【物理化学Ⅱ】(19)- 电化学.ppt

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1、 物理化学物理化学()PHYSICAL CHEMISTRY(19)用电化学的方法生产(合成)化学物质称为电化学合成活泼金属的冶炼强氧化物的合成(K2Cr2O7,KMnO4,KClO4等)电解制碱特殊材料的合成(如氟化物、聚氟化物等)无污染的有机合成（已二睛、四乙基铅等电合成4、电合成电合成优点:常温常压（通过调节电压改变反应速率）容易控制反应方向（通过控制电位和选择 适当的电极）污染少缺点：耗能高 设备、管理成本高电化学合成氨的新进展工业方法（Haber-Bosch)2 NH3(g)N2(g)+3 H2(g)催化剂 430480oC 15 30 MPaKo=10-5 单程转化率：10%15%生

2、物方法N2+8H+8e-+16 MgATP 2NH3+H2+16MgADP+16P 固氮酶转化率100%NH3的电化学合成古屋长一-吉羽洋（1989）气体扩散电极的组成：阳极：憎水石墨+PTFE+Pt(0.56mg/cm2)阴极：憎水石墨+PTFE+铁(锡)酞菁(0.2mg/cm2)Marnellos-Stoukides(希腊）SrCe0.95Yb0.05O3(SCY陶瓷）内筒+石英外筒在SCY陶瓷内筒底部的内外壁各沉积约1.3cm2的多孔多晶钯作为电极。反应物：N2(1.8%)+He ,H2反应温度：570oC固体电解质电池H2(g)(Pd)SCY N2-He(g)(Pd)电池反应 阳极：3

3、 H2 6 H+6 e-阴极：N2+6 H+6 e-2 NH3电流密度：2mA/cm2 有机电合成己二腈的电合成阳极：H2O 1/2O2+2H+2e-阴极：2CH2=CH-CN+2H+2e-NC(CH)4CN金属醇盐的电合成直结性卟琳高分子的电合成 电化学聚合5、生物电化学化学电学生物学生命科学(生物信息的测量 生物传感器 医疗上的应用)生物功能的解释(生物反应与电极反应的相似性,生物相关物质的电化学,电子传输、电子移动）生物体系的模型化（神经模型，光合成 模型离子通道模型，生物膜模型）（1）、生物膜与生物界面模拟研究 SMA膜模拟生物膜的电化学研究自组装单分子层膜(Self-Assemble

4、d Monolayer)长链有机分子在基底材料表面通过化学结合力和有机分子链间相互作用自发吸附在固/液或固/气界面而形成的热力学稳定的有序膜。长链硫醇在金电极上形成的SAM在分子尺寸、组织模型、膜的自然形成三方面均类似于天然的生物膜。细胞色素c在-羧基烷基硫醇化合物修饰金电极上的电子转移动力学和电子传递机理研究。（表面电势215mV)Kinnear 大肠杆菌还原酶的电化学行为 用于生命科学的电化学技术电脉冲基因直接导入技术电场加速作物生长（Matsuzaki 玉米和大都在含0.5mmol/L K2SO4 的培养液中，加20Hz,34的电脉冲，6天后 生长明显优于对照组）癌症的电化学疗法 Nod

5、enstrom（瑞典）Pt电极，6 10V，30 100mA，2 6小时。控制药物释放技术 把药物分子或离子结合到聚合物载体上，再将聚合物载体固定在电极表面，构成化学修饰电极，通过控制电极的氧化还原速率使药物缓慢释放到溶液中。在体研究-细胞电化学电化学习题课电化学习题课一、内容小结电解质溶液电导（概念、性质、测定与计算、应用）热力学性质（的定义、计算）电池热力学可逆电池与可逆电极(电池与反应的互译）E的计算E的应用（与热力学函数的关系）（能斯特公式，液接电势）电极动力学极化和超电势的概念极化的规律和超电势的计算（Tafel方程）离子析出电势的计算二、思考题讨论：1.有人说，电导率就是单位体积电

6、解质溶液的 电导，此话对吗？2.有人说，摩尔电导率就是溶液中含有正、负 离子各1摩尔的电导，此话对否？3.此式对吗？4.对电解质HCl，5.对电池 H2(p）HCl(b)Cl2(p）若忽略活度系数的影响则对吗？6.下述两个电池 CuCu+(a1)Cu+(a1),Cu2+(a2)Pt （1）CuCu2+(a2)Cu+(a1),Cu2+(a2)Pt (2）电池反应均为 Cu2+Cu 2Cu2+此二电池反应的Gm 相同否？E相同否？Gm，1=Gm，2Gm=-zFEz1=1,z2=2E1=2 E27.为了用电化学的方法测定HgO(s)的分解压，有人设计了下述三种电池 O2H2SO4(aq)HgO(s)

7、Hg O2NaOH(aq)HgO(s)Hg O2H2OHgO(s)Hg你认为那个电池是正确的，为什麽？8.电极 H+O2 和 OH-O2的相同吗？如果知道其中一个电极的，能求出另 一个吗？设计电池 O2 H+OH-O2 电池反应 H2O H+OH-已知Kw 可求E9、下列各等式是否成立，若成立，说出式中c 的意义10、思考题40 11.写出下述电池的电极与电池反应 PbPbSO4(s)H2SO4PbSO4(s)PbO2(s)AlAl(OH)4-,OH-Ca2+CaC2O4(s)Ag2C2O4(s)Ag10.将下列反应设计成电池2Fe3+CH3CHO+H2O 2Fe2+CH3COOH+2H+Ni

8、+2H2ONi(OH)2+H2Zn+2KOH+HgO+H2OK2Zn(OH)4(aq)+Hg三、例题例1.电池 Pb(Hg,x1=0.0165)Pb(NO3)2(aq)Pb(Hg,x2=0.000625)其中x代表Pb在汞齐中的摩尔分数。假设上述汞 齐溶液可看作是理想稀薄溶液。（1）计算该电池在25oC时的电动势；（2）若该电池在25oC、101.325 kPa下可逆放出 2 F的电量，求电池反应的热效应；（3）设在同样的温度、压力下使电池在短路的 情况下放电2 F，求电池反应的热效应；（4）若使电池在端电压为0.8 E 的条件下放电 2 F 求电池反应的热效应。电池反应：Pb(x1=0.01

9、65)Pb(x2=0.000625)(1)(2)(3)在理想稀薄溶液中，HB=HB H1=H2 ，H=0(4)短路时，R=0,we=0 Q=H(5)=0电池正常放电时We=z F UU:放电时的端电压，本题中 U=0.8 E例2：已知298 K时浓度为7.0 mol kg-1的HCl水溶液中，离子的平均活度系数=4.66,该溶液上方HCl(g)的平衡分压为46.40 Pa,电极 Cl-Cl2 的标准电极电势为1.3595 V，求此温度下，下述反应的K 2 HCl(g)=Cl2(g)+H2(g)解：设计电池Cl2(g)HCl(aq)H2(g)电池反应：2HCl（aq）Cl2(g)+H2(g)2H

10、Cl(g,p)H2(g,p)+Cl2(g,p)G12HCl(aq,b=b,=1)G2H2(g,p)+Cl2(g,p)2HCl(g,p=46.40 Pa)2HCl(aq,b=7.0 mol kg-1,=4.66)例3 思考题21例4 从下列25oC,101.325kPa下的数据计算25oC时电极H+,ClO4-,H2OCl2(g)Pt 的标准电极电势。KClO4(s)在水中的饱和浓度为0.148 mol.kg-1，KCl(s)在水中的饱和溶解度为4.80 mol.kg-1。这两个溶液中的离子平均活度系数分别为0.70和0.59。反应KClO4(s)=KCl(s)+2O2(g)达平衡时O2(g)的压力为e14.13,H2O(l)的标准摩尔生成Gibbs函数为-236.6 kJ.mol-1,电极PtCl2(g)Cl-的标准电极电势为1.359V。