文档介绍：第二炮兵工程学院
大学化学课件
503教研室
第十一讲
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一、氧化还原反应的能量变化
化学反应:氧化还原反应和非氧化还原反应(电子得失的角度)
氧化还原反应:因为伴随着微粒运动和电子得失而使微粒的运动动能和微粒之间势能的改变,即伴随着能量的变化。
如CuSO4溶液中加入Zn 粉,其化学反应为:
Cu2++Zn = Cu +Zn2+
ΔHmo()= - kJ·mol-1
该反应放出能量:即系统动能改变与势能改变之和。
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ΔrGm()=ΔrHm()-TΔrSm()
式中: TΔrSm 代表反应系统的动能变化量( ΔrSm表示混乱程度),显然,ΔrGm代表反应系统的势能变化量。
将上述反应装配成原电池,反应中有电子的得失转移,必然有电动势能的变化量,即电所做之功——电功。根据热力学推导, ΔrGm是反应系统作非体积功W非的能量,在这种反应配成的原电池系统中,非体积功即为电功We ,因此,ΔG=W非= We。
根据法拉第定律:We =- nFE
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通过以上讨论,根据热力学原理,在等温、等压条件下,系统吉布斯函数变ΔG等于原电池可能作的最大电功(qE),即:ΔG = We = -qE = -nFE。
标准状态下,-ΔrGmo= nFEo
当反应达到平衡时,即原电池没有电流通过时,E=0,ΔG=0,有
其中,EO,KO和ΔrGm都与温度T有关。 K,则
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结论
任何氧化还原反应都可装配成原电池。它们的吉布斯函数变和电动势的关系可用前述式将其表示出来,化学能与电能相互转化。
A
e-
e-
Zn
Cu
Zn2+ SO42-
Cu2+ SO42-
(-) Zn | ZnSO42-(C) || CuSO42-(C) | Cu (+)
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化学能
电能
原电池
电解
电化学
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二、原电池
原电池组成
电极电势
能斯特方程
电动势与吉布斯函数变
电极电势的应用
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Cu – Zn 原电池
Cu2+ (aq) + Zn (s) Zn2+ (aq) + Cu(s)
△Hθ() = - ·mol-1
饱和KCl溶液琼脂胶冻
+
-
ZnSO4
CuSO4
Cu
Zn
K+
Cl-
盐桥
沟通回路
e -
e -
原电池组成
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( - )
Zn
ZnSO4 (C1)
CuSO4(C2)
Cu ( + )
Cu2+ (aq) + Zn (s)
Zn2+ (aq) + Cu (s)
( - ) Zn (s)
Zn2+ (aq) + 2e- 氧化过程
( + ) Cu2+ (aq) + 2e -
Cu (s) 还原过程
通式
a(氧化态)+ ne-
b(还原态)
电池反应
电极反应
原电池图示(符号)