电化学基础

这是一篇关于电化学基础的思维导图，主要内容包括：氧化还原反应，原电池、电池电动势与电极电势，电动势与电极电势的应用，电解与金属防腐，电池类型。

电化学基础

• 氧化还原反应
• 原电池、电池电动势与电极电势
• 电动势与电极电势的应用
  • 原电池最大电功与吉布斯自由能
    • 在原电池中，非体积功只有电功时，电池在可逆条件下工作时，反应的ΔrG与电池电动势 E 之间存在如下关系：ΔG = –W'max = –nFE； 反应进度为1、标准状态时：△rGmθ=-zEθF
      • 计算△G的第四种方法
    • F=96485（C/mol），法拉第常数
  • 构成可逆电池必须要具备的几个条件
    • 化学可逆性
      • 铅酸蓄电池、丹尼尔电池（铜-锌）（若将铜锌插入硫酸溶液，此时铜将变成惰性电极，不是铜锌原电池，不是可逆单吃）
    • 能量转换可逆
      • 热力学可逆——准静态过程：充电、放电过程都是在接近平衡的状态下进行的， i->0；此时电池放电能做的有用功最大；作为电解池充电它所消耗的外界电能最小
  • 能斯特方程
  • 影响电极电势大小的主要因素
    • 各物质浓度
      • 氧化性物质浓度/还原性物质浓度越大，电极电势越高
    • 体系酸碱性
      • 越酸，电势越高
        • 高锰酸钾在酸性溶液中氧化性强的理由
          • 电极电势
          • 极化作用
            • MnO4-四面体构型，对称，稳定；氢离子浓度增加，与O结合——反极化作用，不对称，O-Mn键电子密度减小，易断键
    • 难溶化合物形成
      • Ag电极和AgCl电极：向银电极中加入KCl，既可以看作银电极，也可以看做氯化银电极（子母电极）
      • 当金属离子生成其难溶化合物以后，氧化能力降低（其氧化作用的游离金属离子的浓度减小）
      • 氧化型形成沉淀，E减小
      • 还原型形成沉淀，E增大
      • 若氧化型和还原型均形成沉淀，看其Kspθ相对大小
    • 配合物生成
      • 和难溶化合物同理
  • 应用
    • 判断氧化剂还原剂的相对强弱
      • E越大，相应的氧化性物质氧化性越强；E越小，相应的还原性越强
    • 判断氧化还原反应进行的方向
      • Eθ—>E—>△G Eθ>0.2V E>0 △G<0 正向自发 Eθ<-0.2V E<0 △G>0 逆向自发 -0.2V<Eθ<0.2V 由E决定
    • 判断氧化还原反应进行程度
      • ∆rGmΘ = – zFEΘ ∆rGmΘ = –RT lnKΘ 得：–zFEΘ= –RT lnKΘ 则： EΘ=RT/zF lnKΘ
      • 完全进行：Kθ>十的六次方 298K：Eθ=(0.0592/z)lgKθ Z=2,E>0.2V Z=1,E>0.4V
    • 相关常数求算
      • 根据电化学计算特殊平衡常数的基本思路
        • 设计一个原电池，使该原电池的电池反应即为某特定平衡常数对应的反应
        • 再根据原电池的标准电动势与标准平衡常数的关系式来计算
    • E-pH图
      • 以电极电势 E为纵坐标，以溶液的 pH为横坐标，绘出 E 随 pH 变化的关系图称为 E–pH图。从 E–pH图上可以直观的了解溶液中氧化还原反应与 pH的关系
      • 水的E-ph图
    • 元素电势图及应用
      • 把同一元素的不同氧化态物质，按照氧化数由高到低的顺序排列成图，并在两种氧化态物质之间的连线上标出对应电对的标准电极电势的数值。
      • 各物种按氧化态从高到低排列 两物种之间用——相连，上方标注相邻两物质组成的电对的标准电极电势
      • 求未知电对的标准电极电势（见下张图）
      • 歧化归中判断（见下张图）
• 电解与金属防腐
• 电池类型