电化学基础第四讲

1、平衡体系的电化学（三）平衡体系的电化学（三）第四讲A.可逆电池式的书写可逆电池式的书写(-)Zn(s) | ZnNO3(1M) | CuNO3(1M) | Cu(s)(+)(-) Pt,H2(g) | HCl (1M) | Cu2+(1M) | Cu(s)(+)Zn(s) |Zn2+(1M) | | HCl (1M) | H2(g) ABAB错在哪里？Pt|Fe2+(0.10 M),Fe3+(0.20 M)|Ag+(1.0 M)|Ag(s)Pt, H2 (g,1 atm)|H+(x M)|H+(1.0 M)|H2(g,1 atm),Pt(s)Ag|Ag+(satd AgI)|Ag+(0.10

2、M)|Ag(s)Ag|AgNO3(0.001M)|KCl（1.0 M)|Ag(s）+AgCl（s）Pt,H2(g, 1atm)|H+(a = 1)书写规定： （1）负极左，正极右； （2）“”表物质之间相界面； （3）“”表盐桥，左右为负、正极； （4）溶液注明浓度，气体注明分压； （5）有些有惰性电极，亦要注明。B.由电池式书写电池反应或电极反应由电池式书写电池反应或电极反应写出下列电池中各电极上的反应和电池反应1.Pt,H2(pH2) | HCl (a) | Cl2 (pCl2),Pt2.Pt, H2(pH2 ) | H+(aH+) | Ag+(aAg+) | Ag(s)3.Ag(s) +

3、 AgI(s) | I-(aI-) | Cl-(aCl-) | AgCl(s) + Ag(s)4.Pb(s) + PbSO4(s) | SO42-(aSO42-) | Cu2+(aCu2+) | Cu(s)5.Pt | Fe3+(a1), Fe2+(a2) | Ag+(aAg+) | Ag(s)书写原则：1.确定正负极反应物2.正极还原反应，负极氧化反应3.正负极反应相加和即为电池反应C.由化学反应式设计电池由化学反应式设计电池将下面的化学反应设计成电池：1. AgCl(s) = Ag+ (aAg+) + Cl-(aCl-)2. Ag+(aAg+) + Cl-(aCl-) = AgCl(s)3

4、. H2(pH2) + HgO(s) = Hg(l) + H2O(l)4. H2 (pH2)+ 1/2O2 (pO2)= H2O(l)5. Fe2+ (aFe2+) + Ag+(aAg+) = Fe3+ (aFe3+) + Ag(s) 书写原则：1.将发生氧化反应的物质组成电极放在电池左边作为 负极2.将发生还原反应物质放在右边作为正极3.写出设计好的电池的电极反应和电池反应，以核对与原来所给的化学反应是否相符 几种典型反应设计电池的方法几种典型反应设计电池的方法1）置换反应：）置换反应：a).有气体生成有气体生成Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 v 应包括应包括 “气体电极气体电极

5、” 和和 “金属金属-离子离子” 电电极。极。 氧化氧化: Zn 2e Zn2+ 电极：电极：Zn ZnSO4 还原还原: 2H+ + 2e H2 (P) 电极：电极：Pt, H2 (P) H2SO4v电池表达式：电池表达式：(-) Zn(s) ZnSO4(m1) H2SO4(m2) H2 (P), Pt(+)v双液电池通常需用盐桥双液电池通常需用盐桥, 隔离溶液并减小液接电隔离溶液并减小液接电势。势。 Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 n 氧化电极：氧化电极：Zn ZnSO4n 还原电极：还原电极：Pt,H2 (P) H2SO4b.）有氧化物参与）有氧化物参与 Pb(s) + Hg

6、O(s) Hg(l) + PbO(s)v应含有应含有 “金属金属-氧化物氧化物” 电极电极 ）氧化）氧化: Pb(s) + 2OH 2e PbO(s) + H2O Pb+PbO OH +）还原）还原: HgO(s) +H2O +2e Hg(l ) + 2OH Hg+HgO OH v电池表达式：电池表达式： (-)Pb(s)+PbO(s) OH (m) HgO(s)+Hg (l )(+) （单液电池）（单液电池）2）沉淀反应：）沉淀反应：Ag+ + I Ag I v应含有：应含有：“金属金属-难溶盐难溶盐” 电极；可设计电极电极；可设计电极上的氧化、还原反应：上的氧化、还原反应： I）氧化极反应

7、：）氧化极反应： Ag + I e Ag I 则电极则电极 ）为：）为： Ag + Ag I I 而还原极反应式而还原极反应式 = 总反应总反应 氧化极反应氧化极反应 II)还原极反应：还原极反应：Ag+ + e Ag， 则电极则电极 +）为：）为：Ag Ag+v电池表达式：电池表达式：(-)Ag (s) + Ag I (s) I (m1) Ag+ (m2) Ag (s)(+) ）Ag+Ag I I ； +）Ag Ag+3）中和反应：）中和反应：H+ + OH H2O v 应含有应含有 “气体电极气体电极”I) 设还原反应：设还原反应：H+ + e H2 (P1) 电极：电极：+) Pt, H

8、2 (P1) H+ II) 氧化反应（氧化反应（利用整个反应式减去利用整个反应式减去(I式式）: OH + H2 (P1) e H2O (l) 电极：电极： ) Pt, H2 (P1) OH 电池表达式：电池表达式：(-)Pt, H2 (P1) OH (m1) H+ (m2) H2 (P1), Pt(+)中和反应：中和反应：H+ + OH H2OI）设氧化反应：）设氧化反应：OH e O2 + H2O (l) 电极：电极： ) Pt, O2 (P1) OH II) 还原反应：还原反应：H+ + O2 + e H2O 电极：电极：+) Pt, O2 (P1) H+v电池表达式：电池表达式：(-)

9、Pt, O2 (P1) OH (m1) H+ (m2) O2 (P1), Pt(+)v结论：结论： 同一反应可以设计不同的电池来完成。同一反应可以设计不同的电池来完成。中和反应：中和反应：H+ + OH H2O(-)Pt, H2 (P1) OH (m1) H+ (m2) H2 (P1), Pt(+)(-)Pt, O2 (P1) OH (m1) H+ (m2) O2 (P1), Pt(+)4）浓差（扩散）反应）浓差（扩散）反应H2 (P1) H2 (P2) ( P1 P2)I)设氧化反应：设氧化反应：H2 (P1) 2e 2 H+ (m) ）Pt, H2 (P1) H+II)则还原反应：则还原反

10、应：2 H+ (m) + 2e H2 (P2) +）Pt, H2 (P2) H+v电池表示式电池表示式: (-)Pt, H2 (P1) H+ (m) H2 (P2), Pt(+)小结：小结：已知电池表达式已知电池表达式 电池反应（较易）电池反应（较易）已知电池反应已知电池反应 设计电池（较难）设计电池（较难） 电极和电解质溶液的选取。电极和电解质溶液的选取。D.电池电位的能斯特表示式电池电位的能斯特表示式电极电势与电池电动势电极电势与电池电动势【例】电池反应： Zn(s) + Cu2+（a Cu2+ ） = Cu（s）+ Zn2+（a Zn2+ ） 右电极还原反应： Cu2+（a Cu2+ ）

11、 + 2e = Cu（s）左电极还原反应：Zn2+ （ a Zn2+ ） + 2e = Zn（s）则：则：E = Cu2+/Cu - Zn2+/Zn（一）、使用电极电势计算电池电动势时需注意：（一）、使用电极电势计算电池电动势时需注意：1.写电极电势时物量和电量必须平衡；2.电极电势必须都用还原电势，计算电池电动势时用右边正极的还原电势减去左边负极的还原电势。若计算得到的E值是正值，则该电池是自发发电，若计算得到的E值为负值，则所写电池为非自发电池；3.要写明反应温度、各电极的的物态和溶液中各离子的活度（气体要注明压力）等，因为电极电势与这些因素有关。（二）、从电池的总反应直接用能斯特方程计算

12、电池电动势从电池的总反应直接用能斯特方程计算电池电动势根据根据Nernst 公式计算：公式计算：电池反应： Zn(s) + Cu2+（a Cu2+ ） = Cu（s）+ Zn2+（a Zn2+ ） 若将电池反应写成一般式：aA + bB gG + hH，则计算电池电动势的能斯特方程为: E = EGHABlnghaba aRTnFa a反应物和生成物活度的处理方法与电极的能斯特方程的处理方法相同。【例】写出下述电池的电极和电池反应，并计算298K时电池的电动势。设H2（g）可看作理想气体。(-)Pt, H2(91.19KPa) | H+ (aH+ = 0.01) | Cu2+(aCu2+=0.10) | Cu(s)(+)(h) 2Ce4+ (aq) + 2Br - (aq) = 2Ce3+ (aq) + Br2 (l)(g) Cr2O72-(aq) + 14H+ + 6Cl- = 2Cr3+ (aq) + 7H2O (l) + 3Cl2(g)(f) Sn4+ (aq) + 2Fe2+ (aq) =Sn2+ (aq) + Fe3+ (aq)(e) Zn(s) + Sn2+ (aq) =Zn2+ (aq) + Sn(s)(d) Zn(s) + Mg