第4章化学电源和绿色化学.ppt

第4章能源和绿色化学(能源化学)
化学电池
阳极(anode),负极,Zn, 氧化,
阴极(cathode), 正极,Cu2+, 还原
水溶液中的标准电极电势(Standard potential )
氢标:H++ e  1/2H2 E=0
氧化剂还原剂
Li++ e  Li E= 
Na++ e  Na E= 
Zn2++ 2e  Zn E= 
Fe 2++ 2e  Fe E= 
H++ e  1/2H2 E=0
Cu2++ 2e  Cu E= V
Cl2+ 2e  2Cl E=
F2+ 2e  2F E=
方程
电池反应:
Zn + Cu2+  Zn2++ Cu(化学镀)
E(cell) = E(正极)-E(负极) = () = V

2Fe3+ + Cu 2 Fe 2++ Cu2+ (烂板液)
E(cell) = E(正极)-E(负极) = () = V
K与电池的电动势E的关系
G= nE F (F为法拉第常数)
G=RTlnK
nE F =RTlnK, lnK= nE F/RT
2Fe3+ + Cu 2 Fe 2++ Cu2+ 反应的平衡常数K为:
lnK = 296500297=
K= 1011
由电动势得到氧化还原反应的平衡常数K,电池的电动势越大,则K也越大,氧化还原反应进行得越彻底。
铁钉可以镀铜,铁钉可以镀锌吗?
Fe + Cu 2+  Fe 2++ Cu
E(cell) = E(正极)-E(负极) = ( )
= V
Fe + Zn 2+  Fe 2++ Zn
E(cell) = E(正极)-E(负极) = ( ) ( )
= 
Nernst 方程:浓度对电极电势E(非标准态)的影响
对于电极反应 a oxidation + n e b reduction
a, b为mol数,n 为电子数
Nernst方程为:
或者:
例如:电极反应 Fe3+ + e =Fe2+
括号中为Fe3+和Fe2+的任意浓度
一次性电池, 可充电电池,可逆电池
放电-原电池
充电-电解
一次性电池
1.  酸性锌锰电池(普通干电池)
正极:石墨棒,MnO2, 炭
负极:Zn, ZnCl2, NH4Cl, Zn  Zn2++2e
电池反应:
2 NH4+(aq)+2MnO2(s)+2e  Mn2O3(s)+H2O(l)+2NH3(aq)
生成的NH3与Zn2+生成配离子
二. 电池(化学能转变为电能)
普通干电池的结构和化学反应
碱性锌锰电池
电解液为KOH
负极反应:Zn(s)+2OH(aq)Zn(OH)2(s)+2e
正极反应:2MnO2(s)+H2O(l)+2eMn2O3(s)+2OH(aq)
电池反应:
Zn(s)+2MnO2(s) +H2O(l)  Mn2O3(s)+ Zn(OH)2(s)