氧化还原反应和能源的开发利用
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氧化还原反应的实际应用领域氧化还原反应是化学中一种重要的反应类型,它涉及物质的电子转移过程。
由于其广泛的应用领域,氧化还原反应对于我们的日常生活和工业生产起着至关重要的作用。
本文将探讨氧化还原反应在环境保护、能源生产和药品制造等领域的实际应用。
一、环境保护领域1. 水处理氧化还原反应被广泛应用于水处理过程中。
例如,在废水处理中,通过加入氧化剂使污染物被氧化为无害物质,还原剂可将有害物质还原为相对无害的物质。
这种方法有效地减少了废水对环境的污染。
2. 大气净化氧化还原反应在大气净化中也有重要作用。
例如,汽车尾气中的氮氧化物可通过氧化还原反应转化为氮气和水。
此外,在工业排放气体中也可以利用氧化还原反应将有害气体转化为无害物质,达到净化大气的目的。
二、能源生产领域1. 锂离子电池氧化还原反应是锂离子电池中的核心反应过程之一。
在放电过程中,锂离子从负极(如石墨)迁移到正极(如金属氧化物),化学能被转化为电能。
而在充电过程中,氧化还原反应则发生逆反应。
锂离子电池以其高能量密度和长寿命等优势被广泛应用于移动电子设备和电动车等领域。
2. 氢能生产氧化还原反应在氢能生产中也有关键作用。
例如,电解水时,氧化还原反应可将水分解为氢气和氧气。
这种方法是一种清洁、可再生的氢气生产方式,可以应用于燃料电池等领域。
三、药品制造领域1. 药物合成氧化还原反应在药品制造领域中广泛应用于药物的合成过程。
例如,有机合成中常常利用氧化剂将某些化合物氧化为具有特定功能的官能团,并通过还原反应使得目标化合物得到合成。
2. 化学分析氧化还原反应在化学分析中也扮演着重要角色。
例如,在化学反应中,通过观察物质的颜色变化、电流变化或电位变化等,可以推测出氧化还原反应的发生。
这种方法被广泛应用于测定物质的成分、浓度以及分子结构等方面。
结论综上所述,氧化还原反应在环境保护、能源生产和药品制造等领域具有广泛的实际应用。
通过合理利用氧化剂和还原剂,我们可以将这些反应用于废水处理、大气净化、锂离子电池、氢能生产、药物合成和化学分析等领域,为社会的可持续发展做出贡献。
氧化还原反应的应用场景氧化还原反应是化学中常见的一种反应类型,它涉及到电子的转移和原子、离子、分子之间的氧化和还原过程。
由于氧化还原反应具有广泛的应用场景,在医药、能源、环境等领域都有重要的作用。
一、医药领域中的氧化还原反应应用场景1. 药物合成:在药物合成的过程中,氧化还原反应是不可或缺的一环。
例如,通过氧化还原反应可以合成很多重要的药物原料,如氨基酸、糖类、维生素等。
这些药物原料的合成对于治疗疾病和维持人体健康起着重要的作用。
2. 抗氧化剂应用:在医药领域中,氧化还原反应还被广泛应用于抗氧化剂的研究和制备。
由于氧化反应会产生自由基,而自由基对人体有害,会导致细胞受损,引发多种疾病。
通过研究氧化还原反应,可以制备出一系列的抗氧化剂,用于保护人体细胞免受自由基的侵害。
二、能源领域中的氧化还原反应应用场景1. 电池技术:电池是一种利用氧化还原反应转化化学能为电能的设备。
在电池中,正极和负极之间的氧化还原反应产生电流。
不同类型的电池采用不同的氧化还原反应机制,如锂离子电池、铅酸电池、氢燃料电池等,它们在电动车、手机、笔记本电脑等设备中得到广泛应用。
2. 酶催化反应:酶是一类生物催化剂,它们通过催化氧化还原反应来完成生物体内的多种代谢过程。
例如,呼吸链中的细胞色素通过氧化还原反应转移电子,最终产生三磷酸腺苷(ATP),提供细胞所需的能量,这在能源领域中具有重要意义。
三、环境领域中的氧化还原反应应用场景1. 水处理:氧化还原反应在水处理中起到重要作用。
例如,氧化反应可以将有机污染物转化为无机物,使其更易于除去;还原反应可以还原水中的重金属离子,使其沉淀成固体,减少对环境的污染。
2. 大气污染控制:在大气污染控制中,氧化还原反应也扮演着重要角色。
例如,汽车尾气中的氮氧化物(NOx)可以通过还原反应转化为氮气(N2),从而减少大气氮氧化物的浓度,缓解酸雨等环境问题。
综上所述,氧化还原反应具有广泛的应用场景,涵盖医药、能源和环境等多个领域。
无机化学中的氧化还原反应和电化学无机化学是研究无机物质结构、性质和变化规律的科学分支。
其中,氧化还原反应和电化学是无机化学中重要且广泛应用的领域。
本文将探讨氧化还原反应和电化学的基本概念、应用和未来发展。
一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指物质中电子的转移过程。
在氧化还原反应中,被氧化的物质失去电子,而被还原的物质获得电子。
这种电子的转移导致了物质的化学变化。
氧化还原反应可以通过氧化态的变化来描述。
在反应中,氧化剂接受电子,其氧化态减少,而还原剂失去电子,其氧化态增加。
例如,氯气(Cl2)和氢气(H2)的反应可以表示为:Cl2 + 2e- -> 2Cl- (氯气被还原,氧化态减少)H2 -> 2H+ + 2e- (氢气被氧化,氧化态增加)氧化还原反应在生活和工业中有广泛的应用。
例如,电池的工作原理就是基于氧化还原反应。
电池中的正极和负极之间发生氧化还原反应,产生电流。
此外,氧化还原反应还可以用于金属的防锈和清洁等领域。
二、电化学的基本概念电化学是研究电与化学反应之间相互关系的学科。
它主要研究电解过程和电化学反应的机理。
在电化学中,电解是指通过外加电压将化学反应逆转的过程。
电解可以分为电解质溶液和电解固体两种情况。
在电解质溶液中,电解质分子或离子在电场的作用下发生氧化还原反应。
而在电解固体中,固体物质通过电子转移发生氧化还原反应。
电化学反应是指在电化学过程中发生的化学反应。
电化学反应可以是氧化还原反应,也可以是非氧化还原反应。
电化学反应的速率和方向可以通过电极电势来控制。
正电势的电极是发生氧化反应的位置,负电势的电极是发生还原反应的位置。
电化学在能源存储和转换、电解水制氢、电镀和电解池等领域有着广泛的应用。
例如,锂离子电池和燃料电池是电化学能源存储和转换的重要设备。
它们利用氧化还原反应将化学能转化为电能,实现能源的高效利用。
三、氧化还原反应和电化学的应用氧化还原反应和电化学在生活、工业和环境保护等领域有着广泛的应用。
氧化还原反应,简称为氧化反应或还原反应,是化学反应中一类非常重要的反应类型。
它是指由于电子的转移而引起原子、离子或分子的电性增加或减少的过程。
在氧化还原反应中,某些物质失去电子,称为氧化剂;而其他物质获取这些电子,称为还原剂。
这样的反应具有很高的应用价值,不仅在生活中常见,也在工业生产和科学研究等各个领域起着重要的作用。
氧化还原反应在生活中有许多应用。
比如,燃烧就是一种常见的氧化还原反应。
当物质与氧气发生反应时,会释放出大量的热能和光能,形成新的物质。
这种反应可以使我们烧取到温暖的火焰,并供应烹饪食物和加热等各种需要。
此外,氧化还原反应也与酸碱中和反应密切相关。
例如,在我们日常生活中使用的酸性清洁剂,能够通过与污垢中的有机物发生氧化还原反应来清洁表面。
同时,酸性清洁剂本身则具有抑制细菌生长的作用。
在工业生产中,氧化还原反应也有广泛的应用。
例如,铁与氧气的反应产生的氧化铁,是制造钢铁的重要原料。
此外,工业上常用的某些有机合成反应,也是基于氧化还原反应进行的。
以酸化钠法为例,可以通过将苯胺与亚硝酸反应,生成偶氮苯。
这种化合物可作为染料、荧光染料、直接还原剂、香料和药物中间体的重要原料之一。
此外,氧化还原反应在环境保护和能源领域也具有重要意义。
电池和燃料电池就是利用氧化还原反应来产生电能的装置。
电池中的化学反应是由电子的流动引起的,其中正极是氧化剂,负极是还原剂。
电池的广泛应用,为我们提供了方便、高效的能源供应。
此外,氧化还原反应还在环境治理中发挥着重要的作用。
例如,电子空气净化技术可以通过将空气中的污染物氧化,将其转化为无害的物质,以净化空气和改善环境。
总之,氧化还原反应是一类在生活、工业和科学研究等各个领域中都有广泛应用的重要反应类型。
它们不仅可以帮助我们理解许多化学现象,而且在各个领域中发挥着重要的作用。
进一步的研究和探索,将促进氧化还原反应及其应用的广泛发展,为人类创造更美好的生活和美丽的环境。
氧化还原反应的化学机理和应用氧化还原反应是一种常见的化学反应,在我们的日常生活中也经常可以接触到,比如金属锈蚀、电池等。
本文将介绍氧化还原反应的基本原理、机理及其在生产和日常生活中的应用。
一、氧化还原反应的基本原理氧化还原反应,简称氧化还原或氧化还原红ox-red(ox为氧化,red为还原),是指化学反应中一个物质失去电子(氧化),另一个物质得到电子(还原)的过程。
这个过程中,原来的氧化剂(即氧化状态较高的物质)被还原剂(即氧化状态较低的物质)还原,而原来的还原剂则被氧化剂氧化。
氧化还原反应的本质是电子的转移,即氧化剂接收电子,还原剂释放电子。
氧化还原反应可以通过电子的转移来达到能量转化、化学反应等目的。
并且,氧化还原反应是化学反应中最常见、最基础的一种反应类型。
二、氧化还原反应的机理一个物质的氧化和还原状态是由其电子构型决定的。
氧化剂具有一定的“亲电性”,容易将其他物质的电子接收过来,从而被还原;而还原剂则具有一定的“亲电子性”,容易将中心原子的外层电子轻易地失去,从而被氧化。
举个简单的例子,铁的金属表面会因空气中的氧气与水蒸气发生氧化反应,产生铁锈。
其中铁原子失去了电子,形成了三价离子Fe3+,同时氧气则接受了电子,形成了二价离子O2-。
这个过程中,铁原子发生了氧化,而氧气则发生了还原。
Fe(s)+O2(g)+H2O(l)+<<<<Fe(OH)3(s)三、氧化还原反应在生产和日常生活中的应用氧化还原反应在化工生产和日常生活中有着广泛的应用。
以下是几个例子:1. 电池电池是利用氧化还原反应来产生能量的一种设备。
最普遍的是原理是,电池内一个金属材料容易被氧化(成为氧化剂),而另一个金属则正好相反,容易被还原(成为还原剂),电子从氧化剂到还原剂流动损耗了部分能量。
这个过程中会产生电能。
2. 燃料电池燃料电池也是利用氧化还原反应来产生能量的一种设备。
燃料电池的原理和电池类似,但是它内部的原理稍有不同:把氢气和氧气分别由两端进入电池,在电池中还原和氧化反应,从而产生电能。
氧化还原与电化学探索氧化还原反应与电化学的应用氧化还原与电化学探索氧化还原反应和电化学是化学领域中重要的研究方向。
本文将深入探讨氧化还原反应的概念和机制,并探索电化学在实际应用中的意义和作用。
一、氧化还原反应概述氧化还原反应是指化学物质中的电荷转移过程。
在氧化还原反应中,一种化学物质失去电子,被氧化成为正离子或者中性原子,而另一种物质则获得电子,被还原成为负离子或者中性原子。
换言之,氧化是指某一原子或原子团失去电子,还原是指某一原子或原子团获得电子。
氧化还原反应通常伴随着电子的转移和能量的释放。
常见的氧化还原反应包括金属与酸的反应、金属与非金属的反应、还原剂与氧化剂之间的反应等。
二、氧化还原反应的机制氧化还原反应的机制可以通过电子的转移来解释。
在氧化反应中,某一物质失去电子,该物质的原子核电荷增加,同时其氧化数增加。
在还原反应中,某一物质获得电子,该物质的原子核电荷减少,同时其氧化数减少。
换言之,氧化数是指反应物中某一原子的电子数的变化。
氧化还原反应机制也可以通过氧化还原半反应来描述。
氧化半反应中电子的失去被表示为右上角的电子数,还原半反应中电子的获得被表示为左下角的电子数。
通过将氧化半反应和还原半反应结合在一起,就可以得到完整的氧化还原反应。
三、电化学的应用1. 电化学电池电化学电池是将化学能转化为电能的装置。
电化学电池由负极(阳极)和正极(阴极)以及电解质溶液组成。
在电池中,氧化还原反应发生在负极和正极之间。
电化学电池的应用非常广泛。
其中,最常见的应用是将化学能转化为电能,以供各种电子设备使用。
电池在家庭、工业、农业和交通等领域都有广泛的应用。
2. 电解与电镀电解是指通过电流使电解质溶液中的化合物分解。
电解质溶液中的阳离子会移向阴极,还原成为金属沉积。
而阴离子则会移向阳极,氧化成为新的化合物。
电解广泛应用于电镀工业。
电镀是一种将金属沉积在另一种金属表面上的方法,以增加其抗氧化和美观性。
电镀对于提高金属耐蚀性、改善外观以及减少摩擦等方面具有重要意义。
化学核心素养之氧化还原反应的原理与实际应用氧化还原反应(Redox reaction)作为化学领域中最为重要且常见的反应之一,在实际应用中发挥着重要的作用。
本文将通过对氧化还原反应的原理进行深入探讨,并分析其在实际应用中的具体应用场景和重要意义。
一、氧化还原反应的原理氧化还原反应,简称为氧化反应和还原反应,是指物质中两种氧化态之间的相互转化过程。
在氧化还原反应中,一个物质失去电子,被氧化为较高的氧化态,而另一个物质接受这些电子,被还原为较低的氧化态。
在氧化还原反应中,发生氧化的物质被称为还原剂,而发生还原的物质被称为氧化剂。
氧化还原反应的原理基于原子、离子和分子之间电子的转移。
在氧化反应中,产生了电子的流失,也就是物质的氧化,而在还原反应中,产生了电子的接受,也就是物质的还原。
氧化还原反应的整个过程中,电子的流失必须与电子的接受相互配对,以满足电荷守恒的原则。
二、氧化还原反应的实际应用1. 腐蚀防护氧化还原反应在腐蚀防护方面具有广泛应用。
例如,金属在与氧气接触时会发生氧化反应,形成金属氧化物,即我们常见的锈。
为了防止金属腐蚀,可以利用还原反应来保护金属表面。
通过将金属与具有还原性的物质接触,使其接受电子,从而抑制氧化反应的发生,延长金属的使用寿命。
2. 电化学与能源转化氧化还原反应在电化学和能源转化领域有着广泛的应用。
例如,电池就是利用氧化还原反应来转化化学能量为电能的设备。
在电池反应中,氧化剂作为正极,还原剂作为负极,通过电解质的中介传导电子,完成氧化还原反应,产生电能。
3. 化学工艺氧化还原反应在化学工艺中起着至关重要的作用。
例如,在制药工业中,氧化还原反应被广泛应用于药物的合成和转化过程中,通过氧化还原反应可以将一些原材料转化为具有药理活性的化合物。
4. 环境保护氧化还原反应在环境保护方面也具有重要的应用价值。
例如,废水处理中利用氧化还原反应来清除有毒有害物质。
通过控制氧化剂和还原剂的使用,将有毒有害物质氧化为无毒或低毒物质,以减少对环境的污染。
氧化还原反应的工业应用案例氧化还原反应是化学中非常重要的一类反应,广泛应用于工业生产中。
本文将介绍几个氧化还原反应在工业中的应用案例,展示其在化工、材料和能源行业中的重要作用。
一、制备酸的氧化反应1. 硫酸的制备:氧化反应中的典型案例是硫酸的制备。
硫酸是一种广泛应用于化肥、药品和冶金等多个工业领域的重要化学品。
在硫酸制备过程中,二氧化硫(SO2)通过氧化反应转化为三氧化硫(SO3),再与水反应形成硫酸。
这个反应过程称为Sulfuric Acid Process,是工业上生产硫酸的传统方法之一。
2. 硝酸的制备:氧化反应还被用于制备硝酸。
硝酸是重要的化学品,用于制造肥料、炸药和合成材料等。
其中,亚硝酸盐氧化为硝酸是制备硝酸的常见方法之一。
亚硝酸盐(如亚硝酸钠)在一定条件下与氧气或空气氧化反应,生成硝酸。
二、金属提取和制备1. 铁制备:高炉冶炼是制备铁的重要过程,其中氧化反应起着关键作用。
在高炉中,铁矿石(如赤铁矿)与高温下通入的空气进行氧化还原反应,将铁矿石中的铁氧化为铁。
这个过程中,铁矿石还可与石灰岩共同还原产生炉渣。
2. 铝制备:铝是一种重要的金属材料,在航空、汽车和包装等行业广泛应用。
铝的制备涉及到从铝矿石中提取纯铝的过程,其中也运用了氧化还原反应。
用纯碳还原氧化铝矿石可以得到纯铝金属。
三、能源生产1. 燃料电池:燃料电池是一种新型的清洁能源技术,通过氧化还原反应将燃料直接转化为电能。
例如,质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,将氢气和氧气作为燃料,经过电化学反应生成水和电能。
这个反应过程中氧气被还原生成水。
2. 锂离子电池:锂离子电池是目前最常见的可充电电池,广泛应用于移动通信、电动车和可穿戴设备等领域。
锂离子电池中的正极材料(如二氧化锰)经过氧化反应,与锂离子结合形成锂二氧化锂,释放出电能。
在充电过程中,锂二氧化锂又氧化反应还原为二氧化锰。
以上是氧化还原反应在工业中的几个典型应用案例,它们展示了氧化还原反应在化工、材料和能源领域的重要地位。
氧化还原反应的应用领域氧化还原反应是化学反应中一类重要的反应类型,被广泛应用于多个领域,包括能源、环境、材料科学等。
本文将介绍氧化还原反应在这些领域中的应用,并探讨其在实际应用中的意义和挑战。
一、能源领域1. 燃料电池氧化还原反应在燃料电池中起着关键作用。
燃料电池利用氧化还原反应将燃料(如氢气、甲醇等)的化学能转化为电能,具有高效率和清洁的特点。
它被广泛应用于交通工具、储能系统等领域,有望成为传统能源的替代品。
2. 能源存储氧化还原反应在能源存储中也具有重要作用。
例如,利用电解水制氢技术,通过水的电解反应将电能转化为氢气,可以作为燃料储存和利用;而还原氧化物材料则可以将电能转化为化学能,供后续使用。
二、环境领域1. 水处理氧化还原反应在水处理中常被用于废水处理和水质改善。
例如,高级氧化技术可以利用氧化还原反应来去除有机污染物和重金属离子,实现废水的净化。
2. 大气污染控制氧化还原反应在大气污染控制中也发挥着重要作用。
例如,汽车尾气净化系统中利用氧化还原反应将尾气中的有害物质转化为无害物质,减少空气污染。
三、材料科学领域1. 电化学材料氧化还原反应在电化学材料中广泛应用。
例如,金属氧化物和过渡金属化合物可以通过氧化还原反应来储存和释放电能,用于电池和电容器等能源储存设备中。
2. 光催化材料光催化材料利用氧化还原反应将光能转化为化学能。
例如,半导体表面的光催化层可以利用阳光中的光能进行水的分解反应,制取氢气等可再生能源。
在以上应用领域中,氧化还原反应在发展和应用中仍面临一些挑战。
首先,寻找高效、低成本的催化剂是一个重要问题。
其次,反应条件的优化和反应机理的研究也是关键。
此外,还需要解决材料稳定性和寿命等方面的问题,以实现氧化还原反应在各个应用领域的可靠应用。
总之,氧化还原反应在能源、环境和材料科学等领域中具有广泛的应用前景。
通过不断的研究和创新,我们可以进一步发掘氧化还原反应的潜力,为解决能源需求、保护环境和推动材料科学的发展做出贡献。
氧化还原反应的应用氧化还原反应是化学反应中的一种重要类型,也被广泛应用于各个领域。
在本文中,将介绍氧化还原反应在化学工业、环境保护、能源领域以及生物医学中的应用。
一、化学工业中的应用氧化还原反应在化学工业中起着至关重要的作用。
例如,在有机合成中,氧化还原反应常常用于合成目标化合物,如醇的氧化制醛、醛的进一步氧化得到酸等。
此外,氧化还原反应还广泛应用于电镀、电池、合成纤维和塑料等工业过程中,以及金属冶炼和提取纯金属的过程中。
二、环境保护中的应用氧化还原反应也在环境保护领域具有重要意义。
例如,废水处理中常采用电化学方法进行处理,其中就包括氧化还原反应。
通过施加合适的电流,将有害物质氧化为无害物质,从而净化废水。
此外,氧化还原反应还用于治理大气污染,如利用催化剂催化汽车尾气中的一氧化碳和氮氧化物的氧化,将其转化为无害的氧气和氮气。
三、能源领域中的应用氧化还原反应在能源相关领域也发挥着重要作用。
其中一个典型应用是燃料电池。
燃料电池通过氧化还原反应将燃料直接转化为电能,而无需燃烧过程,具有高效能转换和低污染的特点。
此外,氧化还原反应也是电池中的核心反应,通过将化学能转化为电能,实现了大规模能源储存和应用。
四、生物医学中的应用氧化还原反应在生物医学领域也扮演着重要角色。
其中一个应用是生物体内的呼吸作用。
呼吸作用是将有机物氧化为二氧化碳和水,从中释放出能量的过程。
此外,氧化还原反应还用于医学诊断领域,例如血液中的血氧饱和度检测和尿液中的氧化还原电位检测等。
总结:氧化还原反应作为化学反应的重要类型,在各个领域都有着广泛的应用。
在化学工业中,它用于合成化合物、电镀和冶炼过程;在环境保护中,用于废水处理和大气污染治理;在能源领域,用于燃料电池和电池等能源转化与储存;在生物医学中,用于生物呼吸和医学诊断。
随着科学技术的进步和发展,氧化还原反应的应用将会不断拓展,为各个领域带来更多的创新和发展机会。
§4.4 氧化还原反应和能源的开发利用化学反应从是否得失电子的角度可分为氧化还原反应和非氧化还原反应两类。
一、原电池1、原电池的组成原电池:把氧化还原反应中电子的 转移直接转化为电能的装置。
铜锌原电池2、原电池的半反应式和图式(1)半反应式负极:原电池中电子流出的一极。
负极上发生氧化反应。
正极:原电池中电子流入的一极。
正极上发生还原反应。
铜锌(Cu —Zn )原电池负极上发生Zn 的氧化反应: Zn(s)=Zn 2+(aq)+2e- 正极上发生Cu 的还原反应: Cu 2+(aq)+2e-=Cu(s) 两式相加得,电池反应:Zn(s)+Cu 2+ (aq)=Zn 2+(aq)+Cu(s)铜锌原电池=还原态氧化态+1e n -e e n x 1R O =+- 对于自发的电池反应,都可以把它分成两个部分:氧化剂的还原:正极 还原剂的氧化:负极对于其中的任一部分称为原电池的半反应式。
对于可逆的氧化还原,可以用下面的通式表示:或每一个电极反应中都有两类物质: 可作还原剂的物质,称为还原态物质; 可作氧化剂的物质,称为氧化态物质。
氧化还原电对:氧化态和相应的还原态物质能用来组成电对,通常称为氧化还原电对,并用符号“氧化态/还原态”表示。
如: Cu-Zn 原电池中的两个半电池的电极可表示为Zn 2+/Zn 和Cu 2+/Cu 。
(2)图式Cu—Zn 原电池:图式书写规定:①负极写在左边,正极写在右边;②以双虚线表示盐桥;以单垂线表示两个相之间的界面,同一相中不同物质之间以及电极中其它相界面均用逗号“,”分开 ;③盐桥的两边应该是半电池组成的溶液;④写出电极的化学组成及物态,气态要注明压力(单位为kPa ),溶液要注明浓度;⑤气体或液体不能直接作为电极,必须附以不活泼金属(如铂)作电极板起导体作用。
纯气体、液体如H 2(g )Br 2(l )紧靠电极板。
4142()()()()Zn Zn SO c Cu SO c Cu -+例题:若用Cu 片和硫酸铜溶液与Ag 片和硝酸银溶液组成Ag- Cu 原电池,请写出该原电池的半反应式和图式。
正负极的判断: 半反应式: 图式:1、标准氢电极规定:任何温度下,标准氢电极的电极电势为零。
2、标准电极电势以标准氢电极作为比较标准的相对值。
3、参比电极——甘汞电极或氯化银电极优点:易于制备、使用方便且电极电势稳定。
)L (1mol H KPa)325.101(t -12⋅+H P 0)/2=ψ+ΘH H(二、电极电势三、原电池的电动势与电池反应的摩尔吉布斯函数变如果在能量的变化过程中,化学能全部转化为电功而无其它的能量损失,则在等温、定压条件下,摩尔吉布斯函数变(ΔG m )等于原电池可能作的最大电功(W max ),即式中,负号表示系统向环境作功。
r m max G W Q E nFE∆⋅==-=-ΘΘ∆E n F G =-(负)(正)-=ΘΘΘψψE P P 100KPa Θ== 电池处于标准状态时的电动势就是原电池的标准电动势E Θ, ΔG 就是ΔG Θ,则有原电池的标准电动势 说明:标准状态是溶液具有理想稀薄溶液特性,且有关离子浓度为1.0 mol/L , 压力 ,温度通常选为298.15K 。
1、浓度对原电池电动势(E )的影响对于一个原电池反应:——原电池电动势的能斯特方程式。
标准状态下, ,即为标准电动势。
dD(aq)gG(aq)bB(aq)aA(aq)+=+{}{}{}{}ba dgB c A c D c G c n V )()()()(lg05917.0E E -=ΘΘ=E E 四、浓度的影响和能斯特方程式对——电极电势的能斯特方程式(还原态)=氧化态)+-b ne (a {}{}ac c n V)()(lg 05917.0b氧化态还原态-ψ=ψΘ2、浓度对电极电势( Ψ )的影响(1)氧化态、还原态物质的相对浓度有应以相应的化学计量数为指数;(2)固体或液体纯物质不列入能斯特方程式,气体物质则用相对压力表示。
如:对于电极,电极反应为则)(=)(-gH2eaq2H2++{}{}2)2)/)/c/)H(p/plg05917.022Θ+ΘΘ++ψ=ψcnV HHHHH(((+注意事项:(3)除还原态和氧化态物质,还有参加的电极反应的离子,这些离子的浓度及化学计量数应根据反应式写在能斯特方程式中;(4)对于金属来说,当氧化态物质金属正离子浓度减小时,电极电势代数值减小,而使金属单质的还原性增强;对于一些非金属来说,当还原态非金属负离子浓度减小时,电极电势代数值最大,而使非金单质的氧化性增强。
注意事项:五、化学电源通过化学反应释放出来的能量转换成电能的装置称为化学电源。
1、化学电源的特征能量转换效率高、性能可靠、工作时无噪音、携带和使用方便、对环境适应性强、工作范围广等。
2、化学电源的分类(1)按电极上活性物质保存方式来分①一次电池:不能再生的电池,如干电池。
a、普通的锌锰干电池(酸性电池)b、银锌碱性电池c、锌汞碱性电池d、固体电解质电池②二次电池:能再生的电池,如铅蓄电池。
(2)按电解形态、性质来分碱性电池、酸性电池、中性电池、有机电解质电池、固体电解质电池等。
(3)按电池的某些性质特点来分高容量电池、免维护电池、密封电池、防爆电池、扣式电池等。
3、干电池电解质是一种不能流动的糊状物。
分类:普通锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、镁-锰干电池、锌-空气电池、锌-氧化汞电池、锌-氧化银电池、锂-锰电池等。
用途:不仅适用于手电筒、半导体收音机、收录机、照相机、电子钟、玩具等,而且也适用于国防、科研、电信、航海、航空、医学等国民经济中的各个领域。
普通锌-锰干电池正极材料:MnO 2、石墨棒 负极材料:锌片电解质:NH 4Cl 、ZnCl 2及淀粉糊状物 电池图式:(-) Zn |ZnCl 2、NH 4Cl (糊状)‖MnO 2|C (石墨)(+)负极:Zn =Zn 2++2e正极:2MnO 2+2NH 4++2e =Mn 2O 3+2NH 3+H 2O总反应:Zn +2MnO 2+2NH 4+=2Zn 2++Mn 2O 3+2NH 3+H 2O4、蓄电池a 、铅蓄电池(酸性电池)组成:✓负极:填满海绵状铅的铅板✓正极:填满二氧化铅的铅板✓电解质:22~28%的稀硫酸能反复充电、放电的电池,属于二次电池。
用途:用于UPS (不间断电源系统)、电动车、滑板车、风能太阳能系统、安全报警等方面 。
充、放电机理放电时:✓正极反应为:PbO 2 + 4H + + SO 42- + 2e- = PbSO 4 + 2H 2O ✓负极反应: Pb + SO 42- - 2e- = PbSO 4✓总反应: PbO 2 + Pb + 2H 2SO 4 === 2PbSO 4 + 2H 2O 向右反应是放电,向左反应是充电。
b 、镉镍电池(碱性电池)特点:镉镍蓄电池的内部电阻小,电压平稳,反复充放电次数多,使用寿命长,且能在低温环境下工作。
用途:常用于航天部门和用作电 子计算机及收录机(随身听)的 电源。
)()()21.1~19.1()(3+⋅--C OH NiO cm g KOH Cd 锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
锂离子电池的特征 :A. 高能量密度;B. 高电压 ;C. 无污染;D. 不含金属锂;E. 循环寿命高 ;F. 无记忆效应;G. 快速充电 。
应用:计算机、计算器、照相机、手表、手机、电动自行车。
5、锂电池6、燃料电池一种把储存在燃料和氧化剂中的化学能,等温地按电化学原理转化为电能的能量转换装置。
燃料电池是由含催化剂的阳极、阴极和离子导电的电解质构成。
燃料在阳极氧化,氧化剂在阴极还原,电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路,产生电能而驱动负载工作。
氢氧燃料电池工作原理:✓负极:2H2 + 4OH- == 4H2O✓正极:O2 + 2H2O == 4OH-✓电池总反应:2H2 + O2 == 2H2O与常规电池的区别:它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂通过电化学反应生成水,并释放出电能;只要保持燃料供应,电池就会不断工作提供电能。
产品特点:✓(1)高效——能量转化效率在 40~60% ;✓(2)环境友好——以纯氢为燃料时,燃料电池的化学反应物仅为水;✓(3)安静;✓(4)可靠性高——可作为各种应急电源和不间断电源使用。
用途:既适宜用于集中发电,建造大、中型电站和区域性分散电站,也可用作各种规格的分散电源、电动车、不依赖空气推进的潜艇动力源和各种可移动电源,同时也可作为手机、笔记本电脑等供电的优选小型便携式电源。
作业P175:5,8。