第五章 电化学基础
第五章电化学基础
原电池是将化学能转化为电能的装置
第五章电化学基础
盐桥的作用： 沟通二溶液中的电第五章荷电化学基保础 证反应继续进行
形成原电池的条件
1.一个能够正向自发的氧化还原反应 。 2.氧化反应与还原反应分别在两极进行。 3.必须有盐桥(或多孔陶瓷、离子交换膜)
等连通装置。
第五章电化学基础
2. 电极反应和电池反应 由电流方向知两极反应: e-
金属置于其盐溶液时： M-ne-→Mn+
同时： Mn++ne-→M 当溶解和沉积二过程平
衡时，金属带电荷，
溶液带相反电荷。两种电
荷集中在固-液界面第五章附电化学基近础 。形成了双电层。
• 电极电势的产生
金
金
溶液
属
属
溶液
M
Mn+(aq) + 2e
双电层的电势差即该电极的平衡电势,
称为电极电势，表示为：
第五章电化学基础
5.2.2 电极电势的确定
1. 标准氢电极：
c(H+) =1 mol·dm－3 p(H2) = 105 Pa
H /H2
0.0000v
第五章电化学基础
2. 标准电极电势的测定：
第五章电化学基础
参比电极
装置图
第五章电化学基础
甘汞电极P表 ， tH示 (gl)H 方 2C g2法 (lsC )： (lc) 电极:反 H应 2C g2(ls)2e⇌ 2Hg(2lC)l(aq )
任一自发的氧化还原反应都可以组成一个 原电池。如：
Cu+ FeCl3 CuCl+ FeCl2 (-)Cu∣CuCl(S)∣C第l五-章电化学‖基础 Fe3+,Fe2+∣Pt(+)
电化学基础知识讲解及总结
电化学基础知识讲解及总结电化学是研究电与化学之间相互作用的学科，主要研究电能转化为化学能或者化学能转化为电能的过程。
以下是电化学的基础知识讲解及总结：1. 电化学基本概念：电化学研究的主要对象是电解质溶液中的化学反应，其中电解质溶液中的离子起到重要的作用。
电池是电化学的主要应用之一，它是将化学能转化为电能的装置。
2. 电化学反应：电化学反应可以分为两类，即氧化还原反应和非氧化还原反应。
氧化还原反应是指物质失去电子的过程称为氧化，物质获得电子的过程称为还原。
非氧化还原反应是指不涉及电子转移的反应，如酸碱中的中和反应。
3. 电解和电解质：电解是指在电场作用下，电解质溶液中的离子被电解的过程。
电解质是指能在溶液中形成离子的化合物，如盐、酸、碱等。
4. 电解质溶液的导电性：电解质溶液的导电性与其中的离子浓度有关，离子浓度越高，导电性越强。
电解质溶液的导电性也受温度和溶质的物质性质影响。
5. 电极和电位：在电化学反应中，电极是电子转移的场所。
电极可以分为阳极和阴极，阳极是氧化反应发生的地方，阴极是还原反应发生的地方。
电位是指电极上的电势差，它与电化学反应的进行有关。
6. 电池和电动势：电池是将化学能转化为电能的装置，它由两个或多个电解质溶液和电极组成。
电动势是指电池中电势差的大小，它与电化学反应的进行有关。
7. 法拉第定律：法拉第定律是描述电化学反应速率的定律，它表明电流的大小与反应物的浓度和电化学当量之间存在关系。
8. 电解质溶液的pH值：pH值是衡量溶液酸碱性的指标，它与溶液中的氢离子浓度有关。
pH值越低，溶液越酸性；pH值越高，溶液越碱性。
总结：电化学是研究电与化学之间相互作用的学科，主要研究电能转化为化学能或者化学能转化为电能的过程。
其中包括电化学反应、电解和电解质、电极和电位、电池和电动势等基本概念。
掌握电化学的基础知识对于理解电化学反应和电池的工作原理具有重要意义。
《电化学基础》课件
电化学反应速率
总结词
电化学反应速率描述了电化学反应的快 慢程度，是衡量反应速度的重要参数。
VS
详细描述
电化学反应速率与参与反应的物质的浓度 、温度、催化剂等条件有关。在一定条件 下，反应速率可由实验测定，对于一些特 定的电化学反应，也可以通过理论计算来 预测其反应速率。
反应速率常数
总结词
反应速率常数是描述电化学反应速率的重要参数，它反映了电化学反应的内在性质。
详细描述
反应速率常数与参与反应的物质的性质、温度等条件有关。在一定条件下，反应速率常数可以通过实验测定，也 可以通过理论计算得到。反应速率常数越大，表示该反应的速率越快。
反应机理
总结词
电化学反应机理是描述电化学反应过程中各步骤的详细过程和相互关系的模型。
详细描述
电化学反应机理可以帮助人们深入理解电化学反应的本质和过程，从而更好地控制和优化电化学反应 。不同的电化学反应可能有不同的反应机理，同一电化学反应也可能存在多种可能的反应机理。 Nhomakorabea05
电化学研究方法
实验研究方法
01
重要手段
02
实验研究是电化学研究的重要手段，通过实验可以观察和测量电化学 反应的过程和现象，探究反应机理和反应动力学。
03
实验研究方法包括控制电流、电位、电场等电学参数，以及观察和测 量电流、电位、电导等电化学参数。
04
实验研究需要精密的实验设备和仪器，以及严格的操作规范和实验条 件控制。
01
02
03
电池种类
介绍不同类型电池的制造 过程，如锂离子电池、铅 酸电池、镍镉电池等。
电池材料
阐述电池制造过程中涉及 的主要材料，如正负极材 料、电解液、隔膜等。
电化学基础知识点总结
电化学基础知识点总结电化学是研究电与化学之间相互转化和相互作用的科学。
它是物理学和化学的交叉学科，在电池、电解和电沉积等领域有着广泛的应用。
以下是电化学的基础知识点总结：1. 电化学反应：- 氧化还原反应（简称氧化反应和还原反应），是电化学最基本的反应类型，涉及原子、离子或分子的电荷变化。
- 氧化是指某物质失去电子，还原是指某物质获得电子。
2. 电池原理：- 电池是将化学能转化为电能的装置，由两个电极（阳极和阴极）和电解质组成。
阳极是发生氧化反应的地方，阴极是发生还原反应的地方。
- 在电池中，化学反应产生的电荷通过外部电路流动，从而形成电流。
3. 电解：- 电解是用电流将化合物分解成离子或原子的过程。
在电解槽中，正极是阴离子的聚集地，负极是阳离子的聚集地，而正负极之间的电解液是导电介质。
- 在电解过程中，正负电极上的反应是有差别的，称之为阳极反应和阴极反应。
4. 电解质：- 电解质是能够在溶液中或熔融态中导电的物质。
电解质可以是离子化合物，如盐和酸，也可以是离子溶剂如水。
- 强电解质能够完全离解成离子，而弱电解质只有一小部分离解成离子。
5. 电动势：- 电动势是电池或电化学系统产生电流的驱动力，通常用电压表示。
- 在标准状态下，标准电动势是指正极与负极之间的电压差。
它与化学反应的自由能变化有关，可以通过标准电动势表进行查阅。
6. 极化现象：- 极化是指在电解过程中阻碍电流通过的现象。
- 有两种类型的极化：浓差极化和活化极化。
浓差极化发生在反应物浓度在电极上发生变化的时候，活化极化发生在电化学反应速率受到限制的时候。
7. 电信号：- 在电化学中，电伏是电势大小的基本单位。
它表示单位电荷通过电路所产生的能量的大小。
- 电流是电荷通过导体的速率，单位是安培。
- 除了电伏和电流之外，还有许多其他电信号，例如电阻、电导率和电容。
8. 电化学测量方法：- 常用的电化学测量方法有电压法、电位法、电流法和电导法。
电化学基础知识点总结
电化学基础知识点总结电化学是研究电子与离子在电解质溶液中的相互转移和相互作用的科学。
它涉及电荷的移动和化学反应的同时发生。
在电化学中，我们主要关注两个方面的过程：电化学反应和电化学细胞。
1. 电化学反应电化学反应是指在外加电势的作用下，电子和离子之间发生的氧化还原反应。
电化学反应包括两个基本过程：氧化和还原。
氧化是指物质失去电子或氢离子，而还原则是指物质获得电子或氢离子。
在电化学反应中，常常涉及到电极反应和电解质的离子浓度变化。
2. 电化学细胞电化学细胞是一种将化学能转化为电能的装置。
它包括两个半电池：一个作为阳极，用于氧化反应；另一个作为阴极，用于还原反应。
两个半电池通过电解质溶液或电解质桥相连，并且在外部连接一个电路，使电子能够在阳极和阴极之间流动。
这个电路就是外部电路，而电解质溶液或电解质桥则是内部电路。
电化学细胞产生的电势差可以用来驱动电子在电路中进行功的转化。
3. 电化学基础概念在电化学中，有一些基本概念需要了解。
（1）电极：电极是电化学反应发生的场所。
它包括两种类型：阳极和阴极。
阳极是发生氧化反应的地方，电子从阳极流出；而阴极是发生还原反应的地方，电子流入阴极。
（2）电位：电位是指在标准状态下，电解质溶液中某个电极的电势相对于标准氢电极的差异。
标准氢电极的电势被定义为0V，其他电极相对于标准氢电极具有正负的电势。
（3）电解质：电解质是能够在溶液中分解出离子的物质。
电解质可以分为强电解质和弱电解质，具体取决于它们在溶液中的离解程度。
（4）电导率：电导率是指电解质溶液中离子传导电流的能力。
电导率高的溶液具有更好的导电性能。
4. 电化学技术和应用电化学不仅是一门基础科学，还在许多领域中有广泛的应用。
（1）电解：电解是指利用电流将化合物分解为离子的过程。
电解在电解制备金属、电镀、电解解析等方面有着重要的应用。
（3）蓄电池：蓄电池是一种将化学能转化为电能的设备。
它具有可充电性，常用于储存和提供电能。
第五章 电化学基础
0.05917 lg 0.10 0.05917 lg 0.010
0.10 E 0.05917 lg 0.05917 (V) 0.010
二. 比较氧化剂和还原剂的相对强弱
越大 电极的 氧化型物质氧化能力↑
共轭还原型物质还原能力↓
还原型物质还原能力↑ 共轭氧化型物质氧化能力↓
（1）Mn2+ + 2e
2
Mn
2
(Mn / Mn) (Mn
0.05917 / Mn) lg c(Mn 2 ) 2
（2）2H2O + 2e
H2 + 2OH0.05917 1 (H 2O / H 2 ) (H 2O / H 2 ) lg 2 p(H 2 ) {c(OH )}2 Ag + Br-
∵ ∴
(H / H 2 ) 0.00 V
E 待测
例如：测定Zn2+/Zn电极的标准电极电势
将Zn2+/Zn与SHE组成电池
(-)Pt,H2(100kPa)|H+(1mol· -1)||Zn2+(1mol· -1)|Zn(+) L L
298.15K时， E =-0.763V，
电池反应：
二、原电池符号
(-)Zn | Zn2+(c1) || Cu2+(c2) | Cu(+) 相界面 盐桥
电极导体
溶液
同相不同物种用“，”分开，
负极“ - ”在左边，正极“ + ”在右边； 溶液、气体要注明cB，pB ，固体浓度忽略
纯液体、固体和气体写在惰性电极(Pt)一边用“ , ”分开。
例1：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。 2Fe2 1.0mol L1 Cl2 100kPa
电化学基础_课件
据此反应判断，下列叙述中正确的是（CD ）
A. 电池放电时，负极周围溶液的pH不 断增大
B. 电池放电时，镍元素被氧化 C. 电池充电时，氢元素被还原 D. 电池放电时，H2是负极
4. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH 溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中
燃烧，则下列说法正确的是 ( ) A
N
CCuS2SOO4 4
酒精
NaCl溶液
H2SO4 H2SO4
例2. 在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用 导线连接的锌片和铜片，下列叙述正
确的是( D )
(A)正极附近的SO42 －离子浓度逐渐增大 (B)电子通过导线由铜片流向锌片
(C)正极有O2逸出 (D)铜片上有H2逸出
强调：原电池的工作原理：
①电极和电解质溶液 ②两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料
电（池2））电解质溶液：
参与电极反应或构成内电路
（3）两导体作电极：
①活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属 导
体石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为
(负4极)形。成闭合回路。 （两电②极两用不导活泼线的连导接体－，石或墨接或触Pt等。。）（燃料电池电
稀Na硫O酸H溶溶液液
强调：电极的判断及电极反应式的书写
方法一：根据电极材料的性质确定。 1.对于金属—金属电极，
活泼金属是负极，不活泼金属是正极； 2.对于金属—非金属电极，
金属是负极，非金属是正极，如干电池等； 3.对于金属—化合物电极，
金属是负极，化合物是正极。 方法二：根据电极反应的本身确定。 失电子的反应→氧化反应→负极； 得电子的反应→还原反应→正极。
失e，沿导线传递，有电流产生
外电路
电化学基础知识
电化学基础知识电化学是一门研究电子在化学变化中作用的科学。
它主要研究电化学反应的机理、热力学和动力学等。
电化学可以用来研究电解质溶液的性质、金属腐蚀的原理、电池的工作原理、电镀的原理以及电化学分析等。
一、电化学反应一个化学反应发生，需要有电子的转移。
电化学反应也是如此，它需要电子的转移。
一个完整的电化学反应分两个半反应式，分别称为氧化半反应和还原半反应。
氧化半反应式： A → A+ + e-还原半反应式： B+ + e- → B这两个半反应式通过电子转移而产生化学反应。
氧化半反应式是电子被剥离的一方，称为还原剂，还原半反应式是电子参与化学反应的一方，称为氧化剂。
还原剂和氧化剂组成氧化还原对。
电子是一种基本的负电荷物质，具有负电荷。
二、电化学反应热力学电化学反应的热力学包括了内能、熵、焓、自由能等概念。
自由能是化学反应是否能够自发进行的重要标准，它可以通过以下公式求出：∆G=∆H-T∆S式中：∆G是自由能变化；∆H是焓变化；∆S是熵变化；T是温度。
当∆G＜0时，化学反应可以自发进行；当∆G＝0时，反应处于平衡状态；当∆G＞0时，反应不能自发进行。
三、电化学反应动力学电化学反应动力学主要研究电化学过程中的反应速率和化学动力学规律。
在电化学反应中，主要的影响因素有电极表面的物理化学状态、电化学反应的温度、电化学反应的电位等。
电极表面的物理化学状态是影响电化学反应速率的主要因素。
它可以通过电极的面积、形状、表面不纯物质的存在与否等因素来影响电化学反应速率。
温度对电化学反应速率也有较大的影响。
当温度升高时，电化学反应速率会增加；当温度降低时，反应速率会减慢。
因此，电化学反应的温度是要进行控制的。
电化学反应的电位对电化学反应速率也有较大的影响。
电位是电化学反应中实际电位和标准电位之间的差值。
当实际电位高于标准电位时，电化学反应速率会加快；当实际电位低于标准电位时，反应速率则会减慢。
四、电化学分析电化学分析是依靠电化学原理进行的分析和检测。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可分为:Cu2Βιβλιοθήκη +2e- Cu 还原半反应
Zn
Zn2++2e- 氧化半反应
其中:高氧化值者 Cu2+、Zn2+ 称氧化态; 低氧化值者 Cu、 Zn 称还原态。
可归结为：
氧化态Ⅰ+还原态Ⅱ 还原态Ⅰ+氧化态Ⅱ
此外，还有氧化态的概念。
氧 化 数(值）
概念：化合物中某元素的形式荷电数。 规定：某元素的一个原子的荷电数，
正极反应：Cu2++2e- Cu
还原半反应
电池反应: Cu2++Zn
Zn2++Cu
铜 锌 原 电 池：
电极
电极反应
电对
•负极：Zn ⇌ Zn 2+ + 2e 氧化反应 Zn2+/ Zn
•正极：Cu2+ + 2e ⇌ Cu 还原反应 Cu2+ / Cu
电池反应：Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+
在中性溶液中：
0.0592 lg c14 (H ) 6
Cr2O72 / Cr 3
1.232
0.0592 lg(107 )14 6
< =0.265V
θ (1.232)
Cr2O72-的氧化性减弱
•大多数含氧酸盐的氧化能力随酸度增大而增强.
5.2.4 电极电势的应用
• 1.计算原电池的电动势 • 2.判断氧化还原反应的方向 • 3.判断氧化剂、还原剂的相对强弱 • 4.判断氧化还原反应进行的程度
Zn∣Zn2+ Cl-∣Cl2∣Pt
Fe3+,Fe2+∣Pt Ag∣AgCl∣Cl-
•例1：给出下列氧化还原反应的电极反应、 电对及电池符号。
2MnO4－ + 10Cl－ + 16H + = 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O
电极反应：(-) 2Cl－ ⇌ Cl2 + e (+)MnO4- + 8H+ + 5e ⇌ Mn2+ + H2O
利用Nernst方程求非标准状态下的电极电势
例：已知:
θ O2/OH
0.40V
求pOH=1, p(O2)=100kPa时, 电极反应(298K)
O2(g) + 2H2O + 4e ⇌ 4OH 的 O2/OH
解：pOH = 1, c(OH )=101mol·dm3
O2 /OH
θ O2/OH
0.
059 4
原电池是将化学能转化为电能的装置
盐桥的作用： 沟通二溶液中的电荷保证反应继续进行
形成原电池的条件
1.一个能够正向自发的氧化还原反应 。 2.氧化反应与还原反应分别在两极进行。 3.必须有盐桥(或多孔陶瓷、离子交换膜)
等连通装置。
2. 电极反应和电池反应
由电流方向知两极反应:
e-
负极反应：Zn-2e- Zn2+ 氧化半反应
3. 电池符号
负极在左，正极在右； 离子在中间，导体在外侧； 固-液有界面（|），液-液有盐桥（∥）
例如：
（-）Zn∣Zn2+(c1) ∥ Cu2+(c2)∣Cu（+） （-）Pt∣Fe3 +(c1) ，Fe2+ (c2) ∥ Cl- (c3) ∣Cl2(p)∣Pt（+）
4.几个概念 由图及符号可见： ① 原电池是由两个半电池组成的；半电
第五章 电化学与金属腐蚀
了解电极电势的概念，正确书写电极反应、电 池反应及原电池符号；
掌握能斯特方程的有关计算； 利用电极电势分析氧化还原反应的一些问题； 了解电解的基本原理，能正确判断电解产物； 了解电解在工程实际中的一些应用及金属腐蚀
和防护的原理。
氧化与还原
CuSO4+Zn ZnSO4+Cu ΔrGmy =-212.55kJ·mol-1
离子浓度均为1mol·L-1)
已知 θ Cr2O72/Cr 3
1.232V ,
解：电极反应：
Cr2O72- +14H+ +6e ⇌ 2 Cr3+ +7H2O
Cr2O72/Cr 3
Cr2
O
2 7
/Cr
3
0.0592 6
lg
c(Cr2O72 )c14 (H ) c2 (Cr 3 )
θ Cr2O72/Cr 3
可由假设把每个键的电子指定 给电负性较大的原子而求得。
计数规则： ① 单质中，元素的氧化数为零； ② 单原子离子中，
元素的氧化数=电荷数； ③ 多原子离子中，
各元素的氧化数之和=电荷数； ④ 中性分子中，
各元素的氧化数之和为零；
⑤ 化合物中，一般： H — +1（-1）； O — -2（-1，+1，+2）； MⅠ— +1；MⅡ—+2。
H+/H 2H++2e- ⇌ H2 Cu2+/Cu Cu2++2⇌eC- u
F2/F F2+2e- ⇌ 2F-
-2.931 -0.7618 0.0000 +0.3419 +2.866
标准电极电势表
关于标准电极电势表的几点说明：
氧化型 + ne ⇌ 还原型 φθ氧化型/还原型
⑴酸表与碱表 ⑵标准电极电势与电极反应的写法无关
lg
[c(MnO
4
)][c(H
[c(Mn 2 )]
)]8
•例： O2/H2O 电极反应：O2(g)+4H++4e ⇌ 2 H2O(l)
0.0592 4
lg
pO2 p
c( H
)4
例：O2/H2O 电极反应:H2O(l) ⇌ 1/2O2(g)+2H+ +2e
1
0.02592 lg
pO2 p
2 c(H )2
解：c(H+)= Ka.c(HAc)= 1.76x10-5×0.1 =1.3310-3mol.l-1
(H+/H2)=θ+(0.0592/n)lg[H+]2/[p/pθ]
=0+(0.0592/2)lg(1.33×10-3)2 = -0.17V
例. 计算298K时，电对Cr2O72-/Cr3+在中性 溶液中的电极电势（假设除H+以外，其它的
池中的反应就是半反应,即电极反应 所以半电池又叫电极（不是电极导体）。 半反应（电极反应）涉及同一元素的氧 化态和还原态（氧化型与还原型 ）：
氧化态+ne- 还原态
②氧化还原电对 记为：“氧化态/还原态” 如： Zn2+/Zn， H+/H2， Fe3+/Fe2+， O2/OHHg2Cl2/Hg， MnO4-/Mn2+ , 等。
如： Cl2+H2 = 2HCl
虽然没有电子的得失，
仍然是氧化还原反应。
5.1 原电池及其电动势
5.1.1 原电池 1 原电池的组成：
Cu2++Zn = Zn2++Cu ΔrHmy =-218.66kJ·mol-1 根据检流计指针偏转方向
知电流方向： Cu→Zn 可知,电势: Zn—低,Cu—高 因而电极名: Zn—负,Cu—正
例如： CO CO2 CH4 C2H5OH 碳的氧化数 +2 +4 -4 -2 又如： S2O32- S2O82- S4O62- Fe3O4 硫和铁的氧化数 +2 +7 +5/2 +8/3
再如：
P I3
N I3
各元素的氧化数 +3 -1 -3 +1
因为电负性是 2.1 2.5 3.0 2.5
氧化还原反应就是 氧化数发生变化的反应。
解：按能斯特方程式：
B(Zn2+/Zn)=
y
0.
0
592V 2
lg(0
.
00
1
)
=-0.7618+0.02592V lg(0.001)
=
(A) Zn∣Zn2+（1.0mol.dm-3) (B) Zn∣Zn2+(0.001mol. dm-3)
A (Zn2+/Zn)= =-0.7618V
可见:(A)为正极, (B)为负极。
5.2.3 浓度对电极电势的影响——能斯特方程
电池反应：Δ rG m
Δ
r
G
θ m
RTlnQ
nFE nFEθ RTlnQ
E Eθ 2.303RT lgQ nF
当 T 298.15K时 , 将 R 8.314J mol1 K 1, F 96487C mol1 代入得 : E Eθ 0.0592lgQ n
电动势为:E= - =0 .089V
这种电池称为浓差电池，电动势较小。
2 判断氧化还原反应进行的方向
反应自发进行的条件为△rGm＜0 因为 △rGm = –nFE 即
E＞ 0 反应正向自发进行 E ＜ 0 反应逆向自发进行
E --
氧化剂电对的电极电势大于还原剂电对的 电极电势反应可正向自发进行.
lg
pO2 [c(OH
/pθ )/cθ]4
0.40
0.059lg 4
100/100 (101 )4
0.40 0.059 0.459V
• 增大电对中氧化型的浓度，或 降低还原型的浓度，电极电势
增大。也说明电对中氧化型的
氧化能力增强或还原型的还原 能力减弱，反之亦然。
溶液酸度对电极电势的影响