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课件91张PPT。1物理化学培训2007.11第五章 电化学3电化学：研究电能与化学能之间相互转化规律
以及转化过程中有关现象的科学。简言之，即
研究化学现象与电现象之间关系的学科。　 在物理化学中，电化学占有特别重要的地位，其涉及领域极为广泛，从生产实践一直到自然科学的各个组成部分，经常遇到电化学问题。电化学在国民经济中起着重要的作用。在近代，随着电化学的发展，它与其它学科相互渗透，出现了生物电化学、环境电化学等新的领域。 通过一定的装置，可将电能转化为化学能，也可将化学能转化为电能。
将电能转化为化学能的装置———电解池
将化学能转化为电能的装置———原电池4电极：在电化学装置中，分别进行氧化过程与还原过程的部分称为电极。
电化学装置的电极命名法：电势（位）高者称为正极，电势（位）低者称为负极；发生氧化反应的极为阳极，发生还原反应的极为阴极。 对应关系： 　　 正极 负极
原电池 阴极 阳极
电解池 阳极 阴极习惯上，对原电池以正负极命名；对电解池以阴阳极命名。5电化学包括三部分内容：
　（1） 电解质溶液
（2）可逆电池的电动势
　（3）电解与极化 电解质溶液——实现化学能与电能相互转化过
程的介质（通常称作第二类导体）。 第一类导体：金属（靠自由电子的定向迁移）
第二类导体：电解质溶液或熔融的电解质。
（1）离子的定向迁移 （2）电极反应一、导电机理： §5-1 电解质溶液的导电机理 及法拉第定律6若为原电池，如图7-2
左电极：H2–2e=2H+
右电极：Cl2+2e=2Cl –　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例如：电解池如图7-1
左电极：2H+ +2e=H2
右电极：2Cl ––2e=Cl27 由以上两种情况得出：
由于离子的迁移和电极反应的发生，使得电子
的转移构成了回路。　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　1833年，Farady在研究电解作用时，从实验归纳出一个定律——法拉第定律。该定律不论是对电解反应还是电池反应都是适用的。其内容是：
（1） 给定电极上发生化学变化的（起作用的）物质的量与通过的电量成正比。
（ 比较容易理解：例如：反应 Cu2+ + 2e → Cu↓
消耗两个电子,可得到一个铜原子。消耗四个电子,可得到二个铜原子。）二、法拉第（Farady）定律　8 以此类推，电极上每变化1/Z（mol）的任何物质，所通过的电量为一常数：（Mz++ze→M） F称作法拉第常数。 96500库仑称为１法拉第。其物理意义为： 1mol电子所携带电量的绝对值。（２） 将几个电解池串联，通入一定电量后，在个电解池的两极上发生化学变化的物质的量（zn）相同。
［注：z表示出现在电极反应式中的电子计量数。]以F表示1mol电子的携带电量的绝对值，则：
F=Le
　　 =6.023×1023×1.6022×10-19 　
　　 =96484.6 (c.mol-1) ≈96500(c.mol-1)　 9法拉第定律可写作：Ｑ=znF (5-1) 　　
注：①　后面的内容中，都以（ Mz+ /Z）为基本单元，所以上式中的z=1。
　②　法拉第定律没有任何限制条件，任何温度压力下均可适用。所沉淀物质的质量：m=（Ｑ/zF ）. M (5-2)
M为Mz+的摩尔质量　　在实际电解时，电极上常发生副反应或次级反应，例如：电极上进行的金属离子的还原反应，除金属离子的还原反应外，同时还可能发生氢离子的还原反应。10所以要在电极上析出一定量的某种物质时，实际上所消耗的电量要比按照法拉第定律计算所需要的电量多一些，此二者之比称作电流效率。11例题：有10×10cm2的金属片，需要在两面都镀上一层0.05mm厚的Ni。已知金属Ni的密度为8.9g.cm-3，假设电镀时Ni能均匀的分布在金属片的两面，该电流效率为96.0%。试求要得到上述厚度的镍层时，用2.0安的电流强度需要通过多少时间？（镀液中的镍是二价离子）12当非体积功只有电功一种时，则
△rGT，P= -EQ =- ZEF (5-3) E为可逆电池电动势,Z为电池反应式中电子的转移数（即电子的计量系数，无量纲）。一、可逆电池和不可逆电池 使化学能转化为电能的装置，称为原电池（简称电池）。
由热力学知：（ ）T，P △rGT，P= -Wf，max §5-2 可逆电池电动势13可逆电池必须具备的条件（充分必要条件）：
（1）放电反应与充电反应互为逆反应。（电池放电后，再进行充电，电池必须完全恢复原状)。例如：铅蓄电池：Pb O2+Pb +2H2SO4=2PbSO4 +2H2O丹聂尔（Daniell）电池：
Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4(2)满足热力学可逆 ：(接近平衡状态）当电池充电或放电时，满足E =E外±dE， （ 通过的电流无限小时,不会有电能不可逆地转化为热的现象发生）。§8-1 可逆电池和可逆电极14 即可电池充电或放电时，不仅物质的转变是可逆的而且能量的转变也是可逆的。凡是能同时满足上述条件的电池均为可逆电池。凡是不能同时满足上述条件的电池均为不可逆电池。例如：右图电池
E ﹥E 外时：
Zn极： Zn –2e?Zn2+
Cu极：2H+ +2e?H2?
放电反应：
Zn +2H+ ?Zn2+ +H2?§8-1 可逆电池和可逆电极15 E < E外时,
Zn极： 2H+ +2e ?H2?;
Cu极： Cu –2e ? Cu2+
充电反应：
Cu +2e ?Cu2+ +H2? 充放电不为逆反应，所以该电池不是可逆电池。 二 、可逆电极的类型及电极反应：
（构成可逆电池的电极必须是可逆电极） 1、 金属电极：
将金属插入含有该金属离子的溶液中所成的电极16例如： Cu |Cu2+（a）: 负极反应： Cu –2e ? Cu2+（a）正极反应：Cu2+（a）+2e ? CuNa（Hg）（a1）|Na+（a2）:负极反应：
Na （Hg）（a1）-e ? Na+（a2）+Hg（l）正极反应：
Na +（a2） +Hg（l） +e ? Na（Hg）（a1)（该电极对阳离子可逆）172、气体电极：一种单质气体与其离子间，以惰性金属作为电子导体所构成的电极。例如：正极反应：2H+（a）+2e?H2负极：2Cl-（a）-2e? Cl2负极反应：H2-2e?2H+（a）（Pt）H2 |H+（a）（Pt）Cl2|Cl-（a）3、非金属—非气体电极：
例如：（Pt）Br2| Br -（a）
负极：2 Br -（a）-2e?Br2（l）
正极： Br 2 （l） +2e?2Br -（a）正极：Cl2+ 2e? 2Cl-（a）184、金属及其难溶盐电极：
将金属表面覆盖一层其难溶盐，然后再浸入含有与该种盐具有相同负离子的溶液中而成。 例如：Ａg +AgCl|Cl- Ag +AgI |I-
Hg +Hg2Cl2|Cl- 以Ag +AgCl|Cl-为例：
作负极：（í：Ag -e→Ag+ ìì: Ag++Cl- →AgCl )
Ag +Cl- -e→AgCl(s)
作正极： AgCl(s) +e →Ag +Cl-以上三种电极称为第一类电极。（单质±ne→离子）这类电极是对阴离子可逆的电极。19 将金属覆盖一层该金属的氧化物，然后浸入含有H+或OH-的溶液中而构成。例如：　Hg +HgO|H+
作正极：HgO(s)+2H+ +2e→Hg(l)+H2O
作负极： Hg (l) +H2O –2e→HgO (s) +2H+ 5、金属及其难溶性氧化物电极：又如： Hg +HgO|OH-
作正极： HgO(s)+H2O+2e→Hg (l)+2OH-
作负极： Hg (l)+2OH- –2e →HgO (s)+H2O
这类电极是对OH-或 H+可逆的电极。
4.5种电极称为第二类电极。20 将一惰性金属片插入含有两种不同价态的离子溶液中所构成的电极。 例如：　Pt|Fe2+,Fe3+ Pt|Sn2+ ,Sn4+
Pt|Cu , Cu2+ Pt|Cr2+,Cr3+等以（Pt|Fe2+，Fe3+为例）
作负极 ：Fe2+ –e→ Fe3+ ，
作正极：Fe3+ +e → Fe2+
该类电极不同于其他电极的就是其还原态的活度可以改变。6、氧化－还原电极：（第三类电极）21§5.3 电池表示式与电池反应“互译”的
一般方法一、可逆电池的书写方法：
1.发生氧化作用的负极写在左方，发生还原作用的正极写在右方。
2.以化学式表示电池中的各物质的组成，并注明物态（固(s)、液(l)、气(g)）、温度和压力（特别对气态）、（如不写明，一般指298K、1atm)；两极间的溶液注明浓度(或活度)。
3.以单竖线“|”表示不同物相间的接界（包括不同溶液间的接界或浓度不同的同种溶液间的接界）。盐桥以“||”表示。（单竖线也可以逗号表示。 同一溶液中不同价型的同一金属离子以逗号隔开）。22 4.气体不能直接作电极，必须依附于不活泼的金属（如Pt 等）（有时金属可以略去不写）气体必须注明压力。 例如：298K.1P?下丹尼尔电池可以表示成：
Zn（s）|ZnSO4（m1）||CuSO4（m2）|Cu（s）
298K由两个H2电极组成的单液浓差电池：
（Pt）H2（g,1P?）|HCl（m）|H2（g,0.1P?）（Pt）二、电池表示式与电池反应“互译”
的一般方法：1、由电池表示式写电池反应： 负极反应
+）正极反应
电池反应232、由化学反应设计电池：（1） 所给反应中各有关元素的价态
在反应前后有变化:例： Zn（s）+Cd2+→Zn2+ + Cd（s）
Zn（s）-2e→Zn2+ 氧化作用 作负极
Cd2+ +2e→Cd （s） 还原作用 作正极
∴ 电池为： Zn（s）|Zn2+‖Cd2+|Cd（s）
复核：负极反应 Zn（s）-2e→Zn2+
正极反应 +） Cd2+ +2e→Cd（s）
电池反应 Zn（s）+Cd2+→Zn2+ +Cd（s）24(2)所反应中各有关元素的价态反应前后无变化
例如: Ag+ +I- →AgI（s） 首先确定一个电极，容易看出，
负极反应为： Ag + I- -e→AgI（s)
Ag+ +I-→AgI（s）
-)Ag + I- -e → AgI(s)
正极反应为： Ag+ +e → Ag(s) ∴电池为 ： Ag—AgI（s）|I-‖Ag+|Ag（s）
复核：§5-4 可逆电池热力学25 ∵ ΔrG= -ZEF
∴在标准状态下，则 ΔG? =-ZE?F （5-4)
（1J=1伏特.库仑=1伏.安培.秒）
若电池反应为： dD + eE = gG + hHＥ?：可逆电池的标准电动势，定温下为常数，该式表示出电池反应中物质活度与Ｅ的关系，称作电动势的能斯特方程。26注：（i）从(5-5).(5-6)式看出：电池反应式的系数对电池的Ｅ和Ｅ?没有影响。所以书写电池反应时，可以设想有整数个F的电流通过。2728将ΔG = -ZFE 等压下对T求偏微商得：(ìì)从E?可计Ka?。29由温度系数可求电池反应的ΔS。§8-4 可逆电池热力学30 由 E（或E?）及温度系数可求ΔH（或ΔH?）问题：ΔH为什么与QR不同？31 例5-1.(甲)求298K时,下列电池的温度系数
H2(P?)|H2SO4(0.01m)|O2(P?)
已知该电池的电动势E为1.228伏,H2O(l)的生成热为
-286.06KJ.mol-1。(乙)求273K时该电池的E,假定273K及298K之间电池的温度系数不变。解：（甲）32（乙）33§5-5 电极电势和电池电动势一、电极电势的能斯特公式和标准电极电势
将电池电动势E看为两个电极的电极电势之差，该电池中右电极电极电势为φ右，左电极电极电势φ左.例如：电池（Pt）H2(PH2) |H+(aH+)‖Cu2+(aCu2+)|Cu3435推广到任意电极：[氧化态] +ze →[还原态]36 注意：①不管某电极在电池中发生的氧化还是还原反应，其电极电势均接（5-15）式计算.37 二、标准氢电极 ： 为了得到各种电极的φ?,便于计算E，可以选定某一电极的电极电势为零作为相对标准。国际斯德歌尔摩规定：任意温度下（-）标准氢电极‖待测电极（+）该电极的制备：即把镀有铂黑的铂片浸入aH+=1的溶液中，并以PH2=P?的干燥H2冲击铂电极而成。(1953年，国际统一规定，以标准氢电极为负极，待测电极为正极，则电池电动势的数值和符号就是待测电极电极电势的数值和符号）38§8-6 电极电势和电池电动势39三、参比电极
以氢电极为标准电极测定电动势时，在正常情况下，电动势可以测得非常准确（精确度可达0.00001伏），但氢电极在制备和使用过程中要求很严格，溶液中不能有氧化性物质存在，铂黑表面易被玷污，离子活度必须十分精确等，常常并不直接使用氢电极，而使用一种易于制备、使用方便且电位稳定的电极作为二级标准，称为参比电极，它的电极电势与标准氢电极比较而得到精确数值。40常用的参比电极
甘汞电极（Hg2Cl2(氯化亚汞)）电极：
Hg-Hg2Cl2|Cl-
银-氯化银电极： Ag-AgCl| Cl-
常用的为甘汞电极，其结构是 P602图 8.5
电极表示成：Hg-Hg2Cl2(s) |KCl(a)电极反应：
作负极 2Hg（l）+2Cl- - 2e→Hg2Cl2(s)
作正极 Hg2Cl2(s)+2e→2Hg(l)+2Cl-41甘汞电极分为三种：
饱和甘汞电极， 摩尔甘汞电极，
0.1 mol.dm-3甘汞电极，其电极电势见下表。42§8-6 可逆电池电动势的计算43一、单液化学电池：例如：298K
(Pt)H2(g,0.1P ?) | HCl(m=0.001,γ±=0.9)
|Cl2(0.2P ?)(Pt)44二、双液化学电池：
例如：求下列电池在298K时的电动势，并写出电极
反应
Cu(s)|Cu2+(a=0.1)‖H+(a=0.01)|H2(0.9 P?)，Pt
解： 负: Cu(s)-2e→Cu2+(a=0.1)
正: 2H+(a=0.01)+2e→H2(0.9 P?)45电池反应：
Cu(s)+2H+(a=0.01) →Cu2+(a=0.1)+H2(0.9P?)例题5-2:已知25℃时 Ag(s)｜Ag2O(s)｜OH-和Pt,O2(s)｜H2O(l),OH-两电极 的标准还原电极电势分别为0.344V和0.401V; Ag2O(s)的标准生成焓△fH=-30.56KJ/mol;大气压为1atm,空气中氧气的摩尔分数为0.21(1)把Ag2O(s)在空气中分解反应Ag2O(s)→2Ag(s)+ O2(g)组成电池,并写出电极反应;(2) 求Ag2O(s)在空气中的分解温度。4647三、单液浓差电池：（电极浓差电池）
（第二类浓差电池）48例如：（Pt） H2(P1) |H+(a) |H2(P2)(Pt)
负: H2(P1)-2e→2H+(a) 正: 2H+(a)+2e→H2(P2)
电池反应： H2(P1) →H2(P2)特点：在同一溶液中插入种类相同，而浓度不同的两个电极所组成的浓差电池。P1 > P2时， E > 0 又如： Zn(Hg)(a1 )|ZnSO4|Zn(Hg)（a2)
负 Zn(Hg)(a1)-2e→Zn2+(aZn2+)+Hg(l)
正 Zn2+(aZn2+)+Hg(l)+2e→Zn(Hg)(a2)
电池反应： Zn(Hg)(a1)→Zn(Hg)(a2) 49a1 > a2 时, E > 0 汞齐电极比纯金属电极相对稳定，受杂质的影响较金属为小。四、双液浓差电池第一类浓差电池
例如： M | M+(a1)‖M+(a2) |M
负极: M – e → M+ (a1),
正极: M+(a2) + e → M
电池反应： M+ (a2) → M+(a1)a2 > a1, E>050若电池为： M | M-(a1)‖M-(a2) |M ,则
负极: M- (a1) - e → M
正极: M + e → M- (a2)
电池反应： M- (a1) → M-(a2) a1 > a2 , E>0 双联浓差电池： 如
Na(Hg) (aNa)|NaCl(m)|AgCl(s)+Ag——
Ag+AgCl(s)|NaCl(m’) | Na(Hg) (aNa)左电池:负: Na(Hg) (aNa)→Na+（m） + e + Hg(l)
正: AgCl(s) + e →Ag(s)+ Cl-(m)51 电池反应：
Na(Hg)(aNa)+ AgCl(s)
→Ag(s)+ Na+（m)+Cl-(m)+Hg(l) 右电池:负:Ag(s)+Cl-(m’) -e →AgCl(s)
正:Na+(m’)+e+Hg(l) →Na(Hg)(aNa)电池反应:
Ag(s)+Na+(m’)+Cl-（m’）+Hg(l)
→ Na(Hg)(aNa)+AgCl(s)双联电池的总反应： NaCl(m’) → NaCl(m)52五、某些电极电势的互换关系：53542、同一金属不同氧化态之间还原电势的关系 设某金属元素M具有a.b.c三种氧化态
则 （1） Ma+=Mb++(b-a)e ??(1)
（2） Mb+=Mc++(c-b)e ??(2)
（3） Ma+=Mc++(c-a)e ??(3)
显然： （3）=（1）+（2） ∴ ?G?(3)=?G?(1)+?G?(2)
即 (c-a)??(3)F =(b-a)??(1)F+(c-b)??(2)F
∴ (c-a）??(3)=(b-a)??(1)+(c-b)??(2)5556§5-7 电动势测定的应用5758五、测定溶液的pH值
原则：选择一个对氢离子可逆的电极，以待测溶液为液相组成半电池，再与其他参比电59再与其他参比电极组成电池。
常用电极： 氢电极 醌氢醌电极 玻璃电极§5-8影响标准电极电势的因素一、络合剂、沉淀剂电极电势的影响60 根据能斯特方程，离子浓度改变时电极电势即变化。改变离子浓度的途径很多，反应进行时离子浓度会变化；稀释可以改变离子浓度；往体系中加入配位剂或沉淀剂，有配合物或沉淀生成时，离子浓度也会变化。61铜离子浓度减少时，电势值减小。离子浓度减少越多，电势正值越小，负值越大，这意味着金属铜的还原性增强，Cu更容易变为Cu2+。即金属铜的稳定性减小，铜离子的稳定性加大。
一般说来，由于沉淀或配合物的生成使氧化态的离子浓度减少时，电势值变小，还原态的还原性加大，稳定性减小，氧化态的氧化性减小，稳定性加大。若难溶化合物或配合物的生成使还原态的离子浓度减少时，结果则与上述正好相反。可以此衡量由于生成配合物或难溶化合物各种氧化态的稳定程度。62二、离子浓度改变对氧化还原
反应方向的影响
非标准状态下对于两个电势比较接近的电对，仅用标准电势来判断反应方向是不够的，应该考虑离子浓度改变对反应方向的影响。
例如：判断25℃ 2Fe3+十2I-＝2Fe2+十I2在标准状态下和[Fe3+]＝0．001mo1.dm-3, [I-]＝0.001mo1.dm-3,[Fe2+]＝1mo1.dm-3时的反应方向.
解：在标准状态:6364三、介质的酸度（pH）对氧化还原反应的影响
在许多电极反应中，H+或OH-的氧化数虽然没有变化，却参与了电极反应。当它们的浓度改变时，对电极电势的影响如何？
例如，重铬酸根和铬离子的电极反应，
Cr2O72-十14H+十6e?2Cr3+十7H20
氢离子在氧化态中出现，参与了电极反应，反应后生成水。氢离子浓度和电极电势的关系，也可以用能斯特方程表示如下：6566§5-9 电解与极化作用一、分解电压据 –dGT.P≥δWf “> ”不可逆
-ΔGT.P≥Wf “=” 可逆67 原电池不可逆放电时： ZEF>ZVF （dG=-zEF）
V:电池不可逆放电时两极间的电位差
则： E>V
不可逆电解时： -ZEF>-ZVF (dG=zEF)
则： V>E 说明电池充电时，外加电压要大于该电池的电动势。分解电压：使某电解质溶液连续不断地发生电解时所必须的最小外加电压，称作该电解质溶液的分解电压。68实验表明：
对任一电解槽进行电解时，
外加电压∝电流密度。例如：以Pt电极电解1mH2SO4水溶
液,如图9-1
阳极：H2O-2e→2 H++1/2O2↑
阴极：2H++2e→H2↑ E分解处电压称作1mH2SO4溶液的分解电解(该值常不能重复，即位置不能很精确)，≈1.7V,取决于温度、电极材料、放电物质的本性。以电流I对电压E作图：如图9-269对应原电池的电动势称作理论分解电压。
E分解以前的电流叫做残余电流。 为什么分解电压大于理论分解电压呢？是由于电极的极化的造成的。下面谈一下极化作用。氢氧电池的电动势为1.229V70把某一电流密度下的电势φ与平衡电势φ平的之差值称为超电势（或过电势,取正值）称作超电势以η表示。η阴（或η-）=φ可逆-φ不可逆，阴
η阳（或η+）=φ不可逆，阳-φ可逆
（φ可逆亦可表示为φ平） 电极电势随电流密度的变化曲线称作极化曲线。
对原电池放电、电解池充电时，实验测定极化曲线如图9-5。71 对电解池：阴极是负极，阳极是正极，所以阳极电势高于阴极电势。
E分解=φ不可逆，阳 – φ不可逆,阴 = E可逆 + η阴 + η阳 对原电池：阴极是正极，阳极是负极，所以阴极电势高于阳极电势。§9-2极化作用 E端 = φ不可逆,阴 -φ不可逆,阳 = E可逆 - η阴 - η阳72 §5-10 电解时电极上的反应 外加电压加大到分解电压E分解的数值时：
阴极：还原电势较大的物质首先进行还原反应。
阳极：还原电势较小的物质首先进行氧化反应。
?阴＝?可逆,阴-?阴 ?阳＝?可逆,阳＋?阳一、阴极反应：阴极上可能发生的反应：1、金属的析出 例如：25℃,用Pt电极电解ＡgNO3溶液（a=1).（电流密度较小时，金属的析出超电势较小可忽略。）73 因为阴极上有Ag析出时所成的原电池的反电动势较小。
析出Ag：E分=φ阳-（0.799）
析出H2：E分=φ阳-（-0.414）74 注意：若溶液中存在几种金属离子，确定析出次序时，氢的超电势要考虑在刚析出金属上的超电势。752、两种离子的同时析出：
(制备二元合金镀层)Cu-Zn,Cu-Sn,Pb-Sn,Zn-Ni等
共同析出的条件：φ1，析=φ2，析 ——调节浓度。
(一般浓度不大时，可把 m（或c）当作a对待) 说明： 要使φ1，析=φ2，析 ，并不能仅仅依靠调节浓度。例如：制备黄铜合金镀层(Cu-Zn合金) Cu2+与Zn2+的析出电势相差大约1V，仅靠调节浓度是不行的(因为浓度必须相差10-17倍)，但溶液中加入CN-离子使其成为络离子Cu(CN)-3、Zn(CN)2-4 ,因这些络离子的析出电势较为接近，可以使铜与锌同时析出而形成合金。76二、阳极反应：
首先进行电势较低的反应。以惰性金属为电极时，只能是负离子放电。
如：Cl-、Br-、I-及OH-氧化成Cl2、Br2、I2和O2,
一般情况下，SO42-、PO43-、NO3-放电电势很高，水溶液中不能放电。
如阳极材料为活泼金属（如常Cu 、Zn等）应考虑电极的溶解。 例如：25oC以Pt为电极电解CuSO4(a=1)溶液，已知O2在Pt上的η=0.85V,H2在Cu上的η=0.23V,求开始E分解和H2析出时的E分解。三、E分解的计算：777879四、隔膜法电解食盐水的电极反应
阳极：石墨 ； 阴极：Fe
不考虑超电势时，阴极产物：H2，阳极产物：O2
考虑超电势时，阴极产物：H2，阳极产物：Cl2
阴极反应：2H+ +2e → H2（g）
阳极反应：2Cl- -2e → Cl2（g）
（正因为有了超电势的存在，才实现了电解食盐水生产H2和Cl2的生产过程。这也是超电势存在的优点）电流效率=（实际产量/理论产量）× 100%
电压效率=(理论分解电压/实际槽电压) × 100%80分类：（1）燃料电池（2）蓄电池（二次电池）
（3）一次电池一、燃料电池（连续电池 ）
即把燃料燃烧的化学反应组成电池，让化学能直接转变为电能。 负极物质——天然燃料（C）或其他可燃物质，如氢，CH3OH，煤气等。
正极物质——O2，（空气中的氧或纯氧）§5-11化学电源（实用的原电池） 电能效率=电流效率 ×电压效率
=理论所需的电能/实际消耗的电能) ×100%81 通常热电厂中是把燃料燃烧获得的热能转变成机械能，然后再带动发电机转变成电能，但在这个转变过程中，通常燃料能量的利用效率还达不到20%，但设计成燃料电池，其效率大大提高。 例如：氢—氧燃料电池：若电解质为酸，则
负极反应：2H2-4e→4H正极反应：O2+4H++4e→2H2O
电池反应：2H2+O2→2H2O 正极反应往往较慢，通常采用对该电极反应有催化作用的材料做电极，同时增大电极表面积。例如常用被钛覆盖的铂做电极。该电池制备中的困难：①必须寻找合适的催化剂，常常电极材料比较贵重。②电池溶液（无论酸碱）的腐蚀性较强，不便于长期存放。82又如，把C（s）的燃烧反应C（s）+O2（g）=CO2（g）设计成电池： C（s）│H+│O2（g）
负极反应：C（s）+2H2O（l）- 4e=CO2（g）+4H+
正极反应：O2（g）+4H+ +4e = 2H2O（l）
又如，把CH4（g）的燃烧反应CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O设计成电池，电解质为氧离子固体电解质： C（s）│O2-│O2（g）
负极反应：CH4（g）+4O2-- 8e=CO2（g）+2H2O
正极反应：2O2（g）+8e = 4O2-83二、蓄电池：（二次电池） 该电池的用途较广，可应用于汽车，发电站，火箭，实验室等。 所以蓄电池工业是一项很大的工业。
主要有三大类：
①酸式铅蓄电池；
②碱式Fe-Ni蓄电池或Cd-Ni蓄电池；
③Ag-Zn蓄电池。又如，把C6H12O6的燃烧反应C6H12O6 +6O2（g）=6CO2 （g） + 6H2O（l）设计成电池：
C6H12O6 │H+│O2（g）
负极反应：
C6H12O6 +6H2O（l）- 24e=6CO2（g）+24H+
正极反应：6O2（g）+24H+ +24e = 12H2O（l）841.酸式铅蓄电池：
Pb|H2SO4（比重1.22-1.28）|PbO2
开路电压≈2V
负极：Pb+SO42--2e→PbSO4(s)
正极：PbO2+H2SO4+2H++2e→PbSO4+2H2O
电池反应：PbO2+Pb+2H2SO4?2PbSO4(s)+2H2O H2SO4(aq)的比重降至约1.05时，开路电压下降到约1.9V，应停止使用，充电至比重复原。
该电池的历史最早，比较成熟，制造成本低；但较笨重，携带不方便，保养要求较高，易于损坏。2.碱式Fe-Ni蓄电池：Fe|22%KOH|NiOOH85电池反应：Fe+2NiOOH+2H2O ? Fe(OH)2+2Ni(OH)2
碱式Cd-Ni蓄电池：Cd|20%KOH|NiOOH
电池反应：Cd+2NiOOH+2H2O ? Cd(OH)2+2Ni(OH)2 该类电池，本身重量轻，携带较方便，能经受剧烈振动，对保养要求不高，且低温性能好。但结构复杂，制造成本高。3.Ag-Zn蓄电池：（高能电池）
Zn|40%KOH|Ag2O2-Ag
电池反应：Ag2O2+2H2O+2Zn?2Ag+2Zn(OH)2 该电池充放电可达100-150次循环，且电池容量大，故称为高能电池，能大电流放电，且能经受机械震动，所以被用在火箭，导弹，人造卫星，宇宙飞船等方面。86负极：Zn
正极：二氧化锰包围的石墨电极(C)
电解质：ZnCl2和NH4Cl的糊状物
电池表达式：Zn|NHCl4+MnO2|C
负极反应：Zn+2NH4Cl-2e→Zn(NH3)2Cl2+2H+
正极反应： 2MnO2+2H++2e→2MnOOH
电池反应：Zn+2NH4Cl+2MnO2→Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH 该电池的开路电压为1.5伏，该电池成本低，但用后电池回收率低，造成一定的浪费。三、一次电池：
1.Zn-Mn干电池：87 负极：Zn
正极：活性碳 电解液：30%KOH（aq）
负极反应：Zn+2OH--2e→ZnO+H2O
正极反应：（1/2）O2+H2O+2e→2OH-
电池反应：Zn+（1/2）O2→ZnO
开路电压（工作电压）1.0-1.2V
优点：①能量密度高；
②价廉；
③电压稳定；有广阔的应用前景。2.锌—空气电池：88燃料电池热效率(理论)的计算：几种燃料电池的热效率(理论)：89例题5-3：下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。 左右两侧为电解质储罐，中央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后，分别为Na2S4和NaBr。5-1左右储罐中的电解质分别为：左：正极NaBr3/ NaBr右： 负极Na2S2/ Na2S4（电池反应为：NaBr3+ Na2S2→ NaBr+ Na2S4）90915-2写出充电时，阳极和阴极的电极反应阳极：3NaBr-2e=NaBr3+2Na+阴极：3Na2S4 +2Na++ 2e =2Na2S25-3写出充、放电的反应反应方程式NaBr3+ Na2S2 NaBr+ Na2S4）5-4指出充电过程中钠离子通过膜的方向钠离子的流向为从左到右

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