电化学原理章优秀课件
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电化学原理第一章+绪论 PPT课件
电子 流向
导线
负极 →正极
电源负极→电解池阴极 电解池阳极→电源正极
电化学体系的定义
The definition of the electrochemical system
电极反应：电极/溶液界面（两类导体界面）发生 的电化学反应。
电化学反应：在电化学体系中发生的氧化还原反应。 电化学体系：两类导体串联组成的，在电荷转移
3．贾铮、戴长松、陈玲编著：《电化学测量方法》，化学工业出版社 ，2006。
4．努丽燕娜、王保峰主编：《实验电化学》，化学工业出版社，2007 。
5．郭鹤桐编著：《电化学教程》，天津大学出版社，2000。 6．胡会利、李宁主编：《电化学测量》，国防工业出版社，2007。 7．查全性等编：《电极过程动力学导论》（第二版），科学出版社，
金属腐蚀的种类
The types of metal corrosion
种类 化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
例如 电流
金属与非电解质 等直接发生化学 反应
2Fe＋3Cl2＝2FeCl3
无
不纯金属或合金跟 电解质溶液接触发 生原电池反应
钢铁腐蚀
有微弱的电流
本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化
相互 关系
化学腐蚀、电化学腐蚀常同时发生
(2)在金属表面覆盖保护层 ——电镀、油漆、钝化等
(3)电化学保护法 ——牺牲阳极的阴极保护法、 外加直流电源的阴极保护法
1.3 电化学科学的发展简史和发展趋势
1.3.1电化学科学的发展简史 1.3.2 电化学的发展趋势
1.3.1电化学科学的发展简史
brief development history of electrochemical science
电化学原理与应用PPT课件
第三章 电化学原理与应用
1
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总体概述
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2
目录
§3.1 氧化还原反应基本概念 §3.2 原电池 §3.3 电池电动势与电极电势 §3.4 影响电极电势的因素 §3.5 电极电势及电池电动势的应用 §3.6 电解与化学电源 §3.7 金属的腐蚀及其防止4Fra bibliotek氧化值
氧化值是元素一个原子的荷电数，这种 荷电数由假设把每一个键中的电子指定给电 负性更大的原子而求得。
5
❖ 确定氧化值的方法如下： ❖ a 一些规定 ❖ 在单质中，元素的氧化值皆为零。如白磷(P4)中磷的氧化
值。 ❖ 氧的氧化值在正常氧化物中皆为－2；在过氧化物（如
H202、BaO2等）中，氧的氧化值为-1，在超氧化合物（如KO2） 中，氧化值为-1/2。在氟化物中（OF2）氧化值为+2。 ❖ b 在离子型化合物中，元素原子的氧化值就等于该原子的离 子电荷。 ❖ C 在共价化合物中，将属于两原子的共用电子对指定给两原 子中电负性更大的原子以后，在两原子上形成的电荷数就是 它们的氧化数。共价化合物中元素的氧化数是原子在化合状 态时的一种形式电荷数。 ❖ d 在结构未知的化合物中，某元素的氧化值可按下述规则求 得：原子或离子的总电荷数等于各元素氧化值的代数和。分 子的总电荷数等于零。
H+(c)|H2 (p) |Pt
17
四类常见电极
电极类型 电对(例)
金属电极
Zn2+/Zn
非金属电 极 Cl2/Cl氧化还原电极 Fe3+/Fe2+
难溶盐电极 AgCl/Ag
1
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目录
§3.1 氧化还原反应基本概念 §3.2 原电池 §3.3 电池电动势与电极电势 §3.4 影响电极电势的因素 §3.5 电极电势及电池电动势的应用 §3.6 电解与化学电源 §3.7 金属的腐蚀及其防止4Fra bibliotek氧化值
氧化值是元素一个原子的荷电数，这种 荷电数由假设把每一个键中的电子指定给电 负性更大的原子而求得。
5
❖ 确定氧化值的方法如下： ❖ a 一些规定 ❖ 在单质中，元素的氧化值皆为零。如白磷(P4)中磷的氧化
值。 ❖ 氧的氧化值在正常氧化物中皆为－2；在过氧化物（如
H202、BaO2等）中，氧的氧化值为-1，在超氧化合物（如KO2） 中，氧化值为-1/2。在氟化物中（OF2）氧化值为+2。 ❖ b 在离子型化合物中，元素原子的氧化值就等于该原子的离 子电荷。 ❖ C 在共价化合物中，将属于两原子的共用电子对指定给两原 子中电负性更大的原子以后，在两原子上形成的电荷数就是 它们的氧化数。共价化合物中元素的氧化数是原子在化合状 态时的一种形式电荷数。 ❖ d 在结构未知的化合物中，某元素的氧化值可按下述规则求 得：原子或离子的总电荷数等于各元素氧化值的代数和。分 子的总电荷数等于零。
H+(c)|H2 (p) |Pt
17
四类常见电极
电极类型 电对(例)
金属电极
Zn2+/Zn
非金属电 极 Cl2/Cl氧化还原电极 Fe3+/Fe2+
难溶盐电极 AgCl/Ag
电化学原理及应用-PPT课件
【变式1】(2010·江苏卷)下图是 一种航天器能量储存系统原理 示意图。下列说法正确的是( )
A．该系统中只存在3种形式的能量转化 B．装置Y中负极的电极反应式为： O2＋2H2O＋4e－ 4OH－ C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置X、Y形成的子系统能实 现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转 化
解析：图2是原电池，其中A(负极)电极反应式为： BH－—8e－＋8OH－ BO＋6H2O，B(正极)电极反应式为： H2O2＋2e－ 2OH－，故Na＋应往正极区迁移，A错B对；
C 项 所 对 应 的 情 况 是 Zn － C － ZnSO4 原 电 池 ( 吸 氧 腐 蚀)，负极(Zn板)电极反应式为：Zn－2e－ Zn2＋，正极 (铅笔)电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O 4OH－，C对；
3．对于二次电池反应，需要看清“充电、放电” 的方向，放电的过程为原电池，充电的过程为电 解池。 4．电解质溶液中的离子(如H+、OH-)，若电极反 应的产物能与之反应，则要写在反应式中。
【典型例题1】 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结 构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( B) A．该电池能够在高温下工作 B．电池的负极反应为： C6H12O6＋6H2O－24e－ 6CO2↑＋24H＋ C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成 标准状况下CO2 44.8 L
答案：A、B
与原电池正极相连的电极为电解池的 阳极，与负极相连的电极为电解池的阴极。 在阳极处为阴离子放电，在阴极处为阳离 子放电，根据题中的现象，可以得出阴、 阳极，进而得出正、负极。
【变式2】(2011·苏锡常镇二模)图1是在金属锌板上贴 上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料 电池；
讲电化学原理PPT课件
第11页/共20页
【解析】 乙中I－失去电子放电，发生氧化 反应，A正确；由总反应方程式知，Fe3＋被还 原成Fe2＋，B正确；当电流计为零时，说明正、 逆反应转移电子数相等，反应达到平衡，C正 确。甲池中加入Fe2＋，导致平衡逆向移动， 则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，甲中石墨电极作 为负极，D错误。 【答案】 D
高 1．了解原电池和电解池的工作原理，
考 能写出电极反应和电池反应方程式。
点 击
2．了解常见化学电源的种类及其工作 原理。
3．理解金属发生电化学腐蚀的原因、
金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
第1页/共20页
重点知识归纳
一、原电池、电解池电极反应式及总反应式 的书写 思路导引
确定电 分析电 写出电极 写出总 极名称 → 极反应 → 反应式 → 反应式
离子移向参加反应的电极，不参加反应的离子与带
相反电荷离子移动的方向相反。如 Zn/H2SO4/Cu 原 电池中，H＋移向正极，则 SO24－移向负极；电解饱 和 NaCl 溶液，Cl－移向阳极，则 Na＋移向阴极。
第6页/共20页
二、电解质溶液的电解规律及有关计算方法 思路导引
第7页/共20页
方法点拨 1．电解规律(惰性电极)
第12页/共20页
互动探究
(1)乙池中若换为Fe电极和FeCl2溶液，则原电池是 怎样工作的？
(2)电流计读数为零后，若在乙中溶入KI固体，则
原电池反应能继续发生吗？若向甲中加入固体Fe呢？
【提示】(1)原电池反应变为2Fe3＋＋Fe 3Fe2＋，
乙中Fe作负极，甲中石墨作正极，电极反应分别为
Fe－2e－
无论是原电池还是电解池，其电极反应均是氧化
还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守
【解析】 乙中I－失去电子放电，发生氧化 反应，A正确；由总反应方程式知，Fe3＋被还 原成Fe2＋，B正确；当电流计为零时，说明正、 逆反应转移电子数相等，反应达到平衡，C正 确。甲池中加入Fe2＋，导致平衡逆向移动， 则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，甲中石墨电极作 为负极，D错误。 【答案】 D
高 1．了解原电池和电解池的工作原理，
考 能写出电极反应和电池反应方程式。
点 击
2．了解常见化学电源的种类及其工作 原理。
3．理解金属发生电化学腐蚀的原因、
金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
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重点知识归纳
一、原电池、电解池电极反应式及总反应式 的书写 思路导引
确定电 分析电 写出电极 写出总 极名称 → 极反应 → 反应式 → 反应式
离子移向参加反应的电极，不参加反应的离子与带
相反电荷离子移动的方向相反。如 Zn/H2SO4/Cu 原 电池中，H＋移向正极，则 SO24－移向负极；电解饱 和 NaCl 溶液，Cl－移向阳极，则 Na＋移向阴极。
第6页/共20页
二、电解质溶液的电解规律及有关计算方法 思路导引
第7页/共20页
方法点拨 1．电解规律(惰性电极)
第12页/共20页
互动探究
(1)乙池中若换为Fe电极和FeCl2溶液，则原电池是 怎样工作的？
(2)电流计读数为零后，若在乙中溶入KI固体，则
原电池反应能继续发生吗？若向甲中加入固体Fe呢？
【提示】(1)原电池反应变为2Fe3＋＋Fe 3Fe2＋，
乙中Fe作负极，甲中石墨作正极，电极反应分别为
Fe－2e－
无论是原电池还是电解池，其电极反应均是氧化
还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守
《电化学原理第二章》PPT课件
溶液(1)
§2.2 电化学体系
电化学体系有三类 1.原电池：电化学反应自发进行并能对外做功，自发将电流送到外电 路中做功。 2.电解池：与外电源组成回路，强迫电流在电化学体系中通过并促使 电化学反应发生。 3.腐蚀电池：电化学反应自发进行，但不对外做功，仅起金属破坏作 用。
16:23:07
一、 原电池
例2： 2Ag + Hg2Cl2 2Hg + AgCl
阳极：Ag + Cl- - e → AgCl 阴极：Hg2Cl2 + 2e → 2Hg + 2Cl原电池表示为： Ag∣AgCl(s), Cl-(α1)‖Cl-(α2), Hg2Cl2(s)∣Hg(
16:23:07
例3：
H2 (P1) + Cl2 (P2)
阳极
16:23:07
E
电池电动势:
E = c - a+液接 = 右 - 左+液接
阴极
例1： Zn + CuSO4(α2) ZnSO4(α1)+Cu
阳极 Zn – 2e → Zn2+ 阴极 Cu2+ + 2e → Cu 原电池表示： Zn∣ZnSO4(α1)‖CuSO4(α2)∣Cu
16:23:07
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二、金属接触电位
相互接触的两金属相之间的外电位差称为金属接触电位。 不同金属对电子亲和力不同，故在不同金属相中电子的电化学位不相等，电子逸出难易不同。 电子逸出功:金属电子离开金属逸出真空中所需要的最低能量来衡量电子逸出金属的难易程度，这一能量 叫电子逸出功。 其电子逸出功不同，相互逸入的电子数目将不等，故在界面形成双电子层结构。电子逸出功高的相带负 电，电子逸出功低的相带正电。两相间双电子层的电位差即为金属接触电位。
电化学单元部分概述ppt课件
表观摩尔电导率。
起始浓度 平衡浓度
AB
c c(1-α)
A+ + B-
0
0
cα
cα
把
带入上式并整理，得到下式
即奥斯特瓦尔德稀释定律
3）测定难溶盐的溶解度 AB(S) ≒ A+ + BH2O ≒ H+ + OH-
溶液的导电由 A+ 、B-、H+ 、OH- 承担，因此， κ（A+、B-）= κ（溶液）- κ（ H+、OH-）
§ 8. 3. 4 电导测定的应用*
1）检验水的纯度 普通蒸馏水 重蒸馏水 去离子水 电导水 理论计算纯水
κ= 1×10-3 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ= 5.5×10-6 S•m-1
2) 计算弱电解质的电离度和离解常数 无限稀释摩尔电导率；
原电池
化学能
电能
电解池
溶液的导电性 ——— 第八章内容；
电极电势的产生 —— 第九章内容；
外加电动势与可逆的偏差——第十章内容
电化学在科学研究和国民经济中的重要作用
1、电化学测试 pH、电导、离子选择电极（直接测定离子浓度） 、 电位滴定、 电导滴定、极谱分析、库仑分析、电化学传感器
2、电化学工业 电解（冶炼、精炼）、电镀、化学电源（燃料电池、锂离子电池） 电催化、电合成反应
t 时间通过截面的总电量 Q = Q+ + Q- = n + z + F + n – z - F
Q = c xαz + A r + t F + c yαz – A r – t F Q / t = I = c xαz + A r + F + c yαz – A r – F = I + + I 由于溶液是电中性，因此 x z + = y z – I = c xαz + A (r + + r – ) F = c yαz – A (r + + r – ) F
起始浓度 平衡浓度
AB
c c(1-α)
A+ + B-
0
0
cα
cα
把
带入上式并整理，得到下式
即奥斯特瓦尔德稀释定律
3）测定难溶盐的溶解度 AB(S) ≒ A+ + BH2O ≒ H+ + OH-
溶液的导电由 A+ 、B-、H+ 、OH- 承担，因此， κ（A+、B-）= κ（溶液）- κ（ H+、OH-）
§ 8. 3. 4 电导测定的应用*
1）检验水的纯度 普通蒸馏水 重蒸馏水 去离子水 电导水 理论计算纯水
κ= 1×10-3 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ= 5.5×10-6 S•m-1
2) 计算弱电解质的电离度和离解常数 无限稀释摩尔电导率；
原电池
化学能
电能
电解池
溶液的导电性 ——— 第八章内容；
电极电势的产生 —— 第九章内容；
外加电动势与可逆的偏差——第十章内容
电化学在科学研究和国民经济中的重要作用
1、电化学测试 pH、电导、离子选择电极（直接测定离子浓度） 、 电位滴定、 电导滴定、极谱分析、库仑分析、电化学传感器
2、电化学工业 电解（冶炼、精炼）、电镀、化学电源（燃料电池、锂离子电池） 电催化、电合成反应
t 时间通过截面的总电量 Q = Q+ + Q- = n + z + F + n – z - F
Q = c xαz + A r + t F + c yαz – A r – t F Q / t = I = c xαz + A r + F + c yαz – A r – F = I + + I 由于溶液是电中性，因此 x z + = y z – I = c xαz + A (r + + r – ) F = c yαz – A (r + + r – ) F
电化学原理(课件PPT)
原电池的负极→ 失去电子→电子流出→ 发生氧化反应 →氧化还原反应中的还原剂 原电池的正极→ 得到电子→电子流入→ 发生还原反应 →氧化还原反应中的氧化剂
电解池的阳极→ 失去电子→电子流出→ 发生氧化反应 电解池的阴极→ 得到电子→电子流入→ 发生还原反应
把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀硫酸中， 用导线两两连接，可以组成各种原电池，若a、 b相连时，a为负极；若c、d相连时，d极表面 有气泡冒出；另将a投入c的盐溶液中，ａ的 表面有ｃ析出；若将ｂ投入ｄ的盐溶液中， 无明显现象。则四种金属的活动性由强到弱 为( )
考点八：氯碱工业
在U型管里装人饱和食盐水，用一根碳棒作阳极， 一根铁棒作阴极。接通直流电源。
1．电解饱和食盐水反应原理
阳极反应：2Cl——2e— = Cl2↑
阴极反应：2H+ + 2e— = H2↑
a
b
总反应：2NaCl + 2H2O
2NaOH + Cl2↑+ H2↑
2．离子交换膜法制烧碱
1、电解槽组成： 阳极室：阳极材料为金属钛网，有钛、钌的氧化物涂层，
依反应式找出相关物质的关系式 依电子守恒进行计算。
1、在Cu-Zn原电池中，100mLH2SO4 溶液的浓度为 1mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 1.12L 升气体，则流过导线的电子为———— mol,反应后溶液 的pH值为_________？（溶液体积变化忽略不计）
类题：资料244页举一反三第4题
书写注意事项：
①阴、阳极类似于原电池正、负极,电极反应式通常写离 子方程式，满足电子守恒
②总方程式通常写化学方程式，标条件：电解，若电解 的H+或OH-来自水，则反应物应写成水的形式，若来自 弱电解质，则应写弱电解质的分子形式。
电化学原理及其应用PPT课件
nFE
nFE
RTln {c(G) {c(A)
c}g{c(D) c}a{c(B)
c}d c}b
E
E
RT nF
ln {c(G) {c(A)
c}g{c(D) c}a{c(B)
c}d c}b
第12页/共54页
E
E
RT nF
ln {c(G) {c(A)
c}g{c(D) c}a{c(B)
c}d c}b
E
解： 由附录7查得：
θ(Cd2+/Cd)= -0.4030V, θ(H+/H2)=0.0000V
Cd为负极，H2为正极 Cd(s)+2H+(aq)=Cd2+(aq)+H2(g) 电池反应
Eθ= θ(正) - θ(负) = 0 – (-0.4030) = 0.4030V
ΔrGmθ= -nFEθ = -2×96500C·mol-1×0.4030V = -77779 J·mol-1 = -77.78 kJ·mol-1
根据能斯特方程式：
E
E0.0592 2来自lgc(Zn2 ) c(Cu2 )
0.0592 c(Zn2 )
1.06 1.1037
lg
2
0.020
c(Zn2+)=0.045mol·dm-3
第14页/共54页
2. 浓度对电极电位的影响 对于电极反应通式：
a(氧化态)+ne-
b(还原态)
RT nF
ln
[c(还 原 态) [c(氧 化 态)
降低到0.01mol·dm-3时，由1.23V降为0.640V。
第23页/共54页
练习 试以反应 H3AsO4+2I-+2H+=H3AsO3+I2+H2O
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如果电极电势高于直线a，这时电极反应使pH 值减少，aH+增加，反应2H＋＋2e＝H2向逆向 进行，以达到新的平衡，所以a线以上属于氧 化态H＋稳定区。同理a线以下属于还原态H2稳 定区。
F 氧电极的电极反应
4H＋＋O2 ＋4e →2H2O Φ= Φ°-RT/ZF·ln P°/a 4 H+ PO2 在25℃，101325Pa时，Φ°＝1.23V Φ＝(1.23-0.059pH)V
2、 有H＋、有e参加的反应：
(3) Fe(OH)3＋3 H＋＋e →Fe2＋ + 3 H2O
Φ3=
Φ3°-0.059
lg
aFe2＋/a
3 H＋
= Φ3°-(0.059/3)pH-0.059 lg aFe2＋
根据E°=-ΔG°/ZF Φ3°=-[ΔG°Fe2＋+3ΔG°H2O-ΔG°Fe(OH)3-
又：lgK=－ΔG°/2.303RT=-75600/2.303RT =13.29
所以：lg (a Fe2＋/ a 2H＋) =13.29 当a Fe2＋＝1，则pH=6
所以，(6)在Φ－pH图得到与横轴垂直的直线与横轴 交点为6.6
（7）Fe(OH)3＋3H＋→Fe3＋ + 3H2O 当a Fe3＋＝1，与（6）同理可得
=-0.44+0.0295 lg aFe2＋ 当aFe2＋=1时，Φ1=-0.44V 所以，在Φ－pH图得到Φ1=-0.44V的水平线（1）
（2）Fe3＋＋e→Fe2＋ Φ2°=0.771V
Φ2=
Φ2°-0.059
lg
aFe2＋/a
3＋ Fe
当aFe2＋= aFe3＋=1时，Φ2=0.771V
所以，在Φ－pH图得到Φ2=0.771V的水平线（2）
二、 Fe-H2O系电势－pH图
在Fe～H2O体系中，存在如下离子和分子 Fe、Fe2＋、Fe3＋、Fe(OH)2 、Fe(OH)3、H＋ （或OH－）、H2O
反应方程分三种类型：
以25℃、体系处于标准态为例
1.无H＋、有e参加的反应：
（1）Fe2＋＋2e→Fe Φ1°=-0.44V Φ1= Φ1°+0.0295 lg aFe2＋
3ΔG°H+]/96500
= 1.045V Φ3= 1.045-0.059/3pH-0.059 lg aFe2＋ 当aFe2＋=1时， Φ3=1.045-0.177pH
所以，在Φ－pH图得到斜率为0.177的斜线。并与（2）水 平线相交，交点坐标计算如下：当两线相交时，Φ2=Φ3 即Φ2°=1.045-0.177pH pH=(1.045-0.771)/0.177 =1.52 即，交点坐标（1.52,0.771）
（－）Zn | Zn2+ || H+ | H2,Pt (+) 能斯特方程式
νAA ＋ νBB ＝ νLL ＋ νMM
ΔG＝ ΔG˚＋RTln
aLνL • aMνM aAνA • aBνB
E＝ E˚＋RTln
aLνL • aMνM aAνA • aBνB
ΔG=-ZFE ΔG˚= -ZFE ˚ Eo RTlnKa
电化学原理章
§2～1基本概念
阴极：电池中发生还原反应的一侧称为阴极；
阳极：电池中发生氧化反应的一侧称为阳极。
原电池：
R
电解池
正极
负极
e
负极
正极
e
阳极 如： Zn-2e Zn2+
阴极
Cu2+＋2e Cu
阳极 如：Zn-2e
负极：对外电路给出电子极的为负极
阴极
Zn2+ Zn2+＋2e Zn
§2～2电池、电池符号和电动势
§2～4 水的电势－pH图
一、氢电极和氧电极的Φ－pH图 F 氢电极： 2H＋＋2e→H2 Φ= Φ°-RT/ZF·lnPH2/a2H+P° 在25℃，101325Pa时， Φ= (Φ°-0.059pH)V=-0.059pHV 据此，做Φ－pH图如下：
Φ
b ·A
a
pH
图1.氢电极与氧电极的Φ－pH图
(4) Fe(OH)2＋2 H＋＋2e →Fe + 2 H2O
Φ4= Φ4°-(0.059/2)lg (1/a H＋2)
=Φ4°-0.059pH
与（3）同理求得Φ4°＝－0.047V
所以：Φ4= (－0.047-0.059pH)V
所以，(4)在Φ－pH图得到斜率为0.059的斜线。并与（1）
水平线相交，交点坐标为（6.6,-0.44）. ＋H＋＋e →Fe(OH)2 + H2O
（1）估计铁受腐蚀时的腐蚀电池的共轭反应。铁处腐蚀 区有两种情况， ⅰ.a线以下，（1）线以上，腐蚀电池的反应为： 阴极：2H＋＋2e→H2 ， 阳极：Fe－2e→Fe2＋
ⅱ.在a线以上，b线以下，腐蚀电池的反应为： 阴极：2H＋＋(1/2)O2 ＋2e →H2O， 阳极：Fe－2e→Fe2＋ (2)根据Φ－pH图提出防止金属腐蚀的措施： ① 调节溶液pH值9～13； ② 当pH值较低时，可将铁的电位降至热力学稳
pH=1.54
所以，(7)在Φ－pH图得到与横轴垂直的直线与横轴交点
为1.54
Fe3＋ (7)
Fe(OH)3
Φ/V
(2)
(3)
b
0 -0.11 -0.44 -1
Fe2＋ a
(1)
(6)
Fe
(5) Fe(OH)2 (4)
0
1.54
6.6
7
pH
14
2O溶液的Φ－pH图
三、Fe-H2O系的Φ－pH图应用举例
ZF
§2～3标准电极电势和电极电势的能斯特方程
一、标准电极电势 按照国际上的惯例，在电池图解中以氢电极为左极（即
假定起氧化反应），以所讨论的电极为右极（即假定起 还原反应），将这样组合成的电极的标准电动势定义为 所讨论的电极在该温度下的标准电极电势。 二、电极电势的能斯特方程 O+ne = R Φ= Φ°-RT/ZF·lnaR/aO
在图一中，b线以上是氧化态物质O2的稳定区，b线以 下是还原态物质H2O的稳定区。
F 当体系处于A点时，处于H2O和H＋的稳定区，所以 两极的共轭反应为：
阴极（高电势的氧电极）：
4H＋＋O2 ＋4e →2H2O 阳极（低电势的氢电极：2H＋＋2e→H2 总反应为：2H2＋O2→2 H2O
以上称为水的Φ－pH图
(5) Fe(OH)3
与(4)同理得：
Φ5= (0.260-0.059pH)V
所以，(5)在Φ－pH图得到斜率为0.059的斜线。并与（3） 相交，交点坐标为（6.6,-0.11）
2.
3.有H＋、无e参加的反应
（6）Fe(OH)2＋2 H＋→Fe2＋ + 2 H2O lgK=lg (a Fe2＋/ a 2H＋)
F 氧电极的电极反应
4H＋＋O2 ＋4e →2H2O Φ= Φ°-RT/ZF·ln P°/a 4 H+ PO2 在25℃，101325Pa时，Φ°＝1.23V Φ＝(1.23-0.059pH)V
2、 有H＋、有e参加的反应：
(3) Fe(OH)3＋3 H＋＋e →Fe2＋ + 3 H2O
Φ3=
Φ3°-0.059
lg
aFe2＋/a
3 H＋
= Φ3°-(0.059/3)pH-0.059 lg aFe2＋
根据E°=-ΔG°/ZF Φ3°=-[ΔG°Fe2＋+3ΔG°H2O-ΔG°Fe(OH)3-
又：lgK=－ΔG°/2.303RT=-75600/2.303RT =13.29
所以：lg (a Fe2＋/ a 2H＋) =13.29 当a Fe2＋＝1，则pH=6
所以，(6)在Φ－pH图得到与横轴垂直的直线与横轴 交点为6.6
（7）Fe(OH)3＋3H＋→Fe3＋ + 3H2O 当a Fe3＋＝1，与（6）同理可得
=-0.44+0.0295 lg aFe2＋ 当aFe2＋=1时，Φ1=-0.44V 所以，在Φ－pH图得到Φ1=-0.44V的水平线（1）
（2）Fe3＋＋e→Fe2＋ Φ2°=0.771V
Φ2=
Φ2°-0.059
lg
aFe2＋/a
3＋ Fe
当aFe2＋= aFe3＋=1时，Φ2=0.771V
所以，在Φ－pH图得到Φ2=0.771V的水平线（2）
二、 Fe-H2O系电势－pH图
在Fe～H2O体系中，存在如下离子和分子 Fe、Fe2＋、Fe3＋、Fe(OH)2 、Fe(OH)3、H＋ （或OH－）、H2O
反应方程分三种类型：
以25℃、体系处于标准态为例
1.无H＋、有e参加的反应：
（1）Fe2＋＋2e→Fe Φ1°=-0.44V Φ1= Φ1°+0.0295 lg aFe2＋
3ΔG°H+]/96500
= 1.045V Φ3= 1.045-0.059/3pH-0.059 lg aFe2＋ 当aFe2＋=1时， Φ3=1.045-0.177pH
所以，在Φ－pH图得到斜率为0.177的斜线。并与（2）水 平线相交，交点坐标计算如下：当两线相交时，Φ2=Φ3 即Φ2°=1.045-0.177pH pH=(1.045-0.771)/0.177 =1.52 即，交点坐标（1.52,0.771）
（－）Zn | Zn2+ || H+ | H2,Pt (+) 能斯特方程式
νAA ＋ νBB ＝ νLL ＋ νMM
ΔG＝ ΔG˚＋RTln
aLνL • aMνM aAνA • aBνB
E＝ E˚＋RTln
aLνL • aMνM aAνA • aBνB
ΔG=-ZFE ΔG˚= -ZFE ˚ Eo RTlnKa
电化学原理章
§2～1基本概念
阴极：电池中发生还原反应的一侧称为阴极；
阳极：电池中发生氧化反应的一侧称为阳极。
原电池：
R
电解池
正极
负极
e
负极
正极
e
阳极 如： Zn-2e Zn2+
阴极
Cu2+＋2e Cu
阳极 如：Zn-2e
负极：对外电路给出电子极的为负极
阴极
Zn2+ Zn2+＋2e Zn
§2～2电池、电池符号和电动势
§2～4 水的电势－pH图
一、氢电极和氧电极的Φ－pH图 F 氢电极： 2H＋＋2e→H2 Φ= Φ°-RT/ZF·lnPH2/a2H+P° 在25℃，101325Pa时， Φ= (Φ°-0.059pH)V=-0.059pHV 据此，做Φ－pH图如下：
Φ
b ·A
a
pH
图1.氢电极与氧电极的Φ－pH图
(4) Fe(OH)2＋2 H＋＋2e →Fe + 2 H2O
Φ4= Φ4°-(0.059/2)lg (1/a H＋2)
=Φ4°-0.059pH
与（3）同理求得Φ4°＝－0.047V
所以：Φ4= (－0.047-0.059pH)V
所以，(4)在Φ－pH图得到斜率为0.059的斜线。并与（1）
水平线相交，交点坐标为（6.6,-0.44）. ＋H＋＋e →Fe(OH)2 + H2O
（1）估计铁受腐蚀时的腐蚀电池的共轭反应。铁处腐蚀 区有两种情况， ⅰ.a线以下，（1）线以上，腐蚀电池的反应为： 阴极：2H＋＋2e→H2 ， 阳极：Fe－2e→Fe2＋
ⅱ.在a线以上，b线以下，腐蚀电池的反应为： 阴极：2H＋＋(1/2)O2 ＋2e →H2O， 阳极：Fe－2e→Fe2＋ (2)根据Φ－pH图提出防止金属腐蚀的措施： ① 调节溶液pH值9～13； ② 当pH值较低时，可将铁的电位降至热力学稳
pH=1.54
所以，(7)在Φ－pH图得到与横轴垂直的直线与横轴交点
为1.54
Fe3＋ (7)
Fe(OH)3
Φ/V
(2)
(3)
b
0 -0.11 -0.44 -1
Fe2＋ a
(1)
(6)
Fe
(5) Fe(OH)2 (4)
0
1.54
6.6
7
pH
14
2O溶液的Φ－pH图
三、Fe-H2O系的Φ－pH图应用举例
ZF
§2～3标准电极电势和电极电势的能斯特方程
一、标准电极电势 按照国际上的惯例，在电池图解中以氢电极为左极（即
假定起氧化反应），以所讨论的电极为右极（即假定起 还原反应），将这样组合成的电极的标准电动势定义为 所讨论的电极在该温度下的标准电极电势。 二、电极电势的能斯特方程 O+ne = R Φ= Φ°-RT/ZF·lnaR/aO
在图一中，b线以上是氧化态物质O2的稳定区，b线以 下是还原态物质H2O的稳定区。
F 当体系处于A点时，处于H2O和H＋的稳定区，所以 两极的共轭反应为：
阴极（高电势的氧电极）：
4H＋＋O2 ＋4e →2H2O 阳极（低电势的氢电极：2H＋＋2e→H2 总反应为：2H2＋O2→2 H2O
以上称为水的Φ－pH图
(5) Fe(OH)3
与(4)同理得：
Φ5= (0.260-0.059pH)V
所以，(5)在Φ－pH图得到斜率为0.059的斜线。并与（3） 相交，交点坐标为（6.6,-0.11）
2.
3.有H＋、无e参加的反应
（6）Fe(OH)2＋2 H＋→Fe2＋ + 2 H2O lgK=lg (a Fe2＋/ a 2H＋)