【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 濃度為 10－ 5mol?dm3溶液中進(jìn)行時(shí)的方向(其余物質(zhì)處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài) )。 2Mn2+ + 5Cl2 +8H2O 2MnO4 + 16H+ + 10Cl 介質(zhì) (H+濃度 )對(duì)該反應(yīng)影響很大 ， 當(dāng) c(H+)＝ 105 mol?dm3時(shí)，由于其它物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，則根據(jù) 能斯特方程式 計(jì)算可得： 解 : 若用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)作為判據(jù)， φ (MnO4/Mn2+)值 ()大于 φ (Cl2/Cl)值 ()，似乎氧化態(tài)物質(zhì) Cl2與還原態(tài)物質(zhì) Mn2+ 不能發(fā)生反應(yīng)。 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 33 兩半反應(yīng)式為： Cl2 + 2e = 2Clˉ Mn2++ 4H2O = MnO4 + 5e + 8H+ = V )/ M nM n O()/ M nM n O( 2424 ???? ? ??cccccc/)Mn(]/)H([]/)M n O([lg5V05 91 284??? ?? 可見 , c(H+)對(duì) φ(Cl2/Clˉ)無(wú)影響，對(duì) φ(MnO4/Mn2+) 有重大影響。 φ (Cl2/Cl)= 所以，可以正向進(jìn)行。 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 34 氧化還原反應(yīng)進(jìn)行程度的衡量 氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度也就是氧化還原反應(yīng)在達(dá)到平衡時(shí)，生成物相對(duì)濃度與反應(yīng)物相對(duì)濃度之比，可由氧化還原反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) K 的大小來(lái)衡量。 求得可由公式： nEK ?首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 35 解 ：先設(shè)想按上述氧化還原反應(yīng)所組成的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)條件下的原電池： 負(fù)極 Cu(s)＝ Cu2+(aq)＋ 2e φ (Cu2+/Cu)＝ 正極 2Ag+(aq)＋ 2e＝ 2Ag(s) φ (Ag＋ /Ag)＝ 例 計(jì)算下列反應(yīng)在 K 。 Cu(s)＋ 2Ag+(aq) Cu 2+(aq)＋ 2Ag(s) 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 36 上述結(jié)果表明：該反應(yīng)進(jìn)行的程度是相當(dāng)徹底的。但實(shí)際情況如何，還要涉及到反應(yīng)速率問(wèn)題。這類溶液中離子間氧化還原反應(yīng)較瞬即完成的離子互換反應(yīng)稍慢些。 == E = φ(正極 ) φ(負(fù)極 ) 可求出 根據(jù)公式： . 0 5 9 1 7 V V4 5 7 5 9 ???? nEK 得： K = 1015 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 37 化學(xué)電源 借自發(fā)的氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b臵稱為化學(xué)電源 。 、一次電池 放電后不能充電或補(bǔ)充化學(xué)物質(zhì)使其復(fù)原的電池。 錳干電池 電池符號(hào)： ()Zn|ZnCl2, NH4Cl(糊狀 ) |MnO2|C(+) 電極反應(yīng) :() Zn(s) → Zn 2+(aq) + 2e (+)2MnO2 +2NH4+(aq)+2e→ Mn 2O3 +2NH3(g)+2H2O(l) 電動(dòng)勢(shì) 。 它攜帶方便。但反應(yīng)不可逆，壽命有限。 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 38 2 鋅 氧化汞電池 電池符號(hào) : ()Zn∣ Hg∣ KOH(糊狀，含飽和 ZnO)∣ HgO∣ C(+) 電極反應(yīng) : () Zn + 2OH 2e → ZnO + H 2O (+) HgO(s) + H2O + 2e → Hg(l) + 2OH 鋅 氧化汞電池體積小能量高，貯存性能優(yōu)良，是常用電池中放電電壓最平穩(wěn)的電源之一。缺點(diǎn)是使用汞不利于環(huán)保。 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 39 3 鋰 鉻酸銀電池 以鋰為負(fù)極的還原劑，鉻酸銀為正極的氧化劑，其導(dǎo)電介質(zhì)為含有高氯酸鋰 (LiClO4)的碳酸丙烯酯(PC)溶液。 電池符號(hào)： ()Li | LiClO4, PC | Ag2CrO4 | Ag(+) 電極反應(yīng) : () Li e → Li + (+) Ag2CrO4 + 2Li+ + 2e → 2Ag + Li 2CrO4 優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積所含能量高，穩(wěn)定性好，電池電壓高 (—)。 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 40 二次電池 放電后通過(guò)充電使其復(fù)原的電池。 ?鉛蓄電池 電池符號(hào) ()Pb|H2SO4|PbO2(+) 電極反應(yīng)： 負(fù)極： Pb + SO42 2e = PbSO4 正極： PbO2 + 4H+ + SO42 + 2e = PbSO4 + 2H2O 總反應(yīng)式 Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放電 充電 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 41 在放電后，可以利用外界直流電源進(jìn)行充電，輸入能量，使兩電極恢復(fù)原狀。充電時(shí)，兩極反應(yīng)為放電時(shí)的逆反應(yīng)。正常蓄電池中硫酸密度在 ～ ?cm3之間。若低于 ?cm3，則表示已部分放電，需充電后才能使用。 具有原料易得、價(jià)格低廉、技術(shù)成熟、使用可靠，又可大電流 放電等優(yōu)點(diǎn)，所以使用很廣泛。其中約 80%用于汽車工業(yè)（發(fā)動(dòng)馬達(dá)）。缺點(diǎn)太笨重（載重 2t的搬運(yùn)車電池自重 ) 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 42 連續(xù)電池 在放電過(guò)程中可以不斷地輸入化學(xué)物質(zhì)，通過(guò)反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，連續(xù)產(chǎn)生電流的電池。 燃料電池就是一種連續(xù)電池。燃料電池是名符其實(shí)的把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的 “ 能量轉(zhuǎn)換機(jī)器 ” 。能量轉(zhuǎn)換率很高，理論上可達(dá)100％。實(shí)際轉(zhuǎn)化率約為 70%~80％。 燃料電池由燃料 (氫、甲烷、肼、烴、甲醇、煤氣、天然氣等 )、氧化劑 (氧氣、空氣等 )、電極和電解質(zhì)溶液等組成。燃料，如氫，連續(xù)不斷地輸入負(fù)極作還原活性物質(zhì)，把氧連續(xù)不斷輸入正極，作氧化活性物質(zhì)，通過(guò)反應(yīng)連續(xù)產(chǎn)生電流。 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 43 氫 氧燃料電池、第四類發(fā)電 優(yōu)點(diǎn)： ，運(yùn)行壽命長(zhǎng)。 ，無(wú)污染 c. 可連續(xù)大功率供電 燃料電池汽車 —我國(guó)和世界正在大力發(fā)展的綠色汽車 20世紀(jì) 90年代已可取代中等容量 火電?，F(xiàn)場(chǎng)使用，分散配制。 目前實(shí)用較大的磷酸型 很有前途的甲醇 氧燃料電池 ()Pt|CH3OH(l)|KOH(aq)|O2(g)|Pt(+) 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 44 化學(xué)電源與環(huán)保 在一次電池和二次電池中，含有汞、錳、鎘、鉛、鋅等重金屬，使用后如果隨意丟棄，就會(huì)造成環(huán)境污染。 研究無(wú)污染電池和無(wú)害化處理是目前亟需解決的兩個(gè)方面 重金屬通過(guò)食物鏈后在人體內(nèi)聚積，就會(huì)對(duì)健康造成嚴(yán)重的危害。重金屬聚積到一定量后會(huì)使人發(fā)生中毒現(xiàn)象，嚴(yán)重的將導(dǎo)致人的死亡。因此，加強(qiáng)廢電池的管理，不亂扔廢電池實(shí)現(xiàn)有害廢棄物的 “ 資源化、無(wú)害化 ” 管理，已迫在眉睫。 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 45 電解 利用外加電能的方法迫使反應(yīng)進(jìn)行的過(guò)程叫電解。在電解過(guò)程中，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。 電解池 外電源 : 正極 負(fù)極 電解池 : 陽(yáng)極 陰極 反應(yīng)類型 : 氧化 還原 陽(yáng)極 陰極 H2(g) H+ 2H+(aq)+2e=H2(g) 在電解池的兩極反應(yīng)中氧化態(tài)物質(zhì)得到電子或還原態(tài)物質(zhì)給出電子的過(guò)程都叫做 放電 。 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 46 分解電壓和超電勢(shì) 實(shí)際分解電壓 ——使電解順利進(jìn)行的最低電壓。 以鉑作電極，電解 dm3Na2SO4溶液為例。 陽(yáng)極反應(yīng)： 4OH – 4e→ 2H 2O + O2 算得 ： φ陽(yáng) = 陰極反應(yīng)： 2H+ + 2e→ H 2 算得 ： φ陰 = – D 0 電壓 電流密度 首 頁(yè) 末 頁(yè) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 47 由電解產(chǎn)物組成的氫氧原電池， H2為負(fù)極、O2為正極。 E =。 該原電池的電子流方向與外加直流電源電子流的方向相反。因而至少需要外加一定值的電壓以克服該原電池所產(chǎn)生的電