102电极反应(1)概述

1、第二节第二节电极电势电极电势第十章第十章 氧化还原反应氧化还原反应 第二节第二节 电极电势电极电势10-2 电极电势电极电势1.1.原电池的概念原电池的概念10-2-1 原电池原电池 Cu 极极正极正极Cu2+ + 2e- Cu Zn 极极负极负极Zn - 2e- Zn2+ Zn + Cu2+ Zn2+ + Cue- -CuZn 原电池原电池1.1.原电池的概念原电池的概念(动画演示动画演示)(-)(-)Zn | Zn2+(c1)Cu2+(c2) | Cu(+)(+)负极写在左边负极写在左边正极写在右边正极写在右边“| |” ” 表示相与相之间的界面表示相与相之间的界面浓度浓度用用“|”表示盐

2、桥表示盐桥浓度浓度2.2.原电池的表示方法原电池的表示方法 电极电极 电极反应电极反应 正极正极( (Cu极极) Cu2+ + 2e- Cu 还原反应还原反应(电子流入的电极电子流入的电极) 负极负极( (Zn极极) Zn - 2e- Zn2+ 氧化反应氧化反应(电子流出的电极电子流出的电极) 电池反应电池反应 Cu2+ + Zn Cu + Zn2+ e-原电池原电池: 使氧化还原反应产生电流的装置使氧化还原反应产生电流的装置半电池半电池 半电池半电池 原电池原电池理论上讲，任何两个氧化还原电对构成的理论上讲，任何两个氧化还原电对构成的电极都可以组成原电池电极都可以组成原电池Zn2+(氧化型物

3、质氧化型物质)Zn (还原型物质还原型物质)Zn2+/Zn氧化还原电对氧化还原电对Cu2+(氧化型物质氧化型物质)Cu (还原型物质还原型物质)Cu2+/Cu氧化还原电对氧化还原电对氧化还原电对：氧化还原电对：由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成氧化还原电对：氧化还原电对：由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成氧化还原电对表示方法氧化还原电对表示方法氧化型物质氧化型物质/还原型物质还原型物质如如 Cu2+/Cu Zn2+/Zn H+/H2 Sn4+/Sn2+ (-)Zn| Zn(-)Zn| Zn2+2+( (

4、c c1 1) ) CuCu2+2+( (c c2 2)|Cu(+)|Cu(+) 若组成电极物质中无金属时，若组成电极物质中无金属时，应应插入插入惰性电极惰性电极惰性电极：惰性电极： 如如Pt Pt ，石墨，石墨 能导电而不参与电极反应的电极能导电而不参与电极反应的电极Fe3+(c1)，Fe2+(c2) | Pt (+) (- -) Pt, Cl2(p) | Cl- -(c) 2.2.原电池的表示方法原电池的表示方法(-)Zn| Zn(-)Zn| Zn2+2+( (c c1 1) ) CuCu2+2+( (c c2 2)|Cu(+)|Cu(+) 组成电极中的气体物质应靠近组成电极中的气体物质应

5、靠近电极，在括号内注明压力电极，在括号内注明压力H+(c1) | H2(p), Pt(+) (- -)Zn | Zn2+(c1) H+(c1) | H2(p), Pt(+)(+)(- -)Pt, O2(p) | OH- - (c1)2.2.原电池的表示方法原电池的表示方法(-)Zn| Zn(-)Zn| Zn2+2+( (c c1 1) ) CuCu2+2+( (c c2 2)|Cu(+)|Cu(+)Sn4+(c1), Sn2+(c2) | Pt (+) 电极中含有不同氧化态同种离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，子时，高氧化态离子靠近盐桥， 低氧化态离子靠近电极，中间低氧

6、化态离子靠近电极，中间 用用“，”分开分开2.2.原电池的表示方法原电池的表示方法(-)Zn| Zn(-)Zn| Zn2+2+( (c c1 1) ) CuCu2+2+( (c c2 2)|Cu(+)|Cu(+)(-) Pt，O2(p) | OH- - (c1) 参与电极反应其它的物质也应参与电极反应其它的物质也应写入电池符号中写入电池符号中 2.2.原电池的表示方法原电池的表示方法Cr2O7 (c1), Cr3+(c3) , H+(c2) | Pt (+) 2-Cr2O72-+6Cl-+14H+ 2Cr3+3Cl2+7H2O 电极反应电极反应原电池的表示方法课堂练习原电池的表示方法课堂练习

7、2Cl- - - - 2e- Cl2 氧化氧化Cr2O7 +14H+ 6e- 2Cr3+7H2O 还原还原2-原电池符号原电池符号Cr2O7 (c1), H+(c2), Cr3+(c3) Pt(+) (-)Pt, Cl2(p) Cl- -(c)2-原电池的表示方法课堂练习原电池的表示方法课堂练习2H2 + O2 2H2O 电极反应电极反应O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 还原还原 H2 - 2e- 2H+ 氧化氧化原电池符号原电池符号(-) Pt, H2(p1) | H+(c1) | H+(c1), H2O | O2(p2), Pt(+)10-2-2 电极电势的产生电极电势的产生 金属金

8、属M与其盐与其盐M+ +溶液接触面之间的电溶液接触面之间的电势差，称为该金属的势差，称为该金属的平衡电极电势，即金平衡电极电势，即金属离子与金属单质构属离子与金属单质构成的氧化还原电对成的氧化还原电对( (M+ +/ /M) )的电极电势的电极电势, ,记为记为E( (M+ +/ /M) )。电极电势的绝对值现还无法测知电极电势的绝对值现还无法测知但可用比较方法确定它的但可用比较方法确定它的相对值相对值选用选用标准氢电极标准氢电极作为比较标准作为比较标准规定它的电极电势值为零规定它的电极电势值为零 即即E (H+/H2)= 0 V 10-2-3 电极电势的测定电极电势的测定H2(100kpa)

9、 H2Pt H+(1molL-1)E ( (H+/H2) )= 0 V1. 1. 标准氢电极标准氢电极( (动画演示动画演示) )电极符号电极符号(-) Pt, H2(100kPa) H+(1molL-1)H+(1molL-1) H2(100kPa), Pt (+)电极反应电极反应 2H+ + 2e- H2(g)标准氢电极的电极电势标准氢电极的电极电势 ( (H+/H2) )= 0 VE欲确定某电极的电极电势欲确定某电极的电极电势可把该电极与标准氢电极组成原电池可把该电极与标准氢电极组成原电池测其电动势测其电动势(E )则则 E 即为待测电极的电极电势即为待测电极的电极电势2. 2. 电极电势

10、的测定电极电势的测定2. 2. 电极电势的测定电极电势的测定设计原电池设计原电池( ) Pt, H2(100kPa) | H+(1mol L-1) | Cu2+(1 mol L-1) | Cu (+)例例1. 1. E = E(+) - E(-) = E(Cu2+/Cu) - E (H+/H2) E(Cu2+/Cu) = E + E (H+/H2) = 0.340 V+ 0 V= +0.340 V测得原电池电动势：测得原电池电动势：E = 0.340 V2. 2. 电极电势的测定电极电势的测定设计原电池设计原电池( ) Zn | Zn2+(1mol L-1) | H+(1mol L-1) |

11、H2(100kPa), Pt (+) 例例2. 2. 测得原电池电动势：测得原电池电动势：E = 0.7626 VE = E(+) - E(-) = E (H+/H2) - E(Zn2+/Zn) E(Zn2+/Zn) = E (H+/H2) - E = 0V- 0.7626 V= -0.7626 V物质皆为物质皆为纯净物纯净物有关物质的浓度为有关物质的浓度为1molL-1-1涉及到的气体分压为涉及到的气体分压为100kPa所测得的电极电势即为标准电极电势所测得的电极电势即为标准电极电势记为记为 E (M+/M)3. 3. 标准电极电势标准电极电势电对电对电极反应电极反应E /VLi+/LiLi

12、+ + e- Li-3.040K+/KK+ + e- K-2.924Zn2+/ZnZn2+ + 2e- Zn-0.7626H+/H22H+ + 2e- H20Cu2+/CuCu2+ + 2e- Cu0.340O2/H2OO2+4H+ + 4e- 2H2O1.229Cl2/Cl-Cl2 + 2e- 2Cl- -1.229F2/HF(aq) F2+2H+ + 2e- 2HF(aq)3.053XeF/Xe(g)XeF + e- Xe(g) + F- -3.4常用电对的标准电极电势常用电对的标准电极电势(298.15K)(298.15K)电对电对电极反应电极反应E /VLi+/LiLi+ + e- L

13、i-3.040K+/KK+ + e- K-2.924Zn2+/ZnZn2+ + 2e- Zn-0.7626H+/H22H+ + 2e- 2H20Cu2+/CuCu2+ + 2e- Cu0.340O2/H2OO2+4H+ + 4e- 2H2O1.229Cl2/Cl-Cl2 + 2e- 2Cl- -1.229F2/HF(aq) F2+2H+ + 2e- 2HF(aq)3.053XeF/Xe(g)XeF + e- Xe(g) + F- -3.4常用电对的标准电极电势常用电对的标准电极电势(298.15K)(298.15K)该表中为该表中为还原电势还原电势即即该电对构成的电极与标准氢电极该电对构成的电

14、极与标准氢电极组成原电池，若待测电对为正极，组成原电池，若待测电对为正极， 发生发生还原反应还原反应, , E (M+/M)为为正正值值。与标准氢电极组成电池时为与标准氢电极组成电池时为正极正极发生发生还原还原反应反应，E (Cu2+/Cu) 为为正值正值如如 Cu2+/Cu电对电对电极反应电极反应E /VLi+/LiLi+ + e- Li-3.040K+/KK+ + e- K-2.924Zn2+/ZnZn2+ + 2e- Zn-0.7626H+/H22H+ + 2e- 2H20Cu2+/CuCu2+ + 2e- Cu0.340O2/H2OO2+4H+ + 4e- 2H2O1.229Cl2/C

15、l-Cl2 + 2e- 2Cl-1.229F2/HF(aq) F2+2H+ +2e- 2HF(aq)3.053XeF/Xe(g)XeF + e- Xe(g) + F-3.4常用电对的标准电极电势常用电对的标准电极电势(298.15K)(298.15K)与标准氢电极组成电池时为与标准氢电极组成电池时为负极负极发生发生氧化氧化反应，反应，E (Zn2+/Zn) 为负值为负值如如 Zn2+/Zn该表中为该表中为还原电势还原电势即即该电对构成的电极与标准氢电极该电对构成的电极与标准氢电极组成原电池，若待测电对为组成原电池，若待测电对为负负极，极，发生发生氧化氧化反应反应, , E (M+/M)为负值。

16、为负值。电对电对电极反应电极反应E /VLi+/LiLi+ + e- Li-3.040K+/KK+ + e- K-2.924Zn2+/ZnZn2+ + 2e- Zn-0.7626H+/H22H+ + 2e- 2H20Cu2+/CuCu2+ + 2e- Cu0.340O2/H2OO2+4H+ + 4e- 2H2O1.229Cl2/Cl-Cl2 + 2e- 2Cl-1.229F2/HF(aq) F2+2H+ +2e- 2HF(aq)3.053XeF/Xe(g)XeF + e- Xe(g) + F-3.4E (Li+/Li)最小最小Li的还原性最强的还原性最强Li+的氧化性最弱的氧化性最弱 E (X

17、eF/Xe)最大最大XeF的氧化性最强的氧化性最强Xe的还原性最弱的还原性最弱10-2-4 影响电极电势的因素影响电极电势的因素氧化型氧化型 + + z ze- 还原型还原型E = E + z zF 氧化型氧化型 还原型还原型 RT 2.2.氧化型和还原型物质的氧化型和还原型物质的浓度浓度、分压分压 3.3.酸度酸度对某些电对的电极电势有影响对某些电对的电极电势有影响 组成电对的物质的本性，决定组成电对的物质的本性，决定E 值值 氧化型氧化型还原型还原型一侧一侧各物种各物种相对浓相对浓度幂的度幂的乘积乘积电对在某电对在某一浓度的一浓度的电极电势电极电势电对的电对的标准电标准电极电势极电势摩尔气

18、摩尔气体常数体常数热力学热力学温度温度电极反电极反应中转应中转移的电移的电子数子数法拉第法拉第常数常数氧化型氧化型 + + z ze- 还原型还原型E = E + z zF氧化型氧化型还原型还原型RT10-2-4 影响电极电势的因素影响电极电势的因素Nerns方程方程 氧化型氧化型 + z ze- 还原型还原型E = E + z zF氧化型氧化型 还原型还原型RT符号符号E、氧化型氧化型、还原型还原型R浓度浓度分压分压单位单位数值数值V Vmol L-1Pa8.314 J K-1 mol-1E10-2-4 影响电极电势的因素影响电极电势的因素当当 R = 8.314 J K-1 mol-1 F

19、 = 96485 J V-1 T= 298.15 KNerns方程方程 氧化型氧化型 + z ze- 还原型还原型E = E + z zF氧化型氧化型 还原型还原型RT10-2-4 影响电极电势的因素影响电极电势的因素zF zF 还原型还原型 z z 还原型还原型RT 氧化型氧化型 0.0592V 氧化型氧化型ln = lg气体物质用分压气体物质用分压(Pa)表示表示并除以并除以 p (105 Pa)溶液中的物质用浓度溶液中的物质用浓度(mol L-1)表示表示并除以并除以c (1mol L-1)2 c(Cl-)/c 2例例 Cl2(g) + 2e- 2Cl- - 0.0592V p(Cl2)

20、/p E(Cl2/Cl-)=E (Cl2/Cl- -)+ lg注意：注意：注意：注意：2. 2. 纯固体或纯液体物质不写入纯固体或纯液体物质不写入例例 Zn2+ + 2e- Zn例例 Br2(l) + 2e- 2Br-E(Zn2+/Zn)=E (Zn2+/Zn) + lg c(Zn2+)/c 20.0592V2 c(Br )/c 2-0.0592V 1E(Br2/Br- -) =E (Br2/Br- -) + lg注意：注意：3.3.电极反应中电对以外物质也应电极反应中电对以外物质也应写入，但溶剂写入，但溶剂( (如如H2O) )不写入不写入例例 Cr2O7 + 6e- +14 H+ 2Cr3

21、+ + 7H2O2-+ lg6 c(Cr3+)/c 20.0592V c(Cr2O7 ) /c c(H+)/c 14E(Cr2O7 /Cr3+) =E (Cr2O7 /Cr3+) 2- -2- -2-注意：注意：1.浓度浓度+1.86+1.921.00.13+2.04+1.920.011.02+1.92E(Co3+/Co2+)/V+1.92E (Co3+/Co2+)/V1.0c(Co2+)/mol L-1还原型还原型1.0c(Co3+)/mol L-1氧化型氧化型11.1.浓度浓度计算结果计算结果注意：注意：= +1.62V= +1.51V + lg 0.0592V （1.0 mol L-1)

22、 ( 10.0 mol L-1 )85 1.0 mol L-1 c(MnO4 )=c(Mn2+)=1.0 mol L-1,c(H+)=10.0 mol L-1 计算：计算：E(MnO4 /Mn2+ )例例: : 已知已知: : E E (MnO4 /Mn2+) = +1.51V, - - - -解解:电极反应电极反应 MnO4 +8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O- -z E(MnO4 /Mn2+ )c(Mn2+)/c= (MnO4 /Mn2+ ) + lgE E 0.0592V c(MnO4 )/c c(H+)/c 8- - - -2.2.酸度酸度计算结果计算结果c(MnO4 )/

23、mol L-1 1.01.0c(Mn2+)/ mol L-1 1.01.0c(H+)/ mol L-1 1.010.0E (MnO4 /Mn2+ )/V+1.51+1.51E(MnO4 /Mn2+ )/V+1.51+1.622. 酸度酸度- - - -E(-);电动势电动势E=E(+)E(-)1. 判断原电池的正、负极判断原电池的正、负极 计算原电池的电动势计算原电池的电动势例例1:1:由电对由电对Fe3+/Fe2+、Sn4+/Sn2+构成原电池构成原电池, , 判断原电池正判断原电池正、负极负极, ,计算其标准电动势计算其标准电动势(1)(1)在标准态下：只需比较在标准态下：只需比较E (+

24、)(+)极极 (-)(-)极极电动势电动势 E =E (+)-E (-)= 0.771V 0.154V = 0.617V10-2-5 电极电势的应用电极电势的应用解：解：E (Fe3+/Fe2+)=+0.771 V E (Sn4+/Sn2+)=+0.154 V Sn2+(1mol L-1), Sn4+(1mol L- 1) Fe3+(1mol L-1), Fe2+(1mol L-1) | Pt原电池中原电池中, ,E(+)E(-); 电动势电动势E=E(+)-E(-)1. 判断原电池的正、负极判断原电池的正、负极 计算原电池的电动势计算原电池的电动势(1)(1)在标准态下：只需比较在标准态下：

25、只需比较E (2)(2)非标准态：先根据非标准态：先根据Nernst方程计方程计 算出算出E, , 然后再比较两个然后再比较两个E 值值10-2-5 电极电势的应用电极电势的应用例例2 2：试比较：试比较 KMnO4、Cl2、FeCl3 在酸性介质中的氧化能力在酸性介质中的氧化能力氧化能力：氧化能力：KMnO4 Cl2 FeCl3 2. 判断氧化剂、还原剂的相对强弱判断氧化剂、还原剂的相对强弱EE解解:0.7711.35831.51E /VFe3+/Fe2+Cl2/Cl- -MnO4 /Mn2+电对电对- -例例3 3：试比较：试比较 SnCl2、Zn、H2S 在酸性在酸性 介质中的还原能力介

26、质中的还原能力还原能力：还原能力：Zn H2S SnCl2EE2. 判断氧化剂、还原剂的相对强弱判断氧化剂、还原剂的相对强弱解解:0.1540.144-0.7626E /VSn4+/Sn2+S/ H2SZn2+/Zn电对电对解：解：将将HCN/H2和和H+/H2两电对组成原电池两电对组成原电池E(H H+ +/H/H2 2)=E (H H+ +/H/H2 2) + lg0.0592V c(H H+ +)/c 2 2 p(H H2 2)/p电极反应电极反应：2HCN + 2e- H2 + 2CN- - c(CNCN- -)/c 2 E(HCN/HHCN/H2 2)=E (HCN/HHCN/H2

27、2)+ lg2 p(H H2 2)/p 0.0592V c(HCNHCN)/c 2 E (HCN/H2)=E (H+/H2)+ lg0.0592V c(H+)/c 2c(CN-)/c 2 2 c(HCN)/c 2达平衡时达平衡时 3. 计算弱电解质解离常数计算弱电解质解离常数 (Ki )例例:已知已知E (HCN/H2)=- -0.545V,计算计算Ka(HCN)3. 计算弱电解质解离常数计算弱电解质解离常数 (Ki )例例:已知已知E (HCN/H2)=- -0.545V,计算计算Ka(HCN)E (HCN/HHCN/H2 2)=E (H H+ +/H/H2 2)+ lg0.0592V c(H H+ +)/c 2c(CNCN- -)/c 2 2 c(HCNHCN