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1、第四章 氧化还原反应 第二节 电极电势 4 2 电极电势 4 2 1 原电池 1 原电池的概念 原电池原电池 是将化学能转变为电能的装置 4 2 电极电势 1 原电池的概念 动画演示 Cu 极 正极 Zn 极 负极 Zn Cu2 Zn2 Cu e 化学能转变为电能 动画演示 4 2 电极电势 2 原电池的表示方法 负极写在左边正极写在右边 浓度 表示相与相之间的界面 Zn Zn2 c1 Cu2 c2 Cu 用 表示盐桥 4 2 电极电势 e 电极 电极反应 正极 Cu极 Cu2 2e Cu 还原反 应 电子流入的电极 负极 Zn极 Zn 2e Zn2 氧化反 应 电子流出的电极 电池反应 Cu
2、2 Zn Cu Zn2 原电池 使氧化 还原反应产生电流的装置 4 2 电极电势 Zn2 氧化型物质 Zn 还原型物质 Zn2 Zn 氧化还原电对 Cu2 氧化型物质 Cu 还原型物质 Cu2 Cu 氧化还原电对 半电池 半电池 原电池 氧化还原电对 由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成 4 2 电极电势 氧化还原电对 由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成 氧化还原电对表示方法 如 Cu2 Cu Zn2 Zn H H2 Sn4 Sn2 氧化型物质 还原型物质 2 原电池的表示方法 若组成电极物质中无金属时 应插入惰性电极 注注 意意 惰性电极 如Pt 石墨 能导电而不参入电极反应的电极
3、 Fe3 c1 Fe2 c2 Pt Pt Cl2 p Cl c Zn Zn2 c1 Cu2 c2 Cu 2 原电池的表示方法 组成电极中的气体物质写在导 体这一边 并应注明压力 注注 意意 H c1 H2 p Pt Pt O2 p OH c1 Zn Zn2 c1 H c1 H2 p Pt Zn Zn2 c1 Cu2 c2 Cu 2 原电池的表示方法 电极中含有同种元素不同氧化态同 种离子时 高氧化态离子靠近盐桥 低氧化态离子靠近电极 中间 用 分开 Sn4 c1 Sn2 c2 Pt 注意 Zn Zn2 c1 Cu2 c2 Cu 2 原电池的表示方法 注注 意意 参加电极反应其它的物质也应 写入
4、电池符号中 Cr2O7 c1 H c2 Cr3 c3 Pt Pt O2 p H2O OH c1 2 Zn Zn2 c1 Cu2 c2 Cu 原电池的表示方法课堂练习 电极反应 Cr2O72 6Cl 14H 2Cr3 3Cl2 7H2O 2Cl 2e Cl2 氧 化 Cr2O7 14H 6e 2Cr3 7H2O 还原 2 原电池符号 Cr2O7 c1 H c2 Cr3 c3 Pt Pt Cl2 p Cl c 2 2H2 O2 2H2O 电极反应 H2 2e 2H 氧化 O2 4H 4e 2H2O 还原 原电池的表示方法课堂练习 原电池符号 Pt H2 p1 H c1 H c1 H2O O2 p2
5、 Pt 4 2 2 电极电势的产生 金属M与其盐M 溶 液接触面之间的电势 差 称为该金属的平 衡电极电势 即金属 离子与金属单质构成 的氧化还原电对 M M 的电极电势 记为E M M 4 2 3 电极电势的测定 电极电势的绝对值现还无法测知 但可用比较方法确定它的相对值 选用标准氢电极作为比较标准 规定它的电极电势值为零 即E H H2 0 V 4 2 3 电极电势的测定 1 标准氢电极 H2 100kpa H2 Pt H 1mol L 1 E H H2 0 V 动画演示 4 2 3 电极电势的测定 标准氢电极的电极电势 H H2 0 V E 电极符号 Pt H2 100kPa H 1mo
6、l L 1 H 1mol L 1 H2 100kPa Pt 电极反应 2H 2e H2 4 2 3 电极电势的测定 2 电极电势的测定 欲确定某电极的电极电势 可把该电极与标准氢电极组成原电池 测其电动势 E 则E即为待测电极的电极电势 4 2 3 电极电势的测定 例1 测定测定E E Cu Cu2 2 Cu Cu 设计原电池 测得原电池电动势 E 0 340 V E E E E Cu2 Cu E H H2 E Cu2 Cu E E H H2 0 340 V 0 V 0 340 V Pt H2 100kPa H 1mol L 1 Cu2 1 mol L 1 Cu 4 2 3 电极电势的测定 例
7、2 测定测定E E Zn Zn2 2 Zn Zn 测得原电池电动势 E 0 7626 V E E E E H H2 E Zn2 Zn E Zn2 Zn E H H2 E 0V 0 7626 V 0 7626 V 设计原电池 Zn Zn2 1mol L 1 H 1mol L 1 H2 100kPa Pt 4 2 3 电极电势的测定 3 标准电极电势 待测电极处于标准态 物质皆为纯净物 有关物质的浓度为1 mol L 1 涉及到的气体分压为100 kPa 所测得的电极电势即为标准电极电势 记为 E M M 常用电对的标准电极电势常用电对的标准电极电势 298 15K 298 15K 电对电极反应E
8、 V Li LiLi e Li 3 040 K KK e K 2 924 Zn2 ZnZn2 2e Zn 0 7626 H H22H 2e 2H20 Cu2 CuCu2 2e Cu0 340 O2 H2OO2 4H 4e 2H2O1 229 Cl2 Cl Cl2 2e 2Cl 1 229 F2 HF aq F2 2H 2e 2HF aq 3 053 XeF Xe g XeF e Xe g F 3 4 该表中为还原电势 即该电对组成的电极与标准氢电极 组成原电池 待测电对为正极 发生还原反应 E M M 为正值 与标准氢电极组成电池时为正极 发生还原反应 E Cu2 Cu 为正值 如 Cu2 C
9、u 常用电对的标准电极电势常用电对的标准电极电势 298 15K 298 15K 电对电极反应E V Li LiLi e Li 3 040 K KK e K 2 924 Zn2 ZnZn2 2e Zn 0 7626 H H22H 2e 2H20 Cu2 CuCu2 2e Cu0 340 O2 H2OO2 4H 4e 2H2O1 229 Cl2 Cl Cl2 2e 2Cl 1 229 F2 HF aq F2 2H 2e 2HF aq 3 053 XeF Xe g XeF e Xe g F 3 4 与标准氢电极组成电池时为负极 发生氧化反应 E Zn2 Zn 为负值 如 Zn2 Zn 常用电对的标
10、准电极电势常用电对的标准电极电势 298 15K 298 15K 电对电极反应E V Li LiLi e Li 3 040 K KK e K 2 924 Zn2 ZnZn2 2e Zn 0 7626 H H22H 2e 2H20 Cu2 CuCu2 2e Cu0 340 O2 H2OO2 4H 4e 2H2O1 229 Cl2 Cl Cl2 2e 2Cl 1 229 F2 HF aq F2 2H 2e 2HF aq 3 053 XeF Xe g XeF e Xe g F 3 4 E Li Li 最小 Li的还原性最强 Li 的氧化性最弱 E XeF Xe 最大 XeF的氧化性最强 Xe的还原性
11、最弱 还原型物质的还原能力越强还原型物质的还原能力越强 氧化型物质的氧化能力越弱氧化型物质的氧化能力越弱 电电 对对 中中 4 2 4 影响电极电势的因素 氧化型 ze 还原型 E E zF 氧化型 还原型 RT 电对在某 浓度的电 极电势 摩尔气 体常数 热力学 温度 氧化型 还原型 一侧 各物种 相对浓 度幂的 乘积 电对的 标准电 极电势 电极反 应中转 移的电 子数 法拉第 常数 4 2 4 影响电极电势的因素 Nernst方程 氧化型 ze 还原型 物理量 E E 氧化型 还原型 浓度分压 单位Vmol L 1Pa E E zF 氧化型 还原型 RT R 8 314 J K 1 mo
12、l 1 F 96485 J V 1 mol 1 4 2 4 影响电极电势的因素 Nernst方程 氧化型 ze 还原型 2 氧化型物质和还原型物质的浓度 分压 3 酸度对某些电极反应的E值有影响 E E zF 氧化型 还原型 RT 1 组成电对物质的本性 决定E 值 金属越活泼 E 代数值越小 E 越小 4 2 4 影响电极电势的因素 0 22V 0 7991V E Ag Ag E Ag Ag 由于c Cl 1 0 mol L 1 即 E Ag Ag E AgCl Ag 电极反应 Ag Cl e AgCl Ag 4 2 4 影响电极电势的因素 3 生成难溶电解质 同理计算 结果如下 Ksp 0
13、 7991V Ag Ag 0 15V 0 073V AgX Ag 8 52 10 175 35 10 131 77 10 10 AgIAgBr AgCl 0 22V sp AgX Ag KE E E 4 2 4 影响电极电势的因素 4 生成弱电解质 例3 在含有H H2电对体系中 加入NaOAc 溶液 使溶液中c HOAc c OAc 1 0 mol L 1 p H2 1 0 105 Pa 计算 E H H2 解 2 1 0 105 1 0 105 0 0592V 1 8 10 5 2 0 V lg z p H2 p H2 E H H2 E H H2 lg 0 0592V c H c 2 0
14、15V 由于弱酸 HOAc 的生成 使c H 减小 E H H2 值减小 H 的氧化能力降低 E H H2 HOAc c HOAc c Ka c H 1 8 10 5 c OAc c 2 mol L 1 4 2 5 电极电势的应用 原电池中 E E 电动势E E E 1 在标准态下 只需比较E 例1 由电对Fe3 Fe2 Sn4 Sn2 构成原电池 判断原电池正 负极 计算其电动势 电动势 E E E 0 771V 0 154V 0 617V 解 E Fe3 Fe2 0 771 V E Sn4 Sn2 0 154 V 极 极 2 非标准态 先根据Nernst方程计 算出E 然后再比较两个E 值
15、 1 判断原电池的正 负极 计算原电池的电动势 原电池符号 Pt Sn2 1mol L 1 Sn4 1mol L 1 Fe3 1mol L 1 Fe2 1mol L 1 Pt 1 在标准态下 只需比较E 4 2 5 电极电势的应用 2 判断氧化剂 还原剂的相对强弱 越大 电对中氧化型物质的氧化能力越强 还原型物质的还原能力越弱 越小 电对中还原型物质的还原能力越强 氧化型物质的氧化能力越弱 E E 例2 试比较 KMnO4 Cl2 FeCl3在酸 性介质中的氧化能力 解 0 7711 35831 51E V Fe3 Fe2 Cl2 Cl MnO4 Mn2 电对 氧化能力 KMnO4 Cl2 F
16、eCl3 4 2 5 电极电势的应用 2 判断氧化剂 还原剂的相对强弱 越大 电对中氧化型物质的氧化能力越强 还原型物质的还原能力越弱 越小 电对中还原型物质的还原能力越强 氧化型物质的氧化能力越弱 E E 例3 试比较 SnCl2 Zn H2S 在酸性 介质中的还原能力 解 0 1540 144 0 763 E V Sn4 Sn2 S H2SZn2 Zn电对 H2S SnCl2 3 计算弱电解质解离常数 Ki 解 将HCN H2和H H2两电对组成原电池 0 0592V c H c 2 2 p H2 p E H H2 E H H2 lg 电极反应 2HCN 2e H2 2CN c CN c 2 E HCN H2 E HCN H2 lg 2 p H2 p 0 0592V c HCN c 2 达平衡时 E HCN H2 E H H2 lg 0 0592V c CN c 2 c CN c 2 2 c HCN c 2 例4 已知E HCN H2 0 545V 计算Ka HCN 3 计算弱电解质解离常数 Ki 例4 已知E HCN H2 0 545V 计算Ka HCN E HCN H2 E H
