普通化學、13.電化學

 13.電化學

觀察氧化數變化量=電子得失情形  電池放電=自由能G換成電功E

還原力：氣體最強Cs 溶液最強Li  ；1A族  K > Na > Li  2A中Mg最弱

△G0 = W = - nFE0      自由能 = 功 =   - 電子移動莫耳數 *96500 *電位差  V / J   

        氧化還原電位： ΔG0＝-nFE0 = - RT lnK = 8.314*298*平衡常數   lnK = nFE / RT    

                G：吉布斯自由能、吉布斯函數、自由焓
                n：(平衡時移動)電子的莫耳數
                F：法拉第常數（96500 J/mol或23.062 Kcal/mol）莫耳電子攜帶的電荷

                E0：題目會給，還原電位差，算原反應，並非平衡

   電化學的R：8.314 J /mol·K              

          *電池放電時將自由能轉為電功，故△G < 0   △E > 0

E=E’ – 0.0591 / n *logQ  n=電子Q=低濃度/高濃  ； 當E值為正=自發
安培*秒 / 96500=  ___mol電子轉移       安培=96500庫倫電量/s

ex: 鎳鎘電池 消耗5g鎳(MW=112.4) Cd ➝ Cd(OH)2 ，以2安培充電，需充多久小時

5/112.4  *2 (mol e-) = 2/1 (sec) *1(mol e-)/96500(c)*3600 (s) / 1 (hr) * hr  ；hr=1.2

能斯特方程式：E = E'  +  RT log ([ox]/[red]) / nF

   25度的簡化：E = E' + 0.06* log ([ox]/[red]) / n   

      [ox]/[red]：溶解度積Ksp  (參與電極反應所有物質濃度乘積與反應產物濃度乘積之比)

                  n：半反應式的電子轉移mole數

     ex:知道物質e-解離電位 E - E' = -0.95v =   0.06* log Ksp  ，Ksp=10^-15.8

                                                                                        +陰還拿     +35%陰險番仔

伏打電池：陽極( -)氧化反應，高活性丟e-   自身被氧化=還原劑   Zn  H  Ni    

              ；陰極(+)還原反應，拿e-質量增；鹽橋>供左右離子     Cr   Ag  Cu

與通過電量相關，左右產生相同莫耳數離子

增加鹽橋(NaNO3 ： Na+補陰極(+)，NO3補陽極(-)  )或離子透膜平衡氧化還原累積的電荷

兩電池順接(正接負)電位相加；兩電池逆接(正接正)電位小的電池被電解

  勒沙特列原理   降低濃度> 反應傾向增加  (補不足

標準還原電位：以H+作為基準點(0V)，還原電位為負丟電子(Li最負)，正則得電子(F最大)

       氧化電位：還原力，供電子能力，與還原電位相反

*標準還原電位計算電池電位：兩半反應直接相加

氧化還原：

單元素+化合物 or燃燒 >必為氧化還原    1.2A強還原  6.7A強氧化
氧化劑 > 得電子，自身還原 其他物質氧化  ；還原劑 > 丟電子，自身氧化 其他物質還原

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*鋰＞銣＞鉀＞銫＞鋇＞鍶＞鈣   ＞鈉＞鎂＞鋁＞錳＞ (碳) ＞鋅＞鉻＞鐵＞鎳＞錫＞鉛＞(氫)

＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金               比氫大=與冷水/水蒸氣/酸作用產生H2

電池：

鉛蓄電池：陽極( -)=Pb+SO42- → PbSO4+2e-；

                 陰極(+)：PbO2+4H+.+SO42- + 2e- → PbSO4 + 2H2O

         全反應=Pb + PbO2+2H2SO4→2PbSO4 +2H2O

乾電池    ：陽極( -)Zn  陰極(+)C  3.4V   *碳棒不獲得電子，只是傳導電子給二氧化錳

鹼性電池：陽極( -) Zn  陰極(+) MnO2  (電解液KOH)

水銀電池：陽極( -) Zn  陰極(+) HgO (電解液KOH)

鎳氫電池    ：陽極( -)金屬氫化物 陰極(+)Ni(OH)2  (電解液KOH)   *可充電

鋰離子電池：陽極(負極)石墨丟鋰離子給陰極(正極)鋰鐵磷酸鹽。 鋰離子與電子同時釋放，

                    鋰離子穿過內隔離膜前往陰極(正極)，電子則經由外電路往陰極(正極)。 *可充電

燃料電池： H2+O2>H2O需鉑或鎳催化 0.7V  *與鋰離子電池類似，

                    陽極丟H+，電子由外電路往陰極(正極)。

電解：

陽極 丟e- ：F-除外的鹵素氧化；鹼性，氧化OH- 析出O2 ；陰離子氧化H2O 析出O2 H+

陰極 得e- ： 低活金屬陽離子+n 還原析出金屬； 酸性，還原H+  析出H2 ；

                                                                     1A2A金屬~還原H2O  析出H2 OH-

  *碳棒作為陽極電解時不會釋出氧氣(不參與反應)

    酚肽指示鹼性>陰極變粉    活性小金屬優先還原  

                                           *F沒法直接電解，要在KF溶液中電解才可析出

鹼氯電解：電解食鹽水，陽極產生Cl2，陰極產生H2和NaOH (離子結合)

                       *以離子交換膜防止NaOH 與Cl2反應

防止生鏽：接活性金屬，活性金屬優先丟電子氧化

電鍍：陽極( -)放欲鍍金屬，丟電子，產生離子，在陰極(+) 還原鍍上薄層

保護基：大多酸性 先拆雙鍵 接上其他基團x2 才能其他反應 

內含電子的反應相消不能直接消電子： A電能*電子數 +B電能*電子數 / 預計AB相消產物電子數

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