电化学高中化学竞赛版

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1、物理化学——电化学高中化学奥赛3.1原电池与电解池净反应:原电池总反应:电解池阴极:阳极:3.2电极反应Zn(s)+H2SO4(aq)→H2(p)+ZnSO4(aq)验证:(-)Zn(s)→Zn2++2e-(+)2H++2e-→H2(p)Zn(s)

2、ZnSO4

3、

4、H2SO4

5、H2(p),Pt净反应:Zn(s)+2H+→Zn2++H2(p)3.2电极反应AgCl(s)→Ag++Cl-验证:(-)Ag(s)→Ag++e-(+)AgCl(s)+e-→Ag(s)+Cl-Ag(s)

6、Ag+(aq)

7、

8、HCl(aq)

9、AgCl(s)

10、Ag(s)净反应:AgCl(

11、s)→Ag++Cl-+Cl-+Cl-—e+2CN-—e+2CN-3.3质能转换-----电池电动势净反应:3.3电动势测定应用应用:求A.求AgCl(s)的设计电池,使电池反应为3.3电动势测定应用B.求水的设计电池,使电池反应为:H2O→H++OH-15.一个电化学电池由一个铂丝浸在0.30MFe3+和0.20MFe2+混合溶液的半电池和另一个金属铊浸在0.1MTl+溶液的半电池所组成。试指出:(a)哪一个电极是负极?(b)电池的电动势是多少?(c)写出电池的自发反应式。(d)计算电池反应的平衡常数值。(e)当氯离子加入铊半电池,产生微溶的氯化铊沉

12、淀,直到氯化物的浓度正好是0.1M为止,计算电池的电动势。3.4电动势的计算3.5应用----银的回收16.从使用过的定影剂中回收银时,是使银生成硫化银沉淀而得到的。为了使硫化银转变为金属银,人们利用下列两个反应:Ag2S(s)+8CN-+O2(g)+2H2O→4Ag(CN)2-+2S(s)+4OH-2Ag(CN)2-+Zn(s)——→2Ag(s)+Zn(CN)42-实际上,这两个反应是采矿业从硫化物矿中回收银时最常用的。第二个反应实际上进行完全。计算第一个反应的平衡常数。3.5应用----银的回收(1)2Ag2S(s)+8CN-+O2(g)+2H2

13、O4Ag(CN)2-+2S(s)+4OH-K=(2)(3)3.5应用----银的回收(4)电池反应(1)=(2)+(3)+(4)3.5应用----金的回收17.澳大利亚最大的金矿座落在加尔古厄莱。在那里,金矿石首先被粉碎,然后用0.1M充气的氰化钾溶液浸沥,使金生成络合离子Au(CN)-2而溶解。在298K下Au(CN)-2的稳定常数是2×1039M-2。在溶液中任何形式的金的浓度都很稀(数量级为10-5M)。在室温下,加入过量的锌粉使金从氰化物的溶液中沉淀出来,并以固体金的形式回收。以Au+或Au(CN)-2留在溶液中,而用这种方法不能回收的金有多

14、少?假设只有Au+被还原,没有发生锌的氧化作用。除Au(CN)2-和Zn(CN)42-外,其他任何络合物的生成均可略去不计。3.5应用----铅的冶炼18.焙烧硫化物矿石时经常由于生成二氧化硫而导致大气污染。曾经有人建议,方铅矿可按下列反应加入Fe3+离子进行加工,PbS(s)+2Fe3+→Pb2++S(s)+2Fe2+利用这种方法,生成的副产品是硫,而不是二氧化硫。他还建议:剩下的溶液可以进行电解加工,铅离子可在阴极上被还原出来,Fe2+则在阳极上被氧化成Fe3+,Fe3+可以循环使用,溶解出更多的方铅矿石。铅的冶炼(a)证明:在25℃,该溶解反应

15、在热力学上是可行的。(b)略去过电位和溶液电阻,并假设铅离子的浓度是0.1M,[Fe2+]/[Fe3+]的比值是102。计算25℃时,为了保证金属铅的沉积和Fe2+离子的氧化,必须施加于电解池中两电极之间的最小电位差。铅的冶炼(a)(b)特点:均为耦合反应,反应达平衡后,必须进行电解,工艺上应设计为间歇反应3.6金属的电化学腐蚀电化学腐蚀的例子:铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈?带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中,表面被潮湿空气或雨水浸润,空气中的和海边空气中的NaCl溶解其中,形成电解质溶液,这样组成了原电池,铜作阴极,铁作阳极,所以铁很快腐蚀形成铁锈

16、。3.6金属的电化学腐蚀(1)析氢腐蚀酸性介质中在阴极上还原成氢气析出。设,则铁阳极氧化,当时认为已经发生腐蚀,这时组成原电池的电动势为,是自发电池。3.6金属的电化学腐蚀如果既有酸性介质,又有氧气存在,在阴极上发生消耗氧的还原反应:这时与(-0.617V)阳极组成原电池的电动势为。显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。(2)耗氧腐蚀3.7金属的防腐电化学保护1.保护器保护将被保护的金属如铁作阴极,较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。2.阴极保护外加电源组成一个电解池,将被保护金属作阴极,废金属作阳极。3.阳极保护用外电源,将被保护金属接阳

17、极,在一定的介质和外电压作用下,使阳极钝化。3.7金属的防腐某远洋船只采用牺牲阳极(Zn)的方法来保护船体。

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