第7章-第2节-原电池及电动势

,第七章,氧化还原与电化学,第七章 氧化还原与电化学,第一节 氧化还原反应,第二节 原电池与电动势,第三节 电极电势的应用,第二节 原电池与电动势,一、原电池,二、原电池的电动势,三、原电池的电极电势,四、电动势,E,与,G,的关系,五、能斯特方程,Cu,2+,(aq) + Zn (s) = Cu (s) + Zn,2+,(aq),烧杯中的氧化还原反应：,一、原电池,(,定义,),化学能,热能,氧化还原反应都有电子转移，但不能产生定向移动的电流，能否设计一种装置将其转化为定向移动的电流，即能否将,化学能,转化为,电能,呢,?,普通干电池,充电干电池,钮扣电池,笔记本电脑,专用电池,摄像机,专用电池,手机电池,生活中的电池,Cu-Zn,原电池装置,接通内电路,原电池,:,借助于氧化还原反应将化学能转变为电能的装置,电极,:,分为,负极,和,正极,。由电极导体和电解质溶液组成。,负极,:,Zn,片和硫酸锌溶液,失,电子即,电子流出,的一极,如,: Zn-2e,-,Zn,2+,(,氧化反应,),正极,: Cu,片和硫酸铜溶液,得,电子即,电子流入,的一极,如,: Cu,2+,+2e,-,Cu(,还原反应,),电子流向,：锌片,(,负极,),铜片,(,正极,),电流流向,：铜片,(,正极,),锌片,(,负极,),溶液中,阳,离子向,正,极移动，,阴,离子向,负,极移动。,一般由,电极、导线、盐桥,等组成。,Cu-Zn,原电池组成,Cu-Zn,原电池组成,盐桥,什么是盐桥？,盐桥的作用是什么？,(,冻胶的作用是防止管中的溶液流出，,K,+,和,Cl,-,能在冻胶内自由移动。,),构成闭合回路，代替两溶液直接接触,平衡电荷,(,中和,Zn,2+,过剩和,SO,4,2-,过剩，,保持两个半电池溶液的电中性,)。,饱和的,KCl,溶液和,5,琼脂做成的冻胶,电极反应与电池反应,原电池,由两个,半电池,组成，半电池又称电极。在两电极上发生的,半反应,(,氧化反应和还原反应,),均称为,电极反应,。两个电极反应之和即总反应称为,电池反应,。,Cu,-,Zn,原电池中：,负极反应：,Zn - 2e Zn,2+,(,氧化半反应,),正极反应：,Cu,2+,+ 2e Cu,(,还原半反应,),电池反应：,Zn + Cu,2+, Zn,2+,+ Cu,(,总反应,),金属导体如,Cu,、,Zn,惰性导体如,Pt,、石墨棒,电极,/Cu,Cu,2+,/Zn,Zn,2+,电对,半反应通式：,氧化型,+ ne ,还原型,负极“,(-),”,写在左边，正极“,(+),”,写在右边。,半电池中两相界面用“,”,表示,;,同相不同物种用“,”,分,开,;,溶液、气体要注明,c,B,p,B,；盐桥用“,|,”,表示 。,若电极反应无金属导体,用惰性电极,Pt,或,C (,石墨,),。,纯液体、固体和气体,写在靠惰性电极一边，用“,”,分,开。,(,如氢电极,),如,Cu,Zn,原电池的电池图式为：,(,-,),Zn (s),Zn,2+,(1.0mol/L),|,Cu,2+,(1.0mol/L),Cu (s),(,+,),原电池符号,(,电池图式,),的书写方法：,原电池的图式表示,(-)Zn | Zn,2+,(,c,1,),H,+,(,c,1,) |,H,2,(,p,),|,Pt,(+),Fe,3+,(,c,1,),，,Fe,2+,(,c,2,),|,Pt,(+),(-),Pt,|,Cl,2,(,p,) | Cl,-,(,c,),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，中间用“，”分开。,Sn,4+,(,c,1,),，,Sn,2+,(,c,2,),| Pt (+),Cr,2,O,7,2-,(,c,1,),H,+,(,c,2,), Cr,3+,(,c,3,) | Pt (+),(-) Pt,|,O,2,(,p,) |,H,2,O,，,OH,-,(,c,1,),参与电极反应的,其它物质,也应写入电池符号中。,原电池的图式表示,半反应与常见电极类型,金属,及其离子,电极,Cu,2+,+ 2e,-,= Cu Cu(s)Cu,2+,(c),气体电极，须加惰性电极,(Pt or C),2H,+,+ 2e,-,= H,2,Pt(s)H,2,(p),H,+,(c), 不同价态的离子,电极,，须加惰性电极,Fe,3+,+ e,-,= Fe,2+,Pt(s)Fe,3+,(c,1,), Fe,2+,(c,2,),金属及其难溶盐电极,AgCl + e,-,= Ag + Cl,-,Ag(s)AgCl,(s),Cl,-,(c),Fe,3+,Fe,2+,Pt,Cl,-,Ag,AgCl,半反应与常见电极类型,铜银原电池,铜氢原电池,铜与铁离子,如铜锌原电池,例：写出如下原电池的图式,二、原电池的电动势,原电池中,正,、,负,两个电极形成的,电位差,叫做该原电池,的电动势，用,E,表示。,原电池电动势的大小与构成原电池,物质的性质,、,温度,、反应物,浓度,和,压力,有关,标准条件下的电动势叫做原电池的,标准电动势,，用,E,表示。,标准条件：,c,=1mol/L,p,=100kPa,。,二、原电池的电动势,原电池：(),Zn|ZnSO,4,(,c,1,)CuSO,4,(,c,2,)|Cu(+),若反应写作,Cu,2+,+ ZnCu + Zn,2+,E,1.1037V；,若反应写作,Cu + Zn,2+,Cu,2+,+ Zn,E,1.1037V；,原电池电动势的,正负号,代表了氧化还原反应,自发进行的方向,。,三、原电池的电极电势,如果,溶解,沉积,则如图,a,；,如果,沉积,溶解,则如图,b,。,都会形成,双电层,产生电势差,称之为,金属的电极电势,。,用,(,氧化态,/,还原态,),表示,例如,(,Cu,2,/Cu,),等。,双电层理论：,金属在其盐溶液中,溶解,和,沉积,形成动态平衡：,M(s),溶解,M,n+,(aq),+ ne,-,值,越大,氧化能力越强,;,值,越小,氧化能力越弱。,沉积,(1),电极电势,(,),：,每个电极上半反应的电位差。,M,活泼,M,n+,稀,M,不活泼,M,n+,浓,M M,n+,(aq) +ne,-,双电层,M M,n+,(aq) +ne,-,溶解,沉积,沉积,溶解,(,3),原电池的电动势,(,E,):,E,=,正,负,原电池的正、负极之间的电极电势差称为,原电池的电动,势,，用,E,来表示。,规定,:,原电池的电动势等于,正极,的电,极电势,减去,负极,的电极电势。,(2),标准电极电势,(,),标准状态,(,即,溶液中有关离子的浓度为1.0,molL,-1,气体的,压力为100,kP,a,),下电极,的,电极,电势,，,称为,标准电极电势。,表示,为,:,(,氧化态,/,还原态,),例如,:,(,Cu,2,/Cu,);,(,Zn,2,/Zn,),等。,E,=,正,负,三、原电池的电极电势,(4),标准电极电势的测定,:,三、原电池的电极电势,电极电势的绝对值无法测定，实际应用中只需知道它们的,相对值,，我们人为地选择,某一电极为标准,，,规定电极电势为零,，而把其他电极与,此标准电极,构成的原电池的电动势，作为,该电极的电极电势,。,国际上统一规定,标准氢电极,作为,标准电极,，并规定任何温度下，其电极电势为零。,标准氢电极装置图,氢电极,电极反应,:,2H,+,(aq) + 2e,-,H,2,(g),氢电极,半电池符号,:,Pt | H,2,(100kPa) | H,+,(1.0molL,-1,),规定,:,(,H,+,/,H,2,)= 0.000V(,伏,),(4),标准电极电势的测定,:,理论上，一般选择,标准氢电极,作为参比电极。,标准氢电极,:,三、原电池的电极电势,根据,未知电极,的标准电极电势？,将,未知电极,和,标准氢电极,组成原电池，测定原电池的电动势，即可求出未知电极的标准电极电势。,(,),未知电极,标准氢电极,(,),或,(,),标准氢电极,未知电极,(,),E,=,正,负,三、原电池的电极电势,(4),标准电极电势的测定,:,三、原电池的电极电势,(5),使用标准电极电势表应注意的事项,测定方法：,(,-,),标准氢电极,待测电极,(,+,),规定标准氢电极的电极电势为零，即：,规定所有电极反应都写成,还原反应,的形式，即：,氧化态,ne,-,还原态,，共同比较电对获得电子的能力，因此又称标准还原电对。,其标准电极电势表示为,(,氧化态,/,还原态,),。,的大小与半电池反应的写法无关。,例如：,(aq),2Cl,2e,),g,(,Cl,2,+,-,-,1.3583 V,(aq),Cl,e,(g),Cl,2,1,2,+,-,-,1.3583 V,三、原电池的电极电势,(5),使用标准电极电势表应注意的事项,小的电对对应的还原型物质还原性强；,大的电对对应的氧化型物质氧化性强。,同一物质在一电对中是氧化型，在另一电对中,可能是还原型。,例如：,Fe,2+,+2e=Fe,Fe,2+,/Fe,0.44 V,Fe,3+,+e=Fe,2+,Fe,3+,/Fe,2+,0.77 V,三、原电池的电极电势,(5),使用标准电极电势表应注意的事项,一些电对的,与介质的酸碱性有关。,酸性介质：,A,，查酸表；,碱性介质：,B,查碱表。,【,例,】,将标准氢电极与标准银电极组成原电池，经测量,标准氢电极为原电池的负极,，原电池的标准电动势为,+0.7996V,。试计算标准银电极的电极电势。,解：,由题意知：,负,=,氢电极,=,0.000V,正,=,银电极,根据,E,=,正,-,负,=,正,- 0.000V,则有,正,=,E,=,+0.7996V,答：,标准银电极的电极电势为,+0.7996V,。,(-),Zn|Zn,2+,(,1molL,-1,) |,H,+,(1molL,-1,)|H,2,(,100k,Pa)|Pt,(+),298.15K,时测得标准电动势,E,=+,0.76V,，求,Zn,2+,/,Zn,的标准电极电势。,【,例,】,已知标准氢电极与标准锌电极组成下面原电池,:,解,:,由题意知,:,氢电极为正极， 锌电极为负极。,根据,E,=,正,-,负,=,(H,+,/,H,2,),-,(,Zn,2+,/,Zn,),= 0.000V-,(,Zn,2+,/,Zn,),(,Zn,2+,/,Zn,) = -,E,= - 0.76V,答,:,(,略,),。,电极反应,: Hg,2,Cl,2,(s) + 2e,-,2Hg(l)+2Cl,-,(aq),电极符号,: Pt,|,Hg(l),|,Hg,2,Cl,2,(s)|KCl(c),将,待测电极,与,参比电极,组成原电池,参比电极,在实际测定中，常用,易于制备、使用方便且电极电势稳定的,甘汞电极,或,氯化银电极,等作为电极电势的对比参考，称为,参比电极,。,标准甘汞电极：,饱和甘汞电极：,甘汞电极,电极反应,:,T,=298K,时，标准电极电势为0.2223,V,饱和电极电势为0.,2000V,银,-,氯化银电极,电极符号,:,AgAgClCl,-,参比电极,图为由,Ni,2+,浓度分别为1.00,10,3,mol/L,和1.00,mol/L,的两种溶液组成的浓差电极,。,浓差电极,由两种不同浓度的某金属离子的溶液分别与该金属所形成的两个电极，也可以组成一个原电池，叫,浓差电池,。,电池反应为：,负极：,Ni(,s,),Ni,2+,(,稀溶液) +,2e,正极：,Ni,2+,(,浓溶液) +,2e,Ni(,s,),总反应：,Ni,2+,(,浓溶液),Ni,2+,(,稀溶液),酸度计,就是利用了浓差电极的原理对溶液中的氢离,子浓度进行测量。,浓差电极,四、电动势,E,与,r,G,m,的关系,在标准状态下,:,G,= -,nFE,在任意状态下,:,G,= -,nFE,研究表明：在恒温恒压下，系统对环境所做的,最大,非体积功,等于,系统的吉布斯自由能变,。对于,原电池,来说，系统对环境所做的非体积功只有,电功,。,G,= -,nFE,F,= 96485Cmol,-1,法拉第常数,n,反应中得失电子数，,mol,G,= -,nF,;,G,= -,nF,对于电极反应：,【,例,】,已知铜锌原电池的标准电动势为1.10,V,试计,算原电池的标准摩尔吉布斯函数变,r,G,m,。,解,:,Zn + Cu,2+,= Zn,2+,+ Cu,因为发生,1mol,化学反应需转移2,mol,电子,所以,n = 2mol;,又,F =,96485Cmol,-1,E,=,1.10,V, ,r,G,m,= -,nFE,= -2mol96485,Cmol,-1,1.10,V,= -212267(,Jmol,-1,) = -212.3,kJ,mol,-1,答,:,该原电池的标准摩尔吉布斯函数变为,-212.3,k,Jmol,-1,。,例：,计算由标准氢电极和标准镉电极组成的原电池的,E,G, K,，并写出电池图解、电极反应、电池反应方程。,解：,电池图解：,电池反应：,电极反应：正极,负极,aA + bB dD + eE,五、能斯特方程,浓度对电动势和电极电势的影响,能斯特方程,对于任意状态下的氧化还原反应：,标准状态下：,E,=,正,负,非标准状态下，,电极电势的大小与电对本身性质，反,应温度、反应浓度和压力有关,其中,:,r,G,m,= -,nFE,r,G,m,= -,nFE,代入上式得：,c,D,/,c,d,c,E,/,c,e,c,A,/,c,a,c,B,/,c,b,-,nFE =,-,nFE,+,2.303RT lg,原电池电动势的,Nernst,方程,E = E,-,lg,2.303RT,n,F,c,D,/,c,d,c,E,/,c,e,c,A,/,c,a,c,B,/,c,b,0.0592V,n,c,A,/,c,a,c,B,/,c,b,c,D,/,c,d,c,E,/,c,e,浓度对原电池电动势,E,影响的,能斯特方程：,将,T= 298.15K, R,8.314 Jmol,K,-1,F= 96485 Cmol,-1,代入,则得,:,E = E,-,lg,整理：,五、能斯特方程,a,氧化态,+ ne,-,b,还原态,将,r,G,m,= -,nF,r,G,m,= -,nF,对于,非标准态下,的任意电极反应,:,同理：,代入上式得,:,c,(,还原态,)/,c,b,c,(,氧化态,)/c,a,-,nF,=,-,nF,+,2.303RT lg,r,G,m,= ,r,G,m,+ 2.303 RT lg,Q,电极电势的,Nernst,公式,五、能斯特方程,=,+,lg,=,- lg,2.303RT,nF,n,0.0592V,c,(,还原态,)/,c,b,c,(,氧化态,)/,c,a,c,(,氧化态,)/,c,a,c,(,还原态,)/,c,b,或,:,将,T = 298.15K,R,8.314JK,-1,F= 96485Cmol,-1,代入上式可得,:,=,-,lg,0.0592V,n,c,(,还原态,)/,c,b,c,(,氧化态,)/,c,a,浓度对电极电势,影响的能斯特方程：,(,最常用公式,),五、能斯特方程,使用电极电势能斯特方程的注意事项,(1),分清氧化态和还原态；,(2),电极反应中的化学计量系数为指数。,(3),若,电极反应有,H,+,或,OH,-,参与,其浓度也列入方程中。,n,0.0592V,c,(,氧化态,)/,c,a,c,(,还原态,)/,c,b,=,+ lg,五、能斯特方程,(4),能斯特方程中的,n,、,a,、,b,要对应，即要写出半反应式,MnO,4,-,+ 8H,+,+ 5e,-,= Mn,2+,+ 4H,2,O,(5),气体用分压表示，溶液用浓度表示,Cl,2,(g) + 2e,-,= 2Cl,-,Cl,2,(g) + 2e,-,= 2Cl,-,五、能斯特方程,(6),纯固体、纯液体和稀溶液中的溶剂水不写,入能斯特方程。,Br,2,(l) + 2e,-,= 2Br,-,五、能斯特方程,例,1,：,写出下列电对的能斯特方程,Br,2,(l),+ 2e 2Br,-,Fe,3+,+ e Fe,2+,例,2,：,已测得某铜锌原电池的电动势为1.06,V，,已知,c,(Cu,2+,) = 0.020mol/L,，求该原电池中,c,(Zn,2+,),？,解：,电池反应,由附表知,所以锌电极为负极，铜电极为正极,E,=,正,负,=0.3419-(-0.7618)=1.1037V,(Zn,2+,/Zn)= -0.7618V,(Cu,2+,/Cu),=0.3419V,Zn(s) +,Cu,2+,(aq),= Zn,2+,(aq) +,Cu(s),例,3,：,计算,Zn,2+,/Zn,电对在,c,(Zn,2+,),= 0.001,molL,-1,时的,电极电势。,(,已知,(Zn,2+,/Zn)= - 0.7618V),(Zn,2+,/Zn),=,(Zn,2+,/Zn),+,lg,解：,Zn,2+,+,2e,-,=,Zn,，,n,= 2,2,0.0592V,2,0.0592V,c,(,Zn,2+,),/,c,答,: (,略,),。,= - 0.7618,V,+,lg ,0.001,/,1.0,= - 0.8506V,回答下列问题,（,1,）写出电池反应方程和电池图解,例：,某原电池的一个半电池是由金属,Co,浸在,1.0mol/L Co,2+,溶液中组成；另一半电池由,Pt,片浸入,1.0mol/LCl,-,的溶液中并不断通入,Cl,2,（,p(Cl,2,),=100kPa,）组成，实验测得电池的电动势为,1.63V,，钴电极为负极，已知,（,2,）,（,3,）,p(Cl,2,),增大时，电池电动势如何变化？,（,4,）当,Co,2+,浓度为,0.01mol/L,时，电池的电动势。,解：,（,1,）电池反应方程,电池图解,（,2,）,（,3,）,当,p(Cl,2,),增大时，,增大，,E,增大,（,4,）应用原电池电动势的,Nernst,方程,E,=,正,-,负,第三节 电极电势的应用,一、,比较氧化剂和还原剂的相对强弱,二、判断原电池的正负极和计算电动势,三、判断氧化还原反应自发进行的方向,四、,衡量氧化还原反应进行的程度,五、歧化反应的判断,电极电势最大,的电对所对应的,氧化态,是,最强的氧化剂,；,电极电势最小,的电对所对应的,还原态,是,最强的还原剂,。,例：,找出下列四组电对中最强的氧化剂和最强的,还原剂。,(Fe,3+,/Fe,2+,) = +0.771V;,(I,2,/I,-,) = + 0.5355V,(Sn,4+,/Sn,2+,) = +0.151V,；,(Ce,4+,/Ce,3+,) = +1.72V,解,:,最强的氧化剂是,:,Ce,4+,最强的还原剂是,:,Sn,2+,一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱,标准电极电势表,规律,:,值越大，其,氧化态的氧化性越强；,值越小，其还原态的还原性越强。,一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱,二、判断原电池的正负极和计算电动势,利用,E,=,正,-,负,电极电势,值,大,的电对作,正极,电极电势,值,小,的电对作,负极,注意两种情况,:,标准状态下,直接,查表,得标准电极电势,值,然后 比较,大小确定,正,、,负极,计算,电动势,E,;,非标准状态下,先根据能斯特方程,计算,出电极电势,值,再比较,大小确定,正,、,负极,计算,电动势,E,。,例：,将标准锡电极,Sn(s)Sn,2+,(1.0molL,-1,),与标,准铅电极,Pb(s) Pb,2+,(1.0molL,-1,),组成原电池，,试判断该原电池的正,、,负极，计算电动势,。,解,:,本题中组成原电池的两个电极均为标准电极,查表知：,(Sn,2+,/Sn),= -,0.1375V,(Pb,2+,/Pb),= -,0.1262V,(Pb,2+,/Pb),(Sn,2+,/Sn),标准铅电极,为正极，,标准锡电极,为负极。,E,=,正,-,负,=,-,0.1262V-(,-,0.1375V),= +,0.0113V,答,: (,略,),。,例：,通过,计算确定原电池的正、负极和原电池的电动势。,ZnZn,2+-1,) | Cu,2+-1,)Cu,解,:,先分别计算两个电对的电极电势， 然后比较大小。,(Zn,2+,/Zn)=,(Zn,2+,/Zn)+( 0.0592/2 )lg c(Zn,2+,)/,c, = - 0.7912V,(Cu,2+,/Cu)=,(Cu,2+,/Cu)+( 0.0592/2)lg c(Cu,2+,)/,c, = 0.3508V,(Cu,2+,/Cu),(Zn,2+,/Zn),Cu,2+,/Cu,正极, Zn,2+,/Zn,作负极。,E,=,正,-,负,= 0.3508 - (-0.7912) =1.142V,(-),ZnZn,2+-1,),|,Cu,2+-1,)Cu,(+),对于任意氧化还原反应：,aA,+,bB = dD,+,eE,氧化还原反应自发进行的判断,E,判据,r,G,m,=,-,nFE,0,E,0,，,+,-,正向自发进行,;,r,G,m,=,-,nFE,= 0,E,=,0,，,+,=,-,达到平衡状态,;,r,G,m,=,-,nFE,0,E,0,，,+,-,正向自发进行,;,E,=,0,，,+,=,-,达到平衡状态,;,E,0,，,+,-,逆向自发进行。,四、衡量氧化还原反应进行的程度,0.0592V,nE,lg,K,=,p204,四、计算题,3,、,4,交作业时间：,作 业,简答：,5,分；计算题：,15,分,理论上讲，任何一个氧化还原反应都能组成,原电池,。,每个原电池都由,两个半电池,构成，分别对应,两个电极反应,。,根据氧化还原反应可以设计原电池,:,原电池设计,例：,将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。,解：,解题关键,:,先判断正负极,Fe,2+,+ Cr,2,O,7,2-,+ H,+, Fe,3+,+ Cr,3+,+ H,2,O,(-) Fe,2+,- e,-,= Fe,3+,(+) Cr,2,O,7,2-,+ 14H,+,+ 6e,-,= 2Cr,3+,+ 7H,2,O,6Fe,2+,+,Cr,2,O,7,2-,+ 14H,+,= 6Fe,3+,+ 2Cr,3+,+ 7H,2,O,(-) PtFe,2+,(,c,1,), Fe,3+,(,c,2,),Cr,2,O,7,2-,(,c,3,), H,+,(,c,4,), Cr,3+,(,c,5,),Pt,(+),例：,将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。,Cl,-,+ MnO,4,-,+ H,+, Cl,2,+ Mn,2+,+ H,2,O,(-) 2Cl,-,- 2e,-,= Cl,2,(+) MnO,4,-,+ 8H,+,+ 5e,-,= Mn,2+,+ 4H,2,O,10Cl,-,+,2MnO,4,-,+ 16H,+,= 5Cl,2,+ 2Mn,2+,+ 8H,2,O,例：,将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。,电极的类型,构成原电池的电极通常分为三类，如下表所示。,解：可能的反应,Ag(s) - e,-,= Ag,+,(aq),Ag,+,(aq) +Br,-,(aq) = AgBr(s),即：,Ag,在,NaBr,溶液中比在,AgNO,3,溶液中更易失电子。,同理，金属离子形成配离子时也有相似的情况。,例,4-6,、已知,25,时，,(,Ag,+,/Ag,),0.7996V,，若在银电极中加入,NaBr,溶液，使,AgBr,沉淀达平衡，平衡时,c,(Br,-,)=1.0 moldm,-3,，求银电极的电极电势。,七、由,E,计算,K,例：,由,(H,+,/H,2,) =,0.000,V,(Pb,2+,/Pb) = -,0.126,V,知,2H,+,+ Pb = H,2,+ Pb,2+,反应能自发进行（标态），若在氢电极中加,NaAc,并使平衡后溶液中,HAc,及,Ac,浓度为,1.00 mol/L, p,H2,为,100 kPa,上述反应能自发进行吗？,解：,正极反应：,2H,+,+ 2e = H,2,加入,NaAc,后，在氢电极的溶液中存在以下平衡：,H,+,+ Ac,= HAc,E =,(H,+,/H,2,),(Pb,2+,/Pb),= - 0.281,(-0.126) = -0.155 V,所以，该反应不能自发进行。,新电对,HAc/H,2,: 2HAc + 2e = H,2,+ 2Ac,标态下：,例：,电池,(-),Pt, H,2,(p,),|,HA(1.0 mol/L),A,(1.0 mol/L),|,H,+,(1.0 mol/L),|,H,2,(p,),Pt,(+),求,：,在,298K,时，测得电池电动势为,0.551 V,试计算,HA,的,K,a,.,解：,E,=,(H,+,/H,2,),(HA/H,2,),E,(HA/H,2,),= 0.000,0.551 = -0.551 V,据,：,0.551 = 0.000 + 0.0592lg,K,a,HA,lg,K,a,HA,= -0.551/0.0592 = -9.307,K,a,HA,= 4.93, 10,10,同样地，形成络合物时，也会影响电极电势。通过电池电动势的测定，也可求络合物稳定常数。,正、负极标准电势差值越大，平衡常数也就越大，反应进行得越彻底. 因此，可以直接利用,E,的大小来估计反应进行的程度. 一般地，平衡常数,K,=10,5,，反应向右进行程度就算相当完全了。当,n,=1,时，相应的,E,=0.3 V，,这是一个直接从电势的大小来衡量反应进行程度的有用数据。,八 估计反应进行的程度,298,K,时，测得下列原电池电动势为 0.460,V，,求溶液的,pH,。,九、 求溶液的,pH,Zn | Zn,2+,( 1.00 mol/L ) | H,+,(?) | H,2,( 100 kPa ), Pt,解：,Zn + 2H,+,= Zn,2+,+ H,2,E,= 0.460 V,得：,( Zn,2+,/Zn ) = -0.763 V,( H,3,O,+,/H,2,) = 0.000 V,例,4-1,、（,1,）,分解为两个半反应,还原反应：,氧化反应：,总反应：,2,6,7,14,十、氧化还原反应离子方程的配平,( ),5,(,),2,例,4-1,、（,2,）,分解为两个半反应,还原反应：,氧化反应：,总反应：,浓差电池（,Concentration cell,）,PtH,2,(g, 110,5,Pa)H,3,O,+,(x mol dm,-3,),H,3,O,+,(1 mol dm,-3,)H,2,(g, 110,5,Pa)Pt,两边,c,(H,3,O,+,),相等时电池耗尽, 外电路不再有电流通过。,H,2,氧化,c,(H,3,O,+,),不断增大,H,3,O,+,还原,c,(H,3,O,+,),不断减小,1,0.0592V,c,(,Fe,3+,),/,c,c,(,Fe,2+,),/,c,0.0592V,2,c,(,Zn,2+,),/,c,例如,非标准态、,298.15K,时的下列电极反应中,各氧化还原电对的电极电势,的计算公式可分别写为,:,(2),Fe,3+,+ e,-,=,Fe,2+,，,n,=1,(1),Zn,2+,+2e,-,= Zn,，,n,=2,(Fe,3+,/,Fe,2+,),=,(Fe,3+,/,Fe,2+,),+,lg,(Zn,2+,/,Zn),=,(Zn,2+,/,Zn),+,lg,1,0.0592V,29,(,3),2H,+,+,2e,-,=,H,2,，,n,=2,0.0592V,2,c,(,H,+,),/,c,2,p,(,H,2,),/,p,(H,+,/,H,2,),=,(H,+,/,H,2,),+,lg,(4) MnO,4,-,+,8H,+,+,5,e,-,=,Mn,2,+,+,4H,2,O,，,n,=5,0.0592V,5,c,(MnO,4,-,),/,c,c,(,H,+,),/,c,8,c,(,Mn,2+,),/,c,(,MnO,4,-,/,Mn,2,+,),=,(,MnO,4,-,/,Mn,2,+,) +,lg,【,例,3-7】,计算,H,+,/H,2,电对在,c,(H,+,),= 1.0,molL,-1,p,(H,2,)=0.1kPa,时的电极电势,. (,已知,(H,+,/H,2,)=0.0000V),解,:,2H,+,+ 2e,-,=,H,2,，,n,=2,0.0592V,2,c,(,H,+,),/,c,2,p,(,H,2,),/,p,(H,+,/,H,2,),=,(H,+,/,H,2,),+,lg,2,0.0592V,= 0.0000,V,+,lg,1.0,/,1.0,2,0.1,/,100,= 0.0888V,答：,(,略,),。,32,4-1,原电池及电极电势,4-2,能斯特方程,4-3,电极电势的应用,4-4,电化学技术,要点为：,掌握化学电池的电极和电池反应，了解电极电势概念；,掌握能斯特方程及其简单应用；,初步掌握可逆电池热力学的基本规律及应用；,初步了解电化学的一部分应用问题。,学习重点,氧化还原反应概念间的相互关系：,反应物,氧化剂,还原剂,发生还原反应,(,被还原,),还原产物,生成物,(,具有氧化性,),得电子,(,氧化数降低,),(,具有还原性,),发生氧化反应,(,被氧化,),失电子,(,氧化数升高,),氧化产物,(,具有还原性,),(,具有氧化性,),复习,Cu,2+,+ Zn = Cu + Zn,2+,氧化剂,还原剂,还原产物,氧化产物,Cu,2+,+ 2e,-,Cu,还原反应,(,得电子,),Zn - 2e,-,Zn,2+,氧化反应,(,失电子,),半反应,以,Cu-Zn,原电池和电解,HCl,溶液的电解池为例。,原电池：,正极,Cu,2+,+2e,Cu,习惯上：电极上发生氧化反应的极称为,阳极,，,电极上发生还原反应的极称为,阴极,。,负极,Zn Zn,2+,+2e,电解池：,阳极,2Cl,-,Cl,2,+2e,氧化反应,得电子，被还原， 发生还原反应。,失电子，被氧化， 发生氧化反应。,阴极,2H,+,+2e H,2,还原反应,氧化还原反应与电化学中两极的关系,电池充电,(,电解池,),电池放电,(,原电池,),电化学研究的内容：,化学能,电能,实现方式：电池中电子、离子的迁移及,电极的氧化还原反应。,化学电源,将化学能直接转换成电能的装置。,化学电源已成为现代社会生活的必需品， 而,化学电源都与氧化还原反应有关。,本节将着重探讨以氧化还原反应为基础的电化学问题,简 介,半电池中的氧化还原电对,在每个半电池中,都含有同一元素,不同价态的二种物质,:,其中,: Zn,、,Cu,称为,还原态物质,(,低价态,还原剂,),;,Zn,2+,、,Cu,2+,称为,氧化态物质,(,高价态,氧化剂,),.,同一元素的氧化态物质和还原态物质,组成了,氧化还原电对,简称,电对,用,“氧化态,/,还原态”,表示,.,例如,:,锌半电池中含有,Zn,、,Zn,2+,;,铜半电池中含有,Cu,、,Cu,2+,。,例如,:,锌半电池的电对可表示为,:,Zn,2,/ Zn;,铜半电池的电对可表示为,:,Cu,2,/Cu,