1、物理化学物理化学电化学电化学高中化学奥赛高中化学奥赛3.1原电池与电解池净反应：2ZnCl2Ag(s)2AgCl(s)Zn(s)原电池-22Cl2Ag(s)2e2AgCl(s)(2eZnZn(s)(总反应：2AgCl(s)Zn(s)ZnCl2Ag(s)2电解池-22e2AgCl(s)2Cl2Ag(s)Zn(s)2eZn阴极：阳极：3.2电极反应Zn(s)+H2SO4(aq)H2(p)+ZnSO4(aq)验证：(-)Zn(s)Zn2+2e-(+)2H+2e-H2(p)Zn(s)|ZnSO4|H2SO4|H2(p),Pt净反应：Zn(s)+2H+Zn2+H2(p)3.2电极反应AgCl(s)Ag+
2、Cl-验证：(-)Ag(s)Ag+e-(+)AgCl(s)+e-Ag(s)+Cl-Ag(s)|Ag+(aq)|HCl(aq)|AgCl(s)|Ag(s)净反应：AgCl(s)Ag+Cl-AgAgeAgCl+Cl-+Cl-eAgAge2Ag CN+2CN-e+2CN-AgAgAgAgspAgAgAgCl AgAgAgAgAgAgCl AgAgCl Ag0.0592lg Ag10.0592 =lg1Cl0.05921=lg1Cl0.05921lg1ClK222AgAgAgAg2AgAg2AgAgAgAgAg(CN)AgAgAg2Ag(CN)Ag(CN)0.0592lg Ag10.0592 =lg1
3、CN0.05921=lg1CN0.05921lg1CNK不稳3.3质能转换-电池电动势2222ZnCuZn(s)|Zn()|Cu()|Cu(s)aa22Zn()Zn(s)Zn()2ea 22Cu()Cu()2eCu(s)a 净反应:2222CuZnZn(s)Cu()Cu(s)Zn()aa 2222(Cu|Cu)(Zn|Zn)CuZn11 ln n2 l2RTRTEEFaFa$(Ox|Red)()(Ox|Red)()EEE3.3电动势测定应用应用：求apw,KKK不稳定A.求AgCl(s)的apK设计电池，使电池反应为AgClAgCl(s)Ag()Cl()aa(Cl|AgCl|Ag)(Ag|Ag
4、)0.2224V0.7991V0.5767VEEE 10apexp1.76 10zE FKRT3.3电动势测定应用B.求水的wK设计电池，使电池反应为：H2OH+OH-22122H(H|H)1222OH(OH|H)()H()H()e 0()H O eH()OH()0.828VpaEpaE 14W0.828Vexp1.004 10EzE FKRT 2HOH H OH()OH()aa净反应15.一个电化学电池由一个铂丝浸在一个电化学电池由一个铂丝浸在0.30M Fe3+和和0.20M Fe2+混合溶液的半电池和另一个金属铊浸在混合溶液的半电池和另一个金属铊浸在0.1M Tl+溶液的半电池所组成。试
5、指出：溶液的半电池所组成。试指出：（a）哪一个电极是负极？）哪一个电极是负极？（b）电池的电动势是多少？）电池的电动势是多少？（c）写出电池的自发反应式。）写出电池的自发反应式。（d）计算电池反应的平衡常数值。）计算电池反应的平衡常数值。（e）当氯离子加入铊半电池，产生微溶的氯化铊）当氯离子加入铊半电池，产生微溶的氯化铊沉淀，直到氯化物的浓度正好是沉淀，直到氯化物的浓度正好是0.1M为止，计算电为止，计算电池的电动势。池的电动势。3.4电动势的计算电动势的计算3.5应用-银的回收16.从使用过的定影剂中回收银时，是使银生成硫从使用过的定影剂中回收银时，是使银生成硫化银沉淀而得到的。为了使硫化银
6、转变为金属银，化银沉淀而得到的。为了使硫化银转变为金属银，人们利用下列两个反应人们利用下列两个反应：AgAg2 2S(s)+8CNS(s)+8CN-+O+O2 2(g)+2H(g)+2H2 2O4Ag(CN)O4Ag(CN)2 2-+2S(s)+4OH+2S(s)+4OH 2Ag(CN)2Ag(CN)2 2-+Zn(s)+Zn(s)2Ag(s)+Zn(CN)2Ag(s)+Zn(CN)4 42-2-实际上，这两个反应是采矿业从硫化物矿中回收实际上，这两个反应是采矿业从硫化物矿中回收银时最常用的。第二个反应实际上进行完全。计银时最常用的。第二个反应实际上进行完全。计算第一个反应的平衡常数。算第一个
7、反应的平衡常数。3.5应用-银的回收(1)2 Ag2S(s)+8CN+O2(g)+2H2O 4Ag(CN)2-+2S（s）+4OH K=（2）（3）-2244O HA g(C N)8OC NCCpCp2w4Ag8CN4Ag(CN)K-24Ag(C N)48AgC NCCC+2-+2422spAgS2Ag()4Ag+2S CCS sK3.5应用-银的回收（4）电池反应 （1）=（2）+（3）+（4）222()+4eSS s22O(g)+2H O+4e=4OH2222SO(g)2H O=2S(s)+4OH40.0 5 9 1e1 0EK20 4100(32.2 27.2)wspe39.440.4=
8、(10)36 101036 1036 10K KKK3.5应用-金的回收1 17 7.澳大利亚最大的金矿座落在加尔古厄莱。在那里，澳大利亚最大的金矿座落在加尔古厄莱。在那里，金矿石首先被粉碎，然后用金矿石首先被粉碎，然后用0.1M0.1M充气的氰化钾溶液浸沥，充气的氰化钾溶液浸沥，使金生成络合离子使金生成络合离子Au(CN)Au(CN)2 2而溶解。在而溶解。在298K298K下下Au(CN)Au(CN)2 2的稳定常数是的稳定常数是2 210103939M M-2-2。在溶液中任何形式的金的浓。在溶液中任何形式的金的浓度都很稀（数量级为度都很稀（数量级为1010-5-5M M）。在室温下，加
9、入过量的）。在室温下，加入过量的锌粉使金从氰化物的溶液中沉淀出来，并以固体金的形锌粉使金从氰化物的溶液中沉淀出来，并以固体金的形式回收。以式回收。以AuAu+或或Au(CN)Au(CN)2 2留在溶液中，而用这种方法留在溶液中，而用这种方法不能回收的金有多少？假设只有不能回收的金有多少？假设只有AuAu+被还原，没有发生被还原，没有发生锌的氧化作用。除锌的氧化作用。除Au(CN)Au(CN)2 2和和Zn(CN)Zn(CN)4 42 2外，其他任何外，其他任何络合物的生成均可略去不计。络合物的生成均可略去不计。3.5应用-铅的冶炼1 18 8.焙烧硫化物矿石时经常由于生成二氧化硫而导焙烧硫化物
10、矿石时经常由于生成二氧化硫而导致大气污染。曾经有人建议，方铅矿可按下列反应致大气污染。曾经有人建议，方铅矿可按下列反应加入加入FeFe3+3+离子进行加工，离子进行加工，PbS(s)+2FePbS(s)+2Fe3+3+PbPb2+2+S(s)+2Fe+S(s)+2Fe2+2+利用这种方法，生成的副产品是硫，而不是二氧化利用这种方法，生成的副产品是硫，而不是二氧化硫。他还建议：剩下的溶液可以进行电解加工，铅硫。他还建议：剩下的溶液可以进行电解加工，铅离子可在阴极上被还原出来，离子可在阴极上被还原出来，FeFe2+2+则在阳极上被氧则在阳极上被氧化成化成FeFe3+3+，FeFe3+3+可以循环使
11、用，溶解出更多的方铅可以循环使用，溶解出更多的方铅矿石。矿石。铅的冶炼（a a）证明：在）证明：在2525，该溶解反应在热力学上是，该溶解反应在热力学上是可行的。可行的。（b b）略去过电位和溶液电阻，并假设铅离子的）略去过电位和溶液电阻，并假设铅离子的浓度是浓度是0.1M0.1M，FeFe2+2+/Fe/Fe3+3+的比值是的比值是10102 2。计算。计算2525时，为了保证金属铅的沉积和时，为了保证金属铅的沉积和FeFe2+2+离子的氧离子的氧化，必须施加于电解池中两电极之间的最小电位化，必须施加于电解池中两电极之间的最小电位差。差。铅的冶炼 （a）(298K)(24 2 79 99 2
12、 5)kJ73 kJG 2+23322PbPbPbFeFeFeFe()0.05910.13lg C0.16V20.77 0.0591 lg 0.65V=0.81VECECE电池（b）22322322H SHS 02FeH2Fe2H 02FeH S2Fe2H+S 0GGG322322PbSPbS 02FePb2FePb 02FePbS2FePb+S 0GGG特点：均为耦合反应，反应达平衡后，必须进行电解，工艺上应设计为间歇反应3.6金属的电化学腐蚀电化学腐蚀的例子：铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？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，空气中的和海边空气中的NaCl溶解其中，
13、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。22CO,SO3.6金属的电化学腐蚀(1)析氢腐蚀酸性介质中 在阴极上还原成氢气析出。+H2+H+22H12HeH(g)(H|H)lnaRTEFa 设 ，则+27HH1,10aa+2(H|H)0.413 VE铁阳极氧化，当 时认为已经发生腐蚀，2+6(Fe)10a2+2+61(Fe|Fe)(Fe|Fe)ln100.617VRTEEzF$这时组成原电池的电动势为，是自发电池。0.204V3.6金属的电化学腐蚀 如果既有酸性介质，又有氧气存在，在阴极上发生消耗氧的还原反应：这时与 (-0.617V)阳极组成原电池的电动势
14、为 。显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。2+(Fe|Fe)E1.433 V（2）耗氧腐蚀+2+27O2H 1,10,(O|H O,H)0.816VaaE设则+2+22+224OHO(g)+4H4e2H O1(O|H O,H)ln4RTEEFa a$1.229 VE$3.7金属的防腐电化学保护 1保护器保护 将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。2阴极保护 外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极。3阳极保护 用外电源，将被保护金属接阳极，在一定的介质和外电压作用下，使阳极钝化。3.7金属的防腐某远洋船只采用牺牲阳极（某远洋船只采用牺牲阳极（
15、Zn）的方法来保护船）的方法来保护船体。设船壳的浸水面积为体。设船壳的浸水面积为5000m2，额定电流密度，额定电流密度为为0.02A/m2，预定保护时间为预定保护时间为2年年，为达到上述目为达到上述目的的,理论上需密度为理论上需密度为7.1kg/dm3的纯锌多少千克的纯锌多少千克?若若采用电镀的方法来保护船体采用电镀的方法来保护船体,上述重量的锌镀在船上述重量的锌镀在船壳浸水面积上的平均厚度为多少壳浸水面积上的平均厚度为多少?3.8燃料电池（1）燃料电池 又称为连续电池，一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质，以氧气作为正极反应物质组成燃料电池。化学电源分
16、类（2）二次电池 又称为蓄电池。这种电池放电后可以充电，使活性物质基本复原，可以重复、多次利用。如常见的铅蓄电池和其它可充电电池等。（3）一次电池 电池中的反应物质进行一次电化学反应放电之后，就不能再次利用，如干电池。这种电池造成严重的材料浪费和环境污染。C4H10作燃料的燃料电池的电极反应式（电解质分别为H+、CO32-、O2-）解：电池反应式为：41022213C H(g)+O(g)4CO(g)+5H O()2l1、以H+为电解质（如磷酸介质、质子交换膜）+-2213()O(g)+26H+26e13H O()2l-+41022()C H(g)+8H O()-26e4CO(g)+26Hl 3
17、.8燃料电池2、以CO32-为电解质-222313()O(g)+13CO(g)+26e13CO22-410322()C H(g)+13CO-26e17CO(g)+5H O(l)3、以O2-为电解质-2213()O(g)+26e13O22-41022()C H(g)+13O26e4CO(g)+5H O(l)燃料电池燃料电池燃料电池19.假若目的是产生最大可能的电动势，下列两组CH3OH（1）O2（g）;CH4(g)O2（g）燃料燃料-氧化剂中，哪一个更适合用于燃料电池体系？氧化剂中，哪一个更适合用于燃料电池体系？（假定燃料电池在（假定燃料电池在25时近似标准状况下工作，计时近似标准状况下工作，计
18、算其可逆电动势）。每个电池消耗算其可逆电动势）。每个电池消耗1mol氧可产生多氧可产生多少电功？如果对电池电动势并无苛刻的要求，推测少电功？如果对电池电动势并无苛刻的要求，推测哪一个电池可能是更适合于做宇宙飞船的电源。哪一个电池可能是更适合于做宇宙飞船的电源。32222CH OH(l)+3O(g)CO(g)+4H O(l)对甲醇燃料电池-1-1(298K)2 394 4 2372(163 38)kJ mol=-1334kJ molG 1334000V=1.15V1296500E燃料电池燃料电池对甲烷燃料电池从电动势考虑，甲醇比甲烷更好。但从比能量看却不然。甲醇：甲烷：从比能量分析，甲烷比甲醇更
19、优越。4222CH(g)+2O(g)CO(g)+2H O(l)-1-1(298K)3942 237(51)kJ mol=-817kJ molG 817000V1.06V8 96500E3-113348.34 10 kJ kg0.163-181710.2 10 kJ kg0.08hchch1TTTTThWQ热机效率燃料电池热效率1=1GT STHHT 转折燃料电池燃料电池3.8燃料电池燃料电池20.有关生物燃料电池的一个模型是：以细胞膜（类酯双层）为电池隔膜，细胞外的氧为氧化剂，细胞内的葡萄糖为燃料，离子（H+）通过膜孔内输送电流，而电子自阳极经过大分子流向阴极。（1）根据上述模型，写出该燃料电
20、池的电池反应式和电极反应式；（2）已知298K时，一摩尔葡萄糖完全燃烧的和 分别为 ，求该燃料电池的理论热效率和电动势；rmHr mS612.82 10 J mol11182J Kmol和思考：如何设想厌氧菌的生物燃料电池模型？30p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly,And You Will Know Everything.The More You Know,The More Powerful You Will Be写在最后31谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
