第三章电极电势与电池电动势ppt课件

1、第三章第三章 电极电势与电极电势与 电池电动势电池电动势第一节第一节 电极电势电极电势一、原电池一、原电池一原电池的概念一原电池的概念 原电池：借助于氧化复原反原电池：借助于氧化复原反响将化学响将化学 能直接转变为电能直接转变为电能的安装。能的安装。 负极：负极：Zn-2e Zn-2e Zn2 Zn2 氧化氧化 正极：正极：Cu2Cu22e 2e Cu Cu 复原复原原电池原电池:Zn:ZnCu2Cu2 Zn2 Zn2CuCu氧化复氧化复原原 盐桥的作用是中和溶液中过剩的盐桥的作用是中和溶液中过剩的电荷，沟通电路，坚持两溶液的电电荷，沟通电路，坚持两溶液的电中性，保证了中性，保证了Zn的氧化和

2、的氧化和Cu2的的复原继续进展。复原继续进展。原电池的安装可用符号表示：原电池的安装可用符号表示：(-)ZnZnSO4(c1)CuSO4(c2)Cu(+)“表示两相的界面，表示两相的界面， “表示盐桥，表示盐桥，(+)和和()分别表示正负极。习惯上把分别表示正负极。习惯上把负极写在左边，正极写在右边。负极写在左边，正极写在右边。 盐桥两边分别为盐桥两边分别为2个半电池即两个半电池即两个电极，每个电极反响包括两类物个电极，每个电极反响包括两类物质，一类是可作复原剂处于低价态质，一类是可作复原剂处于低价态的物质，叫做复原态或复原型物的物质，叫做复原态或复原型物质；另一类是可作氧化剂处于高价质；另一

3、类是可作氧化剂处于高价态的物质，叫做氧化态或氧化型态的物质，叫做氧化态或氧化型物质。两者关系可表示如下：物质。两者关系可表示如下： 氧化态氧化态ne 复原型复原型常用电极半电池通常有四种类型常用电极半电池通常有四种类型 金属金属-金属离子电极金属离子电极Cu 2/CuZn 2/Zn即氧化型即氧化型/复原型复原型 气体电极气体电极 Pt, H+/H2、Pt, Cl2/Cl- 金属金属-金属难溶盐金属难溶盐-阴离子电极阴离子电极 Ag ， AgClsCl- 氧化复原电极氧化复原电极 Pt Fe 3，Fe 2用金属用金属Pt作惰性电极，电极可表示为：作惰性电极，电极可表示为：Pt Fe 3，Fe 2

4、、Pt，H2 H、Pt，Cl2 Cl-等，金属及其难溶盐。等，金属及其难溶盐。例如例如AgCl/Ag，其电极组成为，其电极组成为， Ag AgCl，Cl-例：例：3-1将以下氧化复原反响组成原电池将以下氧化复原反响组成原电池 Cu+2Ag+(c=1.0)Cu2+(c=1.0)+2Ag解：首先把反响分为氧化反响和复原反响解：首先把反响分为氧化反响和复原反响 Cu Cu2+2e (氧化反响氧化反响) Ag+e Ag (复原反响复原反响) (-)CuCu2+(c=0.10)Ag+(c=1.0)Ag(+) 例例3-2 写出以下电池所对应的化学反响写出以下电池所对应的化学反响 (-)PtFe3+，Fe2

5、MnO4-,Mn2+,H+Pt(+) 解：负极发生氧化反响解：负极发生氧化反响Fe2+ Fe3+e 正极发生复原反响正极发生复原反响 MnO4-+8H+5e Mn2+4H2O (1)52得电池反响为得电池反响为 MnO4-+5Fe2+8H+ Mn2+5Fe3+4H2O(二二)电池的电动势电池的电动势 电池的电动势：在原电池的两电极电池的电动势：在原电池的两电极之间电势差。电极电势常用符号之间电势差。电极电势常用符号 表示，电池的电动势用表示，电池的电动势用E表示：表示：E二、电极电势二、电极电势 一电极电势的产生一电极电势的产生 M(s) Mn+(aq)+ne- 在极板上在极板上 在溶液中在溶

6、液中 留于极板上留于极板上溶解堆积 电极电势：产生与金属外表与其电极电势：产生与金属外表与其盐溶液双电层之间的电势差称为金盐溶液双电层之间的电势差称为金属的电极电势。属的电极电势。图图3-2金属的电极电势表示图金属的电极电势表示图二电极电势的测定二电极电势的测定 1规范氢电极规范氢电极 按照按照IUPAC的规定，以规范氢电极的规定，以规范氢电极SHE为规范电极，并规定它的电极为规范电极，并规定它的电极电位为零，将待侧电极和规范氢电极组电位为零，将待侧电极和规范氢电极组成一个原电池，经过测定该电池的电动成一个原电池，经过测定该电池的电动势，就可求出待侧电极的相对值。势，就可求出待侧电极的相对值。

7、规范电极的构造规范电极的构造 系将镀有铂黑的铂片浸入到系将镀有铂黑的铂片浸入到H离子浓离子浓度度确切地是活度为确切地是活度为1mol . L-1的酸溶液中，的酸溶液中，于于298.15K时通入时通入101.3 kpa 的纯真氢气溶的纯真氢气溶液中的液中的H与与H2建立下述平衡：建立下述平衡： H22e 2H图图3 33 3 规范氢电极规范氢电极 2规范电极电势规范电极电势 规定温度为规定温度为298.15K，有关离子，有关离子的浓度为的浓度为1molL-1，气体分压，气体分压为为101.3kpa 时，用时，用 表示。表示。例例3-3将规范氢电极和规范锌电极组成电将规范氢电极和规范锌电极组成电池

8、，实验阐明锌电极是负极，氢电极是池，实验阐明锌电极是负极，氢电极是正极：正极： (-)ZnZn2+(lmol.L-1)H+(lmol.L-1)H2(101.3Kpa) ，Pt(+) 测得电池电动势测得电池电动势E 为为0.7628V，求规，求规范电极电势范电极电势 的值。的值。Zn/Zn2解：因规范锌电极为负极，规范氢解：因规范锌电极为负极，规范氢 电极为正极，那么：电极为正极，那么：v7628. 0v7628. 0Zn/ZnZn/ZnH/H222E 如将规范锌电极转换成规范铜电极，规如将规范锌电极转换成规范铜电极，规范氢电极与规范铜电极组成电池，氢电范氢电极与规范铜电极组成电池，氢电极为负极

9、，铜电极为正极，测得电池的极为负极，铜电极为正极，测得电池的电动势，电动势，E 0.3419V，那么，那么 表表3-1列出一些常用电极的规范电极电势。列出一些常用电极的规范电极电势。v3419. 0C/C2uuE正确运用规范电极电势阐明如下：正确运用规范电极电势阐明如下：1 是在规范形状下的水溶液中测是在规范形状下的水溶液中测 定的，对非水溶液、高温下的固定的，对非水溶液、高温下的固 相液相反响不能运用。相液相反响不能运用。2表中所列规范电极电势的数值和符表中所列规范电极电势的数值和符号，不因电极反响的书写方式而改动。号，不因电极反响的书写方式而改动。例如，不论电极反响是按例如，不论电极反响是

10、按 Zn22e Zn还是还是Zn2e Zn2 进展，该电对的规范电极电势都是进展，该电对的规范电极电势都是0.7628V3电极的规范电极电势是强度性质，电极的规范电极电势是强度性质， 没有加合性，其数值与反响系数没有加合性，其数值与反响系数 无关。以电对无关。以电对Fe3/Fe2为例，为例， 不论是不论是Fe3e Fe2 还是还是2Fe32e 2Fe2 其其v771. 023/FeFe4该表为该表为298.15K时的规范电极时的规范电极 电势。由于电极电势随温度变化不电势。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大，其他温度下电极电势也可用此 表。表。三、电极电势的计算三、电极

11、电势的计算电极电势与温度、浓度间的关系服从电极电势与温度、浓度间的关系服从以下的能斯特以下的能斯特W.Nemst方程：方程：式中：式中： ：规范电极电势：规范电极电势V R：气体常数，其值为：气体常数，其值为 8.314J.K-1.mol-1 F：法拉第常数，其值为：法拉第常数，其值为 96500C.mol-1T：绝对温度，单位用：绝对温度，单位用K表示表示 T2730C n：电极反响中转移的电子数：电极反响中转移的电子数当温度为当温度为298.15时，那么能斯特方程时，那么能斯特方程式式可改写为。可改写为。留意一下几点：留意一下几点：1计算前，首先配平电极反响式。计算前，首先配平电极反响式。

12、2假设电极反响式中氧化态、复原态物假设电极反响式中氧化态、复原态物质质 前的系数不等于前的系数不等于 1 时，那么氧化态、时，那么氧化态、还还 原态物质的浓度应以该系数为指数代原态物质的浓度应以该系数为指数代 入公式。入公式。3假设电极反响中氧化态、复原态假设电极反响中氧化态、复原态 为纯固体或纯液体包括水不为纯固体或纯液体包括水不 必代入方程式中；假设为气体那必代入方程式中；假设为气体那么用么用 分压表示气体分压代入公式时，分压表示气体分压代入公式时， 应除以规范态压力应除以规范态压力101.3kpa。4假设在电极反响中，有假设在电极反响中，有H或或 OH离子参与反响，那么这些离离子参与反响

13、，那么这些离 子的浓度也应根据反响式写在子的浓度也应根据反响式写在 方程式中。方程式中。例例3-4 计算计算298.15K Fe31mol.L1，Fe20.0001molL-1 Pt电极的电极电势。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：例：3-5计算电极反响计算电极反响 MnO4-+8H+ + 5e Mn2+4H2O在在pH5时此电极的电极电势其他时此电极的电极电势其他条件仍为规范态。条件仍为规范态。n解：查表知该电极的解：查表知该电极的 1.51V那那么么例：例：36 判别以下电池判别以下电池298.15K的正的正负极，计算其电动势，并写出电极反响负极，计算其电动势，并写出电极反响和电池反响式。和电池反响式。 ZnZn2(0.001mol