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1、第5章电化学基础问题1. 什么是氧化还原的半反应式？原电池的电极反应与氧化还原反应式有何关系？答：任何一个氧化还原反应都可以分写成两个半反应：一个是还原反应，表示氧化剂被还原；一个是氧化反应，表示还原剂被氧化。即：还原反应：氧化态 ne 还原态；氧化反应：还原态 ne 氧化态这两个式子称为氧化还原的半反应式。原电池的总反应是一个氧化还原反应，原电池的两个电极反应各乘以一个适当的系数后再加和起来，即得原电池总反应式氧化还原反应式。2. 原电池由那些部分组成？试分别叙述每一部分的作用 。答：原电池主要由以下几个部分组成：E正极得到电子，发生还原反应；k 负极提供电子，发生氧化反应；l 在双液电池中
2、盐桥也必不可少，其作用是通过离子扩散来保持溶液的电中性，消除电极反应产生的过剩电荷的阻力，导通电流； m 导线是导通电流，确保反应持续进行。3. 如何将一个在溶液中进行的氧化还原反应设计成原电池 ？答：E先将氧化还原反应分写成两个半反应：一个是还原反应，表示氧化剂被还原；一个是氧化反应，表示还原剂被氧化；k 根据两个半反应的电对特点将其设计成电极，并用符号表示电极的组成；l 确定正负极：氧化反应对应于阳极，即负极；而还原反应对应于阴极，即正极；m 不同的电解质间要用盐桥连接以减小液接电势。例如：将反应2KMnO45Na2SO33H2SO42MnSO45Na2SO4K2SO43H2O设计成原电池
3、。E氧化反应；SO32 ne SO42 kl电极组成：() Pt| Na2SO4，Na2SO3 还原反应： MnO4 ne Mn2+ (+) Pt| KMnO4，MnSO4，H2SO4m 电池符号：()Pt| Na2SO4，Na2SO3KMnO4，MnSO4，H2SO4| Pt(+)4. 如何用符号表示一个原电池？写出原电池：Pt|H2|H+|Cl|AgCl|Ag的电极反应及电池反应式。答：用符号表示一个原电池的一般规则为：E负极在左，正极在右；k用“|”表示两相之间的相界面，用“|”表示盐桥；l 溶液应注明浓度(molL1)，气体应注明分压(kPa)；m 从负极开始沿着电池内部依次书写到正极
4、。原电池：Pt|H2|H+|Cl|AgCl|Ag的电极反应及电池反应如下：负极反应： H2 2e 2H+阳极反应： AgCl e Ag Cl电池反应： H2 + 2AgCl = 2Ag + 2Cl5. 何谓电极电势?怎样用这一概念解释原电池产生电流的原因？ 答：电极与溶液形成双电层达到动态平衡时，金属的电势E(金属)与溶液的电势E(溶液)之差称为电极电势，以符号E(Mn+/M)表示。即：E(Mn+/M)= E(金属)E(溶液)。Mn+/M表示组成该电极的氧化还原电对，如 E(Zn 2+/Zn), E(Cu 2+/Cu)和 E(Cl 2C1 )等。将两个电极电势不同的电极组成原电池时，原电池的电
5、动势E0，电就会从电极电势高的电极（正极）自动地流向电极电势低的电极(负极)，从而产生电流。6. 什么叫标准氢电极？是否在所有温度下，其电极电势都为零？答：在298.15K时，把镀有铂黑的铂片插入含有1 molL1H +的溶液中，并不断用压力为100kPa纯H2气流通过Pt片,使之吸附H2达到饱和并发生电极反应。如此构成的氢电极叫标准氢电电极。标准氢电极的符号记为：H +(1 molL1)| H2(100kPa)|Pt。目前国际上将标准氢电极作为标准参比电极，将其电极电势值规定为零，即：E (H+/H 2) = 0.000V。此值是在298.15K的条件下的规定值，当温度发生变化时其电极电势就
6、不等于零。具体数值可由能斯特公式求得，。7. 怎样测定电极的标准电极电势？其符号和大小有何物理意义？答：标准电极电势E (氧化态/还原态)数值的大小表示了反应：氧化态 + ne 还原态，在标准状态下进行的趋势，反映了电极的氧化态及还原态的氧化还原能力或倾向，即标准电极电势数值越大，氧化态得电子能力越强，是强的氧化剂；标准电极电势数值越小，还原态失电子能力越强，是强的还原剂；反之亦然。标准电极电势的测定方法主要有两种：E氢标法： 将待测标准电极与标准氢电极组成原电池，测定该原电池的电动势即标准电动势 E ，由E = E (正)E (负)和E (H+/H 2) = 0.000V可求得待测电极的标准
7、电极电势 E (氧化态/还原态)的值。例如，实验测E （Zn2+/Zn）所用的标准原电池如下：（）Zn|ZnSO4（1 molL1）| H+（1 molL1）|H2(100kPa)| Pt (+)测得的标准电动势为 E = 0.7628V，由E E (正)E (负) E （H+/H2）E (Zn2+/Zn)得：0.7628 0.000 E (Zn2+/Zn)则得： E (Zn2+/Zn) 0.7628（V）k 参比电极法：标准电极电势也可用饱和甘汞电极作为参比电极来测量。测量时将待测标准电极与饱和甘汞电极组成原电池，测定该原电池的电动势E，由E = E(正)E(负)和E(Hg2Cl2/H g，
8、饱和) = 0.2415V可求得待测电极的标准电极电势 E (氧化态/还原态)值。8. 怎样利用电极电势来决定原电池的正、负极？计算原电池的电动势？判断氧化还原反应的方向？答：j比较两电对电极电势的代数值，电极电势代数值大的为正极，小者为负极。k原电池的电动势由E E(正)E(负)求得。l按照反应方程式书写方式，在反应物一侧找出氧化剂和还原剂，令氧化剂对应的电对作原电池的正极，还原剂对应的电对作原电池的负极，若：E(氧化剂)E(还原剂),则氧化还原反应从左右自发进行；E(氧化剂)E(还原剂),则氧化还原反应从右左自发进行；E(氧化剂)E(还原剂),则氧化还原反应达到了平衡态。9. 在电化学中E
9、有那些应用？试分别说明之。答：E判断在标准状态下氧化还原反应进行的方向；k 判断氧化还原反应进行的程度。10. Nernst方程式中有哪些影响因素？它与氧化态及还原态中的离子浓度、气体分压和介质的关系如何？答：浓度对电极电势的影响可由Nernst方程式表示： 式中，n为电极反应中得失的电子数（摩尔）；R = 8.314Jmol1K 1；F96500 Cmol1（Faraday常数），氧化态、还原态表示电极反应中氧化态及还原态物质的相对浓度(c/c )或相对分压(P/p )，并以电极反应中对应物质的系数为指数。从该式可以看出，影响电极电势的主要因素有氧化态、还原态物质的浓度及反应系统的温度等。氧
10、化态越大，电极电势越高；还原态越大，电极电势越低；当电极反应中有氢离子H+或氢氧根离子OH出现时，则介质的pH值对电极电势亦有影响，pH值越大，电极电势越低。11. 查阅标准电极电势时，为什么既要注意物质的价态，又要注意物质的聚集状态和介质条件（酸碱性）。答：因为物质的价态 、聚集状态和介质条件（酸碱性）对电极电势都有影响，当其不同时，电极电势的值亦不同的。12. 实验室中，为了保证FeSO4溶液不变质常给溶液中加入无锈铁钉。试从有关电对的电极电势说明理由。答：E(Fe3+/ Fe2+)= 0.771，E(O2/ H2O)= 1.229, E(Fe3+/ Fe)= 0.037。E(O2/ H2
11、O) E(Fe3+/ Fe2+)，水溶液中的溶解氧能将Fe2+氧化成Fe3+而使FeSO4溶液变质。又E(Fe3+/ Fe2+) E(Fe3+/ Fe)当给溶液中加入无锈铁钉时，Fe能将Fe3+还原成Fe2+，从而保证了FeSO4溶液不变质。13. 由标准锌半电池和标准铜半电池组成原电池： ()Zn|ZnSO4 (1molL1)|CuSO4(1molL1)|Cu(+)（1） 改变下列条件对原电池电动势有何影响？（a）增加ZnSO4溶液的浓度；（b）在ZnSO4溶液中加入过量的NaOH；（c）增加铜片的电极表面积；（d）在CuSO4溶液中加入Na2S溶液。（2） 当铜锌原电池工作半小时以后，原电
12、池的电动势是否会发生变化？为什么？答：（1）由Nernst方程式知：（a）增加ZnSO4溶液的浓度, E(Zn2+/Zn)增大，即E（负）增大。又由E = E(正)E(负)，其他条件不变时，E（负）增大，使E减小。（b）在ZnSO4溶液中加入过量的NaOH，则发生如下反应：Zn2+ 4OH ZnO22 2H2O，使溶液中c(Zn2+)减小，E(负)减小，使E增大。（c）增加铜片的电极表面积，对E(Zn2+)无影响，故E保持不变。（d）在CuSO4溶液中加入Na2S溶液，则发生如下反应：Cu2+ S2 CuS()，使溶液中c(Cu2+)减小，E(正)减小，使E减小。（2）当铜锌原电池工作半小时以
13、后，原电池的电动势会降低。因为随着电池反应的进行，正极电解质溶液中的c(Cu2+)减小，使E(正)减小；同时负极电解质溶液中的c(Zn2+)增大，使使E(负)增大，这两个方面产生的结果都使原电池的电动势E减小。14. 什么叫浓差电池？它与一般化学电池有何不同？答：由不同浓度的同类电极组成的原电池称为浓差电池。电池()Ag|AgNO3 (0.01 molL1)|AgNO3 (1 molL1)|Ag(+)就是一个例子。该电池的正、负极均由Ag+/Ag电对组成，两电极的化学本性相同，只是c(Ag+)不同。 浓差电池与一般的化学电池相比有如下几点不同：j浓差电池的正、负极均由同一电对组成，两电极的化学
14、本性相同，只是某一物质的浓度或分压不同；而一般的化学电池，两极由不同电对组成，两电极的化学本性就不相同；k浓差电池的电池反应即电池过程是浓度扩散过程，而一般的化学电池的电池反应是一个氧化还原反应；l浓差电池的标准电动势等于零，而一般的化学电池的标准电动势则等于零；m浓差电池的电动势只与两极有关物质的浓度或分压有关；而一般化学电池的电动势则不但与两极有关物质的浓度或分压有关，而且还与两极的标准电极电势有关；15. 原电池和电解池在结构和原理上各有何特点？试举例说明（从电极名称、电极反应、电子流方向等方面进行比较）。答：原电池是以氧化还原反应为基础将化学能转变为电能的装置，即借助原电池可将化学能转
15、变为电能，利用化学反应产生电流；电解池则是借助于电流通过电解质溶液产生化学反应的的装置，即借助电解池由外界对系统作电功，在电流作用下发生化学反应，将电能转变成化学能。二者的差异如下表所示：原电池电解池作用将化学能转变为电能将电能转化为化学能发生氧化反应的电极名称阳极或负极阳极或正极发生还原反应的电极名称阴极或正极阴极或负极电子流动方向从负极通过外电路正极从负极通过电解质溶液中离子定向移动正极16.实际分解电压为什么高于理论分解电压？简单说明超电压（或超电势）的概念。答：电解时要使电解作用进行，必须在两极间加上一适当的电压，这种使电流顺利通过电解质溶液、保证电解不断进行所需的最低外加电压，称为该电解池的实际分解电压。分解电压之所以需要，是因为两电极上的电解产物又组成了一个原电池，该原电池的电动势与外加电压的方向相反，要使反应顺利进
