大学化学---刘克松---第四

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1、各位同学，下午好！电化学的研究对象电化学是研究化学能与电能之间相互转化及在这种转化过程中出现的有关现象的学科。电化学涉及两类氧化还原反应，一类是ΔG<0，可以自发进行的反应，这就是原电池反应；另一类是ΔG>0的反应，不能自发进行，必须环境对它做功，通过电解来实现，这就是电解池反应。对于这两种反应，我们主要讨论反应的热力学、也介绍反应的动力学，了解电化学反应的应用，这包括化学电源、化学电沉积、电化学加工、电化学腐蚀与防护等内容。第四章电化学与金属腐蚀电化学与能源化学能源是很重要的一种能源，它具有可反复充电，反复使用，便于携带，污染少，利

2、用效率高等优点。例如反应：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O的标准吉布斯函数变为-718kJ·mol-1。这意味着该反应最多能做718kJ·mol-1的有用功。如白白烧掉，则一点有用功也没做；如在热电厂中是通过将化学能先转化成热能，再经热能转化成机械能，再由机械能转化成电能，利用率不高，用柴油机利用率只有40%，而在蒸汽火车上应用利用率才不到10%；第四章电化学与金属腐蚀电化学与能源如在燃料电池中，前述反应可获700kJ·mol-1的有用功，效率高达80％左右。由于燃料电池可以连续产生电流，因此具有广泛地应用前景。现在

3、各国普遍开展研究的电动汽车用能源，就是准备采用燃料电池。燃料电池在航天上的应用已有20年的历史，用他来发电也有近10年的经历，在汽车和潜艇上应用是从1998年开始的。实际上大到卫星，小到手表，以及广泛应用的手机，便携式电脑，以及重要的心脏起博器等，都要用到化学电源。第四章电化学与金属腐蚀正常人的心脏跳动是由心跳中枢（位于脑干部位）来控制。心跳中枢是一种天然的“起博器”，能产生约每秒72次的脉冲，由专门的神经传导系统传送到心脏，使之有规律的跳动。由于疾病、药物或创伤等原因，有些人的传导系统受损，导致心率紊乱，甚至停跳。解决该问题的有效方

4、法是，在病人体内置入一个人工心脏起博器。人工起博器实际上是一只由微型电池驱动的电动脉冲发生器，由它产生的每秒约72次的电脉冲被用来控制心脏的有规律跳动。据统计，仅在美国就有近几十万人装有人工心脏起博器。人工心脏起博器可以使用多年，现在寿命最长的是锂—碘电池，寿命可达10年。已在动物体内实验过的一种新方法，是使用一种所谓的“人体电池”作为起博器能源。即将锌片和铂片植入体内，与人体体液一起组成原电池。该“人体电池”中锌片为阳极，铂片为阴极。由于驱动人工心脏起博器只需要微弱电流（10-5～10-6A），“人体电池”完全可以满足这一要求。从该

5、方法在动物体内实验结果来看，令人满意。第四章电化学与金属腐蚀电化学研究的内容：化学能与电能的相互转换。化学能电能电池放电(原电池)电池充电(电解池)实现方式：电池中电子、离子的迁移及电极的氧化还原反应。化学电源——将化学能直接转换成电能的装置。化学电源已成为现代社会生活的必需品，而化学电源都与氧化还原反应有关。本章将着重探讨以氧化还原反应为基础的电化学问题第四章电化学与金属腐蚀§4-1原电池及电极电势§4-2能斯特方程§4-3电极电势的应用§4-4电化学技术要点为：掌握化学电池的电极和电池反应，了解电极电势概念；掌握能斯特方程及其简单

6、应用；初步掌握可逆电池热力学的基本规律及应用；初步了解电化学的一部分应用问题。第四章电化学与金属腐蚀§4-1原电池及电极电势一、原电池及氧化还原电对烧杯中的氧化还原反应，如Zn与H2SO4水溶液直接接触：Zn(s)＋2H＋(aq)＝Zn2＋(aq)＋H2(g)其中不形成有序的电子流，随着反应的进行，溶液温度升高，即化学能转换为热能。将该反应的氧化和还原两个半反应，分别控制在电池中进行，化学能转换为电能，如示意图。ZnGH2(g)Zn2＋Cl－H＋K＋ee盐桥(－)(＋)产生于回路的电流：电极及导线中的电子迁移；溶液中的离子迁移；电极－

7、溶液界面的氧化还原反应。一、原电池及氧化还原电对什么是原电池？将Zn棒插入硫酸铜溶液中，则在Zn棒上将有Cu析出，具体反应是Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu写成离子反应方程式则为Zn+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu该反应的ΔrGmθ=-212.31kJ·mol-1可见该氧化还原反应不仅可以自发进行，而且推动力还很大。实验还证明反应速率也很快。反应进行1mol最多可向环境做非体积功(电功)212.31KJ第四章电化学与金属腐蚀原电池由三部分组成：两个半电池，盐桥和导线。原电池：将氧化还原反应的化学能转变为电能的装置。原电池是

8、由两个半电池组成的；半电池中的反应就是半反应,即电极反应。因此将半电池又叫电极。对于自发进行的电池反应，都可以把它分成两个部分(相应于两个电极的反应)，一个表示氧化剂的(被)还原，一个表示还原剂的(被)氧化。对于其中的任