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1、第四章 氧化还原反应一一. 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念二二. .原电池和原电池的表示方法原电池和原电池的表示方法三三. 电极电势和标准电极电势电极电势和标准电极电势四四. .电池电动势与吉布斯自由能、热力学平电池电动势与吉布斯自由能、热力学平 衡常数的关系衡常数的关系五五. 影响电池电动势的因素影响电池电动势的因素六六. 电极电势的应用电极电势的应用七七. 电化学应用电化学应用一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基
2、本概念化合价化合价化合价化合价还原剂还原剂还原剂还原剂氧化还原电对氧化还原电对氧化还原电对氧化还原电对歧化反应歧化反应歧化反应歧化反应氧化还原半反应式氧化还原半反应式氧化还原半反应式氧化还原半反应式氧化数氧化数氧化数氧化数氧化态氧化态氧化态氧化态氧化剂氧化剂氧化剂氧化剂一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念化合价化合价化合价化合价氧化数氧化数氧化数氧化数氧化态氧化态氧化态氧化态元素元素元素元素最高化合价最高化合价最高化合价最高化合价等于其所在族数，与分子、离子等于其所在族数，与分子、离子等于其所在族数，与分子、离子等于其所在族数
3、，与分子、离子的微观结构相关；的微观结构相关；的微观结构相关；的微观结构相关；从物质的分子式或化学式出发，计算得到的化合从物质的分子式或化学式出发，计算得到的化合从物质的分子式或化学式出发，计算得到的化合从物质的分子式或化学式出发，计算得到的化合价被定义为氧化数，或称表观化合价；价被定义为氧化数，或称表观化合价；价被定义为氧化数，或称表观化合价；价被定义为氧化数，或称表观化合价；以氧化数为基础的概念，某元素具有多种氧化态以氧化数为基础的概念，某元素具有多种氧化态以氧化数为基础的概念，某元素具有多种氧化态以氧化数为基础的概念，某元素具有多种氧化态是指以不同氧化数存在的形式；是指以不同氧化数存在的
4、形式；是指以不同氧化数存在的形式；是指以不同氧化数存在的形式；HClO4 HClO3 HClO2 HClO Cl2 Cl +7 +7 +5+5 +3+3 +1 0+1 0 -1-1CrO5+6 -2 +6 -2 +2+2 +6 -2 +6 -2 +2.5+2.5+6 +6 +5+5S2O32-S4O6 2-一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念CrO(OCrO(O2 2) )2 2S4O62-氧化数氧化数氧化数氧化数一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还
5、原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念氧化剂氧化剂氧化剂氧化剂还原剂还原剂还原剂还原剂氧化数降低，得电子，发生的是还原反应；氧化数降低，得电子，发生的是还原反应；氧化数降低，得电子，发生的是还原反应；氧化数降低，得电子，发生的是还原反应；氧化数升高，失电子，发生的是氧化反应；氧化数升高，失电子，发生的是氧化反应；氧化数升高，失电子，发生的是氧化反应；氧化数升高，失电子，发生的是氧化反应；一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念氧化还原电对氧化还原电对氧化还原电对氧化还原电对氧
6、化剂与其还原产物或还原剂与其氧化氧化剂与其还原产物或还原剂与其氧化氧化剂与其还原产物或还原剂与其氧化氧化剂与其还原产物或还原剂与其氧化产物，两个共轭的氧化还原体系；产物，两个共轭的氧化还原体系；产物，两个共轭的氧化还原体系；产物，两个共轭的氧化还原体系；氧化型氧化型氧化型氧化型/ /还原型还原型还原型还原型一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念氧化还原半反应式氧化还原半反应式氧化还原半反应式氧化还原半反应式还原半反应式还原半反应式还原半反应式还原半反应式氧化半反应式氧化半反应式氧化半反应式氧化半反应式还原半反应式还原半反应式还原
7、半反应式还原半反应式一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念歧化反应歧化反应歧化反应歧化反应一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应的基本概念歧化反应歧化反应歧化反应歧化反应二二. . 原电池和原电池的表示方法原电池和原电池的表示方法正极正极负极负极通过氧化还原反应产生电流，使化学能转变为电能的装置叫做原电池。通过氧化还原反应产生电流，使化学能转变为电能的装置叫做原电池。通过氧化还原反应产生电流，使化学能转变为电能的装置叫做原电池。通过氧化还原反应产生电流，使化学能转变为电能的
8、装置叫做原电池。e e二二. . 原电池和原电池的表示方法原电池和原电池的表示方法二二. . 原电池和原电池的表示方法原电池和原电池的表示方法原电池的表示方法原电池的表示方法原电池的表示方法原电池的表示方法原电池的表示方法原电池的表示方法原电池的表示方法原电池的表示方法二二. . 原电池和原电池的表示方法原电池和原电池的表示方法三三. . 电极电势和标准电极电势电极电势和标准电极电势1. 1. 标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势2. 2. 电极的类型电极的类型电极的类型电极的类型1. 1. 标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电
9、极电势1. 1. 标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势 标准氢电极标准氢电极标准氢电极标准氢电极气体离子电极气体离子电极气体离子电极气体离子电极1. 1. 标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势标准状态：标准状态：标准状态：标准状态： 指定温度指定温度指定温度指定温度 ( ( 一般一般一般一般298K)298K)， 离子浓度离子浓度离子浓度离子浓度1mol1mol L L 1 1 ( (严格应为严格应为严格应为严格应为活度活度活度活度) ) ， 气压气压气压气压100 kPa100 kPa 标准电极电势标准电极电势标准电极电势标准电极电势 ，标准电池电动势，标准电池电动势
10、，标准电池电动势，标准电池电动势1. 1. 标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势 标准电极电势表标准电极电势表标准电极电势表标准电极电势表 1. 1. 标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势 标准电极电势表标准电极电势表标准电极电势表标准电极电势表 E E 1. 1. 标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势 标准电极电势表标准电极电势表标准电极电势表标准电极电势表 2. 2. 电极的类型电极的类型 金属金属离子电极金属金属离子电极金属金属离子电极金属金属离子电极 气体气体气体气体- - - -离子电极离子电极离子电极离子电极2. 2. 电极的类型电极的类型 金属
11、金属金属金属- - - -金属难溶盐或氧化物金属难溶盐或氧化物金属难溶盐或氧化物金属难溶盐或氧化物- - - -阴离子电极阴离子电极阴离子电极阴离子电极甘汞电极被称为二级标准电极甘汞电极被称为二级标准电极甘汞电极被称为二级标准电极甘汞电极被称为二级标准电极比标准氢电极制备简单，使用比标准氢电极制备简单，使用比标准氢电极制备简单，使用比标准氢电极制备简单，使用方便，性能稳定，可代替标准方便，性能稳定，可代替标准方便，性能稳定，可代替标准方便，性能稳定，可代替标准氢电极做参比电极，它的氢电极做参比电极，它的氢电极做参比电极，它的氢电极做参比电极，它的E E = 0.2412 V= 0.2412 V
12、。Ag-AgCl(s)ClAg-AgCl(s)Cl - -氯化银电极氯化银电极氯化银电极氯化银电极2. 2. 电极的类型电极的类型 氧化还原电极氧化还原电极氧化还原电极氧化还原电极2. 2. 电极的类型电极的类型四. 电池电动势电池电动势与吉布斯自由能、与吉布斯自由能、热热力学平衡力学平衡常数的关系常数的关系1. 电池电动势与吉布斯自由能的关系电池电动势与吉布斯自由能的关系2. 原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数1. 1. 电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由能的关系关系关系关系电池反应中，原电池做的最大功等于化学反应自
13、由能降低：电池反应中，原电池做的最大功等于化学反应自由能降低：电池反应中，原电池做的最大功等于化学反应自由能降低：电池反应中，原电池做的最大功等于化学反应自由能降低： r rG G = = WWmaxmaxWWmax max = = E E池池池池 QQ1 mol1 mol1 mol1 mol电子的电量电子的电量电子的电量电子的电量= = = = 96485 C96485 C96485 C96485 C ( ( ( (库仑库仑库仑库仑)=)=)=)=1 1 1 1F F F F ( ( ( (法拉第法拉第法拉第法拉第) ) ) )，如果反应中有，如果反应中有，如果反应中有，如果反应中有n n
14、n n mol mol mol mol 电子转电子转电子转电子转移，则电量移，则电量移，则电量移，则电量Q Q Q Q 为为为为：QQ = = n n F F而电池的功等于电池的电动势而电池的功等于电池的电动势而电池的功等于电池的电动势而电池的功等于电池的电动势E E池池池池 与电量与电量与电量与电量Q Q 的乘积的乘积的乘积的乘积 ：则有下式：则有下式：则有下式：则有下式： r rGGmm = = n Fn F E E池池池池（4 1）E E池池池池 = = E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极如果电池反应中所有物质都处于标准状态，则有下式：如果电池反应中所有物质都处于标准状态，则
15、有下式：如果电池反应中所有物质都处于标准状态，则有下式：如果电池反应中所有物质都处于标准状态，则有下式： r rGGmm = = n Fn F E E池池池池 （4 2）E E池池池池 为电池的标准电动势为电池的标准电动势为电池的标准电动势为电池的标准电动势 V V( (伏特伏特伏特伏特) )； 这个式子把这个式子把这个式子把这个式子把热力学和电化学热力学和电化学热力学和电化学热力学和电化学的关系联系起来了，式中：的关系联系起来了，式中：的关系联系起来了，式中：的关系联系起来了，式中： r rGGmm 为电池反应的标准自由能变化；为电池反应的标准自由能变化；为电池反应的标准自由能变化；为电池反
16、应的标准自由能变化；n n 为电池氧化还原反应方程式中得失的电子数；为电池氧化还原反应方程式中得失的电子数；为电池氧化还原反应方程式中得失的电子数；为电池氧化还原反应方程式中得失的电子数；F F 为法拉第常数为法拉第常数为法拉第常数为法拉第常数= 96485 C= 96485 C molmol 1 1 ； E E池池池池 = = E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极 库仑库仑库仑库仑C C与伏特与伏特与伏特与伏特V V的乘积的乘积的乘积的乘积= =焦耳焦耳焦耳焦耳J J , ,1. 1. 电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯
17、自由能的关系关系关系关系 例题例题例题例题1 1 E E池池池池查表：查表：查表：查表： E E (Cu(Cu2+2+/Cu)=0.34V/Cu)=0.34V E E (Zn(Zn2+2+/Zn)= /Zn)= 0.763V0.763V E E池池池池 = = E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极 = 0.34 ( = 0.34 ( 0.7630.763)=1.10 V)=1.10 V 将将将将 值代入值代入值代入值代入（102102）公式中公式中公式中公式中 ： E E池池池池 r rGGmm = = n Fn F E E池池池池 = 2964851.10 = 212 (kJ= 2
18、964851.10 = 212 (kJ molmol11) ) 1. 1. 电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由能的关系关系关系关系 例题例题例题例题2 2E E池池池池 值值。 将将 值代入值代入（102102）公式中公式中： r rGGmm229.7 kJ229.7 kJ molmol11 = 296485 C= 296485 C molmol11 E E池池池池 r rGGmm = = n Fn F E E池池池池 E E池池池池 = 1.35 V= 1.35 V 1. 1. 电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由
19、能的电池电动势与吉布斯自由能的电池电动势与吉布斯自由能的关系关系关系关系2. 2. 原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数 r rGGmm = = RT RT lnlnK K在化学平衡一章中有公式：在化学平衡一章中有公式：在化学平衡一章中有公式：在化学平衡一章中有公式： r rGGmm = = 2.303 2.303 RT RT lglgK K r rGGmm = = n Fn F E E池池池池 （4 2）两式合并为：两式合并为：两式合并为：两式合并为： 2.303 2.303 RT RT lglgK K = = n Fn F E E池池池池
20、 lgK =2.3032.303 RTRTn Fn F E E池池池池 lgK =0. 059 V0. 059 V n n E E池池池池 （4 3）2. 2. 原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数lgK =0. 059 V0. 059 V n n E E池池池池 （4 3）4 3E2. 2. 原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数例题例题例题例题3 3查表：查表：查表：查表： 正极正极正极正极 E E (H(H+ +/H/H2 2)=0.00 V)=0.00 V 负极负极负极负极 E E (
21、AgI/Ag)= (AgI/Ag)= 0.15 V0.15 VlglgK K = = = = = = 5.085.080. 059 V0. 059 V n n E E池池池池 0. 059 V0. 059 V20 20 ( 0.15)0.15)K K = = 1.2101.2105 5 2. 2. 原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数原电池的热力学平衡常数例题例题例题例题4 4五. 影响电池电动势的因素 电极电势的大小，不但取决于电极的本性，还与电电极电势的大小，不但取决于电极的本性，还与电电极电势的大小，不但取决于电极的本性，还与电电极电势的大小，不但取决于电极
22、的本性，还与电解质溶液中解质溶液中解质溶液中解质溶液中离子的浓度离子的浓度离子的浓度离子的浓度、温度温度温度温度和和和和气体的压力气体的压力气体的压力气体的压力有关。着重有关。着重有关。着重有关。着重讨论将温度固定为室温讨论将温度固定为室温讨论将温度固定为室温讨论将温度固定为室温298K298K、在电极固定的情况下，浓、在电极固定的情况下，浓、在电极固定的情况下，浓、在电极固定的情况下，浓度对电极电势的影响。度对电极电势的影响。度对电极电势的影响。度对电极电势的影响。 1. 1. 能斯特方程能斯特方程能斯特方程能斯特方程 2. 2. 浓度对电极电势值的影响浓度对电极电势值的影响浓度对电极电势值
23、的影响浓度对电极电势值的影响 3. 3. 酸度对电极电势值的影响酸度对电极电势值的影响酸度对电极电势值的影响酸度对电极电势值的影响 4. 4. 沉淀对电极电势值的影响沉淀对电极电势值的影响沉淀对电极电势值的影响沉淀对电极电势值的影响 5. 5. 配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响在化学平衡一章中，有化学反应等温方程式：在化学平衡一章中，有化学反应等温方程式：在化学平衡一章中，有化学反应等温方程式：在化学平衡一章中，有化学反应等温方程式： rGm = rGm + RT lnQQ Q称为化学反应的称为化学反应的称
24、为化学反应的称为化学反应的反应商反应商反应商反应商，亦称活度商，亦称活度商，亦称活度商，亦称活度商Q Q，可表示为：，可表示为：，可表示为：，可表示为： 式中的式中的式中的式中的 A A， B B， D D， E E，表示各物质的活度，在，表示各物质的活度，在，表示各物质的活度，在，表示各物质的活度，在稀溶液稀溶液稀溶液稀溶液中或气体在低压时中或气体在低压时中或气体在低压时中或气体在低压时，活度与物质的平衡浓度很接近，可，活度与物质的平衡浓度很接近，可，活度与物质的平衡浓度很接近，可，活度与物质的平衡浓度很接近，可用平衡浓度代替活度。用平衡浓度代替活度。用平衡浓度代替活度。用平衡浓度代替活度。
25、1. 1. 能斯特方程能斯特方程电池发生的化学反应可用下式表示，则活度商可表示为：电池发生的化学反应可用下式表示，则活度商可表示为：a aA A(aq) + (aq) + b bB B(aq ) (aq ) d dD D(aq) + (aq) + e eE E(aq) (aq) 因此化学反应等温式可表示为：因此化学反应等温式可表示为：因此化学反应等温式可表示为：因此化学反应等温式可表示为： rGm = rGm + RT ln1. 1. 能斯特方程能斯特方程 将将将将（4 1）和和和和（4 2）式的右半部分分别代入上面的式的右半部分分别代入上面的式的右半部分分别代入上面的式的右半部分分别代入上面
26、的化学等温式可得：化学等温式可得：化学等温式可得：化学等温式可得： r rG Gmm = = n Fn F E E池池池池（4 1） r rG Gmm = = n Fn F E E池池池池 （4 2）因此化学反应等温式可表示为：因此化学反应等温式可表示为：因此化学反应等温式可表示为：因此化学反应等温式可表示为： rGm = rGm + RT ln1. 1. 能斯特方程能斯特方程1. 1. 能斯特方程能斯特方程能斯特能斯特能斯特能斯特W. H. NernstW. H. NernstE池池池池 = E池池池池 ln（4 4）这个方程叫做这个方程叫做这个方程叫做这个方程叫做能斯特方程能斯特方程能斯特
27、方程能斯特方程，表示了电池电动势，表示了电池电动势，表示了电池电动势，表示了电池电动势E E池池池池与电解质与电解质与电解质与电解质浓度和温度浓度和温度浓度和温度浓度和温度之间的定量关系式。式中之间的定量关系式。式中之间的定量关系式。式中之间的定量关系式。式中R R、F F 为常数，当指为常数，当指为常数，当指为常数，当指定温度为定温度为定温度为定温度为298K298K时，将自然对数变为以时，将自然对数变为以时，将自然对数变为以时，将自然对数变为以1010为底的对数，则：为底的对数，则：为底的对数，则：为底的对数，则：（4 5）E池池池池 = E池池池池 lg当当当当（4 5）式中式中式中式中
28、各种离子浓度均为各种离子浓度均为各种离子浓度均为各种离子浓度均为1 mol1 mol L L 1 1时时时时，lg 1=0lg 1=0，此，此，此，此时时时时E E池池池池= = E E池池池池。如果电池中有的离子浓度不是。如果电池中有的离子浓度不是。如果电池中有的离子浓度不是。如果电池中有的离子浓度不是1 molL1 molL 1 1时，即时，即时，即时，即不是标准状态时，要计算电池的电动势不是标准状态时，要计算电池的电动势不是标准状态时，要计算电池的电动势不是标准状态时，要计算电池的电动势E E池池池池，就必须使用能，就必须使用能，就必须使用能，就必须使用能斯特方程斯特方程斯特方程斯特方程
29、（4 5）式计算。式计算。式计算。式计算。E池池池池 = E池池池池 lg（4 5）例题例题例题例题5 5：计算下列条件下的：计算下列条件下的：计算下列条件下的：计算下列条件下的Cu-ZnCu-Zn原电池的电动势。原电池的电动势。原电池的电动势。原电池的电动势。Zn(s) + CuZn(s) + Cu2+2+( (c c1 1) Cu(s) + Zn) Cu(s) + Zn2+2+( (c c2 2) )c c1 1=0.020 molL=0.020 molL 1 1，c c2 2=0.40 molL=0.40 molL 1 1， E E池池池池 = = 1.10V1.10V 1. 1. 能斯
30、特方程能斯特方程E E池池池池 = = E E池池池池 lglg例题例题例题例题5 5：计算下列条件下的：计算下列条件下的：计算下列条件下的：计算下列条件下的Cu-ZnCu-Zn原电池的电动势。原电池的电动势。原电池的电动势。原电池的电动势。Zn(s) + CuZn(s) + Cu2+2+( (c c1 1) Cu(s) + Zn) Cu(s) + Zn2+2+( (c c2 2) )E E池池池池 = = 1.10V1.10V lglg= = 1.10V1.10V 0.0295V1.30 0.0295V1.30= = 1.06V1.06V解：解：解：解：c c1 1=0.020 molL=0
31、.020 molL 1 1，c c2 2=0.40 molL=0.40 molL 1 1， E E池池池池 = = 1.10V1.10V 1. 1. 能斯特方程能斯特方程例题例题例题例题6 6：计算下列电池反应的电动势。：计算下列电池反应的电动势。：计算下列电池反应的电动势。：计算下列电池反应的电动势。c c1 1=1.20 molL=1.20 molL 1 1，c c2 2=0.500 molL=0.500 molL 1 1，p p1 1=150 kPa=150 kPaCd(s) + HCd(s) + H+ +( (c c1 1) Cd) Cd2+2+( (c c2 2) + H) + H2
32、 2( (g g, , p p1 1) ) 解：查电极电势表解：查电极电势表解：查电极电势表解：查电极电势表HH+ +/ / / /HH2 2 的的的的E E=0.00 V=0.00 V，氧化数降低的做氧化数降低的做氧化数降低的做氧化数降低的做正极正极正极正极；CdCd2+2+/ / / /CdCd 的的的的E E= = 0.403 V0.403 V，氧化数升高的做氧化数升高的做氧化数升高的做氧化数升高的做负极负极负极负极；E E池池池池 = = E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极 = 0.00V (= 0.00V ( 0.403V)= 0.403V0.403V)= 0.403V先
33、求出电池的标准电动势：先求出电池的标准电动势：先求出电池的标准电动势：先求出电池的标准电动势：E E池池池池 1. 1. 能斯特方程能斯特方程再计算电池的电动势再计算电池的电动势再计算电池的电动势再计算电池的电动势E E池池池池。E E池池池池 = = E E池池池池 lglgE E池池池池 =0.403V0.059V=0.403V0.059V lglg =0.403V + 0.00836V =0.403V + 0.00836V =0.411V =0.411V1. 1. 能斯特方程能斯特方程（4545）式是电动势的能斯特方程，同样也可由此得到电极式是电动势的能斯特方程，同样也可由此得到电极式是
34、电动势的能斯特方程，同样也可由此得到电极式是电动势的能斯特方程，同样也可由此得到电极电势的能斯特方程。电势的能斯特方程。电势的能斯特方程。电势的能斯特方程。把下述电池反应分成两个电对的半反把下述电池反应分成两个电对的半反把下述电池反应分成两个电对的半反把下述电池反应分成两个电对的半反应：应：应：应：（4 5）E池池池池 = E池池池池 lga aA A(aq) + (aq) + b bB B(aq ) (aq ) d dD D(aq) + (aq) + e eE E(aq) (aq) 正极正极正极正极E E正正正正：A A/ /D D，a aA A(aq)(aq) d dD D(aq)(aq)
35、，A:A:氧化型，氧化型，氧化型，氧化型，D:D:还原型还原型还原型还原型负极负极负极负极E E负负负负：E E/ /B B，b bB B(aq)(aq) e eE E(aq)(aq)， E E: :氧化型，氧化型，氧化型，氧化型， B B: :还原型还原型还原型还原型 E E池池池池 = = E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极 1. 1. 能斯特方程能斯特方程将将将将（4545）式改写为如下形式：式改写为如下形式：式改写为如下形式：式改写为如下形式：（4 5）E池池池池 = E池池池池 lgE正极正极正极正极E负极负极负极负极= E正极正极正极正极 E负极负极负极负极 lg 将正
36、极和负极的数据分别归纳为如下形式：将正极和负极的数据分别归纳为如下形式：将正极和负极的数据分别归纳为如下形式：将正极和负极的数据分别归纳为如下形式：E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极= =( (E E正极正极正极正极+ + lglg ) ) ( (E E负极负极负极负极+ + lglg ) ) 1. 1. 能斯特方程能斯特方程将上式正极、负极数据分别对应为如下形式：将上式正极、负极数据分别对应为如下形式：将上式正极、负极数据分别对应为如下形式：将上式正极、负极数据分别对应为如下形式：（4 6）E= E + lg推广到一般关系式为：推广到一般关系式为：推广到一般关系式为：推广到一般关
37、系式为：E E正极正极正极正极= = E E正极正极正极正极+ + lglg, , E E负极负极负极负极= =E E负极负极负极负极+ + lg lg E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极= =( (E E正极正极正极正极+ + lglg ) ) ( (E E负极负极负极负极+ + lglg ) ) 1. 1. 能斯特方程能斯特方程（10 6）式是式是式是式是电极电势的能斯特方程电极电势的能斯特方程电极电势的能斯特方程电极电势的能斯特方程，式中：，式中：，式中：，式中：E E为指定浓度（非标准状态浓度）下电对的电极电势；为指定浓度（非标准状态浓度）下电对的电极电势；为指定浓度（非标
38、准状态浓度）下电对的电极电势；为指定浓度（非标准状态浓度）下电对的电极电势；E E为标准状态下电对的电极电势值；为标准状态下电对的电极电势值；为标准状态下电对的电极电势值；为标准状态下电对的电极电势值；n n 为电极反应中得失的电子数目；为电极反应中得失的电子数目；为电极反应中得失的电子数目；为电极反应中得失的电子数目； 表示参与电极反应的所有氧化型和还原型物质的表示参与电极反应的所有氧化型和还原型物质的表示参与电极反应的所有氧化型和还原型物质的表示参与电极反应的所有氧化型和还原型物质的活度活度活度活度的比的比的比的比值，活度的方次应该等于该物质在电极反应式中的化学计量数；值，活度的方次应该等
39、于该物质在电极反应式中的化学计量数；值，活度的方次应该等于该物质在电极反应式中的化学计量数；值，活度的方次应该等于该物质在电极反应式中的化学计量数；在稀在稀在稀在稀溶液中或压力较低的气体时，活度可用平衡浓度代替，溶液中或压力较低的气体时，活度可用平衡浓度代替，溶液中或压力较低的气体时，活度可用平衡浓度代替，溶液中或压力较低的气体时，活度可用平衡浓度代替，若是气体，气若是气体，气若是气体，气若是气体，气体分压需要除以标准压力体分压需要除以标准压力体分压需要除以标准压力体分压需要除以标准压力 p p/ / / /p p，固体或纯液体的活度为，固体或纯液体的活度为，固体或纯液体的活度为，固体或纯液体
40、的活度为1 1。（4 6）E= E + lg1. 1. 能斯特方程能斯特方程能斯特方程能斯特方程（4 6）式使用方法举例：式使用方法举例：式使用方法举例：式使用方法举例：MnOMnO4 4 + + 8 8HH+ + + 5e + 5e MnMn2+ 2+ + 4+ 4HH2 2O,O, E E =1.51 V=1.51 VE= 1.51V + lg（4 6）E= E + lg1. 1. 能斯特方程能斯特方程（4 6）式使用方法举例：式使用方法举例：式使用方法举例：式使用方法举例：OO2 2(g)(g) + + 4 4HH+ + + 4e + 4e 2 2HH2 2O,O, E E =1.229
41、 V=1.229 VE= 1.229V + lg2H2H+ + + 2e + 2e H H2 2(g) ,(g) , E E =0.00 V=0.00 VE= 0.00V + lg1. 1. 能斯特方程能斯特方程2. 2. 浓度对电极电势值的影响浓度对电极电势值的影响E = 0.771 VE E = = E E + lg+ lg0.0590.0591 1FeFe3+3+ FeFe2+2+ 如果改变如果改变如果改变如果改变FeFe3+3+ / / / /FeFe2+2+ 的比值，的比值，的比值，的比值，E E 值也随之变化，计算结值也随之变化，计算结值也随之变化，计算结值也随之变化，计算结果列于
42、下表中：果列于下表中：果列于下表中：果列于下表中：E EE E增大氧化型或减小还原型物质的浓度，增大氧化型或减小还原型物质的浓度，增大氧化型或减小还原型物质的浓度，增大氧化型或减小还原型物质的浓度，E E 值将升高；值将升高；值将升高；值将升高；减小氧化型或增大还原型物质的浓度，减小氧化型或增大还原型物质的浓度，减小氧化型或增大还原型物质的浓度，减小氧化型或增大还原型物质的浓度， E E 值将降低；值将降低；值将降低；值将降低；3. 3. 酸度对电极电势值的影响酸度对电极电势值的影响E = 1.33 VE E = = E E + lg = + lg = E E + lgH+ lgH+ + 14
43、140.0590.0596 6CrCr2 2OO7 72 2 HH+ + 1414CrCr3+3+ 2 20.0590.0596 6令令 ， E EE E3. 3. 酸度对电极电势值的影响酸度对电极电势值的影响例题例题例题例题7 7E E =0E E=?=?K Ka a(HAc)=1.8(HAc)=1.8101055，由于由于由于由于( (c c酸酸酸酸/ / / /K Ka a) )400400，可以用最简式可以用最简式可以用最简式可以用最简式近似计算近似计算近似计算近似计算：E E = = E E + lg = 0+ lg = 0 + lg1.34+ lg1.34101033 2 2 =
44、= 0.17 V 0.17 V0.0590.0592 2HH+ + 2 2p p(H(H2 2) )/ / / / p p0.0590.0592 24. 4. 沉淀对电极电势值的影响沉淀对电极电势值的影响E E =0.799 VE E = = E E + lg = 0.799+ lg = 0.799 + 0.059+ 0.059 lg1.6lg1.610101010 = = 0.221 V0.221 V0.0590.0591 1AgAg+ + AgAg电对中电对中电对中电对中AgAg为固体，其浓度为固体，其浓度为固体，其浓度为固体，其浓度Ag=1Ag=14. 4. 沉淀对电极电势值的影响沉淀对
45、电极电势值的影响E E =0.799 VE E =0.221 VE E / /VE E ,4. 4. 沉淀对电极电势值的影响沉淀对电极电势值的影响若若若若 氧化型氧化型氧化型氧化型 物质生成沉淀，物质生成沉淀，物质生成沉淀，物质生成沉淀， E E 值将变小；值将变小；值将变小；值将变小；若若若若 还原型还原型还原型还原型 物质生成沉淀，物质生成沉淀，物质生成沉淀，物质生成沉淀， E E 值将变大；值将变大；值将变大；值将变大；上表中若上表中若上表中若上表中若 氧化型氧化型氧化型氧化型 物质物质物质物质AgAg+ +生成了相同类型的沉淀，沉生成了相同类型的沉淀，沉生成了相同类型的沉淀，沉生成了相
46、同类型的沉淀，沉淀的淀的淀的淀的K Ksp sp 越小，越小，越小，越小，AgAg+ + 的平衡浓度也越小，的平衡浓度也越小，的平衡浓度也越小，的平衡浓度也越小，E E 值也将变得值也将变得值也将变得值也将变得越小，越小，越小，越小，AgAg+ + 的氧化能力降低了，的氧化能力降低了，的氧化能力降低了，的氧化能力降低了，AgAg+ +被稳定了；被稳定了；被稳定了；被稳定了；5. 5. 配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响由于某物质的加入，使得溶液中电对的物质浓由于某物质的加入，使得溶液中电对的物质浓由于某物质的加入，使得溶液中电对的物质浓由于某物质的加入，使得溶液中电对
47、的物质浓度因生成配位化合物而发生变化，度因生成配位化合物而发生变化，度因生成配位化合物而发生变化，度因生成配位化合物而发生变化，E E 值也会发值也会发值也会发值也会发生变化。生变化。生变化。生变化。若若若若 氧化型氧化型氧化型氧化型 物质生成配合物，物质生成配合物，物质生成配合物，物质生成配合物， E E 值将变小；值将变小；值将变小；值将变小；若若若若 还原型还原型还原型还原型 物质生成配合物，物质生成配合物，物质生成配合物，物质生成配合物， E E 值将变大；值将变大；值将变大；值将变大； E E = = E E,E E = = E E + lgM+ lgMn n+ + 0.0590.0
48、59n n根据能斯特方程根据能斯特方程根据能斯特方程根据能斯特方程5. 5. 配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响 E E = = E E + lgM+ lgMn n+ + 0.0590.059n n发生配合反应后，发生配合反应后，发生配合反应后，发生配合反应后，MMn n+ + 1 mol1 mol L L 1 1，使得，使得，使得，使得这一项就会变为负值，因此使这一项就会变为负值，因此使这一项就会变为负值，因此使这一项就会变为负值，因此使E E 值减小。值减小。值减小。值减小。lgMlgMn n+ + 0.0590.059n n配合物的配合物的配合物的配合物的K K
49、f f 值越大，值越大，值越大，值越大，MMn n+ + 的浓度降低的就越多，的浓度降低的就越多，的浓度降低的就越多，的浓度降低的就越多， E E值也就越值也就越值也就越值也就越小。也就是说小。也就是说小。也就是说小。也就是说 MMn n+ + 的氧化性变弱了。的氧化性变弱了。的氧化性变弱了。的氧化性变弱了。氧化型的金属离子氧化型的金属离子氧化型的金属离子氧化型的金属离子MMn n+ + ，由于生成了配合物，它的氧化能力降，由于生成了配合物，它的氧化能力降，由于生成了配合物，它的氧化能力降，由于生成了配合物，它的氧化能力降低了，或者说配合物的生成对它起了稳定作用。低了，或者说配合物的生成对它起
50、了稳定作用。低了，或者说配合物的生成对它起了稳定作用。低了，或者说配合物的生成对它起了稳定作用。根据能斯特方程根据能斯特方程根据能斯特方程根据能斯特方程5. 5. 配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响 配合物的配合物的配合物的配合物的K Kf f 值越大，解离程度就越小，即溶液中游离的金属离值越大，解离程度就越小，即溶液中游离的金属离值越大，解离程度就越小，即溶液中游离的金属离值越大，解离程度就越小，即溶液中游离的金属离子子子子MMn n+ + 浓度就越低，浓度就越低，浓度就越低，浓度就越低， E E 值也就越小。值也就越小。值也就越小。值也就越小。5. 5. 配合物的
51、生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响 根据能斯特方程，可以计算出当根据能斯特方程，可以计算出当根据能斯特方程，可以计算出当根据能斯特方程，可以计算出当CuCu2+2+生成上述各种配合生成上述各种配合生成上述各种配合生成上述各种配合物后，其电极电势值的变化情况。物后，其电极电势值的变化情况。物后，其电极电势值的变化情况。物后，其电极电势值的变化情况。已知已知已知已知 E E (Cu(Cu+ +/Cu)=0.521 V/Cu)=0.521 VE E = = E E + lgCu+ lgCu+ + = 0.521 + lg = 0.521 + lg0.0590.059n n0.059
52、0.0591 11 1K Kf fE E K Kf f 减减减减小小小小增增增增大大大大减减减减小小小小E E K Kf f Cu Cu+ + 5. 5. 配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响 随着配合物随着配合物随着配合物随着配合物CuXCuX2 2 的生成常数的生成常数的生成常数的生成常数 K Kf f 值的增大，溶值的增大，溶值的增大，溶值的增大，溶液中解离出自由的液中解离出自由的液中解离出自由的液中解离出自由的CuCu+ + 浓度在减小，根据能斯特方程浓度在减小，根据能斯特方程浓度在减小，根据能斯特方程浓度在减小，根据能斯特方程计算出的计算出的计算出的计算出的E
53、 E 值也在减小。该值对电对值也在减小。该值对电对值也在减小。该值对电对值也在减小。该值对电对(Cu(Cu+ +/Cu)/Cu)来说是非来说是非来说是非来说是非标态的，但却是新电对标态的，但却是新电对标态的，但却是新电对标态的，但却是新电对 (CuX(CuX2 2 /Cu)/Cu) 的的的的E E 值。值。值。值。 表明表明表明表明CuCu+ +的氧化能力在变弱，还原能力在增强。或的氧化能力在变弱，还原能力在增强。或的氧化能力在变弱，还原能力在增强。或的氧化能力在变弱，还原能力在增强。或者说，金属者说，金属者说，金属者说，金属CuCu在有过量的在有过量的在有过量的在有过量的X X离子存在下，因
54、生成配合离子存在下，因生成配合离子存在下，因生成配合离子存在下，因生成配合物物物物CuXCuX2 2 而容易溶解了。而容易溶解了。而容易溶解了。而容易溶解了。5. 5. 配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响例题例题例题例题 8 8：E E (Ag(Ag+ +/Ag)=0.8 V,/Ag)=0.8 V,E E = = E E + lgM+ lgMn n+ + 0.0590.059n n然后根据能斯特方程然后根据能斯特方程然后根据能斯特方程然后根据能斯特方程5. 5. 配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响E EE = 0.8 V 降低了。降低了。5.
55、 5. 配合物的生成对电极电势值的影响配合物的生成对电极电势值的影响五. 影响电池电动势的因素小结小结小结小结E公式小结公式小结公式小结公式小结E池池池池 = E池池池池 lgE= E + lg六六. .电极电势的应用电极电势的应用1. 1. 判断氧化判断氧化剂、还原原剂的相的相对强弱及弱及选择氧化剂和还原剂2. 2. 判断氧化判断氧化还原反原反应自自发进行的方向和限度行的方向和限度3. 元素电势图及其应用4. 4. 计算平衡常数算平衡常数5. 利用原电池测定溶液的pH值1. 标准电极电势表的应用教材附录中的酸式和碱式标准电极电势表（教材附录中的酸式和碱式标准电极电势表（教材附录中的酸式和碱式
56、标准电极电势表（教材附录中的酸式和碱式标准电极电势表（P319)P319)P319)P319)(1). 判断氧化剂、还原剂的相对强弱判断氧化剂、还原剂的相对强弱查表找出各电对的查表找出各电对的查表找出各电对的查表找出各电对的 E E 值值值值: :E E (Cl(Cl2 2/ / / /ClCl) ) =1.36 V=1.36 VE E (Br(Br2 2/ / / /BrBr) ) =1.065 V=1.065 VE E (I (I2 2/ / / /I I) ) =0.54 V=0.54 VE E (Fe(Fe3+3+/ / / /FeFe2+2+) ) =0.771 V=0.771 VE
57、 E (MnO(MnO4 4 / / / /MnMn2+2+) ) =1.51 V=1.51 V(2). 选择氧化剂和还原剂选择氧化剂和还原剂1. 标准电极电势表的应用 r rG Gmm = = n Fn F E E池池池池 （4 2）在热力学中：在热力学中：在热力学中：在热力学中： r rG Gm m 0 0，反应可自发正向进行；反应可自发正向进行；反应可自发正向进行；反应可自发正向进行；根据根据根据根据（10 2）式，当式，当式，当式，当 r rG Gm m 0 0 时，则时，则时，则时，则E E池池池池 必定必定必定必定0 0。因此在氧化还原反应中，可用因此在氧化还原反应中，可用因此在氧
58、化还原反应中，可用因此在氧化还原反应中，可用E E池池池池 0 0 或或或或0 0 来判断来判断来判断来判断反应进行的方向反应进行的方向反应进行的方向反应进行的方向。如果如果如果如果E E池池池池0 0，反应自发正向进行；，反应自发正向进行；，反应自发正向进行；，反应自发正向进行；如果如果如果如果E E池池池池0 0，反应自发逆向进行；，反应自发逆向进行；，反应自发逆向进行；，反应自发逆向进行；2. 判断氧化还原反应进行的方向和限度判断氧化还原反应进行的方向和限度例题例题例题例题9 9E = 0.771 VE = 0.337 V由于 E E池池池池 0 ,0 , E E池池池池 = = E E
59、正极正极正极正极 E E负极负极负极负极 = 0.771= 0.771 0.337 = 0.337 = 0.434 V 0.434 V 0 02. 判断氧化还原反应进行的方向和限度例题例题例题例题 1010E = 0.126 VE = 0.136 V E E池池池池 = = E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极 = = 0.126 0.126 ( ( 0.136) =0.136) = 0.010 V 0.010 V 0 02. 判断氧化还原反应进行的方向和限度例题例题例题例题1010E E(Pb(Pb2+2+/ / / /Pb)Pb) = = E E(Pb(Pb2+2+/ / / /
60、Pb)Pb) + lg Pb+ lg Pb2+2+ 0.0590.0592 20.0590.0592 2= = 0.126 0.126 + lg 0.1 = + lg 0.1 = 0.156 V 0.156 V 然后 ：0 0E E池池池池= =E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极= 0.156 = 0.156 ( ( 0.136) = 0.136) = 0.02 V 0.02 V2. 判断氧化还原反应进行的方向和限度lglgK K = =0. 059 V0. 059 V n n E E池池池池 （4 3）从（从（4 3）公式看，电池的电动势）公式看，电池的电动势 值越大，平衡常值越
61、大，平衡常数数K 值也就越大。值也就越大。当当K= 10 5 时，假设时，假设n =1，则可计算出，则可计算出 =0.3V。0.3V是一个直接从电动势的大小来衡量氧化还原反应进是一个直接从电动势的大小来衡量氧化还原反应进行程度的有用数据，因为此时的平衡常数已经很大了。行程度的有用数据，因为此时的平衡常数已经很大了。 E E池池池池 E E池池池池 2. 判断氧化还原反应进行的方向和限度lgK =0. 059 V0. 059 V n n E E池池池池 （4 3） 利用（利用（利用（利用（4 4 3 3）公式可求得氧化还原反应的）公式可求得氧化还原反应的）公式可求得氧化还原反应的）公式可求得氧化
62、还原反应的平衡常数，前面例题平衡常数，前面例题平衡常数，前面例题平衡常数，前面例题3 3和例题和例题和例题和例题4 4已有介绍。已有介绍。已有介绍。已有介绍。 也可将非氧化还原反应设计成一个电池反也可将非氧化还原反应设计成一个电池反也可将非氧化还原反应设计成一个电池反也可将非氧化还原反应设计成一个电池反应，利用电极电势而求得沉淀反应的溶度积常应，利用电极电势而求得沉淀反应的溶度积常应，利用电极电势而求得沉淀反应的溶度积常应，利用电极电势而求得沉淀反应的溶度积常数。数。数。数。3. 计算平衡常数可设计一个原电池：可设计一个原电池：可设计一个原电池：可设计一个原电池：PbPb2+ 2+ + SO+
63、 SO4 42 2 PbSO PbSO4 4 如实验测得电池的电动势E E E E池池池池= 0.22V= 0.22V3. 计算平衡常数首先查表得到两个电对的首先查表得到两个电对的首先查表得到两个电对的首先查表得到两个电对的E E ，然后计算电池的，然后计算电池的，然后计算电池的，然后计算电池的E E池池池池： E E(Pb(Pb2+2+/ / / /Pb) = Pb) = 0.126V0.126V， E E(Sn(Sn2+2+/ / / /Sn) = Sn) = 0.136V0.136V E E池池池池 = = E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负极 = = 0.136V0.136V
64、 ( ( 0.126V) 0.126V) = = 0.01V0.01V E E池池池池 = = E E池池池池 lglg0.22V0.22V = = 0.01V0.01V lglgPbPb2+2+=1.610=1.610 8 8 molmol L L 1 1 K Kspsp(PbSO(PbSO4 4) )=Pb=Pb2+2+SOSO4 42 2 =1.610=1.610 8 81=1.6101=1.610 8 8利用电动势的能斯特方程（利用电动势的能斯特方程（利用电动势的能斯特方程（利用电动势的能斯特方程（10 10 5 5）式计算）式计算）式计算）式计算PbPb2+2+离子浓度：离子浓度：离
65、子浓度：离子浓度：3. 计算平衡常数例题例题例题例题1111E= 0.799 VE= 0.221 VlglgK K = = = 9.7966 = = = 9.79660. 059 V0. 059 V n n E E池池池池 0. 059 V0. 059 V1 1(0.799 0.221)(0.799 0.221) V VK K = 6.3 = 6.310109 9K Kspsp = 1.6 = 1.610101010K K 3. 计算平衡常数EA 25EB 254 4. . 元素电势图元素电势图及其应用及其应用1 1）求算电对未知的标准电极电势求算电对未知的标准电极电势求算电对未知的标准电极电
66、势求算电对未知的标准电极电势 注：与教材统一，标准电极电势符号注：与教材统一，标准电极电势符号注：与教材统一，标准电极电势符号注：与教材统一，标准电极电势符号 改改用用用用E 表示，以下均做相同修改。表示，以下均做相同修改。表示，以下均做相同修改。表示，以下均做相同修改。4 4. . 元素电势图元素电势图及其应用及其应用公式小结公式小结公式小结公式小结E池池池池 = E池池池池 lgE= E + lglgK =0. 059 V0. 059 V n n E E池池池池 1 1）求算电对未知的标准电极电势求算电对未知的标准电极电势求算电对未知的标准电极电势求算电对未知的标准电极电势 （4 7）4
67、4. . 元素电势图元素电势图及其应用及其应用1 1）求算电对未知的标准电极电势求算电对未知的标准电极电势求算电对未知的标准电极电势求算电对未知的标准电极电势 例题例题例题例题12124 4. . 元素电势图元素电势图及其应用及其应用2 2）判断元素某氧化态能否发生歧化反应判断元素某氧化态能否发生歧化反应判断元素某氧化态能否发生歧化反应判断元素某氧化态能否发生歧化反应 4 4. . 元素电势图元素电势图及其应用及其应用2 2）判断元素某氧化态能否发生歧化反应判断元素某氧化态能否发生歧化反应判断元素某氧化态能否发生歧化反应判断元素某氧化态能否发生歧化反应 注：与教材统一，标准电动势符号注：与教材
68、统一，标准电动势符号注：与教材统一，标准电动势符号注：与教材统一，标准电动势符号E 改改用用用用E 池池 表示，以下均做相同修改。表示，以下均做相同修改。表示，以下均做相同修改。表示，以下均做相同修改。4 4. . 元素电势图元素电势图及其应用及其应用2 2）判断元素某氧化态能否发生歧化反应判断元素某氧化态能否发生歧化反应判断元素某氧化态能否发生歧化反应判断元素某氧化态能否发生歧化反应 4 4. . 元素电势图元素电势图及其应用及其应用5. 利用原电池测定溶液的pH值CuCu2+2+(1molL(1molL 1 1) + H) + H2 2(g,100kPa)Cu(s) +2H(g,100kP
69、a)Cu(s) +2H+ +( (x x molLmolL 1 1) ) 测定出如下铜氢电池的电动势测定出如下铜氢电池的电动势测定出如下铜氢电池的电动势测定出如下铜氢电池的电动势E E池池池池=0.48V=0.48V，其溶，其溶，其溶，其溶液的液的液的液的pHpH值为多少？值为多少？值为多少？值为多少？例题例题例题例题1313：解：解：解：解：正极正极正极正极E E(Cu(Cu2+2+/ / / /Cu)=0.337VCu)=0.337V，负极负极负极负极E E(H(H+ +/ / / /HH2 2)=0.00V)=0.00V E E池池池池 = =E E正极正极正极正极 E E负极负极负极负
70、极=0.337-0.00=0.337 V=0.337-0.00=0.337 V， E E池池池池=0.48V =0.48V E E池池池池 = = E E池池池池 lglg0.480.48 = = 0.3370.337 lglgHH+ + 2 2 lgHlgH+ + = =2.42 = =2.42pH=2.42pH=2.422H2H+ +(1 molL(1 molL 1 1) ) + 2e + 2e H H2 2(g,100kPa)(g,100kPa)，E E =0.00 V=0.00 V E E= = 0.00V0.00V + + lglg 用纯水代替标准氢电极中的酸性水溶液，计算用纯水代替
71、标准氢电极中的酸性水溶液，计算用纯水代替标准氢电极中的酸性水溶液，计算用纯水代替标准氢电极中的酸性水溶液，计算该氢电极的电极电势为多少？该氢电极的电极电势为多少？该氢电极的电极电势为多少？该氢电极的电极电势为多少？例题例题例题例题1414：解：解：解：解：纯水中纯水中纯水中纯水中HH+ +(1.010(1.010 7 7 molL molL 1 1) )= = 0.00V0.00V + + lglg= = 0.00V0.00V + + lglg= = 0.41V0.41V5. 利用原电池测定溶液的pH值由例题由例题由例题由例题1414可以计算出在可以计算出在可以计算出在可以计算出在pH=1.0
72、0pH=1.00、2.002.00、3.003.00的溶液的溶液的溶液的溶液中氢电极中氢电极中氢电极中氢电极(H(H+ +/ / / /HH2 2) )的电极电势值：的电极电势值：的电极电势值：的电极电势值：HH+ +(1 molL(1 molL 1 1) )， pH=0.00pH=0.00， E E = 0.00 V= 0.00 V HH+ +(0.1 molL(0.1 molL 1 1) )， pH=1.00pH=1.00， E E = = 0.059 V 0.059 V HH+ +(0.01 molL(0.01 molL 1 1) )， pH=2.00pH=2.00， E E = = 0
73、.12 V 0.12 VHH+ +(0.001 molL(0.001 molL 1 1) )，pH=3.00pH=3.00， E E = = 0.18 V 0.18 VHH+ +(10(10 7 7 molL molL 1 1) )， pH=7.00pH=7.00，E E = = 0.41 V 0.41 V 由氢离子浓度不同的两个氢电极构成的电池能由氢离子浓度不同的两个氢电极构成的电池能由氢离子浓度不同的两个氢电极构成的电池能由氢离子浓度不同的两个氢电极构成的电池能够产生电流，称为够产生电流，称为够产生电流，称为够产生电流，称为浓差电池浓差电池浓差电池浓差电池（只涉及同一物种浓度（只涉及同一物
74、种浓度（只涉及同一物种浓度（只涉及同一物种浓度变化的电池）。变化的电池）。变化的电池）。变化的电池）。5. 利用原电池测定溶液的pH值( ( )Pt | H)Pt | H2 2(g,100kPa) | H(g,100kPa) | H+ +( (1 molL1 molL 1 1) ) H H+ +( (1 molL1 molL 1 1) | H) | H2 2(g,100kPa)|Pt(g,100kPa)|Pt ( (+ +) )阳极阳极阳极阳极阴极阴极阴极阴极盐桥盐桥盐桥盐桥HH2 2(g,100 kPa)(g,100 kPa)(g,100 kPa) H(g,100 kPa) H2 2e e
75、HH+ +=1 mol=1 mol L L11HH+ + 1 mol1 mol L L11PtPt片片片片PtPt片片片片浓差电池浓差电池浓差电池浓差电池5. 利用原电池测定溶液的pH值测量溶液测量溶液测量溶液测量溶液酸度的装酸度的装酸度的装酸度的装置置置置 pHpH 计计计计的玻璃电的玻璃电的玻璃电的玻璃电极就是根极就是根极就是根极就是根据浓差电据浓差电据浓差电据浓差电池的原理池的原理池的原理池的原理设计的。设计的。设计的。设计的。5. 利用原电池测定溶液的pH值作业p175-p177（习题）：1-8, 11七七. .电化学的应用电化学的应用1. 1. 电解和电解池电解和电解池2. 2. 化
76、学电源及氢能源化学电源及氢能源3. 金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护1. 电解和电解池 电解池是将电能转变为化学能的装置电解池是将电能转变为化学能的装置，若将一个电池与外，若将一个电池与外接电源反接，当外加电压小于电池电动势，则电池继续放电为接电源反接，当外加电压小于电池电动势，则电池继续放电为原电池。若外界电压大于电动势，则外电源使得电池反应发生原电池。若外界电压大于电动势，则外电源使得电池反应发生逆转，原来的逆转，原来的电池就变成了电解池电池就变成了电解池。理论分解电压：理论分解电压：理论分解电压：理论分解电压：为了使电解作用持续进行所加的最小电压叫做为了使电解作用持续进行所加的最小电压叫
77、做为了使电解作用持续进行所加的最小电压叫做为了使电解作用持续进行所加的最小电压叫做该电解质的理论分解电压。其数值等于该电解池作为可你电池该电解质的理论分解电压。其数值等于该电解池作为可你电池该电解质的理论分解电压。其数值等于该电解池作为可你电池该电解质的理论分解电压。其数值等于该电解池作为可你电池的可逆电动势。的可逆电动势。的可逆电动势。的可逆电动势。 使用使用PtPt电极电解电极电解HClHCl，使，使用中性盐来导电，实验装置用中性盐来导电，实验装置如图所示。如图所示。 逐渐增加外加电压，由安逐渐增加外加电压，由安培计培计G G和伏特计和伏特计V V分别测定线路分别测定线路中的电流强度中的电
78、流强度I I 和电压和电压v v，画，画出出I-vI-v曲线。曲线。分解电压的测定分解电压的测定分解电压的测定分解电压的测定分解电压的测定分解电压的测定实际分解电压的测定实际分解电压的测定极化作用极化作用极化作用极化作用极化作用极化作用超电势超电势极化曲线极化曲线极化曲线极化曲线极化曲线极化曲线极化曲线极化曲线电解时电极上的竞争反应电解时电极上的竞争反应氢超电势氢超电势 电解质溶液通常用水作溶剂，在电解过程中电解质溶液通常用水作溶剂，在电解过程中,H,H+ +在阴极会与金在阴极会与金属离子竞争还原。属离子竞争还原。 利用氢在电极上的超电势，可以使比氢活泼的金属先在阴极利用氢在电极上的超电势，可
79、以使比氢活泼的金属先在阴极析出，这在电镀工业上是很重要的。析出，这在电镀工业上是很重要的。 例如，只有控制溶液的例如，只有控制溶液的pHpH，利用氢气的析出有超电势，才，利用氢气的析出有超电势，才使得镀锌，使得镀锌，SnSn，NiNi，CrCr等工艺成为现实。等工艺成为现实。一般金属离子在阴极上还原成金属时的超电势较小一般金属离子在阴极上还原成金属时的超电势较小, ,但在阴极上但在阴极上析出氢气析出氢气, ,阳极上析出氧气时的超电势较大阳极上析出氧气时的超电势较大氢气在几种电极上的超电势氢气在几种电极上的超电势 金属在电极上析出时超电金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不计。而势很小，通常
80、可忽略不计。而气体，特别是氢气和氧气，超气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大。电势值较大。 氢气氢气在石墨和汞等上超电势很在石墨和汞等上超电势很大，而在大，而在金属金属PtPt（特别是镀了铂（特别是镀了铂黑的铂电极）上超电势很小黑的铂电极）上超电势很小，标准氢电极中的铂电极要镀上铂标准氢电极中的铂电极要镀上铂黑黑 影响超电势的因素很多，影响超电势的因素很多，如电极材料、电极表面状态、如电极材料、电极表面状态、电流密度、温度、电解质的性电流密度、温度、电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等质、浓度及溶液中的杂质等电解时电极上的竞争反应电解时电极上的竞争反应分解电压分解电压金属离子的分离金属离子的分离
81、电解的应用电解的应用2. 2. 化学电源及氢能源化学电源及氢能源目前的能源结构与现状目前的能源结构与现状世界能源主要依赖不可再生的化石资源；世界能源主要依赖不可再生的化石资源；我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力；我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力；氢氢能能作作为为理理想想的的清清洁洁的的可可再再生生的的二二次次能能源源，其其形形成成的的关关键键是是廉廉价价的氢源；的氢源；太太阳阳能能资资源源丰丰富富、普普遍遍、经经济济、洁洁净净。太太阳阳能能光光分分解解水水技技术术可可望望获得廉价的氢气，还可就地生产。获得廉价的氢气，还可就地生产。其其其其煤煤石油石油天然气天然气其他其他中
82、国中国石石油油煤煤天然气天然气其他其他世界世界 CxHy + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx Limited resourcesPetroleum: 64 yearsCoal: 109 yearsEnergy storageNatural gas: 118 yearsWind PowerSolar PowerWater PowerClean energyEIA Report, 2013Battery systems1913Trend of development： Fossil fuels Clean energy Petrol vehicles Electric vehic
83、les2013Energy crisisPollution controlEnergy density:150 Wh/kgPower density:0.5-3 kW/kgEnergy and power densities of different battery systems Energy density110-meter hurdlesMarathonBatteries: Power densityGao, Energy Environ. Sci., 3 (2010) 174.118Amount of power per unit massAmount of energy stored
84、 per unitmassBatteries for electrical vehiclesBatteries for electrical vehiclesBruce et al., Nature Mater. 2012, 11, 19 电池的分类：电池的分类：电池按照其使用性质的不同可电池按照其使用性质的不同可以分为以分为一次电池一次电池（干电池、原电池）、（干电池、原电池）、二次二次电池电池（蓄电池）和（蓄电池）和燃料电池燃料电池等几大类。等几大类。 （1 1）化学电源）化学电源2.2.化学电源及氢能源化学电源及氢能源原电池原电池锌锰干电池：锌锰干电池：负极是锌做的圆筒负极是锌做的圆筒正
85、极是一根碳棒，正极是一根碳棒，周围被二氧化锰、周围被二氧化锰、碳粉和氯化铵的混碳粉和氯化铵的混合剂包围。合剂包围。电池符号：电池符号：负极反应负极反应正极反应正极反应电池总反应电池总反应正极反应中生成正极反应中生成NH3 同负极反应生成的同负极反应生成的Zn2+ ，可生成，可生成Zn（NH3）42 配离子，从而抑制配离子，从而抑制Zn2+ 浓度增大，保持浓度增大，保持电势接近恒定，也防止电势接近恒定，也防止NH3 在电极上积累，造成极化。在电极上积累，造成极化。此电池的电动势为此电池的电动势为 1.5 V。原电池原电池蓄电池蓄电池铅酸蓄电池铅酸蓄电池铅酸蓄电池的组成和原理铅酸蓄电池的组成和原理
86、 铅酸蓄电池的标称电压是铅酸蓄电池的标称电压是2 V，理论比能量是，理论比能量是166.9 Wh/kg，实际比能量为，实际比能量为3545 Wh/kg。铅酸蓄酸蓄电池的主要用途池的主要用途 1.启启动用用铅酸蓄酸蓄电池池 2.固定型固定型铅酸蓄酸蓄电池池 3.蓄蓄电池池车用用电池（池（牵引型引型铅酸蓄酸蓄电池）池） 4.便携便携设备及其他及其他设备用用铅酸蓄酸蓄电池池 铅酸蓄酸蓄电池的池的发展展历史和史和趋势发展历史发展历史： 涂膏式极板、涂膏式极板、铅锑板板栅合金、管状合金、管状电极、极、铅钙板板栅合金、胶体合金、胶体电解液及解液及阀控式控式铅酸蓄酸蓄电池池趋势趋势：1.要求蓄要求蓄电池是免
87、池是免维护型的，更便于使用；型的，更便于使用；2.进一步提高一步提高电池的比能量；池的比能量；3.进一步提高一步提高电池的比功率；池的比功率；4.进一步提高一步提高电池的循池的循环寿命寿命蓄电池蓄电池铅酸蓄电池铅酸蓄电池铅酸蓄酸蓄电池的池的优缺点缺点优点点：1.1.原料易得，价格相原料易得，价格相对低廉；低廉；2.2.高倍率放高倍率放电性能良好；性能良好；3.3.温度性能良好温度性能良好, ,可在可在-40-406060的的环境下工作；境下工作；4.4.适合于浮充适合于浮充电使用使用, ,使用寿命使用寿命长, ,无无记忆效效应；5.5.废旧旧电池容易回收池容易回收, ,有利于保有利于保护环境境
88、. .缺点缺点：1.1.比能量低比能量低, ,一般一般为303040Wh/kg40Wh/kg；2.2.使用寿命不及使用寿命不及Cd/NiCd/Ni电池；池；3.3.制造制造过程容易程容易污染染环境境, ,必必须配配备三三废处理理设备. .蓄电池蓄电池铅酸蓄电池铅酸蓄电池蓄电池蓄电池氢镍蓄电池氢镍蓄电池 镍氢电池由氢氧化镍正极，储氢合金负极，隔膜纸，电解镍氢电池由氢氧化镍正极，储氢合金负极，隔膜纸，电解液，钢壳，顶盖，密封圈等组成。在圆柱形电池中，正负极用液，钢壳，顶盖，密封圈等组成。在圆柱形电池中，正负极用隔膜纸分开卷绕在一起，然后密封在钢壳中的。在方形电池中，隔膜纸分开卷绕在一起，然后密封在
89、钢壳中的。在方形电池中，正负极由隔膜纸分开后叠成层状密封在钢壳中。正负极由隔膜纸分开后叠成层状密封在钢壳中。电解质：电解质：KOH 电池内氢气的压力：电池内氢气的压力：0.3 4 MPa蓄电池蓄电池氢镍蓄电池氢镍蓄电池氢镍蓄电池的原理氢镍蓄电池的原理储储氢氢合合金金：AB5: LiNi5, MnNi5, CaNi5, AB2: ZrMn2, TiCr2, ZrV2, ZrMn2, AB: TiFe,TiCo, TiNi A2B: Mg2Ni, Mg2Cu 镍氢电池的优、缺点镍氢电池的优、缺点它的初始成本较高，电池自放电速度较大，以及它的初始成本较高，电池自放电速度较大，以及有爆炸的可能性。有爆
90、炸的可能性。这种电池的突出优点是循环寿命长，这种电池的突出优点是循环寿命长，1977年起在年起在地球同步轨道条件下工作寿命超过地球同步轨道条件下工作寿命超过10年。此外，年。此外，它承受过充电和过放电的能力很强。它承受过充电和过放电的能力很强。蓄电池蓄电池氢镍蓄电池氢镍蓄电池 镍氢电池的应用十分广泛，目前在航天领域内取镍氢电池的应用十分广泛，目前在航天领域内取代代镉镍镉镍电池，在混合动力汽车上也有广泛应用。电池，在混合动力汽车上也有广泛应用。蓄电池蓄电池锂离子电池锂离子电池 电池电池: () C | LiPF6-(EC+DEC) | LiCoO2 (+) 正极正极: LiCoO2 Li1-xC
91、oO2 + xLi+ + xe- 负极负极: 6C + xLi+ + xe- LixC6 总反应总反应: LiCoO2 + 6C Li1-xCoO2 + LixC6CDDCDC锂离子电池的优、缺点锂离子电池的优、缺点没有污染，称为绿色电池；没有污染，称为绿色电池；使用寿命长（浅度充放电可达使用寿命长（浅度充放电可达5000次以上）；次以上）； 加工灵活加工灵活 可以制作称各种形状的电池；可以制作称各种形状的电池；安全可靠；安全可靠；体积利用率高；体积利用率高；应用领域广。应用领域广。 成本较高，成本较高，必须有特殊的保护电路，以防止过充电必须有特殊的保护电路，以防止过充电与普通电池相容性差与普
92、通电池相容性差与其优点相比，这些缺点不是主要问题。与其优点相比，这些缺点不是主要问题。 锂离子电池的相关应用领域锂离子电池的相关应用领域便携式电池便携式电池产品产品能源产业能源产业电动工具电动工具轻型电动车轻型电动车新能源汽车新能源汽车储能电站储能电站锂离子电池的主要正极材料锂离子电池的主要正极材料主要正极材料主要正极材料Co-based LiCoO2Mn-basedLiMn2O4 LiNi0.5Mn1.5O4Multi-elementsLiNixCo1-x-yMyO2P-basedLiFePO4类别类别安全安全 性能性能比容量比容量mAh/g循环寿循环寿命命/次次电压电压 平台平台材料成材料
93、成本本所占成所占成本比重本比重适合领域适合领域钴酸锂差差 1455003.6高高40%中小型移动电池中小型移动电池锰酸锂较好较好105 8003.7低低20%对体积不敏感的对体积不敏感的动力电池动力电池三元材料较好较好160 8003.6较高较高30%中小型移动电池中小型移动电池动力电池动力电池磷酸铁锂很好很好 150 10003.2低低30%对体积不敏感的对体积不敏感的动力电源动力电源 锰酸锂、三元材料和锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂材料适合制作动力电池磷酸铁锂材料适合制作动力电池在未来的动力在未来的动力 电池将可能三分天下！电池将可能三分天下！几种正极材料应用优劣势比较几种正极材料应用优劣势比
94、较常见负极材料常见负极材料电解液电解液电解液材料组成电解液材料组成使用碳酸酯作为溶剂时，因为闪点较低，在较低的温度下即会闪燃，安全使用碳酸酯作为溶剂时，因为闪点较低，在较低的温度下即会闪燃，安全性较差。性较差。氟代溶剂（包括氟代酯和氟代醚）具有较高的闪点甚至无闪点，有利于抑氟代溶剂（包括氟代酯和氟代醚）具有较高的闪点甚至无闪点，有利于抑制电解液的燃烧。氟代剂对电池性能损害较小，抑制电解液燃烧效果明显，制电解液的燃烧。氟代剂对电池性能损害较小，抑制电解液燃烧效果明显，但氟化物的使用将大大增加锂离子电池的生产成本。但氟化物的使用将大大增加锂离子电池的生产成本。目前商用锂离子电池以目前商用锂离子电池
95、以ECEC2 2DMCDMC为溶剂，以为溶剂，以LiPFLiPF6 6为锂盐，具有较高的离子为锂盐，具有较高的离子导电率与较好的电化学稳定性。导电率与较好的电化学稳定性。组成：聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜，包组成：聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜，包 括括单层单层PE,单层单层 PP，三层，三层 PP/PE/PP 复合膜。复合膜。作用：作用：一种特殊的复合膜，它的功能是隔离正负一种特殊的复合膜，它的功能是隔离正负极，阻止电子穿过，同时能够允许锂离子通过，极，阻止电子穿过，同时能够允许锂离子通过，从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。
96、之间的快速传输。影响电池的容影响电池的容 量、内阻、高速量、内阻、高速性能、快充、寿命等性能、快充、寿命等 性能。高温时孔闭合。性能。高温时孔闭合。 隔膜占电池成本的隔膜占电池成本的1/5。其问题最为突出，。其问题最为突出，世界世界上仅日本、美国能大规模生产锂离子电池隔膜，上仅日本、美国能大规模生产锂离子电池隔膜，我国已有几家企业能生产单层膜，但与美、日产我国已有几家企业能生产单层膜，但与美、日产品相比，还存在质量均匀性和稳定性问题。适用品相比，还存在质量均匀性和稳定性问题。适用于车用动力电池的三层结构隔膜和陶瓷于车用动力电池的三层结构隔膜和陶瓷/塑料复合塑料复合膜尚不能大规模生产，主要依赖进
97、口。膜尚不能大规模生产，主要依赖进口。 PP微孔膜的断面形貌微孔膜的断面形貌隔膜隔膜燃料电池燃料电池 燃料电池（燃料电池（Fuel Cell，FC）是一种把储存在燃）是一种把储存在燃料和氧化剂中的化学能料和氧化剂中的化学能高效高效、环境友好环境友好地按电化学地按电化学原理转化为电能的能量转换装置，也是一种新型的原理转化为电能的能量转换装置，也是一种新型的无污染、无噪音、大规模、大功率和高效率无污染、无噪音、大规模、大功率和高效率的汽车的汽车动力。作为一种最接近于实用化的环保型新能源，动力。作为一种最接近于实用化的环保型新能源，燃料电池已经受到了人们的广泛关注。燃料电池已经受到了人们的广泛关注。
98、氢氧燃料电池燃料电池示意图氢氧燃料电池燃料电池示意图氢能经济的缘起氢能经济的缘起1、“氢能经济氢能经济” 提出的背景提出的背景环境问题日益严重；资源储备日渐匮乏；能源安全引起的冲突加剧；环境问题日益严重；资源储备日渐匮乏；能源安全引起的冲突加剧；美国：启动氢能发展计划美国：启动氢能发展计划生物质制氢，太阳能制氢生物质制氢，太阳能制氢欧洲：氢能电动汽车欧洲：氢能电动汽车生物质制氢，太阳能制氢生物质制氢，太阳能制氢日本：氢能电动汽车日本：氢能电动汽车光生物制氢光生物制氢中国：氢能电动汽车中国：氢能电动汽车生物质制氢，化石燃料制氢生物质制氢，化石燃料制氢0.2 L液液 H2/100 km2、各国的氢
99、能开发计划、各国的氢能开发计划氢能经济的缘起氢能经济的缘起1.如何实现大规模地廉价制氢？如何实现大规模地廉价制氢？制氢制氢2.如何经济、合理、安全地储存氢？如何经济、合理、安全地储存氢？储氢储氢3.如何高效率、低成本地利用氢？如何高效率、低成本地利用氢？利用氢利用氢 氢能技术的难点氢能技术的难点 1.安全环保安全环保：无味无毒，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污：无味无毒，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污染环境。染环境。2.高温高能高温高能：1kg氢气的热值为氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢氧焰温是汽油的三倍。氢氧焰温度高达度高达2800度，高于常规液气。度，高于常
100、规液气。3.热能集中热能集中：氢氧焰火焰挺直，热损失小，利用效率高。：氢氧焰火焰挺直，热损失小，利用效率高。4.自动再生自动再生：氢能来源于水，燃烧后又还原成水。：氢能来源于水，燃烧后又还原成水。5.催化特性催化特性： 氢气是活性气体催化剂，可以与空气混合方式加入催化氢气是活性气体催化剂，可以与空气混合方式加入催化燃烧所有固体，液体、气体燃料。加速反应过程，促进完全燃烧，达到提燃烧所有固体，液体、气体燃料。加速反应过程，促进完全燃烧，达到提高焰温、节能减排之功效。高焰温、节能减排之功效。6.来源广泛来源广泛：氢气可由水电解制取，水取之不尽，而且每：氢气可由水电解制取，水取之不尽，而且每kg水可
101、制备水可制备1860升氢氧燃气。升氢氧燃气。7.即产即用即产即用：利用先进的自动控制技术，由氢氧机按照用户设定的按：利用先进的自动控制技术，由氢氧机按照用户设定的按需供气，不贮存气体。需供气，不贮存气体。8.应用范围广应用范围广：适合于一切需要燃气的地方。：适合于一切需要燃气的地方。氢能被人们称为理想的氢能被人们称为理想的“绿色能源绿色能源”氢能的特点氢能的特点 【思考思考】目前人目前人类有哪些途径可以来有哪些途径可以来利用利用氢能呢？能呢？氢能的利用途径氢能的利用途径氢能的利用途径氢能的利用途径 氢气燃烧放热（如液态氢作为氢气燃烧放热（如液态氢作为火箭燃料）火箭燃料） 用高压氢气，氧气制作氢
102、氧燃用高压氢气，氧气制作氢氧燃料电池料电池 利用氢的热核反应利用氢的热核反应释放的核释放的核能（氢弹）能（氢弹）H2OH2、O2用于燃料电池，化学能转化为电能用于燃料电池，化学能转化为电能使用催化剂，利用太阳能分解水使用催化剂，利用太阳能分解水电解，电能转化为化学能电解，电能转化为化学能燃烧，释放热能燃烧，释放热能氢能的利用途径氢能的利用途径【思考思考】氢能是一种理想的，极有前途能是一种理想的，极有前途的二的二级能源，它被人能源，它被人们视为理想的理想的“绿色能源色能源”，大家知道几种，大家知道几种产生生氢能的方能的方式？式？这些方式有哪些些方式有哪些优点和缺点呢？点和缺点呢？氢能的产生方式氢
103、能的产生方式1. 化石燃料制氢化石燃料制氢目前主要的制氢方法目前主要的制氢方法 成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决 2. 生物质为原料制氢生物质为原料制氢 光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题3. 水分解制氢水分解制氢 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳能的收集、利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳能的收集、高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解决的问题。高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解决的问题。 制氢技术制氢技术合成氨：合成氨：50石油精练：石油精练：37甲醇合成：甲醇合成：8全球年产氢：全球年产氢：5000亿亿Nm3化石燃料制氢化石燃料制氢占占96%(
104、1) 甲烷重整甲烷重整(Steam Methane Reformation, SMR )化石燃料制氢化石燃料制氢SMR反反应应利利用用有有机机物物高高温温下下与与水水的的反反应应，不不仅仅自自身身脱脱氢氢，同同时时将水中的氢解放出来。将水中的氢解放出来。此法也适于生物质制氢。此法也适于生物质制氢。(2) 天然气热解制氢天然气热解制氢将将天天然然气气火火焰焰在在裂裂解解炉炉加加热热到到1400，关关闭闭裂裂解解炉炉使使天天然然气气发发生生裂裂解解反反应应，产生氢气和碳黑。产生氢气和碳黑。裂裂 解解 炉炉CH4H2碳黑碳黑甲烷的部分氧化：甲烷的部分氧化： CH4+O2 CO(g)+H2(g)(3)
105、 煤汽化：煤汽化： C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)(4) 重油部分氧化重油部分氧化CnHm+O2 CO（g）+H2（g） CnHm+H2O CO（g）+H2（g）H2O+CO CO2（g）+H2（g）化石燃料制氢化石燃料制氢电解水制氢电解水制氢 正极：正极： 2OH H2O + O2 + 2e = 0.401V 负极：负极： 2H2O + 2e 2OH + H2 =0.828V 理论分解电压理论分解电压1.23V，每每1Kg氢电耗为氢电耗为 32.9 KWh 。实际为。实际为46.8KWh。 (1) 碱性水溶液电解碱性水溶液电解2OH- H2O O2+2e2H2O+2e 2OH
106、- + H2采用采用Ni或或Ni合金电极，效率合金电极，效率75SPE电解水技术的主要问题是质子交电解水技术的主要问题是质子交换膜和电极材料的价格昂贵。换膜和电极材料的价格昂贵。 (2) 质子膜电解水发生器质子膜电解水发生器隔膜隔膜:全氟磺酸膜全氟磺酸膜(Nafion)阴极阴极:Pt黑黑阳极阳极:Pt、Ir等的等的合金或氧化物合金或氧化物生物质制氢生物质制氢(1) 生物质能的特点生物质能的特点 可再生性可再生性，生物质能通过植物光合作用再生，可保证其永续利用；，生物质能通过植物光合作用再生，可保证其永续利用；低低污污染染性性，生生物物质质硫硫、氮氮含含量量低低、燃燃烧烧生生成成SO2等等较较少
107、少，生生长长时时所所需需CO2相当于排放量，因而相当于排放量，因而CO2净排放量近似于零，可减轻温室效应；净排放量近似于零，可减轻温室效应；广泛分布性，广泛分布性，缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；总量十分丰富总量十分丰富，仅次于煤炭、石油和天然气。，仅次于煤炭、石油和天然气。 (2) 生物制氢技术生物制氢技术藻类和蓝细菌光解水；藻类和蓝细菌光解水；光合细菌光分解有机物；光合细菌光分解有机物；有机物发酵制氢；有机物发酵制氢；光合微生物和发酵性微生物的联合运用光合微生物和发酵性微生物的联合运用 生物质热解或气化制氢。生物质热解或气化制氢。生物质热解或气化制氢
108、。生物质热解或气化制氢。(3) 生物质制氢两大途径生物质制氢两大途径热热化化学学分分解解过过程程包包括括高高温温气气化化或或中中温温热热分分解解以以及及加加水水分分解解等等，先得到含先得到含CO和和H2的气体，进一步转化为氢气。的气体，进一步转化为氢气。生生物物过过程程包包括括: 1）厌厌氧氧发发酵酵产产生生甲甲烷烷为为主主的的气气体体然然后后加加工工为为氢氢气气；2）利利用用某某些些微微生生物物(如如绿绿藻藻)的的代代谢谢功功能能，通通过过光光化化学学分分解解反应产生氢。反应产生氢。热化学分解过程技术基本成熟，将实现工业生产。热化学分解过程技术基本成熟，将实现工业生产。生生物物过过程程适适合
109、合做做民民用用燃燃料料，大大规规模模制制氢氢不不经经济济，处处于于基基础础研研究究阶段。阶段。生物质制氢生物质制氢半导体光半导体光催化制氢催化制氢Z-型体系型体系光催化法光催化法悬浮体系悬浮体系光催化法光催化法光电化学光电化学体系制氢体系制氢M.Gratzel, et al, Nature, 1991, 353: 737; Nature,1998, 395: 583; S.U.M. Khan, et al, Science, 2002, 297: 2243; Z.G.Zou, et al., Nature, 2001, 414, 625. 光催化制氢光催化制氢1、光催化制氢体系、光催化制氢体系
110、2、光催化制氢的关键科技难题、光催化制氢的关键科技难题新型、高效新型、高效光催化材料光催化材料效率低效率低逆反应逆反应载流子复合载流子复合太阳光利太阳光利用率低用率低光量子产率光量子产率低低(约约4 %)能级能级不匹配不匹配光催化制氢光催化制氢太阳光谱图太阳光谱图太阳光谱图太阳光谱图设计在可见区内有强吸收半导体材料是高效利用太阳能的关键设计在可见区内有强吸收半导体材料是高效利用太阳能的关键UV Visible Infrared48%48%5%5%683 1.80eV400 3.07eV2、光催化制氢的关键科技难题、光催化制氢的关键科技难题光催化制氢光催化制氢+3.0+2.0+1.00.0-1.
111、0Band gapH+H2H2OO2H+/H2O2/H2Oh+ h+ h+ h+ h+e- e- e- e- e- V/NHEWater reductionWater oxidationhvValence bandConduction band H2O H2 + 1/2O2 G0 = 238 kJ/mol(E = - Go/nF = -1.23 eV)3、半导体光催化制氢热力学原理、半导体光催化制氢热力学原理 Charge separation/recombination Separation of reduction and oxidation Control of reverse reac
112、tion高稳定性、价廉；高稳定性、价廉；半导体的禁带宽度半导体的禁带宽度Eg要大于水的分解电压；要大于水的分解电压；能能带带位位置置要要与与氢氢和和氧氧的的反反应应电电势势相相匹匹配配：导导带带位位置置要要负负于于氢氢电电极极的的反反应应电电势势(EH+/H2c)，使使光光电电子子的的能能量量满满足足析析氢氢反反应应要要求求。价价带带位位置置应正于氧电极的反应电势应正于氧电极的反应电势(Vb +a)，使光生空穴能够有效地氧化水。，使光生空穴能够有效地氧化水。高高效效吸吸收收太太阳阳光光谱谱中中大大多多数数的的光光子子。及及：光光子子的的能能量量还还必必须须大大于于半半导导体体禁禁带带宽宽度度E
113、g：若若Eg3V，则则入入射射光光波波长长应应小小于于400 nm，只只占占太太阳阳光谱很小一部分。光谱很小一部分。4、半导体光催化制氢条件、半导体光催化制氢条件自自1972年年发发现现TiO2光光解解水水后后，利利用用太太阳阳光光驱驱动动水水的的劈劈裂裂制制H2(光光解解水水)技技术术被认为是一项长期的、高风险、高回报的战略性研究课题。被认为是一项长期的、高风险、高回报的战略性研究课题。为实现太阳光直接驱动水的劈裂，要求光催化材料具有：为实现太阳光直接驱动水的劈裂，要求光催化材料具有：光催化制氢光催化制氢5、影响光催化效率的主要因素、影响光催化效率的主要因素(1) 催化剂的种类催化剂的种类大
114、大多多集集中中于于Ti4+、Zr5+、Nb5+、Ta5+基基具具有有d0电电子子构构型型的的化化合合物物及及In3+、Ga3+、Ge4+、Sn4+基具有基具有d10构型的构型的p区金属化合物。区金属化合物。常常见见的的光光催催化化剂剂：TiO2、ZnO、过过渡渡金金属属(复复合合)氧氧(硫硫/硒硒)化化物物如如ZrO2, CdS, Co3O4, WO3, Fe3O4, IrO2, RuO2, -Bi2O3等等。具具有有层层状状钙钙钛钛矿矿结结构构的的复复合合氧氧化化物物如如钛钛酸酸盐盐、铌铌酸酸盐盐和和钽钽酸酸盐盐等等。如如：NiO-K4Nb6O17， RuO2-Ba2Ti4O9(2) 催化剂
115、的晶体结构催化剂的晶体结构(3) 受激电子受激电子-空穴对存活寿命空穴对存活寿命(4) 逆反应的程度逆反应的程度(5) 其他因素其他因素 溶液溶液pH值，光强，反应物浓度，温度等。值，光强，反应物浓度，温度等。光催化制氢光催化制氢常见半导体材料的能带结构常见半导体材料的能带结构常见半导体材料的能带结构常见半导体材料的能带结构-1.00.01.02.03.0SrTiO3TiO2SnO23.2eV3.23.8WO32.8Ta2O5ZrO2Nb2O5H+/H2（E0 V）4.65.03.43.23.6ZnOZnSSiC3.0Evs.SHE(pH=0)/eVCdSO2/H2（E1.23 V）2.4L绝
116、大部分绝大部分只能吸只能吸收收不到不到5的太的太阳光阳光(紫外部分紫外部分)!光催化制氢光催化制氢6、制约光催化制氢实用化的主要原因是、制约光催化制氢实用化的主要原因是1) 光光化化学学稳稳定定的的半半导导体体(如如：TiO2)的的能能隙隙太太宽宽(以以 2.0 eV为为宜宜)只只吸吸收收紫外光；紫外光；2) 光量子产率低光量子产率低(约约4 %)，最高不超过，最高不超过10 %；3) 具具有有与与太太阳阳光光谱谱较较为为匹匹配配能能隙隙的的半半导导体体材材料料(如如：CdS等等)存存在在光光腐腐蚀蚀及及有有毒毒等等问问题题，而而p-型型InP、GaInP2等等虽虽具具有有理理想想的的能能隙隙
117、，且且一一定程度上能抗光腐蚀，但其能级与水的氧化还原能级不匹配。定程度上能抗光腐蚀，但其能级与水的氧化还原能级不匹配。因因此此，探探索索高高效效、稳稳定定和和经经济济的的可可见见光光响响应应的的光光催催化化材材料料是是光光催催化化制氢实用化的关键课题之一。制氢实用化的关键课题之一。光催化制氢光催化制氢1、常压储氢、常压储氢2、高压储氢、高压储氢3、液氢储氢、液氢储氢4、金属氢化物、金属氢化物5、吸附储氢、吸附储氢密度高、但能耗大、密度高、但能耗大、且有自然挥发且有自然挥发氢气的储存氢气的储存 一定的温度和压力条件下，一些金属能够大量一定的温度和压力条件下，一些金属能够大量“吸收吸收”氢气，反应
118、生成金属氢化物，同时放出热量。氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。存在其中的氢释放出来。这些会这些会“吸收吸收”氢气的金属，氢气的金属，称为储氢合金称为储氢合金。其储氢能力很强。单位体积储氢的密。其储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的度，是相同温度、压力条件下气态氢的10001000倍。储氢倍。储氢合金都是固体，需要用氢时通过加热或减压使储存于合金都是固体，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，因此是一种极其简便易行的理想其中的氢释放出来
119、，因此是一种极其简便易行的理想储氢方法。目前研究发展中的储氢合金，主要有储氢方法。目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金氢合金。氢气的储存氢气的储存金属氢化物储氢金属氢化物储氢氢气的储存氢气的储存镁系合金储氢镁系合金储氢 镁系合金有很高的储氢密度，但放氢温度高，吸放氢速度镁系合金有很高的储氢密度，但放氢温度高，吸放氢速度慢，因此研究镁系合金在储氢过程中的关键问题，可能是解决慢，因此研究镁系合金在储氢过程中的关键问题，可能是解决氢能规模储运的重要途径。因此对金属氢能规模储运的重要途径。因此对金属M
120、g表面催化改性引起了表面催化改性引起了研究者的兴趣。近年来，有人利用射频喷溅方法制备了研究者的兴趣。近年来，有人利用射频喷溅方法制备了Pd包覆包覆的纳米结构的多层的纳米结构的多层Mg薄膜，并对储氢性质进行了研究。结果显薄膜，并对储氢性质进行了研究。结果显示，在示，在100oC, 0.1M Pa氢气压力条件下，氢的吸附量约为氢气压力条件下，氢的吸附量约为5wt% ，薄膜在，薄膜在100oC真空的条件下释放出全部的氢。真空的条件下释放出全部的氢。2006年，研究人年，研究人员报道了四氢呋喃处理的镁的氢化员报道了四氢呋喃处理的镁的氢化-脱氢性质，并且考察了样品脱氢性质，并且考察了样品的电力能态、晶格
121、结构和微观形貌。研究表明四氢呋喃处理的的电力能态、晶格结构和微观形貌。研究表明四氢呋喃处理的镁在镁在100oC, 3.5M Pa条件下吸附了条件下吸附了6.3w t%的氢，同时四氢吠喃的氢，同时四氢吠喃的处理改善了镁吸附的处理改善了镁吸附-脱附氢的动力学，在脱附氢的动力学，在623 K具有较理想的具有较理想的反应速率。反应速率。 对碳系列储氢材料的研究是近些年兴起的一个热对碳系列储氢材料的研究是近些年兴起的一个热门课题。大家知道，由于碳的多孔结构和碳原子对门课题。大家知道，由于碳的多孔结构和碳原子对气体分子的特殊吸引作用，碳对几乎所有的气体都气体分子的特殊吸引作用，碳对几乎所有的气体都存在或大
122、或小的吸附作用。所以把它作为一种储氢存在或大或小的吸附作用。所以把它作为一种储氢材料来研究也就是自然而然的事。目前对碳系列储材料来研究也就是自然而然的事。目前对碳系列储氢材料的研究主要是集中在氢材料的研究主要是集中在石墨、活性碳、纳米碳石墨、活性碳、纳米碳管和纳米碳纤维管和纳米碳纤维等方面，纳米碳管和纳米碳纤维之等方面，纳米碳管和纳米碳纤维之所以成为一种热门的储氢材料，一是它们的储氢量所以成为一种热门的储氢材料，一是它们的储氢量大，一般也达到大，一般也达到10wt%10wt%，有的甚至达到，有的甚至达到60wt%60wt%以上。以上。其储氢量比储氢合金高却是不争的事实。其储氢量比储氢合金高却是
123、不争的事实。氢气的储存氢气的储存碳系列储氢材料碳系列储氢材料碳纳米管储氢材料碳纳米管储氢材料氢气的储存氢气的储存碳系列储氢材料碳系列储氢材料 近年来近年来，纳米碳在储氢方面已表现出优异的性能，纳米碳在储氢方面已表现出优异的性能，清华清华大学大学碳纳米材料研究小组发现一种经处理后表现出显著储氢碳纳米材料研究小组发现一种经处理后表现出显著储氢性能的碳纳米管，它有望作为新的清洁能源成为氢能电池的性能的碳纳米管，它有望作为新的清洁能源成为氢能电池的制造材料。该研究小组的科技人员对定向碳纳米管的电化学制造材料。该研究小组的科技人员对定向碳纳米管的电化学储氢特性进行了系统研究，发现这种碳纳米管具有许多全新
124、储氢特性进行了系统研究，发现这种碳纳米管具有许多全新的力学、电学、热学和光学性能，尤其是将它混以铜粉后表的力学、电学、热学和光学性能，尤其是将它混以铜粉后表现出的很高的储氢性能。他们将碳纳米管制成电极，进行随现出的很高的储氢性能。他们将碳纳米管制成电极，进行随流充放电电化学实验，结果表明，混铜粉定向多壁碳纳米管流充放电电化学实验，结果表明，混铜粉定向多壁碳纳米管电极的储氢量是石墨电极的电极的储氢量是石墨电极的10倍，是非定向电极的倍，是非定向电极的13倍，比倍，比电容量高达电容量高达1,625mAh/s，对应储氢量为，对应储氢量为5.7%(质量分数质量分数)，具，具有优异的电化学储氢性能。已经
125、接近美国能源部对车用储氢有优异的电化学储氢性能。已经接近美国能源部对车用储氢技术制定的标准对储氢材料的重量和储氢密度的要求。技术制定的标准对储氢材料的重量和储氢密度的要求。氢气的储存氢气的储存碳纳米管储氢材料碳纳米管储氢材料 氢配位氢配位- -化学氢化物储氢材料化学氢化物储氢材料 LiBH4由于具有非常高的储氢量，成为储氢体系最有吸引由于具有非常高的储氢量，成为储氢体系最有吸引力的候选材料，理论上可以脱附力的候选材料，理论上可以脱附13. 5 wt%的氢。的氢。 由于由于LiBH4脱附氢的焓变约为脱附氢的焓变约为-70 kJ/mol，实际应用过于稳，实际应用过于稳定。不能有效、可逆吸附定。不能
126、有效、可逆吸附-脱附氢。因此，改变脱附氢。因此，改变LiBH4的热力学的热力学稳定性，降低脱氢温度（低于稳定性，降低脱氢温度（低于100oC)成为目前研究的焦点。成为目前研究的焦点。 2006年，有报道用年，有报道用LiBH4 +0.2MgCl2+0.1TiCl3材料作为稳材料作为稳定剂来降低脱氢温度，改善吸附定剂来降低脱氢温度，改善吸附-脱附的可逆性很有效，在脱附的可逆性很有效，在60oC脱附脱附5 w t%的氢。目前在的氢。目前在60oC和和70 bar条件下可以吸附条件下可以吸附4.5 w t的氢的氢 。 另外，四方晶体结构的另外，四方晶体结构的NaAlH4，是另一种有前途的储氢材，是另
127、一种有前途的储氢材料。料。NaAlH4的储氢量约为的储氢量约为5 . 6 w t%。 目前用于储氢研究的无机材料有目前用于储氢研究的无机材料有10种以上，除了以上介种以上，除了以上介绍的，还有绍的，还有金属硫化物储氢材料储、金属金属硫化物储氢材料储、金属-C-H体系、金属体系、金属-N-H体系储氢材料、碳基储氢材料和氨基硼烷、氮化硼纳米管、体系储氢材料、碳基储氢材料和氨基硼烷、氮化硼纳米管、碳化硅纳米管等碳化硅纳米管等。在研究过程中，纳米技术、掺杂催化技术。在研究过程中，纳米技术、掺杂催化技术以及氧化还原理论的应用，使材料的储氢研究得到了长足以及氧化还原理论的应用，使材料的储氢研究得到了长足
128、发发展展 ，缩短了与应用要求的距离。从目前的研究结果来看，对，缩短了与应用要求的距离。从目前的研究结果来看，对于无机储氢材料，多组分材料的储氢研究是较好的研究方向，于无机储氢材料，多组分材料的储氢研究是较好的研究方向，因为很难找到一种物质既有较大的储氢量因为很难找到一种物质既有较大的储氢量(大于大于6 W t% )，在，在低温（低于低温（低于100)下又有较好的动力学性质，同时还兼具能下又有较好的动力学性质，同时还兼具能够反复吸氢够反复吸氢-脱氢的循环稳定性。因此对照世界能源署或美国脱氢的循环稳定性。因此对照世界能源署或美国能源部的标准，进一步开发多组分复合材料，同时研究该材能源部的标准，进一
129、步开发多组分复合材料，同时研究该材料的热力学性质及其与氢气的分了反应动力学，对拓展储氢料的热力学性质及其与氢气的分了反应动力学，对拓展储氢的理论研究和实际应用具有重要意义。的理论研究和实际应用具有重要意义。氢气的储存氢气的储存其它储氢材料其它储氢材料 金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，据一份统计金属的腐蚀对国民经济带来的损失是惊人的，据一份统计报告，报告，全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，约相当全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，约相当于金属年产量的于金属年产量的1/3。全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达亿美元，约占各国国内
130、生产总值（亿美元，约占各国国内生产总值（GDP）的）的2%4%，是地震、，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的倍水灾、台风等自然灾害造成损失总和的倍，至于因设备腐蚀损，至于因设备腐蚀损坏而引起的停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康坏而引起的停工减产、产品质量下降、污染环境、危害人体健康甚至造成严重事故的损失，就更无法估计了。甚至造成严重事故的损失，就更无法估计了。3. 金属的腐蚀和防护3. 金属的腐蚀和防护金属阳离子金属阳离子失失e e氧化反应氧化反应金属原子金属原子金属或合金与周围接触到的气体或液体金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。进行化学反应而
131、腐蚀损耗的过程。（3 3）类型）类型化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀（1 1）定义：）定义：（2 2）金属腐蚀的本质：金属腐蚀的本质：金属失去电子被氧化金属失去电子被氧化金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质( (如氯气如氯气. .氧气氧气等等) )直接发生化学反应直接发生化学反应而引起的腐蚀而引起的腐蚀不纯的金属（或合金）跟电解质溶不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，液接触时，发生原电池反应发生原电池反应，比较比较活泼的金属失去电子而被氧化活泼的金属失去电子而被氧化腐蚀腐蚀（更普遍）（更普遍）铁生锈的现象随处可见。为什么铁在铁生锈的现象随处可见。为什么铁在潮湿潮湿的环境中比在干燥的环境
132、中更易的环境中比在干燥的环境中更易生锈？生锈？钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀负极：负极：2Fe 4e- 2Fe2+正极：正极：2H2O+O2+4e- 4OH-钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀钢铁表面钢铁表面形成的微小形成的微小原电池原电池示意图示意图负极：负极：Fe2e-Fe2+正极：正极：2H+2e- H2总反应：总反应：Fe+2H+=Fe2+ +H2 总反应：总反应：2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3= Fe2O3 nH2O+(3-n)H2O钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和
133、吸氧腐蚀比较析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条条件件电电极极反反应应联联系系Fe2O3 nH2O（铁锈）（铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱。负极负极Fe(- )Fe-2e- =Fe2+2Fe-4e- =2Fe2+正极正极C(+)2H+2e- =H2O2+2H2O+4e- =4OH-总反应总反应:Fe+2H+=Fe2+ +H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 CO2+H2O H2CO3 H+HCO 3- 实验实验方案方案煮
134、沸后迅速冷煮沸后迅速冷却的蒸馏水却的蒸馏水煮沸后迅速冷煮沸后迅速冷却的蒸馏水却的蒸馏水现现象象分分析析有气泡产有气泡产生，反应生，反应速率快速率快相当长时相当长时间铁钉未间铁钉未被腐蚀被腐蚀铁钉被铁钉被腐蚀最腐蚀最快快由于无由于无O2，较长时，较长时间铁钉未间铁钉未被腐蚀被腐蚀铁钉渐铁钉渐渐生锈渐生锈铁钉被铁钉被腐蚀腐蚀无现象无现象由于无由于无O2，铁钉未，铁钉未被腐蚀被腐蚀无现象无现象由于无由于无H2O铁铁钉不能钉不能被腐蚀被腐蚀植植物物油油NaCl溶液溶液醋酸溶液醋酸溶液无水无水CaCl2氧氧气气一般情况下，温度的升高会加快化学反应速率。一般情况下，温度的升高会加快化学反应速率。因此，因此
135、，温度对化学腐蚀的影响较明显温度对化学腐蚀的影响较明显。为什么左边家用燃气灶的中心部位很容易为什么左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈，而右边的食品罐头放在南极近生锈，而右边的食品罐头放在南极近年了，却很少生锈，你知道为什么吗？年了，却很少生锈，你知道为什么吗？思考思考1.1.铁生锈的必需条件：铁生锈的必需条件：空气空气+ +水水2.2.加速铁生锈的条件：加速铁生锈的条件：空气空气+ +电解质溶液电解质溶液 3.3.影响因素：影响因素：金属越活泼，越易被腐蚀；金属越活泼，越易被腐蚀；金属所处的环境温度越高，腐蚀速率越快；金属所处的环境温度越高，腐蚀速率越快；氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。氧化剂浓
136、度越大，腐蚀速率越快。1.1.在新疆吐鲁番和海南省两地，哪在新疆吐鲁番和海南省两地，哪个地区铁生锈相对慢一些？为什么个地区铁生锈相对慢一些？为什么？新疆吐鲁番，因为该地区相对干燥，新疆吐鲁番，因为该地区相对干燥，水分稀少，而海南地区潮湿多雨，水分稀少，而海南地区潮湿多雨，温度高，易发生电化学腐蚀。温度高，易发生电化学腐蚀。不会，因为月球上缺少水分和氧气。不会，因为月球上缺少水分和氧气。2.2.请你预测一下，铁在月球上会不会生锈？为什么？请你预测一下，铁在月球上会不会生锈？为什么？3.3.为什么一块为什么一块铜铜板上有板上有铁铁铆钉时，铁钉更易生锈铆钉时，铁钉更易生锈？铜板表面凝结一层水膜，空气
137、中二氧化碳和二铜板表面凝结一层水膜，空气中二氧化碳和二氧化硫等，沿海空气中的氯化钠等溶入其中形氧化硫等，沿海空气中的氯化钠等溶入其中形成电解质溶液。铜板成电解质溶液。铜板(+)与铁铆钉与铁铆钉(-)及电解质溶及电解质溶液便构成了原电池，相对活泼的铁被腐蚀。液便构成了原电池，相对活泼的铁被腐蚀。电工操作规定：电工操作规定：电工操作规定：电工操作规定：铜线和铝线不能拧在一起，为什么？铜线和铝线不能拧在一起，为什么？烤蓝烤蓝涂机油涂机油烤漆烤漆涂凡士林涂凡士林镀锌镀锌镀铬镀铬 交流研讨交流研讨 你知道自行车的金属部件采用了什么样的防护措施吗你知道自行车的金属部件采用了什么样的防护措施吗? ?请根据生
138、活常识以及下图总结金属防请根据生活常识以及下图总结金属防护常用的方法，并解释这些方法为什护常用的方法，并解释这些方法为什么可以达到防止金属腐蚀的目的。么可以达到防止金属腐蚀的目的。健身器材刷油漆健身器材刷油漆健身器材刷油漆健身器材刷油漆衣架和电线的外面包上一层塑料层衣架和电线的外面包上一层塑料层衣架和电线的外面包上一层塑料层衣架和电线的外面包上一层塑料层某些工具的某些工具的某些工具的某些工具的“ “机械转动部位机械转动部位机械转动部位机械转动部位” ”涂涂涂涂油脂（机油），为什么不能用油油脂（机油），为什么不能用油油脂（机油），为什么不能用油油脂（机油），为什么不能用油漆漆漆漆自行车的钢自行车
139、的钢圈和车铃是圈和车铃是在钢上镀上在钢上镀上一层既耐腐一层既耐腐蚀又耐磨的蚀又耐磨的Cr金属腐蚀的防护金属腐蚀的防护2、改变金属的内部组织结构：、改变金属的内部组织结构：如将如将Cr、Ni等金属加进钢里制成合金钢等金属加进钢里制成合金钢（不锈钢）（不锈钢）1、金属表面覆盖保护层、金属表面覆盖保护层 如涂油漆、油脂、塑料、陶瓷等，镀上一层耐腐如涂油漆、油脂、塑料、陶瓷等，镀上一层耐腐蚀的金属蚀的金属(Zn、Sn、Cr等等)，或氧化形成致密的氧化，或氧化形成致密的氧化物薄膜作保护层。物薄膜作保护层。原理：原理：隔绝金属与外界空气、水、电解质溶液的接触。隔绝金属与外界空气、水、电解质溶液的接触。镀锌
140、铁镀锌铁( (白铁皮白铁皮) )和镀锡铁和镀锡铁( (马口铁马口铁) )的的镀层破损后，哪种情况下铁不易被腐镀层破损后，哪种情况下铁不易被腐蚀？为什么？蚀？为什么？金属腐蚀的防护金属腐蚀的防护3、电化学保护法、电化学保护法牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法原理：原理：将被保护金属与比其更活泼的金属连接将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，被保护金属做正极，不反应得到保护；在一起，被保护金属做正极，不反应得到保护；而活泼金属反应作负极被腐蚀。而活泼金属反应作负极被腐蚀。用牺牲锌块的方法来保护用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换船身，锌块必须定期更换锌块锌块用牺牲镁块的方法来防用
141、牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀止地下钢铁管道的腐蚀金属腐蚀的防护金属腐蚀的防护3、电化学保护法、电化学保护法外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法原理：原理：通电后，电子被强制流向被保护的钢铁通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，抑制钢铁发生失电子作用，从而被保护设备，抑制钢铁发生失电子作用，从而被保护常用于防常用于防止土壤、止土壤、海水及河海水及河水中的金水中的金属设备的属设备的腐蚀。腐蚀。化学腐蚀与电化腐蚀的比较化学腐蚀与电化腐蚀的比较化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀条件条件金属跟氧化剂金属跟氧化剂直接接触直接接触不纯金属或合金不纯金属或合金跟电解质溶液接触跟电解质溶液接触现象
142、现象无电流产生无电流产生有有微弱电流微弱电流产生产生本质本质金属被氧化金属被氧化较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化联系联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍1、下列装置中四块相同的、下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时片，放置一段时间后腐蚀速率间后腐蚀速率由慢到快由慢到快的顺序是的顺序是 。(4)(2)(1) (3)化学腐蚀与电化腐蚀的比较化学腐蚀与电化腐蚀的比较化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀条件条件金属跟氧化剂金属跟氧化剂直接接触直接接触不纯金属或合金不纯金属或合金跟电解质溶液接触跟电解质溶液接触现象现象无电流产生无电流产生有有微弱电流微弱电流产生产生本质本质金属被氧化金属被氧化较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化联系联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍1、下列装置中四块相同的、下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时片，放置一段时间后腐蚀速率间后腐蚀速率由慢到快由慢到快的顺序是的顺序是 。(4)(2)(1) (3)
