《氧化还原和电化学》PPT课件.ppt

氧化还原反应与电化学 电 化 学 是 研 究 电 能 和 化 学 能 之 间 相 互转 化 及 转 化 过 程 中 有 关 规 律 的 科 学 。 电化 学 工 业 已 成 为 国 民 经 济 的 重 要 组 成 部分 。 简 介 氧 化 还 原 反 应 是 化 学 反 应 中 最 重 要 的一 类 , 反 应 的 基 本 特 点 是 在 反 应 物 之 间 发生 电 子 的 传 递 ， 即 反 应 物 的 原 子 或 离 子发 生 氧 化 数 改 变 。 1. 氧 化 还 原 及 氧 化 数 的 基 本 概 念 ； 氧化 还 原 反 应 方 程 式 的 配 平 ； 2.电 极 的 种 类 及 表 示 方 法 ； 电 极 反 应方 程 式 的 书 写 ； 3.原 电 池 及 电 解 池 的 表 示 方 法 ； 原 电池 及 电 解 池 中 电 极 符 号 ； 电 池 反 应 的 书写 方 法 ； 4.电 解 过 程 法 拉 第 定 律 ， 电 流 效 率 及有 关 计 算 ； 本 部 分 所 要 掌 握 的 主 要 内 容 5.电 极 电 势 及 标 准 电 极 电 势 的 概 念 及影 响 因 素 ； 6.氧 化 剂 、 还 原 剂 强 弱 的 判 断 ； 氧 化还 原 反 应 方 向 的 判 断 ； 7. 电 解 与 电 镀 过 程 的 基 本 概 念 ， 电 解过 程 析 出 物 质 的 顺 序 ； 8. 一 些 常 见 化 学 电 源 9. 金 属 电 化 学 腐 蚀 的 原 理 及 基 本 防 腐方 法 。本 部 分 所 要 掌 握 的 主 要 内 容 一 、 氧 化 还 原 反 应1.氧 化 与 还 原 氧 化 本 来 是 指 物 质 与 氧 化 合 ， 还 原 是指 从 氧 化 物 中 去 掉 氧 恢 复 到 未 被 氧 化 前的 状 态 的 反 应 。 任 何 一 个 氧 化 还 原 反 应 都 可 看 作 是 两个 半 反 应 之 和 。 例 如 ， 铜 的 氧 化 反 应 可以 看 成 是 下 面 两 个 半 反 应 的 结 果 ：Cu(s)-2e- =Cu2+ O 2(g)+2e- =O2- “失 去 ” 一 词 并 不 意 味 着 电 子 完 全 移去 。 当 电 子 云 密 度 远 离 一 个 原 子 时 ， 该原 子 即 是 氧 化 。 这 是 氧 化 还 原 反 应 意 义的 进 一 步 扩 展 。氧化还原反应氧化与还原 它 们 的 代 数 和 即 是 总 的 反 应 。 金 属铜 失 去 电 子 ， 变 成 铜 离 子 ， 铜 被 氧 化 ；氧 得 到 电 子 ， 变 成 氧 离 子 ， 氧 被 还 原 。因 此 ， 氧 化 和 还 原 可 定 义 为 ：氧 化 是 失 去 电 子 ， 还 原 是 得 到 电 子 。 2. 氧 化 还 原 电 对氧化还原反应氧化还原电对 我 们 把 一 个 还 原 型 物 种 (电 子 给 体 )和一 个 氧 化 型 物 种 (电 子 受 体 )称 为 氧 化 还原 电 对 ： 在 书 写 半 反 应 时 ， 要 把 电 对 的 氧 化 型物 种 写 在 左 边 ， 还 原 型 物 种 写 在 右 边 。氧 化 型 + ze- 还 原 型 氧化还原反应氧化还原电对 对 于 Fe2 ， 当 它 作 为 还 原 剂 和 氧 化 剂物 种 时 ， 书 写 半 反 应 时 分 别 出 现 在 不 同一 侧 ： Fe 3+(aq)+e- Fe2+(aq) Fe 2+(aq)+2e- Fe(s) 还 原 剂 和 氧 化 剂 之 间 的 反 应 是 一 个 氧 化 还 原 反应 。 氧 化 剂 氧 化 其 他 物 质 ， 它 本 身 得 到 电 子 被还 原 ； 还 原 剂 还 原 其 他 物 质 ， 它 本 身 失 去 电 子被 氧 化 。 3. 元 素 的 氧 化 数 指 某 元 素 一 个 原 子 的 荷 电 数 ， 这 种 荷电 数 是 假 设 把 每 个 化 学 键 中 的 电 子 指 定给 电 负 性 更 大 的 原 子 而 求 得 。氧化还原反应元素的氧化数 确 定 氧 化 数 的 一 般 原 则 是 ： 氧化还原反应元素的氧化数 a. 任 何 形 态 的 单 质 中 元 素 的 氧 化 数 等于 零 。 b. 多 原 子 分 子 中 ， 所 有 元 素 的 氧 化 数之 和 等 于 零 。 c. 单 原 子 离 子 的 氧 化 数 等 于 它 所 带 的电 荷 数 。 多 原 子 离 子 中 所 有 元 素 的 氧 化数 之 和 等 于 该 离 子 所 带 的 电 荷 数 。 氧化还原反应元素的氧化数 d. 在 共 价 化 合 物 中 ， 可 按 照 元 素 电 负性 的 大 小 ， 把 共 用 电 子 对 归 属 于 电 负 性较 大 的 那 个 原 子 ， 然 后 再 由 各 原 子 的 电荷 数 确 定 它 们 的 氧 化 数 。 e. 氢 在 化 合 物 中 的 氧 化 数 一 般 为 +1，但 在 金 属 氢 化 物 中 ， 氢 的 氧 化 数 为 -1。氧 在 化 合 物 中 的 氧 化 数 一 般 为 -2， 但 在过 氧 化 物 为 -1, 在 超 氧 化 物 中 为 -1/2。 f. 氟 在 化 合 物 中 的 氧 化 数 皆 为 -1 。 4. 氧 化 还 原 方 程 式 的 配 平氧化还原反应氧化还原方程式的配平 以 高 锰 酸 钾 和 氯 化 钠 在 硫 酸 溶 液 中 的反 应 为 例 ， 说 明 用 氧 化 数 法 配 平 氧 化 还原 反 应 方 程 式 的 具 体 步 骤 。 a. 根 据 实 验 确 定 反 应 物 和 产 物 的 化 学式 ：KMnO4+ NaCl + H2SO4 Cl2 +MnSO4+K2SO4+Na2SO4 + H2O b.找 出 氧 化 数 升 高 及 降 低 的 元 素 。 锰的 氧 化 数 降 低 5； 氯 的 氧 化 数 升 高 1， 氯气 以 双 原 子 分 子 的 形 式 存 在 ， NaCl的 化学 计 量 数 至 少 应 为 2；氧化还原反应氧化还原方程式的配平KMnO4+NaCl+H2SO4Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4 氧 化 数 降 低 5氧 化 数 升 高 2 +H2O c. 计 算 氧 化 数 降 低 与 升 高 的 最 小 公 倍数 ， 上 述 反 应 式 中 5和 2的 最 小 公 倍 数为 10， 可 知 高 锰 酸 钾 的 系 数 为 2， 而 氯气 的 系 数 为 5， 氯 化 钠 的 系 数 为 10:氧化还原反应氧化还原方程式的配平KMnO4+NaCl+H2SO4Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4氧 化 数 降 低 5 2氧 化 数 升 高 2 5 +H2O d. 配 平 反 应 前 后 氧 化 数 没 有 变 化 的 原子 数 。 e. 最 后 核 对 氧 原 子 数 。 该 等 式 两 边的 氧 原 子 数 相 等 ， 说 明 方 程 式 已 配 平 。 氧化还原反应氧化还原方程式的配平2KMnO4+10NaCl+8H2SO4 =5Cl2+2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+8H2O 二 、 原 电 池 和 电 极1. 原 电 池 在 硫 酸 铜 溶 液 中 放 入 一 片 锌 ， 将 发生 下 列 氧 化 还 原 反 应 ： 这 个 反 应 同 时 有 热 量 放 出 ， 这 是 化 学能 转 变 为 热 能 的 结 果 。 这 一 反 应 也 可 在图 1所 示 的 装 置 中 进 行 。 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 图 1 铜 锌 原 电 池原电池和电极原电池这 种 装置 能 将化 学 能转 变 成为 电 能 ，称 为 原电 池 。KCl(aq) 原电池和电极原电池 在 两 电 极 上 进 行 的 反 应 分 别 是 ： 负 极 反 应 ： Zn = Zn2+ + 2e- (氧 化 反 应 )正 极 反 应 ： Cu2+ + 2e- = Cu (还 原 反 应 )电 池 反 应 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 正 极 和 负 极 ： 根 据 电 位 高 低 来 判 断 ，电 位 高 的 为 正 极 ， 低 的 为 负 极 ， 电 流方 向 由 正 极 向 负 极 ， 电 子 由 负 极 向 正极 移 动 。 阴 极 和 阳 极 ： 根 据 电 极 反 应判 断 ， 发 生 氧 化 反 应 的 为 阳 极 ， 发 生还 原 反 应 的 为 阴 极 。原电池和电极原电池 原电池和电极原电池的表示方法2. 原 电 池 的 表 示 方 法 原 电 池 由 两 个 半 电 池 组 成 ， 在 上 述 铜锌 原 电 池 中 ， 烧 杯 中 的 锌 和 锌 盐 溶 液组 成 一 个 半 电 池 ， 烧 杯 中 的 铜 和 铜 盐溶 液 组 成 另 一 个 半 电 池 ， 两 个 半 电 池 用盐 桥 连 接 。 为 了 方 便 ， 在 电 化 学 中 通 常表 示 为 ： Cu)L/mol1(CuSO)L/mol1(ZnSOZn 44 a.负 极 在 左 ， 正 极 在 右 ；原电池和电极原电池的表示方法b. 单 垂 线 “ ” 表 示 界 面 ；c. 双 垂 线 “ ”表 示 盐 桥 ；e. 标 注 所 有 影 响 电 极 电 势 （ 电 动 势 ） 的因 素 ， 如 物 质 状 态 ， 电 解 质 浓 度 等 。d. 标 注 温 度 和 压 力 ；原 电 池 的 表 示 的 一 般 方 法 为 ： 3. 电 极 及 电 极 种 类 原 电 池 总 是 由 两 个 半 电 池 组 成 ， 半电 池 又 可 称 为 电 极 。 常 见 电 极 可 分为 三 大 类 ：原电池和电极电极及电极种类 第 一 类 电 极 ：原电池和电极电极及电极种类金属与其阳离子组成的电极氢电极氧电极卤素电极汞齐电极 第 二 类 又 称 难 溶 盐 电 极 ：原电池和电极电极及电极种类 第 三 类 又 称 氧 化 -还 原 电 极 ：原电池和电极电极及电极种类 书 写 电 极 反 应 和 电 池 反 应 时 ， 应 注 意物 量 和 电 量 的 同 时 平 衡 。 例 如 原 电 池 ：(-) (Pt) I2(s)I-(a1)Fe3+(a2), Fe2+(a3) (Pt) (+) Fe3+(a2) + 2I-(a1) I2(s) + Fe2+(a3) 电 池 反 应 ： 而 应 是 2Fe3+(a2) + 2I-(a1) I2(s) + 2Fe2+(a3)原电池和电极电极及电极种类是 不 正 确 的 ， 三 、 电 极 电 势 及 其 应 用电 流 方 向锌电极电极电势较低 铜电极电极电势较高 (Cu2+/Cu) (Zn2+/Zn) 1. 电 极 电 势 原电池中有电流，表明原电池有电位差(即电池电动势)构成两电极的电位不等(电极电势之差)： E 0 = 0(+) 0 (-) = 0(Cu2+/Cu) 0 (Zn2+/Zn)原 电 池 电 动 势 等 于 两 电 极 的 电 极 电 势之 差 ： E = (+) (-)= (Cu2+/Cu) (Zn2+/Zn) 当 电 极 反 应 中 所 涉 及 的 物 质 处于 标 准 态 时 (各 物 质 的 浓 度 为 1个 单位 ， 气 体 的 压 力 为 1标 准 压 力 ， 固 体为 纯 态 )， 此 时 电 极 电 势 为 “ 标 准 电极 电 势 ” (0 ) 单 个 电 极 的 电 势 值 的 绝 对 值无 法 测 得 。 如 果 能 测 得 ， 必 须 有电 子 得 失 ， 此 时 电 极 性 质 发 生 了变 化 不 是 原 来 的 电 极 。 但 在 实 际 中 ， 只 要 测 得 各 个电 极 对 于 同 一 基 准 电 势 的 相 对 值 ，就 可 以 计 算 出 任 意 两 个 电 极 所 组成 的 电 池 的 电 动 势 。 2. 标准氢电极 标 准 氢 电 极 规 定 ： 氢 气 压 力 为 1标 准 压 力 、 溶 液 中 H+活 度 为 1时 的 氢电 极 。 Pt|H2(p0)|a(H+)=1 规 定 标 准 氢 电 极 的 电 极 电 势 为 零 。电 极 反 应 2H+ + 2e = H2 3. 标准电极电势 规 定 ： 将 标 准 氢 电 极 作 为 负 极 ， 待 测电 极 为 正 极 ， 组 成 电 池 .Pt|H2(p0)|a(H+)=1| |待 测 电 极此 电 池 的 电 动 势 即 为 待 测 电 极 的 电 极 电 势 。 标 准 电 极 电 势 ： 待 测 电 极 中 各 反 应 组分 均 处 于 各 自 的 标 准 态 时 的 电 极 电 势 。E 0 = 0(Cu2+/Cu) - 0 H+/H2)= +0.340 V 0(Cu2+/Cu) = 0.340 V 标准电极电势表 对 消 法 测 电 动 势 的 实 验 装 置 工 作 电 源电 位 计检 流 计 标 准 电 池待 测 电 池 电池反应：(-) Cd(Hg)Cd2+Hg(l)+2e-(+)Hg2SO4(s)+2e-2Hg(l)+SO42-净反应：Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2OCdSO 48/3H2O(s)+Hg(l) 二 类 标 准 电 极氢 电 极 使 用 不 方 便 ， 用 有 确 定 电 极 势的 甘 汞 电 极 作 二 级 标 准 电 极 。Cl-(aCl-)|Hg2Cl2|HgHg2Cl2 + 2e 2Hg+2Cl-0.1 mol/L 0.337V 1.0 mol/L 0.2801VSat. 0.2412V Ag AgCl电 极AgCl + e Ag + Cl- 表 示 ： Cl- | AgCl | Ag 4. 外 因 对 电 极 电 势 的 影 响 (物 质 浓 度的 影 响 ) = 0 + nFRT ln氧 化 型 还 原 型 当 T 298.15 K时 (25oC) = 0 + n0.0592 lg 氧 化 型 还 原 型 能 斯 特 方 程 : = 0 - n0.0592 lg 还 原 型 氧 化 型 应 用 能 斯 特 方 程 式 时 ， 注 意 ： 式 中 氧 化 型 、 还 原 型 的 浓 度 应包 括 半 反 应 中 的 所 有 物 质 ； 浓 度 或 分 压 上 要 有 与 计 量 数 相 同 的 指 数 ； 气 体 用 压 力 表 示 ， 纯 固 体 、 纯 液 体的 浓 度 作 为 常 数 (数 值 为 1)处 理 。 如 对 于 Fe3+ + eFe2+ 或 电 对 Fe3+/Fe2+ 的电 极 电 势(Fe3+/Fe2+) = 0(Fe3+/Fe2+)+ (0.0592/1)lgc(Fe3+)/c(Fe2+) = 0 + n0.0592 lg 氧 化 型 还 原 型 c(Fe3+)/c(Fe2+)的 比 值 改 变 ， 可 使 改 变(-) Pt| Fe3+(0.001 M),Fe2+(1M) | | Fe 3+(1M) ,Fe2+(0.001M)|Pt (+) 0.3552 V MnO4- 5e + 8H+ = Mn2+ + 4H2O 0 + lg0.05925 MnO4 H+8Mn2+ AgCl(s) + e = Ag + Cl-(m) AgClClAg0 c cclnFRT Cl0 clnFRT 在 铜 锌 原 电 池 铜 电 极 中 引 入 硫 化 物 ， 由于 CuS难 溶 于 水 ， 导 致 其 中 铜 离 子 浓 度 降 低 ，铜 电 极 电 极 电 势 减 小 ， 进 而 使 原 电 池 电 动 势减 小 ， 由 电 动 势 的 能 斯 特 方 程 分 析 可 得 到 同样 的 结 论 。 在 原 电 池 系 统 中 引 入 络 合 剂 其 作 用 与 加 入沉 淀 剂 相 同 ， 即 都 是 通 过 影 响 某 一 离 子 的 浓度 而 影 响 其 电 极 电 势 ， 进 而 影 响 所 形 成 原 电池 的 电 动 势 。 5. 电极电势的应用(1) 判 断 氧 化 剂 、 还 原 剂 的 相 对 强 弱 。 值 越 大 ， 电 对 中 氧 化 型 物 质 (氧化 剂 )的 氧 化 能 力 越 强 ， 还 原 型 物 质 的还 原 能 力 越 弱 。如 : Cu2+/Cu Hg2Cl2/Hg、 AgCl/Ag 值 越 小 ， 电 对 中 还 原 型 物 质 (还原 剂 )的 还 原 能 力 越 强 ， 氧 化 型 物 质 的氧 化 能 力 越 弱 。 电 极 电 势 越 低 ， 电 对 中 还 原 型 物 质越 容 易 被 氧 化 ； 电 极 电 势 越 高 ， 电 对 中氧 化 型 物 质 越 容 易 被 还 原 。(1) 判 断 氧 化 剂 、 还 原 剂 的 相 对 强 弱 。5. 电极电势的应用Zn2+/Zn 例 :要 把 Fe2+与 Co2+和 Ni2+分 离 ， 首先 要 把 Fe2+氧 化 为 Fe3+， 然 后 使 Fe3+以 黄钠 铁 矾 NaFe(SO4)2 12H20从 溶 液 中 沉 淀析 出 。 因 而 要 选 择 一 种 只 能 将 Fe2+氧 化 为Fe3+， 而 不 能 氧 化 Co2+和 Ni2+的 氧 化 剂 。从 标 准 电 极 电 势 表 查 得 ： (ClO-/Cl- )和 ( ClO3-/Cl-)介 于 铁 电 极 和 钴 及 镍 电 极 电极 电 势 之 间 ; 5. 电极电势的应用 在 酸 性 溶 液 中 使 用 氯 酸 钠 或 次 氯 酸钠 作 为 氧 化 剂 ， Fe2+可 被 氧 化 ， 而 Co2+和 Ni2+则 不 能 。5. 电 极 电 势 的 应 用NaClO3+6FeSO4+3H2SO4 = NaCl+3Fe2(SO4)3+3H2ONaClO+2FeSO4+H2SO4 =NaCl+Fe2(SO4)3+H2O H2O2 +2H+ +2e = 2H2O 0 = 1.776V O2 +2H+ +2e = H2O2 0 = 0.595V 判 断 H2O2的 氧 化 性 用 (O的 价 态 由 -1减小 到 -2。 H2O2是 氧 化 剂 ， 本 身 被 还 原 )。(2) 对 既 有 氧 化 性 又 有 还 原 性 的 物 质 ， 应选 用 不 同 的 电 对 的 电 极 电 势 判 断 H2O2的 还 原 性 用 (O的 价 态 由 0减 小到 -1， O2是 氧 化 剂 ； H2O2是 还 原 剂 (态 )。5. 电 极 电 势 的 应 用 0(+) 0(-) 反 应 可 自 发(3) 氧 化 还 原 反 应 对 应 的 原 电 池 电 动 势大 于 0， 反 应 可 以 自 发 进 行 。即 (+) (-) 反 应 可 自 发E = (+) (-) 0 标 准 态 时5. 电极电势的应用 (4) 求 氧 化 还 原 反 应 的 平 衡 常 数 n： 电 池 反 应 式 中 的 电 子 转 移 数0(+) 、 0(-)为 电 池 中 两 电 极 的 标 准电 极 电 势 0592.0 )()(nKlg 00 0592.0nE05. 电极电势的应用 a. 难 溶 盐 溶 解 度 和 溶 度 积 的 电 化 学 测 定方 法 : 将 沉 淀 反 应 设 计 成 电 池 反 应 ， 通 过测 定 电 池 的 电 动 势 ， 即 可 求 出 难 溶 盐 的溶 解 度 和 Ksp. 5. 电极电势的应用 lgK = 0.577/0.0592 = 9.7466Ksp= 1.8 1010例 : 设 计 电 池 计 算 AgCl(s)的 溶 解 度 。() Ag|Ag+(1molL-1)Cl(1mol L-1)|AgCl|Ag(+) 正 极 反 应 AgCl(s) + e- = Ag + Cl 负 极 反 应 Ag = Ag+ + e- 测 得 电 池 的 电 动 势 E = 0.577V Cl可换 为X电 池 反 应 AgCl(s) = Ag+ + ClAgCl(s)的 溶 解 度 ： c = K1/2 = 1.34 105 mol/L 对 于 这 类 沉 淀 反 应 ， 一 般 常 常 将 金属 离 子 设 为 还 原 反 应 ， 含 有 难 溶 盐 物 质的 设 为 氧 化 反 应 。 2222 ClHgCl2Hg Hg2e2Hg 22 22ClHge2Cl2Hg2 组 成 电 池 为 Hg)m(Hg)m(Cl)s(ClHgHg 222122 lgK = lgKsp = nE0/0.0592 b. 对 于 中 和 反 应 的 平 衡 常 数 (水 的 离 子 积KW)： OHOHH 2 A. 用 氢 气 电 极 Pt)p,g(H)m(H)m(OH)p,g(HPt 2212 正 极 反 应 2H+ + 2e- H2 负 极 反 应 H2 + 2OH- - 2e- 2H2OlgK = lgKW = nE0/0.0592 B. 用 氧 气 电 极 Pt)p,g(O)m(H)m(OH)p,g(OPt 2212 正 极 反 应 4H+ + O2 + 4e- = 2H2O 负 极 反 应 4OH- - 4e- = 2H2O + O2 lgK = lgKW = nE0/0.0592 如 果 一 种 元 素 有 几 种 氧 化 态 ， 就 可 形 成多 种 氧 化 还 原 电 对 。 如 铁 有 0， +2， +3和 +6等 氧 化 态 ， 因 此 就 有 下 列 几 种 电 对 及 相 应 的标 准 电 极 电 势 ：6. 元 素 标 准 电 极 电 势 图 及 其 应 用半 反 应 0 把 同 种 元 素 不 同 氧 化 态 间 的 标 准 电极 电 势 按 照 由 高 到 低 的 顺 序 排 成 图 解 ： 这 种 表 示 一 种 元 素 各 种 氧 化 态 之 间 标准 电 极 电 势 关 系 的 图 解 叫 做 元 素 电 势 图 ，又 称 拉 蒂 默 (Latimer)图 。6. 元 素 标 准 电 极 电 势 图 及 其 应 用 FeFeO42- Fe3+2.20V 0.771V Fe2+-0.447V 0.037V 以 锰 在 酸 性 (pH 0)和 碱 性 (pH 14)介质 中 的 电 势 图 为 例 ： (1) 判 断 氧 化 剂 的 强 弱酸 性 溶 液6. 元 素 标 准 电 极 电 势 图 及 其 应 用1.679V 1.507V 1.224VMnO4- MnO42- MnO2 Mn3+ Mn2+0.558V 2.24V 0.907V 1.541VMn-1.185V 6. 元 素 标 准 电 极 电 势 图 及 其 应 用碱 性 溶 液 -0.045VMnO4- MnO42- MnO2 Mn(OH)3 Mn(OH)20.558V 0.60V -0.2V 0.15V0.595V Mn-1.55V 电 极 电 势 越 低 ， 低 价 态 的 物 质越 容 易 被 氧 化 ； 电 极 电 势 越 高 ， 高价 态 的 物 质 越 容 易 被 还 原 。 (2) 判 断 是 否 发 生 歧 化 反 应 歧 化 反 应 是 指 元 素 本 身 发 生 氧 化 还 原反 应 。 根 据 元 素 电 势 图 可 判 断 能 否 发 生歧 化 反 应 ， 一 般 来 说 ， 对 于 ： 左 右 即 能 发 生 歧 化 反 应 。 6. 元 素 标 准 电 极 电 势 图 及 其 应 用0左 0右A B C0右 0左 例 如 根 据 锰 的 电 势 图 可 以 判 断 ， 在 酸性 溶 液 中 MnO4 2-可 以 发 生 歧 化 反 应 ： 在 碱 性 溶 液 中 Mn(OH)3可 发 生 歧 化反 应 ：6. 元 素 标 准 电 极 电 势 图 及 其 应 用3MnO42-+4H+=2MnO4-+MnO2+2H2O2Mn(OH)3 = Mn(OH)2+MnO2+2H2O (3) 从 相 邻 电 对 的 电 极 电 势 求 另 一 电对 的 电 极 电 势 ：例 如 ， 在 碱 性 溶 液 中 溴 的 电 极 电 势 ：0.54V 0.45V 1.066VBrO3- BrO- Br2 Br-？电 对 BrO3-/Br-的 半 反 应 ：BrO3-+3H2O 6e- Br-+ 6OH- 0(BrO3-/Br-)=(4 0.54)+(1 0.45)+(1 1.066)6 V 0.61V 四 、 电 解 及 电 镀 1. 电 解 池 负 极 ： Cu2 2e Cu，发 生 还 原 反 应 ， 为 阴 极 ；正 极 ： 4OH4e 2H2O O2，发 生 氧 化 反 应 ， 为 阳 极 。 2. 电 解 过 程 法 拉 第 定 律（ 1） 电 极 上 发 生 化 学 变 化 的 物 质 的 量 与通 人 的 电 量 成 正 比 ;（ 2） 若 几 个 电 解 池串 联 , 各 电 解 池 发 生 反 应 的 物 质 的 量 相 同 。 即 ： Q nzF法 拉 第 常 数 F： 一 摩 尔 电 子 所 带 电 量 的绝 对 值 (约 96500Cmol 1) 指 电 解 过 程 中 析 出 一 定 数 量 的 某 物 质理 论 所 需 电 量 （ 电 流 ） 与 实 际 消 耗 电 量（ 电 流 ） 之 比 。 3. 电 流 效 率 （ 电 能 效 率 ） 4.分 解 电 压 使 用 Pt电 极 电 解 H2O，加 入 中 性 盐 用 来 导 电 ，实 验 装 置 如 图 所 示 。逐 渐 增 加 外 加 电 压 ， 由安 培 计 G和 伏 特 计 V分别 测 定 线 路 中 的 电 流 强度 I 和 电 压 E， 画 出 I-E曲 线 。 外 加 电 压 很 小 时 ， 几乎 无 电 流 通 过 ， 阴 、阳 极 上 无 H2气 和 氧 气放 出 。 随 着 E的 增 大 ， 电极 表 面 产 生 少 量 氢气 和 氧 气 ， 但 压 力低 于 大 气 压 ， 无 法逸 出 。 所 产 生 的 氢气 和 氧 气 构 成 了 原电 池 ， 外 加 电 压 必须 克 服 这 反 电 动 势 ，继 续 增 加 电 压 ， I 有 少 许 增 加 ， 如 图中 1-2段 。 当 外 压 增 至 2-3段 ，氢 气 和 氧 气 的 压 力 等于 大 气 压 力 ， 呈 气 泡逸 出 ， 反 电 动 势 达 极大 值 Eb,max。再 增 加 电 压 ， 使 I 迅 速 增 加 。 将 直线 外 延 至 I =0处 ， 得 E(分 解 )值 ，这 是 使 电 解 池 不 断 工 作 所 必 需 外加 的 最 小 电 压 ， 称 为 分 解 电 压 。 电 解 质 溶 液 发 生 电 解 时 所 必 须 加 的 最小 电 压 ， 称 为 分 解 电 压 。 分 解 电 压 产 生 的 原 因 ：4H+(aq) + 4e- 2H2(g)4OH- 2H2O(l) + O2(g) + 4e-Pt H2(p0) H2SO4(1molL-1) O2(p0） Pt 原 电 池 中 进 行 的 电 极 反 应 ， 是 电 解 池中 电 极 上 进 行 反 应 的 逆 过 程 ， 电 动 势 与外 加 电 压 数 值 相 等 而 方 向 相 反 。 要 使 电解 顺 利 地 进 行 ， 外 加 电 压 必 须 超 过 这 一相 反 方 向 的 电 动 势 。 因 此 ， 理 论 上 的 分解 电 压 可 通 过 原 电 池 电 动 势 计 算 出 来 ：H2(g) 2H+(aq) +2e-O2(g) + 2H2O(l) + 4e-4OH-(aq) 实 际 测 得 的 分 解 电 压 是 1.67 V， 比 理论 分 解 电 压 高 很 多 ， 这 种 现 象 称 为 极 化作 用 。=0.401V+0.059 lg 1013 = 1.229V 20OH20H 2/10O0H0 / P/PP/Plg2059.0 22 ccccEE 电 解 产 物 的 判 别 ： 电 解 时 若 阳 极 和 阴极 可 能 发 生 多 种 反 应 ， 则 阳 极 优 先 析 出析 出 电 势 低 的 物 质 ； 阴 极 优 先 析 出 析 出电 势 高 的 物 质 。 极 化 作 用 是 指 实 际 析 出 电 势 偏 离 理 论析 出 电 势 的 现 象 。 一 般 来 说 ， 固 体 极 化作 用 很 小 ； 而 气 体 的 极 化 作 用 很 大 。5.极 化 作 用 及 电 解 产 物 的 判 别 电 解 及 电 镀 极 化 作 用 与 电 解 产 物 的 判 别 6.电 镀 电 镀 是 电 解 的 实 际 应 用 的 一 种 ， 电 镀的 典 型 应 用 主 要 有 以 下 几 种 ：金 属 的 电 镀 ： 防 腐 及 增 加 机 械 强 度 等 ；铝 及 其 合 金 的 电 化 学 氧 化 及 表 面 着 色 ；塑 料 电 镀 五 、 金 属 的 电 化 学 腐 蚀 与 防 腐 金 属 表 面 与 周 围 介 质 发 生 化 学 及 电 化学 作 用 而 遭 受 破 坏 ， 叫 做 金 属 腐 蚀 。 金属 表 面 与 介 质 如 气 体 或 非 电 解 质 液 体 等因 发 生 化 学 什 用 而 引 起 的 腐 蚀 ， 叫 做 化学 腐 蚀 ， 化 学 腐 蚀 作 用 进 行 时 没 有 电 流产 生 。 金 属 表 面 与 介 质 如 潮 湿 空 气 、 电解 质 溶 液 等 因 发 生 电 化 学 作 用 而 引 起 的腐 蚀 ， 叫 做 电 化 学 腐 蚀 。1.金 属 的 电 化 学 腐 蚀 2. 电 化 学 腐 蚀 产 生 原 因 当 两 种 金 属 或 者 两 种 不 同 的 金 属 制 成的 物 体 相 接 触 ， 同 时 又 与 其 他 介 质 (如 潮湿 空 气 、 其 他 潮 湿 气 体 、 水 或 电 解 质 溶液 等 )相 接 触 时 ， 就 形 成 了 一 个 原 电 池 ，进 行 原 电 池 的 电 化 学 作 用 。 铜 板 上 的 铁 铆 钉 为 什 么 特 别 容 易 生 锈 ？ l 带 有 铁 铆 钉 的 铜 板 若暴 露 在 空 气 中 ， 表 面被 潮 湿 空 气 或 雨 水 浸润 ， 空 气 中 的 CO2、SO2和 海 边 空 气 中 的NaCl溶 解 其 中 ， 形 成电 解 质 溶 液 ， 这 样 组成 了 原 电 池 ， 铜 作 阴极 ， 铁 作 阳 极 ， 所 以铁 很 快 腐 蚀 形 成 铁 锈 。 铁 锈 的 组 成铁 在 酸 性 介 质 中 只 能 氧 化 成 二 价 铁 ：Fe Fe2+ + e二 价 铁 被 空 气 中 的 氧 气 氧 化 成 三 价 铁 ， 三 价铁 在 水 溶 液 中 生 成 Fe(OH)3 沉 淀 ， Fe(OH)3 又 可 能 部 分 失 水 生 成 Fe2O3所 以 铁 锈 是 一 个 由 Fe、 Fe、 Fe(OH)3、 Fe2O3等 化 合 物 组 成 的 疏 松 的 混 杂 物 质 。 3. 析 氢 腐 蚀 与 吸 氧 腐 蚀阳 极 上 Fe发 生 氧 化 作 用 ： 阴 极 发 生 的 反 应 可 能 是 氢 离 子 被 还 原成 H2析 出 ：阴 极 发 生 该 种 反 应 称 为 析 氢 腐 蚀 。Fe 2e- = Fe2+2H+ +2e- = H2(g) 另 一 种 反 应 可 能 是 大 气 中 的 氧 气 在 阴极 上 取 得 电 子 ， 在 电 极 上 发 生 还 原 反 应 ：阴 极 发 生 该 种 反 应 称 为 吸 氧 腐 蚀 。 由 于 氧 气 的 电 极 电 势 比 氢 气 更 正 ， 说明 有 氧 气 存 在 时 腐 蚀 更 严 重 。O2(g)+4H+(aq)+4e- = 2H2O(l) Fe2 与 溶 液 中 的 OH 结 合 ， 生 成 氢 氧化 亚 铁 Fe(OH)2， 然 后 又 和 潮 湿 空 气 中水 分 和 氧 发 生 作 用 ， 最 后 生 成 铁 锈 ： 金 属 的 电 化 学 腐 蚀 ， 实 际 上 是 形 成 了许 多 微 电 池 ， 它 和 前 面 所 述 的 原 电 池 ，并 没 有 本 质 上 的 区 别 。4Fe(OH)2+2H2O+O2 = 4Fe(OH)3 4. 金 属 的 防 腐常 用 的 有 下 列 几 种 方 法 ： 非 金 属 保 护 层 金 属 保 护 层 阳 极 保 护 层 阴 极 保 护 层电 化 学 保 护保 护 器 保 护 阴 极 电 保 护 阳 极 电 保 护加 缓 蚀 剂 保 护 1、 一 次 电 池 普 通 锌 锰 电 池锌 筒石 墨 棒MnO2和 C普 通 锌 -锰 干 电 池 的 结 构NH4Cl、 ZnCl2 和 H2O等 负 极正 极电 池 反 应 ： （ Zn） ： Zn = Zn 2+ + 2e- （ MnO2和 C） ：MnO2(s)+2NH4+(aq)+2e- = Mn2O3(s)+2NH3+H2OZn+MnO 2(s)+ 2NH4+(aq) = Zn 2+ + Mn2O3(s)+2NH3+H2O 缺 点 ： 放 电 量 小 ， 放 电 过 程 中 漏 液 六 、 常 见 化 学 电 源 碱 性 锌 -锰 干 电 池负 极 ：正 极 ：电 池 反 应 ：电 解 质 ： KOHZnMnO2Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2碱 性 电 池 在 电 池 制 作 过 程中 ， 为 了 使 电 池 放 电速 度 快 、 电 位 稳 定 ，常 常 在 电 池 中 加 入 汞 、镉 和 铅 等 重 金 属 离 子 。 铅 蓄 电 池2. 二 次 电 池 铅蓄电池放 电 时 总 反 应 ： Pb+PbO 2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O负 极 ： Pb-2e-+SO42-=PbSO4正 极 ： PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O负 极 ：正 极 ：电 解 质 ： H2SO 溶 液PbPbO2放 电 过 程 2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还 原 反 应阴 极 ：阳 极 ：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + H+(aq) + SO42-(aq) 氧 化 反 应接 电 源 负 极接 电 源 正 极充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：放 电充 电 镍 镉 电 池该 电 池 电 动 势 约 l.4V， 它 可 以 作 为 电 源 用 于充 电 式 计 算 器 、 电 子 闪 光 灯 、 电 动 剃 须 刀 等 。Cd(s)+2OH-(aq) Cd(OH)2(s)+2e-NiO2(s)+2H2O(l)+2e-Ni(OH)2(s)+2OH-(aq)NiO2极 （ 正 极 ）总 反 应 ：Cd(s)+NiO2(s)+2H2O(l)=Cd(OH)2(s)+Ni(OH)2(s)Cd极 （ 负 极 ） 3 燃 料 电 池负 极 ： H2 + 2OH- = 2H2O + 2e- 正 极 ： O 2 + 2H2O + 4e- = 4OH- （ 1） 氢 氧 燃 料 电 池 需 要 解 决 的 问 题 ： 设备 腐 蚀 严 重 ； 电 极 材 料 ；产 生 的 水 及 时 移 去 ； 提高 能 量 利 用 效 率 等 。 阿 波 罗 飞 船 的 燃 料 电 池是 由 三 组 碱 式 氢 氧燃 料 电 池 组 成 ， 生 成 的水 用 作 冷 却 水 ， 电 压 为2731 V， 功 率 为 5631 420 W。 （ 2） 生 物 燃 料 电 池以 生 物 酶 作 为 催 化 剂 的 一 类 燃 料电 池 ， 一 般 以 生 物 相 容 性 物 质 作为 燃 料 ， 如 葡 萄 糖 ， O2、 乙 醇 等 ，能 作 为 特 定 植 入 器 官 的 动 力 来 源 、一 些 特 殊 环 境 下 检 测 的 仪 器 的 能源 等 。特 点 ： 清 洁 、 无 污 染 、 生 物 相 容性 、 燃 料 来 源 广 泛 等 。