李狄电化学原理电化学热力学PPT学习教案

1、会计学1李狄电化学原理电化学热力学李狄电化学原理电化学热力学 相间电位相间电位第1页/共75页MS的离子双电层的离子双电层剩余电荷引起剩余电荷引起MS吸吸附附双双电电层层第2页/共75页MS金属表面电位金属表面电位3. 偶极子层：偶极子层：极性分子在界面溶液一侧定向排列极性分子在界面溶液一侧定向排列 ；4. 金属表面电位：金属表面电位：金属表面因各种金属表面因各种 短程力作用而形短程力作用而形 成的表面电位差。成的表面电位差。MS偶偶极极子子层层第3页/共75页1、 查表得查表得0.02 mol/Kg Pb(NO3)2溶液的平均活度系数溶液的平均活度系数=0.60，计算，计算0.02 mol/

2、Kg Pb(NO3)2溶液的平均活度（溶液的平均活度（ ）。）。A 0.024； B 0.018； C 0.012； D 0.019。2、下列哪一种情况是跨越两相界面的相间电位（、下列哪一种情况是跨越两相界面的相间电位（ ）。）。A 离子双电层；离子双电层； B 吸附双电层；吸附双电层； C 偶极子层；偶极子层； D 金属表面电位。金属表面电位。DA第4页/共75页0AiBiBAiGAiBi相间平衡条件（相间稳定分布的条件）相间平衡条件（相间稳定分布的条件）0BAiG长程力长程力：随距离的增加而缓慢减少。如静电引力。：随距离的增加而缓慢减少。如静电引力。短程力短程力：即力的作用范围很小，影响力

3、随距离的增加而急速减：即力的作用范围很小，影响力随距离的增加而急速减小如范德华力，共价键力。小如范德华力，共价键力。 第5页/共75页2. 带电粒子：带电粒子：a 克服短程力做功克服短程力做功-化学能变化化学能变化 b 克服长程力做功克服长程力做功-电能变化电能变化 1mol带电粒子在带电粒子在M相中所具有的能量有两部分构成相中所具有的能量有两部分构成 化学能化学能 克服物相克服物相M与与1mol带电粒子之间短程力所作的化学功带电粒子之间短程力所作的化学功用用w化化=i表示。表示。 电能电能 将将1mol带电粒子从无穷远处移至实物相内部所做的功带电粒子从无穷远处移至实物相内部所做的功 第6页/

4、共75页将单位正电荷从无穷远处移至实物相内部所做的功将单位正电荷从无穷远处移至实物相内部所做的功无穷远处，静无穷远处，静电作用力电作用力=01W2W真空中，任何一点的电位真空中，任何一点的电位等于一个单位正电荷从无等于一个单位正电荷从无穷远处移至该处所做的功穷远处移至该处所做的功。W1=，称为称为M相的外相的外电位电位界面短程力使得表面界面短程力使得表面层成为一层偶极子层层成为一层偶极子层单位正电荷越过表面单位正电荷越过表面层（偶极子层）所做层（偶极子层）所做的功，的功，W2=，称为，称为M相的表面电位相的表面电位=+称为称为M相的内电位相的内电位1mol带电粒子在带电粒子在M相的相的电能电能

5、nF 第7页/共75页nFnFiiAiBi两相接触时，带电粒子在两相中建立平衡的条件为：两相接触时，带电粒子在两相中建立平衡的条件为：1mol带电粒子移入带电粒子移入M相中所引起的能量变化相中所引起的能量变化i粒子在粒子在M相中的电化学位相中的电化学位i电电化学位与化学位与M相所带的电荷数量和分布情况以及该粒子和相所带的电荷数量和分布情况以及该粒子和M相物质的化学本性有关相物质的化学本性有关第8页/共75页1、两相接触时，不带电粒子自发从能态高的相、两相接触时，不带电粒子自发从能态高的相A向能态低的相向能态低的相B转移，不带电粒子在两相中建立平衡的条件为（转移，不带电粒子在两相中建立平衡的条件

6、为（ ）。）。A B C D 。AiBiAiBiAiBiAiBi第9页/共75页、金属接触电位、金属接触电位 相互接触的两个金属相之间的外电位差。相互接触的两个金属相之间的外电位差。形成原因：形成原因： 不同的金属相中电子的电化学位不同，电子逸出金属相的难易程度也不同。通常以电子逸出功来衡量电子逸出金属的难易程度。不同的金属相中电子的电化学位不同，电子逸出金属相的难易程度也不同。通常以电子逸出功来衡量电子逸出金属的难易程度。 电子逸出功高电子逸出功高电子逸出功低电子逸出功低结果：结果： 电子逸出功高电子逸出功高的金属带负电，的金属带负电，电子逸出功低电子逸出功低的金属带正电；形成双电层的电位差

7、的金属带正电；形成双电层的电位差金属接触电位。金属接触电位。第10页/共75页、电极电位、电极电位1 电极体系（简称电极）电极体系（简称电极） 如果在相互接触的两个导体相中，一个是电子导电相，另一个如果在相互接触的两个导体相中，一个是电子导电相，另一个是离子导电相，并且在界面上有电荷转移，这个体系就称为电是离子导电相，并且在界面上有电荷转移，这个体系就称为电极体系（简称电极）。极体系（简称电极）。在电化学中，在电化学中，“电极电极”常指电极材料，不代表电极体系。常指电极材料，不代表电极体系。电极体系的主要特征是：电极体系的主要特征是： 在电荷转移的同时，不可避免地要在界面上发生物质的变化（在电

8、荷转移的同时，不可避免地要在界面上发生物质的变化（化学变化）化学变化） 第11页/共75页2 电极电位电极电位 电极体系中，两类导体界面所形成的相间电位，即电极材料和电极体系中，两类导体界面所形成的相间电位，即电极材料和离子导体（溶液）的内电位差称为电极电位。离子导体（溶液）的内电位差称为电极电位。形成原因：形成原因：以锌以锌-硫酸锌为例硫酸锌为例 当锌片与硫酸锌溶液接触时，金属锌中当锌片与硫酸锌溶液接触时，金属锌中Zn2的电化学位大于溶液的电化学位大于溶液中中Zn2的电化学位，则锌不断溶解到溶液中，而电子留在锌片的电化学位，则锌不断溶解到溶液中，而电子留在锌片上。上。 结果：结果：金属带负电

9、，溶液带正电；金属带负电，溶液带正电；形成形成离子离子双电层双电层电极电位。电极电位。ZnS第12页/共75页溶液PECuZnZnCuCuSSZnZnCuCuSSZnE)()()(绝对电位不可能测量绝对电位不可能测量第13页/共75页电极材料不变，电极材料不变， Cu Zn是恒定值；是恒定值； 若若 S Cu 恒定，恒定， E = ( Zn S )即：绝对电位的变化值是可求出的。即：绝对电位的变化值是可求出的。 2 参比电位和相对电位参比电位和相对电位参比电极参比电极 能作为基准的，其电极电位保持恒定的电极。能作为基准的，其电极电位保持恒定的电极。ZnCuCuSSZnE E有用，对不同电极测量

10、，有用，对不同电极测量， E 的大小顺序与绝对电位的大小顺序一致。的大小顺序与绝对电位的大小顺序一致。第14页/共75页电极相对电位电极相对电位将参比电极与被测电极组成一个原电池回路，所测出的端电压将参比电极与被测电极组成一个原电池回路，所测出的端电压E叫做被测电极相对电位，习惯上称为叫做被测电极相对电位，习惯上称为电极电位电极电位，用，用 表示表示,如如 / SCE， /SHE. E = M S - R S + R M M S 是被测电极的绝对电位；是被测电极的绝对电位； R S是参比电极的绝对电位是参比电极的绝对电位； R M为两个金属相为两个金属相R与与M的金属接触电位。的金属接触电位。

11、 E = M S - R + R M R =0 E（相对电位）（相对电位）= = M S + R M 实际上，相对电极电位不仅包括实际上，相对电极电位不仅包括 M S ，而且包括金属接触电位，而且包括金属接触电位 R M 。第15页/共75页3 绝对电位符号的规定绝对电位符号的规定 规定溶液深处电位为零，金属与溶液的内电位差看成是金属相规定溶液深处电位为零，金属与溶液的内电位差看成是金属相对于溶液的电位降。对于溶液的电位降。金属一侧带正电金属一侧带正电，溶液一侧带有，溶液一侧带有负电，负电， M S 为正为正值值反之，反之，： M S为负值为负值。第16页/共75页4 氢标电位和相对电位符号的

12、规定氢标电位和相对电位符号的规定 Pt, H2 (p=101325 Pa) | H+ ( = 1) H+ + e 1/ 2 H2 0H2 / H+ = 0.000V（任何温度）（任何温度）第17页/共75页氢标电位氢标电位 标准氢电极作参比电极时测得的电极相对电位，标准氢电极作参比电极时测得的电极相对电位，相对于标相对于标准氢电极的电极电位称为氢标电位，准氢电极的电极电位称为氢标电位，氢标电位大小和符号的规定氢标电位大小和符号的规定大小的规定大小的规定: 任何一个电极的氢标电位就等于该电极与标准氢电极组成的原任何一个电极的氢标电位就等于该电极与标准氢电极组成的原电池的电动势。电池的电动势。nP

13、t|H2,H+|Ag2+|AgV799. 0符号的规定符号的规定: 给定电极与标准氢电极组成原电给定电极与标准氢电极组成原电池时，给定电极上发生还原反应池时，给定电极上发生还原反应，则给定电极电位为正值；给定，则给定电极电位为正值；给定电极上氧化反应，给定电极电位电极上氧化反应，给定电极电位为负值。为负值。 这一规定也使用其它参比电极这一规定也使用其它参比电极。第18页/共75页1、 如果规定标准氢电极的电极电位为如果规定标准氢电极的电极电位为1V，则可逆电极的电极电位，则可逆电极的电极电位0和电池电动势和电池电动势E0 将有何变化（将有何变化（ ）。）。A 0，E0各增加各增加1V； B 0

14、，E0各减小各减小1V； C 0增加增加1V，E0不变；不变； D 0减小减小1V，E0不变。不变。2、 我们通常查表所得的电极电位是我们通常查表所得的电极电位是（ ）。）。 A 氢标电位；氢标电位； B 零标电位；零标电位； C 绝对电位。绝对电位。 3、相对于标准氢电极的电极电位称为（、相对于标准氢电极的电极电位称为（ ），如果给定电极上发生还原反应，则给定电极的氢标电位为（），如果给定电极上发生还原反应，则给定电极的氢标电位为（ ）（填正值或负值），给定电极的绝对电位（）（填正值或负值），给定电极的绝对电位（ ）测量（填能或不能）。）测量（填能或不能）。 第19页/共75页液体接界电位液

15、体接界电位 相互接触的两个组成或浓度不同的电解质溶液相之间存在的相间相互接触的两个组成或浓度不同的电解质溶液相之间存在的相间电位叫做液体接界电位电位叫做液体接界电位(液界电位液界电位), 扩散电位，扩散电位， 用用 j表示。表示。 形成液界电位的原因：形成液界电位的原因： 扩散作用，在扩散过程中，因正、负离子运动速度不同而在两相扩散作用，在扩散过程中，因正、负离子运动速度不同而在两相界面中形成双电层，产生电位差。界面中形成双电层，产生电位差。第20页/共75页 为了减小液界电位，通常在两种溶液之间连接一个高浓度为了减小液界电位，通常在两种溶液之间连接一个高浓度的电解质溶液作为的电解质溶液作为“

16、盐桥盐桥”。 盐桥溶液要高浓度、正负离子的迁移速度尽量接近。盐桥溶液要高浓度、正负离子的迁移速度尽量接近。 K+=73.5 Scm2/eq Cl-=76.5 Scm2/eq第21页/共75页浓度浓度/mol/dm3 j/mV浓度浓度/mol/dm3 j/mV0.20.51.019.9512.558.41.752.503.55.153.141.1盐桥中盐桥中KCl浓度对液界电位的影响浓度对液界电位的影响盐桥：盐桥：饱和饱和KCl溶液中加入溶液中加入3%琼脂形成胶体。琼脂形成胶体。 由于由于K+、Cl-的扩散速度接近，液体接界电位可以保持恒定。的扩散速度接近，液体接界电位可以保持恒定。 还可用还可

17、用饱和饱和NH4NO3和和KNO3作为盐桥。作为盐桥。注意：注意：盐桥溶液不能与电化学体系的溶液发生反应。盐桥溶液不能与电化学体系的溶液发生反应。 第22页/共75页1.常见的相间电位的类型：相互接触的两个金属相之间的外电位差是（常见的相间电位的类型：相互接触的两个金属相之间的外电位差是（ ）；电极材料和离子导体的内电位差称为（）；电极材料和离子导体的内电位差称为（ ）；）；相互接触的两个组成或浓度不同的电解质溶液相之间存在的相间电位叫做相互接触的两个组成或浓度不同的电解质溶液相之间存在的相间电位叫做（ ）。）。2. 用银离子选择电极作指示电极，电位滴定测定牛用银离子选择电极作指示电极，电位滴

18、定测定牛 奶中氯离子含量时，如以饱和甘汞电极作为参比电极，则盐桥应选用的溶液为奶中氯离子含量时，如以饱和甘汞电极作为参比电极，则盐桥应选用的溶液为（ ）。）。A KNO3 ； B KCl ； C NaCl； D KI 第23页/共75页第24页/共75页电池反应和置换反应化学反应本质一样！电池反应和置换反应化学反应本质一样！第25页/共75页第26页/共75页电池的表示方法电池的表示方法 250C , (-) Zn|ZnSO4(Zn2+=1) | CuSO4(Cu2+=1) |Cu (+) 1、负极写在左边，正极写在右边，溶液写在中间。溶液中有、负极写在左边，正极写在右边，溶液写在中间。溶液中

19、有关离子的活度或浓度，气态物质的气体分压应注明关离子的活度或浓度，气态物质的气体分压应注明2、两相界面用单竖线、两相界面用单竖线“ ”或或“，”隔开，两种溶液通过盐桥连隔开，两种溶液通过盐桥连接，用双竖线接，用双竖线“”表示盐桥。表示盐桥。3、气体或溶液中同种金属不同价态离子不能直接构成电极，、气体或溶液中同种金属不同价态离子不能直接构成电极，必须依附在惰性金属（必须依附在惰性金属（Pt）做成的极板上（应注明金属种类）。如）做成的极板上（应注明金属种类）。如Pt , H2(p1=101325Pa)|HCl() | H2(p2=10132.5Pa)|, Pt4、必要时可注明电池反应进行的温度和电

20、池的正、负极性。、必要时可注明电池反应进行的温度和电池的正、负极性。第27页/共75页2 电池的可逆性电池的可逆性 电池可逆的条件电池可逆的条件（1）电池中的化学变化是可逆的，即物质变化是可逆的；）电池中的化学变化是可逆的，即物质变化是可逆的；（2）电池中能量转化是可逆的（电流无限小，放电过程和充电过程都在同一电压下，正、逆过程所做的电功可以互相抵消）。）电池中能量转化是可逆的（电流无限小，放电过程和充电过程都在同一电压下，正、逆过程所做的电功可以互相抵消）。铅酸蓄电池：铅酸蓄电池：PbO2 + Pb +2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O电池热力学可逆过程是一种理想过程，在实际过程中，只

21、能达到近似的可逆过程。电池热力学可逆过程是一种理想过程，在实际过程中，只能达到近似的可逆过程。第28页/共75页E第29页/共75页PPPTEnFTnFEHTEnFTGsTGTHG)()(PTE在恒压下，原电池电动势对温度的偏导数称为在恒压下，原电池电动势对温度的偏导数称为原电池电动势的温度系数。原电池电动势的温度系数。4 原电池电动势的温度系数原电池电动势的温度系数 表示为：表示为：H:该反应在没有非体积功的情况下进行时的恒温恒压反应热该反应在没有非体积功的情况下进行时的恒温恒压反应热第30页/共75页0PTE0PTE电功小于焓变，一部分化学能转变为热能，绝热电功小于焓变，一部分化学能转变为

22、热能，绝热体系中电池会慢慢变热；体系中电池会慢慢变热；电功大于焓变，电池工作时从环境吸热以保持温度电功大于焓变，电池工作时从环境吸热以保持温度不变。绝热体系中电池会慢慢变冷；不变。绝热体系中电池会慢慢变冷；0PTEPmrTEnFTsTQ,电功等于焓变，电池工作时不吸热不放热。电功等于焓变，电池工作时不吸热不放热。原电池可逆放电时，化学反应热原电池可逆放电时，化学反应热PTEnFTnFEH-第31页/共75页5 原电池电动势的测量原理原电池电动势的测量原理原电池电动势不能用一般的伏特计测量原电池电动势不能用一般的伏特计测量?1.有电流通过原电池，电流流经原电池内阻时将产生欧有电流通过原电池，电流

23、流经原电池内阻时将产生欧姆电压降。姆电压降。 E（电池电动势）（电池电动势）=V（电池端电压）（电池端电压）+Ir（欧姆电压降）（欧姆电压降）2.有电流通过时，将破坏原电池两电极原有的平衡状态，有电流通过时，将破坏原电池两电极原有的平衡状态，两个电极的电位均会发生变化，因而此时原电池两端两个电极的电位均会发生变化，因而此时原电池两端的电位差不是平衡态时的电位差。的电位差不是平衡态时的电位差。 只有只有I0时，测出的时，测出的V才能表示才能表示E 第32页/共75页NNNNNREIEIRxxxxREIEIRNNxxNNxxREREREREI不变若工作回路工作回路A： I标准回路标准回路B：达到补

24、偿时：达到补偿时测量回路测量回路C：达到补偿时：达到补偿时ENExRxRNABC第33页/共75页，生反ln0nFRTEEKnFRTEln06 电动势的热力学计算电动势的热力学计算Nernst方程：方程：-电池在非标准状态下的电池在非标准状态下的EE0 标准状态下（即参加电池反应的各物质处于标准状态，溶标准状态下（即参加电池反应的各物质处于标准状态，溶液中各物质活度为液中各物质活度为1，气体逸度为，气体逸度为1）的电动势，称为标准电）的电动势，称为标准电动势。动势。注意：只适用可逆电池注意：只适用可逆电池电池反应的平衡常数电池反应的平衡常数第34页/共75页1.可逆电池电动势的计算可逆电池电动

25、势的计算写出电池写出电池ZnZnCl2（0.1mol/L），），AgCl（ 固）固） Ag的电极反应和的电极反应和电池反应，计算该电池电池反应，计算该电池25oC时的电动势时的电动势电极反应电极反应ClAgeAgCleZnZn2222)(2)(2电池反应电池反应ClAgZnAgClZn2222222200lnlnClAgZnAgClZnnFRTEnFRTEE，生反，生反ln0nFRTEEE第35页/共75页5 . 0/1 . 02985. 0)763. 0(222. 0)(),(22000溶液的LZnClmolnVZnZnClAgClAgEVCCnFRTEEClZnClAgZnAgClZn08

26、3. 12 . 01 . 0)5 . 0(1ln96485215.298314. 8985. 0)(1ln96485215.298314. 8985. 0ln232232222000. 2nFEG第36页/共75页1. 电动势法计算热力学函数电动势法计算热力学函数-E的应用的应用电池电池ZnZnCl2（0.05mol/L），），AgCl（ 固）固） Ag在在25oC时的电动时的电动势为势为1.015V，电动势的温度系数是，电动势的温度系数是4.9210-4 V/K。计算电池反。计算电池反应的自由能变化、反应热效应与熵变应的自由能变化、反应热效应与熵变电极反应电极反应ClAgeAgCleZnZn

27、2222)(2)(2电池反应电池反应ClAgZnAgClZn2222PPTEnFTnFEHSTHGTEnFSnFEG第37页/共75页molKJSTGHmolJTEnFSmolKJnFEGp/2 .224298)94.94(195860/94.941092. 4964852)(/86.195015. 19648524）（第38页/共75页2. 电动势法计算反应平衡常数电动势法计算反应平衡常数25oC时，电池时，电池ZnZn2+（1=0.1） | Cu2+（2=0.01） Cu 的标的标准电动势为准电动势为1.103V。求。求25oC时该电池的电动势和反应平衡常数时该电池的电动势和反应平衡常数电

28、极反应电极反应CueCueZnZn2)(2)(22电池反应电池反应CuZnCuZn22VnFRTEEZnCu073. 11 . 001. 0ln96485215.298314. 8103. 1ln220KnFRTEln0第39页/共75页7301014. 233.37log87.85lnln96485215.298314. 8103. 1lnKKKKVKnFRTE第40页/共75页1、 测定原电池测定原电池HgHg2Cl2, KCl(饱和饱和)CuSO4(=1)Cu的电动势，用（的电动势，用（ ）做盐桥，电极反应式为：负极（）做盐桥，电极反应式为：负极（ ）, 正极（正极（ ）。）。2、 可逆

29、电池必须具备哪两个条件？（可逆电池必须具备哪两个条件？（ ）和（）和（ ）。）。3.原电池电动势不能用一般的伏特计测量？（原电池电动势不能用一般的伏特计测量？（ ）第41页/共75页原电池原电池电解池电解池腐蚀电池腐蚀电池能量转化方向能量转化方向 化学能化学能电能电能 电能电能化学能化学能 化学能化学能热能热能 反应的方向反应的方向功能功能能量发生器能量发生器 物质发生器物质发生器破坏物质破坏物质电极极性电极极性 阳（）阳（）阴（）阴（） 阳（）阳（）阴（）阴（） 阳（）阳（）阴（）阴（）结构结构阴、阳极不阴、阳极不直接接触直接接触 阴、阳极短路，阴、阳极短路， 0G0G0G0外I0外I腐蚀电

30、池：只能导致金属材料破坏而不能对外界作有用功腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界作有用功 的短路原电池的短路原电池第42页/共75页浓差电池浓差电池定义：定义：电池反应仅是一种物质从高浓度状态到低浓度状态的转移电池反应仅是一种物质从高浓度状态到低浓度状态的转移。结构：结构：将两个相同材料的电极分别浸入同一种电解质组成，但浓将两个相同材料的电极分别浸入同一种电解质组成，但浓度不同的溶液中，即可构成浓差电池。度不同的溶液中，即可构成浓差电池。1 有迁移的浓差电池有迁移的浓差电池 两种浓度的溶液直接接触，溶液中的离子可直接穿越两种浓度的溶液直接接触，溶液中的离子可直接穿越两溶液的界面。两溶液的

31、界面。) () () (33AgAgNOAgNOAg不可逆电池不可逆电池无法测得电池电动势无法测得电池电动势第43页/共75页) () () (33AgAgNOAgNOAg) () () () (1) () () () () () () () () () () () (333333NOtAgtNOtAgtttNOtAgtAgNOtAgtAgNOtNOtAgtAgtAgeAgeAgAg因总反应液界面右边左边) () (33AgNOtAgNOt第44页/共75页2 无迁移的浓差电无迁移的浓差电池池 两种浓度的溶液不直接接触。两种浓度的溶液不直接接触。) ()(), () (),(AgAgClHCl

32、HClAgClAg固固AgAgClHClHPtPtHHClAgClAg)(), (,) (),(22固固 实质上是由两个独立的化学电池反极串联而成实质上是由两个独立的化学电池反极串联而成右边电池反应右边电池反应ClHFRTEEClHAgHAgCl 02ln21右右左边电池反应左边电池反应ClHFRTEEHAgClClHAg02ln21左左第45页/共75页1、 凡能将化学能直接转变为电能的电化学装置叫做（凡能将化学能直接转变为电能的电化学装置叫做（ ），凡能将电能直接转变为化学能的电化学装置叫做（），凡能将电能直接转变为化学能的电化学装置叫做（ ），凡能将化学能直接转变为电能而不能对外界作有用

33、功），凡能将化学能直接转变为电能而不能对外界作有用功 的电化学装置叫做（的电化学装置叫做（ ）。）。5、 叫做（叫做（ ）。有迁移的浓差电池是（）。有迁移的浓差电池是（ ）电池（填可逆或不可逆），这是因为测得的电动势中包括（）电池（填可逆或不可逆），这是因为测得的电动势中包括（ ）的影响。）的影响。5、 叫做（叫做（ ）。无迁移的浓差电池测得的电动势中（）。无迁移的浓差电池测得的电动势中（ ）（填包括或不包括）（填包括或不包括)液接电位的影响。液接电位的影响。) () () (33AgAgNOAgNOAgAgAgClHClHPtPtHHClAgClAg)(), (,) (),(22固固第46页

34、/共75页、电极的可逆性、电极的可逆性（1）电极反应是可逆的，即正逆反应速度相等，电极反应中物质）电极反应是可逆的，即正逆反应速度相等，电极反应中物质交换和电荷交换才是平衡的交换和电荷交换才是平衡的2. 3 平衡电极电位平衡电极电位（2）电极在平衡条件下工作，）电极在平衡条件下工作，j 0逆正ZneZn22可逆电极：可逆电极：在平衡条件下工作，电荷交换在平衡条件下工作，电荷交换和和物质交换都处于平衡物质交换都处于平衡的电极，也叫平衡电极的电极，也叫平衡电极第47页/共75页、可逆电极的电位、可逆电极的电位（平衡电位或平衡电极电位，（平衡电位或平衡电极电位，平平 ），可逆电极的氢标电位可用热），

35、可逆电极的氢标电位可用热力学方法计算（能斯特电极电位公式）力学方法计算（能斯特电极电位公式）0 为标准状态下的平衡电位，叫做该电极的标准电极电位，对一定的电极体系为常数，可查表；为标准状态下的平衡电位，叫做该电极的标准电极电位，对一定的电极体系为常数，可查表；n为参加反应的电子数。为参加反应的电子数。RonFRTRneOln0平第48页/共75页1.电极电位的计算电极电位的计算求求250C时，氯化银电极时，氯化银电极AgAgCl（固），（固），KCl（0.5mol/L）的）的平衡电位平衡电位AgCl + e Ag +Cl-0251. 0029. 0222. 0)651. 05 . 0(1ln/

36、9648515.298)/(314. 8222. 0651. 0/5 . 0222. 0ln00molCKKmolJLKClmolVFRTClAgAgCl平平溶液的已知O+neR RonFRTln0平第49页/共75页、电极电位的测量、电极电位的测量电极电位的测量实际就是原电池电动势的测量电极电位的测量实际就是原电池电动势的测量如用标准氢电极做参比电极，并作为原电池的负极，测出的电动势就是被测电极的氢标电位。如用标准氢电极做参比电极，并作为原电池的负极，测出的电动势就是被测电极的氢标电位。第50页/共75页、可逆电极的类型、可逆电极的类型1第一类可逆电极第一类可逆电极 也叫阳离子可逆电极，金属

37、浸在含有该金属离子的可溶性也叫阳离子可逆电极，金属浸在含有该金属离子的可溶性盐溶液中所组成的电极。盐溶液中所组成的电极。Ag|AgNO3(a Ag） AgFRTAgeAgln0平2第二类可逆电极第二类可逆电极 也叫阴离子可逆电极，也叫阴离子可逆电极，由金属插入其难溶盐和与该难溶盐具由金属插入其难溶盐和与该难溶盐具有相同阴离子的可溶性盐溶液中所组成的电极。有相同阴离子的可溶性盐溶液中所组成的电极。 该类电极可逆性好、平衡电位值稳定、制备比较简单，常被该类电极可逆性好、平衡电位值稳定、制备比较简单，常被当作参比电极使用。当作参比电极使用。 Hg|Hg2Cl2(固固)，KCl(a Cl-) ； Ag

38、|AgCl(固固)，KCl(a Cl-) 平平由金属离子的种由金属离子的种类、活度和类、活度和T决定决定第51页/共75页ClAgeAgClClFRTClAgClAgln),(0平AgClClAgeAgAgClapClapAgFRTKFRTAgAgKFRTAgAgFRTAgAglnln)(ln)(ln)(000平apKFRTAgAgClAgClAgln)(),(00注意：这类电极的注意：这类电极的电极反应中，进行电极反应中，进行可逆的氧化还原反可逆的氧化还原反应的仍是金属离子应的仍是金属离子而不是阴离子而不是阴离子平平由阴离子的种类、由阴离子的种类、活度和活度和T决定决定第52页/共75页4

39、气体电极气体电极气体吸附在铂或其它惰性金属表面，与溶液中相应的离子进气体吸附在铂或其它惰性金属表面，与溶液中相应的离子进行氧化还原反应并达到平衡行氧化还原反应并达到平衡3 第三类可逆电极第三类可逆电极 也叫氧化还原电极，铂或其它惰性金属插入同一元素的两也叫氧化还原电极，铂或其它惰性金属插入同一元素的两种种 不同价态离子的溶液中不同价态离子的溶液中 Pt|Fe 2+ (a Fe 2+) , Fe 3+ (a Fe 3+) 23023lnFeFeFRTFeeFe平HHHPHPt22,2202ln2(22HHpFRTHeH平气）平平由两种价态离子由两种价态离子的活度之比决定的活度之比决定第53页/共

40、75页、标准电极电位和标准电化序、标准电极电位和标准电化序 把各种标准电极电位按数值的大小排成一次次序表，这种表称为标准电化序或标准电位序把各种标准电极电位按数值的大小排成一次次序表，这种表称为标准电化序或标准电位序标准电极电位通常都是氢标电位标准电极电位通常都是氢标电位第54页/共75页（a） 标准电极电位的正负反映了电极在进行电极反应时，相对标准电极电位的正负反映了电极在进行电极反应时，相对于标准氢电极得失电子的能力，电位越负，越易失电子，电位越于标准氢电极得失电子的能力，电位越负，越易失电子，电位越正，越易得电子正，越易得电子（b）标准电化序也反映了某一电极相对于另一电极的氧化能力）标准

41、电化序也反映了某一电极相对于另一电极的氧化能力的大小。电位负的金属是较强的还原剂，电位正的金属是较强的的大小。电位负的金属是较强的还原剂，电位正的金属是较强的氧化剂氧化剂标准电极电位在腐蚀和防护领域的一些应用标准电极电位在腐蚀和防护领域的一些应用（1） 标准电化序在一定条件下反映了金属的活泼性。标准电化序在一定条件下反映了金属的活泼性。 电位越负，越易失电子，是活泼金属；电位越正，不易失电位越负，越易失电子，是活泼金属；电位越正，不易失电子是不活泼金属，电子是不活泼金属，可以判断金属发生腐蚀的热力学可能性。可以判断金属发生腐蚀的热力学可能性。VVAuAuZnZn68. 1,763. 0/02/

42、0第55页/共75页（2） 当两种或两种以上金属接触并有电解液存在时，可根据标当两种或两种以上金属接触并有电解液存在时，可根据标准电化序估计哪种金属被加速腐蚀，哪种金属被保护。准电化序估计哪种金属被加速腐蚀，哪种金属被保护。VVFeFeMgMg440. 0,37. 22/02/0（3） 标准电化序指出了金属（包括氢离子）在水溶液中的置换标准电化序指出了金属（包括氢离子）在水溶液中的置换次序。次序。222CuAgAgCu（4） 可以利用标准电化序估计电解过程中，溶液中各种金属离可以利用标准电化序估计电解过程中，溶液中各种金属离子（包括氢离子）在阴极的析出顺序。子（包括氢离子）在阴极的析出顺序。

43、在阴极优先析出的金属离子是电极电位较正，易得电子的金属在阴极优先析出的金属离子是电极电位较正，易得电子的金属VVCuCuZnZn337. 0,763. 02/02/0第56页/共75页（5） 利用标准电极电位可初步判断可逆电池的正负极和计算电利用标准电极电位可初步判断可逆电池的正负极和计算电池的标准电动势。池的标准电动势。 VVCuCuZnZn337. 0,763. 02/02/0（6） 利用标准电极电位可初步判断氧化还原反应进行的方向利用标准电极电位可初步判断氧化还原反应进行的方向（7） 标准电极电位是计算许多物理化学参数的有用物理量标准电极电位是计算许多物理化学参数的有用物理量第57页/共

44、75页1、 可逆电极必须具备哪两个条件？（可逆电极必须具备哪两个条件？（ ）和（）和（ ）。）。2、 下列电极能作为可逆电极用的是（下列电极能作为可逆电极用的是（ ）。）。A Ag|AgNO3 ； B Cu|NaOH ； C Fe|HNO3 ;D Zn |HCl3、下列电极不能作为参比电极用的是、下列电极不能作为参比电极用的是（ ）。）。A 标准氢电极；标准氢电极； B Ag|AgCl，KCl； C Ag| NaCl； D 饱和甘汞电极饱和甘汞电极第58页/共75页3. 电动势法求难溶盐的溶度积和溶解度电动势法求难溶盐的溶度积和溶解度电极反应电极反应AgeAgeAgSCNSCNAg)()(电池

45、反应电池反应AgSCNSCNAg电池电池AgAgSCN(固），固），KSCN(0.1mol/L)| AgNO3 (0.1mol/L） Ag 在在18oC时测得的电动势为时测得的电动势为5861mV, 试计算试计算AgSCN的溶解的溶解度。假设在两种溶液中的平均活度系数均为度。假设在两种溶液中的平均活度系数均为0.76.sAMspsAMapskKsccKkKKAMAM第59页/共75页AgFRTAgAgln)(0eAgSCNSCNAg)(AgeAg)(SCNFRTSCNAgSCNAgln),(0AgSCNSCNAgeAgAg)(SCNapAgKFRTAgAgFRTAgAgln)(ln)(00ap

46、AgSCNSCNapAgKFRTFRTKFRTAgAgFRTAgAgElnlnln)(ln)(00第60页/共75页SCNAgSCNAgFRTEFRTSCNAgSCNAgFRTAgAgElnln),(ln)(000LmolcKKKKRTFEKAgAgSCNapAgapapapAgSCNap/10)2 . 76 . 6(76. 010)5 . 50 . 5(10)5 . 50 . 5(76. 01 . 010)2 . 00 . 4(10)2 . 00 . 4(02. 040.123 . 2lnlg04. 052.28291314. 8)001. 0586. 0(96485)76. 01 . 0l

47、n(lnln21212113132第61页/共75页5. 电动势法求活度或活度系数电动势法求活度或活度系数25oC时时, 电池电池CdCdCl2(0.01mol/L），），AgCl(固固)| Ag 的电动势为的电动势为0.7585 V,标准电动势为标准电动势为0.5732 V 。试计算。试计算CdCl2溶液的平均活度系数溶液的平均活度系数.电极反应电极反应ClAgeAgCleCdCd2222)(2)(2电池反应电池反应ClAgCdAgClCd2222220ln2ClCdFRTEE第62页/共75页51. 01037. 510427. 63 . 243.14104lg43.14104ln2983

48、14. 8)7585. 05732. 0(964852)(2104ln4ln2)(ln(2ln27363636036330220220RTEEFcFRTEEccFRTEEFRTEEClCdClCd第63页/共75页2 .4 不可逆电极不可逆电极、不可逆电极及电位、不可逆电极及电位 在实际电化学体系中，有许多电极并不能满足可逆电极条在实际电化学体系中，有许多电极并不能满足可逆电极条件，这类电极叫做不可逆电极。件，这类电极叫做不可逆电极。例例 Zn放入稀盐酸中放入稀盐酸中 Zn 2e Zn 2+ H+ + e H Zn2+ + 2e Zn H e H+在总电极反应过程中，有净反应发生，因此物质的交

49、换是不在总电极反应过程中，有净反应发生，因此物质的交换是不平衡的，这个电极是不可逆电极，它的电极电位称为不可逆平衡的，这个电极是不可逆电极，它的电极电位称为不可逆电位或不平衡电位，数值不能按能斯特方程计算。电位或不平衡电位，数值不能按能斯特方程计算。第64页/共75页不可逆电位的特点：不可逆电位的特点： 尽管物质交换不平衡，当电荷交换平衡时，也能建立起稳定的双电层，使电极电位达到稳定状态。稳定的不可逆电位叫稳定电位尽管物质交换不平衡，当电荷交换平衡时，也能建立起稳定的双电层，使电极电位达到稳定状态。稳定的不可逆电位叫稳定电位1. 不可逆电位可以是稳定的，也可以是不稳定的。不可逆电位可以是稳定的

50、，也可以是不稳定的。第65页/共75页2. 不可逆电位很有实用价值：不可逆电位很有实用价值： 同种金属，由于电极反应类型和速度不同，在不同的条件下形同种金属，由于电极反应类型和速度不同，在不同的条件下形成的稳定电位差别很大。成的稳定电位差别很大。 不可逆电位比平衡电位更有实用价值，更接近实际情况。不可逆电位比平衡电位更有实用价值，更接近实际情况。第66页/共75页、不可逆电极类型、不可逆电极类型1、第一类不可逆电极、第一类不可逆电极: Zn | HCl; Zn| NaCl 金属浸入不含该金属离子的溶液时所组成的电极。金属浸入不含该金属离子的溶液时所组成的电极。例例 Zn | HCl; Zn 2e Zn 2+ Zn2+ + 2e Zn Zn | HCl (1mol/L)，稳稳= -0.85 V, 0= -0.76 V稳定电位的大小与金属离子的活度有关稳定电位的大小与金属离子的活度有关2、第二类不可逆电极、第二类不可逆电极: Cu|NaOH; Ag| NaCl 标准电位比较正的一些金属浸在能生成该金属的难溶盐或标准电位比较正的一些金属浸在能生成该金属的难溶盐或氧化物的溶液中所成的电极。氧化物的溶液中所成的电极。稳定电位的大小与阴离子的活度有关