电化学与金属腐蚀
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最常见的形态
绝对值不可知,可测相对值
➢ 标准氢电极
铂丝
电极反应:
H2(100kPa)
2H+(aq) + 2e H2(g)
H+(1mol·dm3) 铂黑电极
氢气泡
电对:H+/H2 (H+/H2) = 0.0000V 电极表示为:
H+(1mol·dm-3) | H2(p) , Pt
➢标准电极电势的测定
Zn2+/Zn、 Cu2+/Cu Fe3+/Fe2+、MnO4–/Mn2+ H+/H2、Cl2/Cl–、O2/OH–
电 极:组成原电池的导体 金属导体如 Cu、Zn(参与电极反应) 惰性导体如 Pt、石墨棒(不参与电极反应)
电极类型(The various types of electrodes )
§4.2电极电势及其应用
4.2.1 电极电势(Electrode Potential) 1. 电极电势的产生 M(s) Mn+(aq) + ne
M活泼
M不活泼
+- - + +- - + +- - + +- - +
Mn稀
溶解 > 沉积
-+ +-+ +-+ +-+ +-
Mn浓
沉积 > 溶解
电极电势(Eox/Red) : 金属与其盐溶液间的 双电层所产生的电势差
4.1源自文库2 原电池的热力学
1.电池反应的△Gm与电动势E的关系
对电动势为E的电池反应:
Cu2++Zn→Zn2++Cu
根据标准摩尔生成焓和标准摩尔生成吉 布斯函数,可求得(298.15K时):
rHm = -217.2 kJ·mol-1 rGm = -212.69 kJ·mol-1
由于 ΔrGm 是系统可用来做非体积功的那部分能量 ,
(–) Pt,H2(p) | H+(1.0 mol·dm-3) || Cu2+(1.0 mol·dm-3) | Cu(+)
E = (Cu2+/Cu) – (H+/H2) = 0.337V
● 金属-金属离子电极
电极反应
Zn2+ + 2e-
Zn
电极符号
Zn (s) ∣ Zn2+ (aq)
● 气体-离子电极 电极反应 2H+ (aq)+ 2e-
电极符号
H2(g)
Pt ∣ H2(g) ∣ H+ (aq)
● 金属-金属难溶盐电极
电极反应 AgCl(s)+ e- Ag(s)+ Cl- (ag) 电极符号 Ag-AgCl (s)∣ Cl- (aq)
(1) 负极“–”在左边,正极“+”在右边,盐桥 “‖”在中间
(2) 半电池中两相界面用“ | ”分开,同相不同 物
(3) 种纯用液“体、,固”体分和开气,体溶写液在、惰气性体电要极注一明边ci,用pi “,”分开
例:将下列反应设计成原电池并以 原电池符号表示
2Fe2+(1.0mol ·dm–3) + Cl2(101325Pa) = 2Fe3+(1.0mol ·dm–3) + 2Cl– (2.0mol ·dm–3)
而在原电池中,非体积功w ' 即为电功we, ΔrGm= w'max = -QE = -nFE
所以ΔrGm= -nFE 或 ΔrGm = -nFE
从热力学的化学反应等温式中,可得到下式:
EE R nFTln[c[(c反 (产应 物/物 c/) c]b]a)
上式称为电动势的能斯特(W.Nernst)方程,电动势 是强度性质,其值与反应中化学计量数的选配无关。
第四章 电化学与金属腐蚀
§4.1 原电池 §4.2电极电势及其应用 §4.3 电解
§4.1 原电池
4.1.1 原电池(primary cell)中的化学反应
原电池:将化学能转变成电能的装置
工作状态的原电池同 时发生三个过程: •两个电极表面分别 发生氧化反应和还原 反应 •电子流过外电路 •离子流过电解质溶 液
解: (–) Fe2+
Fe3+ + e
(+) Cl2 + 2e 2Cl–
(–) Pt | Fe2+ (1.0mol ·dm–3) , Fe3+ (1.0mol ·dm–3) ||
Cl– (2.0mol ·dm–3) | Cl2(101325Pa),Pt (+)
例:将下列反应设计成原电池并以 原电池符号表示
由标准锌电极与标准氢电极 构成的原电池,其电池表示 式为:
Zn|Zn2+(1mol·dm-3)||H3O+(1mol·dm-3)|H2(1×105Pa)∣Pt 实验测得电池的电动势为0.763V, 即
0.763 V = 0 V- θ(Zn2+/Zn) θ(Zn2+/Zn) = -0.763 V
这这样样,,就就可可依依次次测测出出各各个个电电极极在在标标准准 态态时时的的电电极极电电势势。。
MnO4–(c1) + 5Fe2+(c2) + 8H+(c3) = Mn2+(c4) + 5Fe3+(c5) + 4H2O (l)
解:(–) Fe2+
Fe3+ + e
(+) MnO4– + 8H+ + 5e
Mn2+ + 4H2O
(–) Pt | Fe2+ (c2) , Fe3+ (c5) || MnO4–(c1), H+(c3), Mn2+(c4) | Pt (+)
● 氧化还原电极或浓差电极
电极反应 Fe 3+ (aq)+ e电极符号
Fe 2+ (ag)
Pt∣Fe 3+ (aq, c1), Fe 2+ (aq, c2)
原电池的表示符号:
( – ) Zn | Zn2+(1.0mol·dm–3) || Cu2+(1.0mol·dm–3) | Cu ( + )
书写原电池符号的规则:
影响因素: 金属的本性、金属离子的浓度、
溶液的温度
2. 电极电势的测定
标准电极电势( )
(Standard Electrode Potential)
指标准电极的电势。凡是符合标准态条件的电 极都是标准电极。 标准态: ● 所有的气体分压均为1×105 Pa ● 溶液中所有物质的活度均为1mol·kg-1 ● 所有纯液体和固体均为1×105 Pa条件下最稳定或
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
负极(cathode):电子流出,氧化反应
Zn Zn2+ + 2e
正极(anode):电子流入,还原反应
Cu2+ + 2e
Cu
电池反应:
Zn + Cu2+
Zn2+ + Cu
电极反应(半电池反应):
氧化态 + n e
还原态
氧化还原电对(氧化态/还原态):Ox/Red
绝对值不可知,可测相对值
➢ 标准氢电极
铂丝
电极反应:
H2(100kPa)
2H+(aq) + 2e H2(g)
H+(1mol·dm3) 铂黑电极
氢气泡
电对:H+/H2 (H+/H2) = 0.0000V 电极表示为:
H+(1mol·dm-3) | H2(p) , Pt
➢标准电极电势的测定
Zn2+/Zn、 Cu2+/Cu Fe3+/Fe2+、MnO4–/Mn2+ H+/H2、Cl2/Cl–、O2/OH–
电 极:组成原电池的导体 金属导体如 Cu、Zn(参与电极反应) 惰性导体如 Pt、石墨棒(不参与电极反应)
电极类型(The various types of electrodes )
§4.2电极电势及其应用
4.2.1 电极电势(Electrode Potential) 1. 电极电势的产生 M(s) Mn+(aq) + ne
M活泼
M不活泼
+- - + +- - + +- - + +- - +
Mn稀
溶解 > 沉积
-+ +-+ +-+ +-+ +-
Mn浓
沉积 > 溶解
电极电势(Eox/Red) : 金属与其盐溶液间的 双电层所产生的电势差
4.1源自文库2 原电池的热力学
1.电池反应的△Gm与电动势E的关系
对电动势为E的电池反应:
Cu2++Zn→Zn2++Cu
根据标准摩尔生成焓和标准摩尔生成吉 布斯函数,可求得(298.15K时):
rHm = -217.2 kJ·mol-1 rGm = -212.69 kJ·mol-1
由于 ΔrGm 是系统可用来做非体积功的那部分能量 ,
(–) Pt,H2(p) | H+(1.0 mol·dm-3) || Cu2+(1.0 mol·dm-3) | Cu(+)
E = (Cu2+/Cu) – (H+/H2) = 0.337V
● 金属-金属离子电极
电极反应
Zn2+ + 2e-
Zn
电极符号
Zn (s) ∣ Zn2+ (aq)
● 气体-离子电极 电极反应 2H+ (aq)+ 2e-
电极符号
H2(g)
Pt ∣ H2(g) ∣ H+ (aq)
● 金属-金属难溶盐电极
电极反应 AgCl(s)+ e- Ag(s)+ Cl- (ag) 电极符号 Ag-AgCl (s)∣ Cl- (aq)
(1) 负极“–”在左边,正极“+”在右边,盐桥 “‖”在中间
(2) 半电池中两相界面用“ | ”分开,同相不同 物
(3) 种纯用液“体、,固”体分和开气,体溶写液在、惰气性体电要极注一明边ci,用pi “,”分开
例:将下列反应设计成原电池并以 原电池符号表示
2Fe2+(1.0mol ·dm–3) + Cl2(101325Pa) = 2Fe3+(1.0mol ·dm–3) + 2Cl– (2.0mol ·dm–3)
而在原电池中,非体积功w ' 即为电功we, ΔrGm= w'max = -QE = -nFE
所以ΔrGm= -nFE 或 ΔrGm = -nFE
从热力学的化学反应等温式中,可得到下式:
EE R nFTln[c[(c反 (产应 物/物 c/) c]b]a)
上式称为电动势的能斯特(W.Nernst)方程,电动势 是强度性质,其值与反应中化学计量数的选配无关。
第四章 电化学与金属腐蚀
§4.1 原电池 §4.2电极电势及其应用 §4.3 电解
§4.1 原电池
4.1.1 原电池(primary cell)中的化学反应
原电池:将化学能转变成电能的装置
工作状态的原电池同 时发生三个过程: •两个电极表面分别 发生氧化反应和还原 反应 •电子流过外电路 •离子流过电解质溶 液
解: (–) Fe2+
Fe3+ + e
(+) Cl2 + 2e 2Cl–
(–) Pt | Fe2+ (1.0mol ·dm–3) , Fe3+ (1.0mol ·dm–3) ||
Cl– (2.0mol ·dm–3) | Cl2(101325Pa),Pt (+)
例:将下列反应设计成原电池并以 原电池符号表示
由标准锌电极与标准氢电极 构成的原电池,其电池表示 式为:
Zn|Zn2+(1mol·dm-3)||H3O+(1mol·dm-3)|H2(1×105Pa)∣Pt 实验测得电池的电动势为0.763V, 即
0.763 V = 0 V- θ(Zn2+/Zn) θ(Zn2+/Zn) = -0.763 V
这这样样,,就就可可依依次次测测出出各各个个电电极极在在标标准准 态态时时的的电电极极电电势势。。
MnO4–(c1) + 5Fe2+(c2) + 8H+(c3) = Mn2+(c4) + 5Fe3+(c5) + 4H2O (l)
解:(–) Fe2+
Fe3+ + e
(+) MnO4– + 8H+ + 5e
Mn2+ + 4H2O
(–) Pt | Fe2+ (c2) , Fe3+ (c5) || MnO4–(c1), H+(c3), Mn2+(c4) | Pt (+)
● 氧化还原电极或浓差电极
电极反应 Fe 3+ (aq)+ e电极符号
Fe 2+ (ag)
Pt∣Fe 3+ (aq, c1), Fe 2+ (aq, c2)
原电池的表示符号:
( – ) Zn | Zn2+(1.0mol·dm–3) || Cu2+(1.0mol·dm–3) | Cu ( + )
书写原电池符号的规则:
影响因素: 金属的本性、金属离子的浓度、
溶液的温度
2. 电极电势的测定
标准电极电势( )
(Standard Electrode Potential)
指标准电极的电势。凡是符合标准态条件的电 极都是标准电极。 标准态: ● 所有的气体分压均为1×105 Pa ● 溶液中所有物质的活度均为1mol·kg-1 ● 所有纯液体和固体均为1×105 Pa条件下最稳定或
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
负极(cathode):电子流出,氧化反应
Zn Zn2+ + 2e
正极(anode):电子流入,还原反应
Cu2+ + 2e
Cu
电池反应:
Zn + Cu2+
Zn2+ + Cu
电极反应(半电池反应):
氧化态 + n e
还原态
氧化还原电对(氧化态/还原态):Ox/Red