6.2 电极电势的应用

6-4电极电势的应用：,2、判断原电池的正、负极，计算原电池的电动势,E池为电池的电动势，E正和E负分别为正极和负极的电极电势。,E池=E正-E负,E值小的为负极；E值大的为正极,E池=E正-E负,有三个电极A+A,B+B,C+C,E(A+/A)E(B+/B)E(C+/C),原电池(1),CC+A+A,原电池(2),CC+B+B,原电池(3),BB+A+A,E(Ox/Red）代数值越小，该电极上越容易发生氧化反应,还原型物质的还原能力（失去电子能力）越强，是较强的还原剂;氧化型物质的氧化能力弱。,E(Ox/Red）代数值越大，该电极上越容易发生还原反应,表明氧化型物质的氧化能力（得到电子能力）越强，是较强的与氧化剂;还原型物质还原能力越弱；,判断物质氧化还原能力的相对强弱,4氧化还原反应的方向,rGm=-nFE池=-nF(E正-E负)rGm0或E正E负,若在标准态，氧化还原反应自发进行的判据：E池0或E正E负,例题；在标准态下，判断下列反应进行的方向Pb2+Sn=Sn2+Pb,解答：E(Pb2+/Pb)=-0.13VE(Sn2+/Sn)=-0.14V,Pb2+2e-Pb(正极）SnSn2+2e-（负极）,E池=E正-E负=E(Pb2+/Pb)-E(Sn2+/Sn)=-0.13V-(-0.14V)=+0.01V,E池为正值，说明反应按正方向进行。,非标准态，E池0.2V可以用E池判断反应方向,对于含氧酸（或盐）参加的氧化还原反应，溶液的酸度会导致反应方向的改变。,H3AsO4+2I-+2H+=HAsO2+I2+2H2O,pH=8,反应逆向进行；强酸性介质pH=46，反应正向进行,5选择氧化剂和还原剂,什么氧化剂可以氧化I-而不氧化Br-和Cl-？,E(I2/I-)=0.535VE(Br2/Br-)=1.08VE(Cl2/Cl-)=1.358V,电极电势在0.535V1.08V之间,氧化剂Fe3+,6判断氧化还原反应进行的次序（热力学上）,把氯水加入含有Br-和I-的混合溶液中，哪一种先被氧化？,E(I2/I-)=0.535VE(Br2/Br-)=1.08VE(Cl2/Cl-)=1.358V,电极电势差越大，越先被氧化。,氧化剂首先氧化最强的还原剂还原剂首先还原最强的氧化剂,rGm,K,E池,7、氧化还原反应的限度电动势与平衡常数的关系式,rGm=-nFE池(标准态）rGm=-nFE池,例题：在0.10molL-1CuSO4溶液中投入Zn粒，求反应达到平衡后溶液中Cu2+的浓度.在平衡时c(Zn2+)=0.10molL-1,解：反应Cu2+Zn=Zn2+Cu正极的电极反应Cu2+2e-=CuE=0.337V负极的电极反应Zn=Zn2+2e-E=-0.763V,E=E0(正极）-E(负极）=0.337V-(-0.763V)=1.100V,K值如此之大，说明该反应进行得很完全，在平衡时c(Zn2+)=0.10molL-1,结论：,氧化还原反应的方向由E池判断：E池0,氧化还原反应的限度由E池判断：,氧化还原反应的速率与E池无关,8计算难溶电解质溶度积Ksp,解：,lgK=nE/0.059=2-0.126-(-0.359)/0.059=7.87,5-5元素电势图及其应用,拉蒂莫尔图,拉铁莫尔图（Latimerdiagram)也叫元素电势图。将同一元素不同氧化值物种的标准电极电势以图示法表示。,EA(下角A代表酸性溶液）,+1.20+1.18+1.70+1.63+1.36ClO4-ClO3-ClO2-HClOCl2Cl-+7+5+3+10-1,+0.56+2.26+0.95+1.51-1.18MnO4-MnO42-MnO2Mn3+Mn2+Mn+1.695+1.23,+1.51,各物种氧化值降低的方向从左向右排列横线上的数字表示电对的电极电势，横线左端是电对的氧化态，右端是电对的还原态。,拉蒂莫尔图的应用：,1.计算不相邻物种之间的E(Ox/Red),E(A/B)E(B/C)ABCE(A/C),A+n1e-BG1G1=-n1FE(A/B)B+n2e-CG2G2=-n2FE(B/C)A+n3e-CG3G3=-n3FE(A/C),G3=G1+G2n3=n1+n2,n是半反应中转移的电子数，在计算中采用氧化值的改变。,2、判断元素处于某一氧化值时，是否发生歧化反应。,如果图上物种左边的标准电极电势低于右边的标准电极电势（即E左E右），该物种则可以歧化为相邻的物种。,+0.16+0.52Cu2+Cu+CuE左E右+2+10,2Cu+=Cu2+Cu,+0.77-0.44Fe3+Fe2+FeE右0E左0+3+20,（1）2Fe3+Fe=3Fe2+,反歧化：同一元素的高氧化态和低氧化态反应生成中间氧化态。,3、解释元素的氧化还原特性,（2）在非氧化性稀酸中，Fe+2H+=Fe2+H2,（3）在酸性介质中，Fe2+不稳定，易被空气氧化Fe3+e-=Fe2+E(Fe3+/Fe2+)=+0.771VO2+4H+4e-=2H2OE(O2/H2O)=+1.229V4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O,一次电池,锌锰干电池,（-）Zn|ZnCl2,NH4Cl（糊状）MnO2|C(+）,负极发生氧化反应,Zn(s)=Zn2+(aq)+2e-,正极发生还原反应,2MnO2(s)+2NH4+(aq)+2e-=Mn2O3(s)+2NH3(aq)+H2O(l),二次电池,铅蓄电池,（-）Pb|H2SO4（稀）PbO2|C(+）,负极发生氧化反应,Pb+SO42+(aq)=PbSO4(s)+2e-,正极发生还原反应,PbO2+4H+SO42+(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l),PbO2+Pb+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l),电池总反应,二次电池,氢镍电池,（-）Ti-Ni|H2（p）KOH(c)|NiO(OH)C(+）,绿色环保电池,锂离子电池充电时：负极反应：C6Lixe=C6Li1xxLi+（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成复合材料）正极反应：Li1xMO2xLi+xe=LiMO2（LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物）锂离子电池由于使用条件和电池结构上的差别，在安全性方面的要求更严格。锂离子电池中使用有机溶解剂电解液，大量有机溶解剂的使用增加了电池的危险性。镍氢电池的价格仅作为锂电池60%-80%。随着锂电池大量使用还会遇到资源问题。目前比较成熟的锂离子电池生产技术正极材料大都是采用LiCo02，而锂和钴都是稀有矿物。,连续电池,燃料电池,以还原剂为负极反应物质，氢气，烃类，甲醇，煤气，天然气,以氧化剂为正极反应物质，氧气，空气,能量转化率高；寿命长；无噪声，无污染,价格昂贵（用贵金属为催化电极材料）,碱性燃料电池,（-）C|H2(p)KOH(aq)O2(p)|C(+）,负极发生氧化反应,2H2+4OH-(aq)=4H2O(l)+4e-,正极发生还原反应,电池总反应,O2