1、物 理 化 学161物理化学1 6 1首页上页返回下页期末考试范围1、电化学2、动力学3、表面现象与分散系统简明教程上例题、作业注意：考试时间100min，考试要求自带计算器，考场纪律题型：选择题40分，2分/题填空题20分，1分/空简答题10分，5分/题计算题30分，3道题2首页上页返回下页期末考试范围1、电化学2、动力学3、表面现象电化学电化学研究化学现象和电现象之间的相互关系以及化学能和电能相互转化规律的科学化学能电能电能消耗外电进行的化学反应，或者产生电能的化学反应电化学反应化学能与电能的相互转换，只有在电化学装置中才能实现。化学能转变为电能的装置原电池电能转化为化学能的装置电解池3电
2、化学研究化学现象和电现象之间的相互关系以及化学能和电能相互电极的命名原电池电解池正极是阴极(还原反应)正极是阳极(氧化反应)负极是阳极(氧化反应)负极是阴极(还原反应)对原电池常用正、负极命名；对电解池常用阴、阳极命名。4电极的命名原电池电解池正极是阴极(还原反应)正极是阳极(氧化法拉第定律“当电流通过电解质溶液时，通过电极的电量与发生电极反应的物质的量成正比。”Faraday定律对电解反应和电池反应都适用法拉第常数F=96485 C?mol?1表示：1 mol电子的电量为96485 C(电子的电量是一定的)通常取值也可以用96500 C5法拉第定律“当电流通过电解质溶液时，通过电极的电量与发
3、生电极法拉第定律数学表达式法拉第定律数学表达式Q=nFQ：通过电极的电量；n：电极反应时得失电子的物质的量若发生电极反应的物质的量为 1 mol，n的数值就等于该离子的价数。例如：1 mol Cu2+在电极上还原为Cu需要2 mol 电子，n=2 mol；1 mol Ag+在电极上还原为Ag需要1 mol 电子，n=1 mol。6法拉第定律数学表达式Q=n F Q：通过电极的电量；n：电极反用强度为0.025A的电流通过硝酸金(Au(NO3)3)溶液，当阴极上有1.20g单质Au(s)析出时，试计算：(a)通过了多少电量？(b)需通电多长时间？(c)阳极上放出多少mol氧气？例例阴极阳极电量Q
4、=nF=3*(1.20/197)*96500=1763 C时间t=Q/I=1763/0.025=7.05*104sO2摩尔数x=(3/4)*(1.20/197)=4.57*10-3 mol33AueAu?22333324H OeOH?7用强度为0.0 2 5 A 的电流通过硝酸金(A u(N O 3)3)溶液可逆电池的电动势可逆电池的电动势以热力学可逆过程的方式将化学能转化为电能的装置。回忆一下可逆过程：若系统恢复原状的同时，环境也能恢复原状而未留下任何永久性变化可逆电池中，?GT,p=Wr?，两极间的电势差达最大值，称为该电池的 电动势，用E表示。,()rm T prGWnFE?8可逆电池的
5、电动势以热力学可逆过程的方式将化学能转化为电能的装可逆电极可逆电极构成可逆电池的电极，其本身必须是可逆的。可逆电极主要有如下三种类型：第一类电极：包括金属电极和气体电极等第二类电极：包括微溶盐电极和微溶氧化物电极第三类电极：氧化还原电极9可逆电极构成可逆电池的电极，其本身必须是可逆的。可逆电极主要金属电极：将金属浸在含有该种离子的溶液中构成，表示为：M?Mz+电极反应为：Mz+ze?M氢电极、氧电极和氯电极：分别将被H2、O2或Cl2气体冲击着的Pt片浸入含有H+、OH?、Cl?的溶液中构成，表示为：(Pt)H2?H+或(Pt)H2?OH?(Pt)O2?OH?或(Pt)O2?H2O,H+电极反
6、应(O2例)为：O22H2O+4e?4OH?O2+4H+4e?2H2O金属电极与气体电极金属电极与气体电极10金属电极：将金属浸在含有该种离子的溶液中构成，表示为：M?微溶盐电极和微溶氧化物电极微溶盐电极：将金属覆盖一薄层该金属的一种微溶盐，然后浸入含有该微溶盐负离子的溶液中构成，最常用的微溶盐电极有甘汞电极和银-氯化银电极，分别表示为：Hg-Hg2Cl2?Cl?和 Ag-AgCl?Cl?电极反应为：Hg2Cl2+2e?2Hg+2Cl?AgCl+e?Ag+Cl?微溶氧化物电极：以汞-氧化汞电极为例酸性：Hg-HgO?H+HgO+2H+2e?Hg+H2O碱性：Hg-HgO?OH?HgO+2H2O
7、+2e?Hg+2OH?11微溶盐电极和微溶氧化物电极微溶盐电极：将金属覆盖一薄层该金属电池表示法对一个电池若都要象原来一样画图表示不方便科研，所以人们规定了电池的科学表示方法。1、以化学式表示电池中各物质的组成，并注明相态，对气体要求注明压力，溶液注明浓度。2、以“?”表示不同物相之间的界面，盐桥用“?”表示(连接电池中的两种溶液，以消除溶液接界处的电势)。3、各化学式和符号的排列顺序要真实反映电池中各种物质的接触次序。4、电池中的负极写在左方，正极写在右方。12电池表示法对一个电池若都要象原来一样画图表示不方便科研，所以电池表示法电池表示法写做：写做：(Pt)H2(g,p?)?HCl(m1)
8、?CuSO4(m2)?Cu(s)Zn(s)?ZnSO4(m1)?CuSO4(m2)?Cu(s)左右?E13电池表示法写做：写做：(P t)H 2(g,p?)?H C l(扩散过程为不可逆过程，因此液体接界电势的存在会破坏电池的可逆性。“盐桥法”可基本上消除电池中的液体接界电势：在两溶液之间放置一另外溶液，以两个液体接界代替一个液体接界。常用盐桥有高浓度KCl、NH4NO3。K+和Cl?的迁移数很近，界面上产生的液体接界电势很小，而且两个数值很小的接界电势又常常符号相反，因此大大降低了液体接界电势（1-2mV）。盐桥14扩散过程为不可逆过程，因此液体接界电势的存在会破坏电池的可逆电池表示式与电池
9、反应的互译电池表示式?电池反应只需写出左侧发生氧化作用、右侧发生还原作用的电极反应，然后相加可得。例：(Pt)H2(g,p)?H2SO4(m)?Hg2SO4(s)?Hg(l)(左侧)负极反应：H2?2e?2H+(右侧)正极反应：Hg2SO4+2e?2Hg+SO42?电池反应：H2(g)+Hg2SO4(s)?2Hg(l)+H2SO4(m)15电池表示式与电池反应的互译电池表示式?电池反应只需写出左侧发电极电势的能斯特公式电极电势的能斯特公式显然，电极电势的本质是一特定电池的电动势。仍以(Pt)H2(g,p?)?H+(a=1)?Cu2+(a)?Cu(s)为例：负极反应：H2?2e?2H+正极反应：
10、Cu2+2e?Cu电池反应：H2(p?)+Cu2+?2H+(a=1)+Cu该电池电动势的能斯特方程为：222()()ln2()()a Ha CuRTEEFa Ha Cu?22()()1()1a Hp Hpa H?16电极电势的能斯特公式显然，电极电势的本质是一特定电池的电动势电极电势的能斯特公式电极电势的能斯特公式2()CuCuE?222()()()ln2()RTa CuCuCuCuCuFa Cu?公式改写成：其中：()()lnln()()RTaRTanFanFa?还原态氧化态氧化态还原态推广到任意电极：称为标准电极电势，又称还原电极电势17电极电势的能斯特公式2()C u C u E?2 2
11、 2()()判断反应趋势判断反应趋势电极电势的高低反映了电极中反应物质得失电子的能力。电势越低，越易失去电子；电势越高，越易得到电子。因此，可根据相关电极电势数据判断反应进行的趋势。例如，一种金属能否从溶液中置换出另外一种金属。(电极电势?判断)注意：一定温度下，?和?及 a 有关18判断反应趋势电极电势的高低反映了电极中反应物质得失电子的能力25?C，有溶液：a(Sn2+)=1.0，a(Pb2+)=0.1;当将金属Pb放入溶液时，能否从溶液中置换出Sn？已知：?(Sn)=?0.136 V；?(Pb)=?0.126 V判断反应趋势判断反应趋势?(Pb)Rb+K+Na+Li+对于正溶胶，一价负离子的聚沉能力有下列顺序Cl?Br?NO3?I?感胶离子序与胶粒带有相同电荷的同离子对溶胶的聚沉也略有影响。当反离子相同时，同离子的价数越高，聚沉能力越弱。47聚沉值同价反离子的聚沉能力虽然接近，依据离子的大小不同其聚沉首页首页上页上页返回下页48首页上页返回下页4 8
