大学物理化学1.ppt

7 8电极的种类 按照氧化态 还原态物质的状态不同 可将电极分为三类 第一类电极第二类电极氧化还原电极 1 第一类电极 Cl Cl2 g PtCl2 g 2e 2Cl H H2 g Pt2H 2e H2 g H2O OH O2 g PtO2 g 2H2O 4e 4OH Zn2 Zn s Zn2 2e Zn s 1 第一类电极 H H2 g Pt2H 2e H2 g H2O OH H2 g Pt2H2O 2e H2 g 2OH 1 氢电极 1 第一类电极 H2O H O2 g PtO2 g 4H 4e 2H2O H2O OH O2 g PtO2 g 2H2O 4e 4OH 2 氧电极 2 第二类电极 包括金属 难溶盐电极和金属 难溶氧化物电极 1 金属 难溶盐电极 如 甘汞电极 金属上覆盖一层该金属的难溶盐 然后将它浸在含有该难溶盐负离子的溶液中构成 2 第二类电极 如 甘汞电极 反应 Hg2Cl2 s 2e 2Hg 2Cl 甘汞电极的电极电势随氯化钾KCl溶液的浓度而变化 2 第二类电极 0 10 33351 00 2799饱和0 2410 1 金属 难溶盐电极 甘汞电极 反应 Hg2Cl2 s 2e 2Hg 2Cl 2 第二类电极 又例如 Cl AgCl s Ag电极反应 AgCl s e Ag s Cl 甘汞电极是测量电极电势时常用的参比电极 其特点是容易制备 电极电势稳定 氢电极虽然精确度很高 但制备和纯化很复杂 故采用甘汞电极作为二级标准电极 以氢电极为标准测量甘汞电极的电极电势 然后以甘汞电极为二级标准 对其他电极的电极电势进行测量 2 第二类电极 碱性电极 OH H2O Sb2O3 s Sb电极反应 Sb2O3 s 3H2O 6e 2Sb s 6OH 2 金属 难溶氧化物电极 酸性电极 H H2O Sb2O3 s Sb电极反应 Sb2O3 s 6H 6e 2Sb s 3H2O 在锑棒上覆盖一层Sb2O3 s 浸入含H 或OH 的溶液中 构成锑 氧化锑电极 2 第二类电极 碱性电极 OH H2O Sb2O3 s Sb电极反应 Sb2O3 s 3H2O 6e 2Sb s 6OH 锑 氧化锑电极 25 时 2 第二类电极 锑 氧化锑电极 酸性溶液 H H2O Sb2O3 s Sb电极反应 Sb2O3 s 6H 6e 2Sb s 3H2O 25 时 2 第二类电极 锑 氧化锑电极应用 Hg Hg2Cl2 s Cl 未知酸性溶液 Sb2O3 s Sb 25 时 3 氧化还原电极 Fe3 Fe2 PtFe3 e Fe2 Cu2 Cu PtCu2 e Cu MnO4 H 5e Mn2 4H2O 由惰性金属 如铂片 插入含有某种离子的不同氧化态的溶液中构成的电极 电极极板 铂片 只起输送电子的任务 参加反应的物质都在溶液中 氧化还原反应在溶液中进行 MnO4 Mn2 H Pt 3 氧化还原电极 醌 氢醌电极 摩尔甘汞电极 醌 氢醌 Pt 2H 2e 醌 氢醌 醌氢醌是醌和氢醌的等分子复合物 在水中溶解度很小 因此醌和氢醌的浓度很低且相等 故可认为a Q a H2Q 苯醌 正极 3 氧化还原电极 醌 氢醌电极 摩尔甘汞电极 醌 氢醌 Pt 2H 2e 醌氢醌是醌和氢醌的等分子复合物 在水中溶解度很小 因此醌和氢醌的浓度很低且相等 故可认为a Q a H2Q 正极 3 氧化还原电极 醌 氢醌电极 摩尔甘汞电极 醌 氢醌 Pt 25 由于氢醌是弱酸 在碱性条件下会大量电离 使a Q a H2Q 的假设不成立 所以醌氢醌电极不能用于PH 8 5的碱性溶液 例题 解 阳极H2 g 2H 2e 例7 8 2已知25 时 下列电池的电动势E 0 6095V 试计算待测溶液的pH PH 4 67 7 9原电池设计及电池电动势的应用 具体方法 将所研究的具体化学反应过程 不一定是氧化还原反应 还可以是中和反应 沉淀反应等 分成氧化反应和还原反应两部分 将氧化反应部分作为阳极 写在电池表示式的左边 还原反应部分作阴极 写在电池表示式的右边 就得到一个完整的可逆电池表示式 根据电极的标准还原电极电势和能斯特方程计算设计出的可逆电池的电动势 一 从化学反应设计电池 7 9原电池设计及电池电动势的应用 一 从化学反应设计电池 首先找一个相关的电极反应 总反应减去电极反应 得另一个电极反应 两个相关的电极反应 氧化反应 负极 还原反应 正极 7 9原电池设计及电池电动势的应用 Zn s 2H aq H2 g Zn2 aq Zn s Zn2 2e Zn Zn2 aq H aq H2 g Pt 一 从化学反应设计电池 例2 2H 2e H2 g H H2 g Pt Zn2 Zn 氧化反应 负极 还原反应 正极 7 9原电池设计及电池电动势的应用 AgCl s Ag Cl Ag s Ag e Ag a Ag 一从化学反应设计电池 例3 AgCl s e Ag s Cl 氧化反应 负极 还原反应 正极 Cl a AgCl s Ag Ag Ag a Cl a AgCl s Ag 平衡时E 0 7 9原电池设计及电池电动势的应用 AgCl s Ag Cl 验证 阳极Ag s Ag e 阴极AgCl s e Ag s Cl Ag Ag a Cl a AgCl s Ag 电池反应 AgCl s Ag Cl 一从化学反应设计电池 例3 7 9原电池设计及电池电动势的应用 一 从化学反应设计电池 例4 化学反应 H2O l H OH Pt H2 g P H aq OH aq H2 g P Pt H2O l e 1 2H2 g P OH 1 2H2 g P e H 氧化反应 负极 还原反应 正极 H aq H2 g P Pt OH aq H2 g P Pt 7 9原电池设计及电池电动势的应用 一 从化学反应设计电池 例4 化学反应 H2O l H OH Pt O2 g P H aq OH aq O2 g P Pt 1 2H2O l e H aq 1 4O2 1 4O2 1 2H2O l e OH 氧化反应 负极 还原反应 正极 OH aq O2 g P Pt H aq O2 g P Pt Pt H2 g P H aq OH aq H2 g P Pt 对比 7 9原电池设计及电池电动势的应用 例1 H2 g p1 H a e H a e H2 g p2 解 1 H2 g p1 H2 g p2 p1 p2 氧化反应 负极 还原反应 正极 二 其他过程设计电池 7 9原电池设计及电池电动势的应用 解 H2 g p1 2H a 2e 2H a 2e H2 g p2 氧化反应 负极 还原反应 正极 设计电池 Pt H2 g P1 H a H2 g P2 Pt 必须为单液电池 H a 才能抵消 7 9原电池设计及电池电动势的应用 设计电池 Pt H2 g P1 H a H2 g P2 Pt 电池反应 阴 阳电极种类相同 两电极E 相等 电池E 0 7 9原电池设计及电池电动势的应用 电池净反应不是化学反应 仅仅是某物质从高压到低压或从高浓度向低浓度的迁移 电池标准电动势E 0 浓差电池的特点 7 9原电池设计及电池电动势的应用 Ag Ag a2 e Ag a1 e Ag 解 2 Ag a1 Ag a2 a1 a2 氧化反应 负极 还原反应 正极 设计电池 Ag Ag a2 Ag a1 Ag 双液浓差电池 7 9原电池设计及电池电动势的应用 电池反应 Ag a1 Ag a2 a1 a2 设计电池 Ag Ag a2 Ag a1 Ag 7 9原电池设计及电池电动势的应用 阳极 Ag Cl a1 AgCl s e 阴极 AgCl s e Ag Cl a2 例 设计电池Cl a1 Cl a2 a1 a2 例题 例7 9 2利用表7 7 1的数据 求25 AgCl s 在水中的溶度积Ksp 分析 AgCl s Ag Cl 思路 设计原电池 电池反应为AgCl s Ag Cl 则可根据电池的E 计算反应的标准平衡常数 例题 例7 9 2利用表7 7 1的数据 求25 AgCl s 在水中的溶度积Ksp 解 溶解过程表示为AgCl s Ag Cl 阴极AgCl s e Ag Cl 阳极Ag Ag e 设计电池如下 Ag Ag a Cl a AgCl s Ag 例题 查表7 7 1 25 时 平衡时 E 0故 7 9原电池设计及电池电动势的应用 2 计算反应的标准平衡常数K 三 电池电动势的应用 1 判断反应是否能进行 3 测离子平均活度系数g 4 溶液PH值测定 7 9原电池设计及电池电动势的应用 将反应设计成电池 根据能斯特方程计算电池电动势E 三 电池电动势的应用 1 判断反应是否能进行 E 0 rGm zEF 0 反应能自发进行 E0 反应不能自发进行 7 9原电池设计及电池电动势的