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1、电极电势电极电势 Cu Zn 原电池原电池 Cu2+ (aq) + Zn (s) Zn2+ (aq) + Cu（s） H= - 218.66kJmol-1 +-ZnSO4CuSO4CuZnK+Cl-盐桥盐桥e -e - 盐桥盐桥(饱和饱和KCl溶液溶液琼脂胶冻琼脂胶冻)的作用是中和溶的作用是中和溶液中过剩的电荷，沟通电路，保持两溶液的电中液中过剩的电荷，沟通电路，保持两溶液的电中性，保证了性，保证了Zn的氧化和的氧化和Cu2的还原继续进行。的还原继续进行。 CuZn原电池的符号为：原电池的符号为：()Zn ZnSO4(c1) CuSO4(c2)Cu(+)“”表示两相的界面，“ ”表示盐桥，习惯
2、上负极在左，正极在右。+-ZnSO4CuSO4CuZnK+Cl-盐桥盐桥e -e -()Zn Zn2+(c1) Cu2+(c2)Cu(+)4 若组成电极物质中无金属时，应插入若组成电极物质中无金属时，应插入惰性惰性电极电极。（-）Pt Fe3+ (c1) ，Fe2+ (c2) Cl- (c3) Cl2 (p) ，Pt（+）2Fe2+(aq)+Cl2(g)=2Fe3+(aq)+2Cl-(aq)电极中含有不同氧化态同种离子时，高氧化电极中含有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，态离子靠近盐桥，低氧化态离子靠近电极，中间用中间用“ ，”分开。分开。Sn4+(c1)，Sn
3、2+(c2) | Pt (+) 5 气体物质应靠近电极，后面应注明压气体物质应靠近电极，后面应注明压力。力。中间用中间用“ ，”分开分开气体物质和电极气体物质和电极。 (-)Zn | Zn2+(c1) H+(c1) | H2(p), Pt(+)电池符号的书写规则电池符号的书写规则1 1、负极写左边，正极写右边；、负极写左边，正极写右边；2. 以化学式表示电池中各物质的组成，溶液要以化学式表示电池中各物质的组成，溶液要标浓度标浓度(molL -1)，气体物质应注明其分压，气体物质应注明其分压(Pa)，还应标明当时的温度。如不写，则温度为，还应标明当时的温度。如不写，则温度为298.15K，气体分
4、压为，气体分压为101.325kPa，溶液浓度，溶液浓度为为1molL -1。3. 以符号以符号“ ”表示不同表示不同相之间的界面相之间的界面，用，用“”表表示盐桥。同一相中的不同物质之间用示盐桥。同一相中的不同物质之间用“,”隔开。隔开。4.当无金属参与反应，用惰性电极当无金属参与反应，用惰性电极Pt或或C做电做电极。极。Cl2+ 2I - 2Cl - +I2 Fe(s)+ Cu2+(aq)= Cu(s)+ Fe2+(aq)c(Cu2+)=1mol/L c(Fe2+)=1mol/L电池符号：电池符号： 电池符号： (-)Fe(s) Fe2+(1mol/L) Cu2+(1mol/L) Cu(s
5、) (+)负极：负极：Fe(s)-2e = Fe2+(aq)正极：正极：Cu2+(aq)+2e = Cu(s)负极：负极：2I -I2 + 2e - (氧化反应氧化反应)正极：正极：Cl2 +2e - 2Cl - (还原反应还原反应)电池符号为：电池符号为：(-)Pt I2 (s) I - (c)Cl -(c) Cl2 (P) Pt(+) 每个半电池由金属每个半电池由金属( (或石墨或石墨) )和电解质溶液组成，和电解质溶液组成，其中必须同时存在某一物质的氧化态和还原态。氧其中必须同时存在某一物质的氧化态和还原态。氧化态物质与其还原态构成电对。每一个电对产生氧化态物质与其还原态构成电对。每一个
6、电对产生氧化或还原反应化或还原反应( (半电池反应半电池反应) )，每两个电对产生氧化，每两个电对产生氧化还原反应还原反应( (原电池反应原电池反应) )。电对简记为：氧化态还。电对简记为：氧化态还原态原态( (或氧化态还原态或氧化态还原态) )。氧化态要写在前面。氧化态要写在前面。 如锌与硫酸锌溶液如锌与硫酸锌溶液 铜与硫酸铜溶液铜与硫酸铜溶液 简记简记 为为ZnZn CuCu 氧化还原电对及其种类氧化还原电对及其种类 电对：电对： 氧化态氧化态/还原态还原态 如如 Zn2+/Zn Cu2+/Cu 金属同金属同 金属离子间金属离子间Zn2+ / ZnZn2+ (C) Zn(+)(-) Zn
7、Zn2+ (C)Zn2+ + 2e - Zn 中性分子同中性分子同 相应离子间相应离子间H+ / H22H+ + 2e - H2H+ (C) H2 (P) Pt (+)(-) Pt H2 (P) H+ (C)金属同金属同金属难溶盐间金属难溶盐间 AgCl / AgAgCl + e - Cl - + Ag同一元素同一元素 不同价态间不同价态间 Fe3+/ Fe2+Fe3+ (C) ,Fe2+ (C) Pt(+)(-) Pt Fe3+ (C) ,Fe2+ (C)Fe3+ + e - Fe2+Cl - (C) AgCl Ag (+)(-) Ag AgCl Cl - (C)种类种类 电对电对 电极符号
8、电极符号 电极反应电极反应一、电池电动势的产生机理 将将金金属属片片插插入入水水中中，晶晶格格中中的的金金属属离离子子将将与与水水分分子子发发生生水水合合作作用用，而而溶溶入入水水相相，使使金金属属表表面面带带负负电电，而而液液相相带带正正电电，在在固固液液界界面面上上形形成成双电层结构。双电层结构。金金属属-+紧密层：厚度约为紧密层：厚度约为10-10m，因静电吸引而形成；因静电吸引而形成；双电层结构示意图双电层结构示意图紧密层紧密层扩散层：厚度约扩散层：厚度约10-10m10-6m，因离子的热运动而形成。因离子的热运动而形成。扩散层扩散层 金金属属- -溶溶液液界界面面上上双双电电层层的的
9、存存在在，阻阻止止了了金金属属离离子子进进一一步步向向溶溶液液中中的的溶溶入入或或向向电电极极表表面面的的沉积，最后达成平衡，形成电势差。沉积，最后达成平衡，形成电势差。 溶解溶解沉积沉积M (s) + m H2O( l ) M(H2O)mn+ + ne -+- - - - -双电双电层层-+ + + + + 如果将金属浸入含有该金属离子的水溶液如果将金属浸入含有该金属离子的水溶液中，在固液界面处也将形成双电层，只是当溶液中，在固液界面处也将形成双电层，只是当溶液中的金属离子更容易获得电子时，金属表面带正中的金属离子更容易获得电子时，金属表面带正电，而液相带负电。电，而液相带负电。 a. 不同
10、电极由于沉积和溶解速率不同，电极电势不同电极由于沉积和溶解速率不同，电极电势 也不同。也不同。b. 电极电势与温度、浓度有关。电极电势与温度、浓度有关。c. 电极电势反映物质在水溶液中得失电子的能力。电极电势反映物质在水溶液中得失电子的能力。 金属越活泼金属越活泼 , 失电子能力越强，失电子能力越强，电极电势电极电势越小。越小。 金属越不活泼金属越不活泼 , 失电子能力越弱，失电子能力越弱，电极电势电极电势越大。越大。一、电极电势一、电极电势 1.电极电势电极电势( ) ：产生与金属表面与其盐溶：产生与金属表面与其盐溶液液双电层之间的电势差称为金属的电极电势。双电层之间的电势差称为金属的电极电
11、势。 (1) 标准氢电极标准氢电极 (H+/H2) = 0.0000V 标准氢电极符号标准氢电极符号 H + (1.0 mol / L) | H2 ( 101.325kPa ) | Pt (+) 电对符号电对符号 H+ / H22. 电极电势的确定电极电势的确定T = 298.15 KP= 101.325 kPac( H+ ) = 1.0 mol / L(2) 其它电对其它电对 的的确定确定 方法：将待测电极与标准氢电极组成原电池方法：将待测电极与标准氢电极组成原电池 如如 Cu2+ / Cu E= 0.3419V E= (Cu 2+ /Cu) - ( H+ / H2 ) = 0.3419V
12、( Cu2+ / Cu ) = 0.3419V 如如 Zn2+ / Zn E= 0.7618V E= ( H+ / H2 ) - (Zn 2+ / Zn) = 0.7618V ( Zn2+ / Zn ) = - 0. 7618V 注意：注意： ( Zn2+/Zn ) = - 0.7618V(2)(2)电极反应同乘电极反应同乘( (除除) )以某数时以某数时, ,电极电势电极电势值不变值不变2Zn2+(aq) + 4e-2Zn(s)Zn(s) Zn2+ (aq) + 2e- ( Zn2+/Zn ) = - 0.7618V ( Zn2+/Zn ) = - 0.7618V(1)电极反应不管是氧化形式
13、，还是还原形式电极反应不管是氧化形式，还是还原形式， 其其电极电势电极电势值不变。值不变。Zn2+ (aq) + 2e- Zn(s) 酸性介质酸性介质 ( MnO4-/Mn2+ ) = 1.507V 中性或弱碱性介质中性或弱碱性介质 ( MnO4-/MnO2 ) = 0.588V 强碱性介质强碱性介质 ( MnO4-/MnO42- ) = 0.564V (3)查阅时注意具体的电对形式查阅时注意具体的电对形式 ( Cu2+/Cu) ( Cu2+/Cu+) ( Cu+/Cu) ( Hg2Cl2 / Hg)= 0.26808V ( Hg22+ / Hg)= 0.851V ( (4 4) )同一氧化态
14、，同一氧化态，介质不同，还原产物有差异介质不同，还原产物有差异3.3.电极电势的计算电极电势的计算电极电势与温度、浓度间的关系遵从以下的电极电势与温度、浓度间的关系遵从以下的能斯特能斯特( (W.Nemst) )方程：方程： 298.15K时：时： MnO4- (aq) +8H+ (aq) + 5e-Mn2+ (aq) + 4H2O (l) = +0.05917 C(MnO4-) / CC(H+) / C85 C(Mn2+) / Clg2H+ (aq) + 2e-H2 (g)0.05917 C(H+)/ C2 = +2 P(H2) / Plg H+ (aq) + e- 1/2 H2 (g) 0
15、.05917 C (H+) / C = +1 P(H2) / P1/ 2 lg注意：(1)计算前，首先配平电极反应式。(2)若电极反应式中氧化态、还原态物质前的计量数不等于1时，则氧化态、还原态物质的浓度应以该计量数为指数代入公式。(3)若电极反应中氧化态、还原态为纯固体或纯液体(包括水)不必代入方程式中。若为气体则用分压表示(气体分压代入公式时，应除以标准态压力101.3kpa)。 (4)若在电极反应中，有H或OH离子参加反 应，则这些离子的浓度也应根据反应式写在 方程式中。例例1 1、计算、计算298.15K Fe3(1mol.L1)，Fe2(0.0001molL-1) Pt电极的电极电势
16、。电极的电极电势。解：查表知解：查表知 Fe3e - Fe2， 0.771V，代入能斯特方程得：，代入能斯特方程得：例2、判断下列电池(298.15K)的正负极，计算其电动势，并写出电极反应和电池反应式。ZnZn2(0.001mol.L1)Cd2(0.1.mol.L1)Cd解：查表知解：查表知 由于镉电极电势高于锌电极电势，故镉由于镉电极电势高于锌电极电势，故镉电极为正极。锌电极为负极。原电池的电极为正极。锌电极为负极。原电池的电动势为：电动势为： 0.4326(0.8515) 0.419V负极的电极反应为：负极的电极反应为：Zn-2e- Zn2+正极的电极反应为：正极的电极反应为：Cd22e
17、- Cd电池反应为：电池反应为：ZnCd2 Zn2Cd 电极电势越大，电对中氧化态物质得电电极电势越大，电对中氧化态物质得电子能力越强，氧化能力越强子能力越强，氧化能力越强 。 电极电势越小，电对中还原态物质失电电极电势越小，电对中还原态物质失电子能力越强，还原能力越强子能力越强，还原能力越强 。 组成电对组成电对I2 / I- Br2 / Br- Cl2 / Cl- F2 / F- (V)0.536 1.066 1.358 2.8664 3 2 1X2氧化性氧化性 (1)(1)比较氧化剂和还原剂的相对强弱比较氧化剂和还原剂的相对强弱请判断请判断 I2、 Br2 、 Cl2 、 F2 在标态下
18、氧化性强弱？在标态下氧化性强弱？ 3. 电极电势的应用电极电势的应用 氧化态的氧化能力或还原态的还原能力的强氧化态的氧化能力或还原态的还原能力的强弱，弱， 在标准状态下用在标准状态下用 值判断值判断 ，在非标准状非标准状态下用态下用 值值判断。判断。 有有OH -或或 H+参与电极反应时，应考虑其对参与电极反应时，应考虑其对电极电势的电极电势的影响。影响。 注意：注意： 例例1. 两个电对：两个电对： (MnO4-/Mn2+) = 1.507V, (Cl2/Cl-) = 1.35827V 在在(1)标态标态 (2)c(MnO4-) = 0.1mol/L (3) pH = 2.00 (4)P (
19、Cl2)= 10P 条件下，哪个是最强的氧化剂条件下，哪个是最强的氧化剂 ？哪个？哪个 是最强的还原剂是最强的还原剂 ？ ( MnO4-/Mn2+) ( Cl2/Cl- )MnO4-是最强氧化剂，是最强氧化剂，Cl-是最强还原剂是最强还原剂（2）MnO4-是最强氧化剂，是最强氧化剂，Cl-是最强还原剂是最强还原剂1.0 ( MnO4-/ Mn2+) = 1.507 +lg0.11.080.05917 5 = 1.4952V (Cl2/Cl-)解解: (1)（3） pH = 2时，时， C(H+) = 0.01mol/dm3 ( MnO4-/ Mn2+) = 1.507 +0.05917 5 l
20、g1.00.0181.0 1.35827VCl2是最强氧化剂是最强氧化剂, Mn2+是最强还原剂是最强还原剂= 1.3177V（4）P(Cl2) = 10P时：时： (Cl2/Cl -) = 1.35827 +0.05917 2lg10 P/ P 1.02= 1.3878V 0E 0 + -a. 当当 1 2时：时：氧化态物质氧化态物质( 1) + 还原态物质还原态物质( 2) b. b. 组成原电池：组成原电池： 自自 发发逆向自发逆向自发 E= 1 - 2 0氧化剂氧化剂 1 + + 还原剂还原剂 2 氧化剂氧化剂 2 + + 还原剂还原剂 1指定正、负极指定正、负极自发自发原则原则：方法
21、：问问: : 在例题在例题1 1的的4 4种情况下判断反应方种情况下判断反应方向？向？ (MnO4-/Mn2+) ( Cl2/Cl- )（2）当）当C(MnO4-) = 0.1mol/L时：时： ( Cl2/Cl- ) ( MnO4-/ Mn2+) = 1.4952V（3）当）当 pH = 2时：时： ( Cl2/Cl- ) ( MnO4-/ Mn2+) = 1.3177V（4）当）当 P(Cl2) =10P时：时： (Cl2/Cl -) = 1.3878V (MnO4-/Mn2+)2MnO4- + 16H+ +10Cl- 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O例例2、 有一氧化还原反应：有一
22、氧化还原反应：（1 1）标准状态下：）标准状态下：正向进行正向进行正向进行正向进行逆向进行逆向进行正向进行正向进行解解: :如果有关物质的浓度不是如果有关物质的浓度不是 l molL1 时，则时，则须按能斯特方程分别算出氧化剂和还原剂的电须按能斯特方程分别算出氧化剂和还原剂的电势，再判断反应进行的方向。但大多数情况下，势，再判断反应进行的方向。但大多数情况下，可以直接用可以直接用 值来判断。值来判断。 当当E 0.2V，一般不会因浓度变化而使，一般不会因浓度变化而使 E 值改变符号；反应总是自发的。值改变符号；反应总是自发的。 而而E 0.2V，一般也不会因浓度变化而，一般也不会因浓度变化而使
23、使 E 值改变符号；反应总是不自发的。值改变符号；反应总是不自发的。 当当0.2V E 0.2V 离子浓度改变时，氧化还原反应的方向常离子浓度改变时，氧化还原反应的方向常因反应物的浓度和酸度的变化，可能产生逆转。因反应物的浓度和酸度的变化，可能产生逆转。 判断下列反应能否自发进行？判断下列反应能否自发进行？ Pb2+(aq,0.10 molL-1)Sn(s) = Pb(s)Sn2+(aq,1.0 molL-1) 查表查表 Pb22e = Pb (Pb2+/Pb)= 一一0.1262V Sn22e= Sn (Sn2+/Sn= 一一0.1375V解：解： 在标准状态下反应式中，在标准状态下反应式中
24、，Pb2+为氧化剂，为氧化剂，Sn2+为还原为还原剂，因此剂，因此 E =0.1262（0.1375）=0.0113V E 0.2V =0.0113-0.030= -0.019V（0） 反应自发向逆方向进行。反应自发向逆方向进行。 判断反应判断反应 MnO2 + 4HCl = MnCl2 +Cl2 +2H2O在标准态下能否自发进行？在标准态下能否自发进行？查电极电势表查电极电势表 MnO2 +4H+ + 2e=Mn2+ 2H2O (MnO2/Mn2+)=1.23V Cl2 + 2e = 2Cl- (Cl2/Cl-)=1.36V E = (+) （-） = (MnO2/Mn2+) - (Cl2/
25、Cl-) = 1.23-1.36= - 0.13 0 所以在标准态下不能自发进行。所以在标准态下不能自发进行。但在实验室制备但在实验室制备Cl2时，用的是浓盐酸，此时时，用的是浓盐酸，此时c()c(Cl-)=12 molL-1 (MnO2/Mn2+) = + 0.05917/2lg c(H+)4/ c(Mn2+) 假定假定c(Mn2+) mol.L-1 (MnO2/Mn2+) =1.23+0.05917/2 lg (124)=1.36V (Cl2/Cl-)= + 0.05917/2lg(P(Cl2)/P)/c(Cl-) 2 假定假定P(Cl- )=1.013 105 Pa (Cl2/Cl-)= 1.36 +0.0591/2 +lg 1/(12)2= 1.30V 此时此时 (MnO2/Mn2+) (Cl2/Cl-)所以反应能自发进行所以反应能自发进行
