电极电势与电池电动势.ppt

第三章 电极电势与 电池电动势,第一节 电极电势 一、原电池 （一）原电池的概念 原电池：借助于氧化还原反应将化学 能直接转变为电能的装置。,负极：Zn-2e Zn2 （氧化） 正极：Cu22e Cu （还原） 原电池:ZnCu2 Zn2Cu（氧化还原）,盐桥的作用是中和溶液中过剩的电荷，沟通电路，保持两溶液的电中性，保证了Zn的氧化和Cu2的还原继续进行。,原电池的装置可用符号表示： (-)ZnZnSO4(c1)CuSO4(c2)Cu(+) “”表示两相的界面， “”表示盐桥，(+)和()分别表示正负极。习惯上把负极写在左边，正极写在右边。,盐桥两边分别为2个半电池（即两 个电极），每个电极反应包括两类物 质，一类是可作还原剂（处于低价态） 的物质，叫做还原态（或还原型）物 质；另一类是可作氧化剂（处于高价 态）的物质，叫做氧化态（或氧化型） 物质。两者关系可表示如下： 氧化态ne 还原型,常用电极（半电池）通常有四种类型 金属-金属离子电极Cu 2/Cu Zn 2/Zn（即氧化型/还原型） 气体电极 Pt, H+/H2、Pt, Cl2/Cl- 金属-金属难溶盐-阴离子电极 Ag ， AgCl（s）Cl- 氧化还原电极 Pt Fe 3，Fe 2,用金属Pt作惰性电极，电极可表示为： Pt Fe 3，Fe 2、Pt，H2 H、 Pt，Cl2 Cl-等，金属及其难溶盐。例如AgCl/Ag，其电极组成为， Ag AgCl，Cl-,例：3-1将下列氧化还原反应组成原电池 Cu+2Ag+(c=1.0)Cu2+(c=1.0)+2Ag 解：首先把反应分为氧化反应和还原反应 Cu Cu2+2e (氧化反应) Ag+e Ag (还原反应) (-)CuCu2+(c=0.10)Ag+(c=1.0)Ag(+),例3-2 写出下列电池所对应的化学反应 (-)PtFe3+，Fe2MnO4-,Mn2+,H+Pt(+) 解：负极发生氧化反应Fe2+ Fe3+e 正极发生还原反应 MnO4-+8H+5e Mn2+4H2O (1)5（2）得电池反应为 MnO4-+5Fe2+8H+ Mn2+5Fe3+4H2O,(二)电池的电动势 电池的电动势：在原电池的两电极之间电势差。电极电势常用符号 表示，电池的电动势用E表示：,二、电极电势 （一）电极电势的产生 M(s) Mn+(aq)+ne- 在极板上 在溶液中 留于极板上,溶解,沉积,电极电势：产生与金属表面与其 盐溶液双电层之间的电势差称为金 属的电极电势。,图3-2金属的电极电势示意图,（二）电极电势的测定 （1）标准氢电极 按照IUPAC的规定，以标准氢电极（SHE）为标准电极，并规定它的电极电位为零，将待侧电极和标准氢电极组成一个原电池，通过测定该电池的电动势，就可求出待侧电极的相对值。,标准电极的构造 系将镀有铂黑的铂片浸入到H离子浓度 （确切地是活度）为1mol . L-1的酸溶液中， 于298.15K时通入101.3 kpa 的纯净氢气溶 液中的H与H2建立下述平衡： H22e 2H,图33 标准氢电极,（2）标准电极电势 规定温度为298.15K，有关离子的浓度为1molL-1，气体分压为101.3kpa 时，用 表示。,例3-3将标准氢电极和标准锌电极组成电池，试验表明锌电极是负极，氢电极是正极： (-)ZnZn2+(lmol.L-1)H+(lmol.L-1)H2(101.3Kpa) ，Pt(+) 测得电池电动势E 为0.7628V，求标准电极电势 的值。,解：因标准锌电极为负极，标准氢 电极为正极，则：,如将标准锌电极转换成标准铜电极，标准氢电极与标准铜电极组成电池，氢电极为负极，铜电极为正极，测得电池的电动势，E 0.3419V，则 表3-1列出一些常用电极的标准电极电势。,正确使用标准电极电势说明如下： （1） 是在标准状态下的水溶液中测 定的，对非水溶液、高温下的固 相液相反应不能应用。,（2）表中所列标准电极电势的数值和符号，不因电极反应的书写方式而改变。例如，不管电极反应是按 Zn22e Zn还是Zn2e Zn2 进行，该电对的标准电极电势都是0.7628V,（3）电极的标准电极电势是强度性质， 没有加合性，其数值与反应系数 无关。以电对Fe3/Fe2为例， 不管是Fe3e Fe2 还是2Fe32e 2Fe2 其,（4）该表为298.15K时的标准电极 电势。由于电极电势随温度变化不 大，其他温度下电极电势也可用此 表。,三、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能斯特（W.Nemst）方程：,式中： ：标准电极电势（V） R：气体常数，其值为 8.314J.K-1.mol-1 F：法拉第常数，其值为 96500C.mol-1,T：绝对温度，单位用K表示 T2730C n：电极反应中转移的电子数 当温度为298.15时，则能斯特方程式 可改写为。,注意一下几点： （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 前的系数不等于 1 时，则氧化态、还 原态物质的浓度应以该系数为指数代 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3-4 计算298.15K Fe3（1mol.L1），Fe2（0.0001molL-1） Pt 电极的电极电势。,解：查表知 Fe3e Fe2， 0.771V，代入能斯特方程得：,例：3-5计算电极反应 MnO4-+8H+ + 5e Mn2+4H2O 在pH5时此电极的电极电势（其他 条件仍为标准态）。,解：查表知该电极的 1.51V则,例：36 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