【正文】 第四章 氧化還原反應(yīng) 與電化學(xué)基礎(chǔ) 電池充電 (電解池 ) 電池放電 (原電池 ) ?電化學(xué)研究的內(nèi)容： 化學(xué)能 電能 ?實現(xiàn)方式：電池中電子、離子的遷移及 電極的氧化還原反應(yīng)。 ?化學(xué)電源 ——將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。 ?化學(xué)電源已成為現(xiàn)代社會生活的必需品， 而 化學(xué)電源都與氧化還原反應(yīng)有關(guān)。 本章將著重探討以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)的電化學(xué)問題 167。 41 原電池及電極電勢 167。 42 能斯特方程 167。 43 電極電勢的應(yīng)用 167。 44 電化學(xué)技術(shù) 要點為： ?掌握化學(xué)電池的電極和電池反應(yīng)，了解電極電勢概念； ?掌握能斯特方程及其簡單應(yīng)用； ?初步掌握可逆電池?zé)崃W(xué)的基本規(guī)律及應(yīng)用； ?初步了解電化學(xué)的一部分應(yīng)用問題。 167。 41 原電池及電極電勢 回顧：氧化還原反應(yīng) 18世紀(jì)末 2Zn(s)+O2(g) = 2ZnO(s) 與氧結(jié)合 19世紀(jì)中 Zn→Zn 2++ 2e 電子轉(zhuǎn)移 20世紀(jì)初 H2(g)+Cl2(g) = 2HCl(g) 電子偏移 氧化還原概念的發(fā)展 覆蓋范圍擴大 Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ 氧化劑 還原劑 還原產(chǎn)物 氧化產(chǎn)物 Cu2+ + 2e ? Cu 還原反應(yīng)（得電子） Zn 2e ? Zn2+ 氧化反應(yīng)（失電子） 半反應(yīng) 從氧化還原反應(yīng)到化學(xué)電池 在溶液中發(fā)生的普通氧化還原反應(yīng)不能產(chǎn)生定向移動的電流，但可以通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，使電流定向移動，這種 借助于自發(fā)的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流的 裝置稱為 原電池， 此時 化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能 。 Cu2+ (aq) + Zn (s) = Cu (s) + Zn2+ (aq) 燒杯中的氧化還原反應(yīng) 一、原電池及氧化還原電對 ΔrGmθ= kJmol1 負(fù)極 ： 正極 ： 總反應(yīng) ： 2Z n ( s) 2 e Z n ( a q )??2+ C u ( aq ) + 2e C u ( s)?2 + 2Z n ( s) + C u ( a q ) = Z n ( a q ) C u ( s)? ?示意圖 ? 產(chǎn)生于回路的電流： ? 電極及導(dǎo)線中的電子遷移； ? 溶液中的離子遷移； ? 電極－溶液界面的氧化還原反應(yīng)。 負(fù)極 ： 正極 ： 總反應(yīng) ： 2Z n ( s) 2 e Z n ( a q )??2+ C u ( aq ) + 2e C u ( s)?2 + 2Z n ( s) + C u ( a q ) = Z n ( a q ) C u ( s)? ?每個 半電池 由一個 電對 組成： 負(fù)極： Zn2+/ Zn 正極： Cu2+ / Cu 鹽橋 飽和 KCl 或 NH4NO3 溶液（瓊膠作成凍膠） 原電池由三部分組成：兩個半電池 ， 鹽橋和導(dǎo)線 。 電對的書寫規(guī)則： 氧化態(tài) /還原態(tài)。 作用 保持溶液電中性，使電極反應(yīng)得以繼續(xù)進行 兩個電對分別進行如下半反應(yīng)： Zn2+（ aq） +2e－ = Zn（ s） Cu2+（ aq） +2e－ = Cu（ s） 電對的半反應(yīng)按如下方式書寫： 氧化態(tài) +ne－ = 還原態(tài) n為電極氧化或還原反應(yīng)式中電子的計量系數(shù) 。 在原電池中陽極 （ 負(fù)極 ） 進行的是氧化反應(yīng) ， 陰極 （ 正極 ） 進行的是還原反應(yīng) ， 兩極進行的總反應(yīng)叫 電池反應(yīng) 。 上例：銅鋅原電池 (丹尼爾電池 )： （－） Zn | Zn2＋ (c1) Cu2＋ (c2) | Cu（＋） 電池反應(yīng)： Zn(s)＋ Cu2＋ (aq) ＝ Zn2＋ (aq)＋ Cu (s) 若 （－） Zn | H2SO4(c) | Cu（＋） ——伏打電池 e G e (－ ) (＋ ) (－ ) Zn(s)＝ Zn2+(aq)+2e (＋ ) 2H+(aq)+ 2e ＝ H2(g) Zn(s)+2H+(aq) = Zn2+(aq)+H2(g) 電池反應(yīng)： 一、原電池及氧化還原電對 電解反應(yīng)： Zn2＋ (aq) ＋ Cu(s) ＝ Zn (s)＋ Cu2＋ (aq) Zn H+ SO42 Cu 電解反應(yīng)： 2H+(aq) + Cu(s) =Cu2+(aq)+H2(g) 鋅電極： Zn(s) 2e ＝ Zn2＋ (aq) …… 半反應(yīng)為氧化反應(yīng)， 陽極 /負(fù)極 。 氫電極： 2H＋ (aq)＋ 2e＝ H2(g) …… 半反應(yīng)為還原反應(yīng)， 陰極 /正極 ； 電池反應(yīng)： Zn(s)＋ 2H＋ (aq) ＝ Zn2＋ (aq)＋ H2(g) （－） Zn | Zn2＋ (c1) H＋ (c2) | H2(p)|Pt（＋） 電池裝置用 電池圖示 表示為： 一、原電池及氧化還原電對 Zn G H2(g) Zn2＋ Cl－ H＋ K＋ e e 鹽橋 (－ ) (＋ ) 電解： Zn2＋ (aq) ＋ H2(g) ＝ Zn(s) ＋ 2H＋ (aq) 陰極 /負(fù)極 陽極 /正極 ?原電池電極反應(yīng) 正極－還原反應(yīng) —— 陰極 負(fù)極－氧化反應(yīng) —— 陽極 ?以通式表示為： （或 Ox＋ ne Re）； 還原 氧化 氧化態(tài)＋ ne 還原態(tài)； 還原 氧化 氧化還原電對 一、原電池及氧化還原電對 ?電解池電極反應(yīng) 正極－氧化反應(yīng) ——陽極 負(fù)極－還原反應(yīng) ——陰極 1. 第一類電極 是由金屬或吸附了某種氣體的惰性金屬電極放在含有該元素離子的溶液中構(gòu)成的 。 它又分成兩種： 1） 金屬 該金屬離子電極 。 如銅電極 Cu2+|Cu， 鋅電極Zn2+|Zn， 和鎳電極Ｎ i2+|Ni 等 。 2） 氣體 離子電極 。 如氫電極 Pt, H2|H+ 、 氯電極Pt,Cl2|Cl等 。 這種電極需要惰性電極材料 （ 一般為 Pt和石墨 ） 擔(dān)負(fù)輸送電子的任務(wù) 。 其電極反應(yīng)為 2H+（ aq） +2e－ = H2（ g） 2 Cl（ g） +2e－ = 2Cl－ （ aq） 電極的類型 第二類電極 1） 金屬 難溶鹽電極 。 這是在金屬上覆蓋一層該金屬的難溶鹽 ， 并把它浸入含有該難溶鹽對應(yīng)負(fù)離子的溶液中構(gòu)成的 。 如甘汞電極 Pt|， Hg|Hg2Cl2；銀 氯化銀電極 Ag|AgCl， Cl，其電極反應(yīng)分別為 Hg2Cl2（ s） +2e－ = 2Hg（ l） +2Cl－ （ aq） AgCl（ s） + e－ = Ag（ s） +Cl－ （ aq） 2） 金屬 難溶氧化物電極 。 如銻 氧化銻電極 Sb|Sb2O3， H+， H2O電極反應(yīng)為 Sb2O3（ s） +6H++6e－ = 2Sb（ s） +3H2O（ l） 第三類電極 電極極板為惰性導(dǎo)電材料 ， 起輸送電子的作用 。 參加電極反應(yīng)的物質(zhì)存在于溶液中 。 如 Pt|Fe3+， Fe2+；Pt|Cr2O72+, Cr3+； Pt|MnO4， Mn2+， H+電極等 。 近年來出現(xiàn)的新型綠色電池 ——鋰離子電池 ， 鋰離子電池又稱搖椅電池 （ 因為電池中的鋰離子往返于兩極之間而得名 ） 。 鋰離子電池的正極 （ 陰極 ） 由鈷酸鋰（ LiCoO2） 組成 ， 負(fù)極由嵌入鋰離子的石墨組成 （ 即是由石墨層間化合物組成的電極 ） 。 二、電極電勢“ φ” 電極電勢的產(chǎn)生 ——雙電層理論 (德， Nernst) M (s) M n+(aq)＋ ne 溶解 沉積 金屬愈活潑，溶解傾向愈大， ? 相對?。? 金屬愈不活潑，沉積傾向愈大， ? 相對大。 M －－ －－ －－ aq ＋ ＋ ＋ aq ＋ ＋ ＋ 溶解 M ＋＋ ＋＋ ＋＋ aq － － － aq － － － 沉積 產(chǎn)生電極電勢 “ ?” 金