第六章氧化还原反应演示幻灯片.ppt

氢电极： 氧电极： 燃料电池的电极过程（flash） 燃料电池发电系统示意图（电池模块flash） 磷酸燃料电池 (PAFC) 熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC) 固体氧化物燃料电池 (SOFC) 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) x燃料电池分类 x固体聚合物燃料电池 氢燃料电池的意义 清洁的能源（汽车flash） 能量的储存（谷时的电能电解水存储为氢的化学能，谷时的电能存储为水势） 充分利用和存储可再生能源 与电对物质本身的活泼性有关 与溶液中电对物质浓度有关 与温度有关 6.3 电极电势 Cu+2Ag+=Cu2++2Ag 负极：Cu = Cu2+ + 2e φ(Cu2+/Cu) 正极：2Ag+ + 2e = 2Cu φ(Ag+/Ag) φ(ox/red) 半反应：aOX(氧化态)+ne = bRed(还原态) 铂片吸附H2达饱和－氢电极 298 K，100kPa，纯H2 1mol.l-1 H+ 溶液 标准氢电极 . 标准氢电极的电极电势 H2=H+ + 2e H+ + 2e =H2 φΘ(H+/H2)=0V 6.3.1标准电极电势 298.15 K 离子浓度为1mol.l-1，气体分压为100kPa 标准电极电势查附表-5可知 φΘ(H+/H2)=0V φΘ(ox/red) 6.3.1标准电极电势 原电池的电动势（E） ： E =φ正-φ负=φ大-φ小 例：H2+Zn=2H++Zn2+ φZn2+/Zn o =-0.7618v φH+/H2 o =0v E =φ正-φ负= 0-(-0.7681) =0.7681v 饱和甘汞电极 6.3.2原电池的热力学能和能斯特方程式 W电功= -ΔrGm W电功=QE =nFE -ΔrGm =nFE=-nF(φ正-φ负) ΔrG 0m = -nFE0=-nF(φ0正-φ0负) 原电池的电动势与吉布斯自由能的关系 热力学告诉我们：在等温、等压、可逆过程中，过程自由能变ΔrGmΘ在数值上等于体系对外做的最大有用功，即 DrGmΘ = - nF E Θ DrGmΘ = - RTlnKΘ - nF E Θ = - RTlnKΘ E Θ = (RT/nF)lnKΘ = (0.059/n)lgKΘ （298K） 6.3.2原电池的热力学能和能斯特方程式 △Gm = △Gmo +RTln Q= △Gmo + DrGm = - nF E ，DrGmΘ = - nF E Θ - nF E = - nF E Θ+RTln Q 故有： 6.3.2原电池的热力学能和能斯特方程式 能斯特方程式：----计算非标准状态下电极的电极电势φ(ox/red) aOX(氧化态)+ne = bRed(还原态)  φ:指定浓度下的电极电势 φ 0: 标准电极电势 n :电极反应中的得失电子数 讨论 方程式中的[氧化态]和[还原态]并非专指氧化数有变化的物质，而是包括了参与电极反应的其它物质。 如果电对中的某一物质是固体或液体，则它们的浓度均为常数，常认为是1。 如果电对中的某一物质是气体，其浓度用分压来表示。 例 已知H2+2e=2H+ 例 已知O2+4H++4e = 2H2O φΘ(H+/H2)=0V φ =φΘ φ =φΘ φΘ=1.229v 举例 参与电极反应的其他物质 计算举例I 有人利用电极Zn2+/Zn和H+， O2/ H2O，将其埋入人体内构成一个“生物化学电池”做心脏起博器，该电池的电池反应为 Zn + 1/2O2 + 2H+ =Zn2+ + H2O， (1)求其标准电动势Eo。 (2)写出电极符号 解：半反应：负极 Zn-2e = Zn2+ 正极 2H++1/2 O2 +2e = H2O φ负 =φZn2+/Zn o + = - 0.7618v φ正 =φO2/H2O o + =1.229v 续 Eo=φO2/H2O o - φZn2+/Zn o = 1.229-(-0.7618) = 1.991v 电极符号： (-) Zn︱Zn2+(Cm1) ‖H+(Cm2)︱O2(pO2) ︱H2O ︱Pt (+) 计算举例II 由标准钴电极Co2+/Co和标准氯电极Cl2/Cl-组成原电池，测得其电动势为1.63V，现已知氯的标准电极电势为1.358V，问： （1）钴标准电极的电极电势是多少？ φ oCl2/Cl- =1.358v Eo= φ oCl2/Cl- - φoCo2+/Co φoCo2+/Co=1.358 -1.63 = - 0.272V