与之相接触的第二肋道题（离子导体）组成，在其中至少能进行一个或一个以上电化学氧化及电化学还原反应的体系称为电化学系统。俗称“化学电池”、“原电池”、“电解池”、“半电池”、“电极系统”等。 二、电极的构成及其分类 电极是由电子导体和离子导体构成的，在其相界面上具有一定电位差的组合体，电极又称半电池。 可逆电极一般可分为以下三种基本类型 1、第一类电极 电极物质插入含有该物质离子的溶液中所构成的电极。 如金属电极：， 汞齐电极： 气体电极：， 2、第二类电极 以金属及该金属的难溶盐作电极物质，插入到含有该金属难溶盐阴离子的电解质中所构成的电极。如甘汞电极： 铍—氯化银电极： 3、第三类电极（氧化还原电极） “惰性”的第一类导体插入含有不同氧化态（价态）的同一种离子溶液中所构成的电极。 如：，， 它的特点是：氧化态、还原态均存在于电解液中 三、原电池及原电池的表示方法 1.原电池的构成 化学能转变为电能的电化学系统称作原电池 一个原电池由两个半电池构成 现以Cu-Zn电池为例说明原电池产生电流的机理。如图所示，将Zn片和Cu片各自插入溶液中，中间用离子隔膜隔开，再用导线将Cu片与 Zn片联系起来，此时即有电子由Zn片流向Cu片，这样就构成了原电池。 电子由表及里Zn片→Cu片 电流由Cu片（+极）→Zn片（—极） 整个回路之所以有电流通过，是由于在Zn|ZnSO4,Cu|CuSO4相界面上分别发生了电化学氧化、还原反应的结果。 阳极 负极：Zn片上进行电化学氧化反应：Zn-2e=Zn2+ 阴极 正极：Cu片上进行电化学还原反应：Cu2++2e=Cu 电池反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu或：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu 因此，原电池也可以这样称为“像氧化—还原反应的进行而得到电流的装置”。 2．原电池反应与化学氧化—还原反应的联系与区别 （1）联系 原电池反应——即电化学反应：（1）从反应方程式（2）从其本质—反应体系中都有电子转移，都有物质还原及氧化来看，与一般的电化学氧化还原反应是一致的。 例如：上诉Cu—Zn电池反应：Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4与将Zn片直接插入ZnSO4溶液中发生的Cu—Zn置换反应——化学氧化还原反应：Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4完全一样。 但是，电化学氧化还原反应各有其不同的特点。 （2）特点（区别） 反应物接触 氧化还原反应地点 电子转移 电化学氧化还原反应 还原剂 间接 在不同地点 宏观，有方向性，可作电功 化学氧化还原反应 氧化剂 直接 在同一地点 微观，无方向性，不能作电功 3．原电池的表示方法 原电池的结构一般用符号和数字来表示。 物理化学中已学过，这里复习回顾一下： 将构成原电池的物质各相一次排列成一行，用竖直线标明各相界面“|”如中间有盐桥，液相间用二条竖直线。 规定负极阳极（发生氧化反应）的半电池写在左端 规定正极阴极（发生还原反应）的半电池写在右端 注明电极的物质状态、电解质溶液的浓度、气体电极标明压力，并标明吸附在何种“情况”固体物质上。 标明温度，如不注明，一般指常温25℃，对高温熔盐电池必须注明温度。 例如：Cu—Zn电池可表示为：Zn(s)|ZnSO4(m1)|CuSO4(m2)|Cu(s) 又如压力不同的两个氢电极组成的原电池可写为：(Pt)H2(1atm)|HCl(m)|H2(0.1atm)(Pt)Pt 4．原电池的设计 如前所述，我们研究电池的根本目的，就是利用原电池原理分析冶金过程。 因此经常遇到如何根据冶金反应来设计原电池的问题。在了解了原电池反应与一般氧化还原反应的关系以及原电池的构成以后，就不难解决这一问题，现将一般步骤介绍如下： 列出原电池反应方程式（二化学氧化还原反应方程式）。注意反应的方向，否则原电池极性相反。 比较电池反应方程式的两边，确定什么物质是氧化剂，什么物质是还原剂。 氧化剂——正极物质 还原剂——负极物质 还原剂被氧化后的产物与还原剂组成负极半电池；氧化剂还原后的产物与氧化剂组成正极半电池。 划相界面，注明温度、物态、浓度、气体电极标明压力，被吸附在何种物质上。 设计校核 写出电极