原电池及电动势素材学习教案

1、会计学1原电池及电动势素材原电池及电动势素材(sci)第一页，共100页。第七章 氧化(ynghu)还原与电化学第一节 氧化(ynghu)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1页/共100页第二页，共100页。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(gun x)五、能斯特方程第2页/共100页第三页，共100页。Cu2+ (aq) + Zn (s) = Cu (s) + Zn2+ (aq) 烧杯烧杯(shobi)中的氧化还原反中的氧化还原反应：应：一、原电池 (定义(dngy)-1rmG =-212.31kJ mol化学能

2、化学能热能热能(rnng) 氧化还原反应都有电子转移，但不能产生定向移动的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，即能否将化学能化学能转化为转化为电能电能呢呢?第3页/共100页第四页，共100页。普通普通(ptng)干电池干电池充电充电(chng din)干电池干电池钮扣钮扣(ni ku)电池电池笔记本电脑笔记本电脑 专用电池专用电池摄像机摄像机专用电池专用电池手机电池手机电池生活中的电池第4页/共100页第五页，共100页。Cu-Zn原电池装置(zhungzh)接通接通(ji tn

3、)内电内电路路原电池: 借助于氧化还原反应将化学能转变(zhunbin)为电能的装置第5页/共100页第六页，共100页。电极电极: 分为分为(fn wi)负极和正极。负极和正极。由电极导体和电解质溶液组成。由电极导体和电解质溶液组成。负极负极: Zn片和硫酸锌溶液片和硫酸锌溶液失电子即电子流出的一极失电子即电子流出的一极 如如: Zn-2e-Zn2+(氧化氧化(ynghu)反应反应)正极正极: Cu片和硫酸铜溶液片和硫酸铜溶液得电子即电子流入的一极得电子即电子流入的一极如如: Cu2+2e-Cu(还原反应还原反应) 电子流向：锌片电子流向：锌片(负极负极) 铜片铜片(正极正极)电流流向：铜片

4、电流流向：铜片(正极正极) 锌片锌片(负极负极)溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。一般一般(ybn)(ybn)由电极、导线、盐桥等组由电极、导线、盐桥等组成。成。 Cu-Zn原电池组成第6页/共100页第七页，共100页。Cu-Zn原电池组成(z chn)盐桥p 什么什么(shn me)(shn me)是盐是盐桥？桥？p 盐桥的作用盐桥的作用(zuyng)(zuyng)是什么？是什么？(冻胶的作用是防止管中的溶液流出，冻胶的作用是防止管中的溶液流出，K+和和Cl-能能在冻胶内自由移动。在冻胶内自由移动。)构成闭合回路，代构成闭合回路，代替两溶液

5、直接接触替两溶液直接接触平衡电荷平衡电荷(中和中和Zn2+过剩和过剩和SO42-过剩，过剩，保持两个半保持两个半电池溶液的电中性电池溶液的电中性)。饱和的饱和的KCl溶液和溶液和5琼脂做成的冻胶琼脂做成的冻胶第7页/共100页第八页，共100页。电极反应(fnyng)与电池反应(fnyng)原电池原电池(dinch)由两个半电池由两个半电池(dinch)组成，半电池组成，半电池(dinch)又称电极。在两电极上发生的半反应又称电极。在两电极上发生的半反应(氧化反应和还原反应氧化反应和还原反应)均均称为电极反应。两个电极反应之和即总反应称为电池称为电极反应。两个电极反应之和即总反应称为电池(di

6、nch)反应。反应。Cu - Zn 原电池中：原电池中： 负极反应负极反应(fnyng)：Zn - 2e Zn2+ (氧化半氧化半反应反应(fnyng)正极反应正极反应(fnyng)：Cu2+ + 2e Cu (还原半还原半反应反应(fnyng)电池反应电池反应(fnyng)：Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu (总反应总反应(fnyng) 金属导体如金属导体如 Cu、Zn 惰性导体如惰性导体如 Pt、石墨棒、石墨棒电极电极/CuCu2+/ZnZn2+电对电对半反应通式：半反应通式： 氧化型氧化型+ ne + ne 还原型还原型 第8页/共100页第九页，共100页。 负极负极“(-)”写

7、在左边写在左边(zu bian)，正极，正极“(+)”写在右边写在右边。 半电池中两相界面用半电池中两相界面用“”表示表示; 同相不同物种用同相不同物种用“,”分分 开开; 溶液、气体要注明溶液、气体要注明cB, pB；盐桥用；盐桥用“|”表示表示 。 若电极反应无金属导体若电极反应无金属导体, 用惰性电极用惰性电极Pt或或C (石墨石墨)。 纯液体、固体和气体写在靠惰性电极一边，用纯液体、固体和气体写在靠惰性电极一边，用“,”分分 开。开。(如氢电极如氢电极)如如CuZn原电池原电池(dinch)的电池的电池(dinch)图式为：图式为：(-) Zn (s)Zn2+(1.0mol/L) |C

8、u2+(1.0mol/L)Cu (s) (+) 原电池原电池(dinch)符号符号(电池电池(dinch)图式图式)的的书写方法：书写方法：原电池的图式表示 (-)Zn | Zn2+(c1) H+(c1) | H2(p) | Pt(+)(+)Fe3+(c1)，Fe2+(c2) | Pt (+) (-) Pt | Cl2(p) | Cl- - (c) 第9页/共100页第十页，共100页。 电极中含有不同电极中含有不同(b tn)(b tn)氧化态同种离子时，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高氧化态离子靠近盐桥，低氧化态离子靠近电极，中间用极，中间用“，”分开。分开。S

9、n4+(c1)，Sn2+(c2) | Pt (+) Cr2O72-(c1), H+(c2), Cr3+(c3) | Pt (+) (-) Pt | O2(p) | H2O，OH- (c1) 参与电极反应的其它参与电极反应的其它(qt)(qt)物质也应写入电池符物质也应写入电池符号中。号中。 原电池的图式(t sh)表示第10页/共100页第十一页，共100页。半反应(fnyng)与常见电极类型 金属金属(jnsh)及其离子电极及其离子电极 Cu2+ + 2e- = Cu Cu(s) Cu2+(c) 气体电极，须加惰性电极气体电极，须加惰性电极(Pt or C) 2H+ + 2e- = H2 P

10、t(s) H2(p) H+(c)第11页/共100页第十二页，共100页。 不同不同(b tn)价态的离子电极，须加惰性价态的离子电极，须加惰性电极电极 Fe3+ + e- = Fe2+ Pt(s) Fe3+(c1), Fe2+(c2) 金属及其难溶盐电极金属及其难溶盐电极 AgCl + e- = Ag + Cl- Ag(s) AgCl(s) Cl-(c)AgCl半反应与常见(chn jin)电极类型第12页/共100页第十三页，共100页。4142( )Zn ZnSO (c ) CuSO (c ) Cu( )铜银原电池铜银原电池212( )Cu Cu (c ) Ag (c ) Ag( )铜氢

11、原电池铜氢原电池2212( )Pt H (p ) H (c ) Cu(c ) Cu( )铜与铁离子铜与铁离子(lz)232123( )Cu Cu (c ) Fe (c ),Fe (c ) Pt( )如铜锌原电池如铜锌原电池例：写出如下(rxi)原电池的图式第13页/共100页第十四页，共100页。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原电池中正、负两个电极形成的电位差叫做(jiozu)该原电池该原电池的电动势，用的电动势，用E 表示。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、反应物浓度和压力应物浓度和压力(yl)有

12、关有关第14页/共100页第十五页，共100页。标准条件标准条件(tiojin)下的电动势叫做原电池的标准电动势，用下的电动势叫做原电池的标准电动势，用E 表示。表示。 标准条件标准条件(tiojin)：c=1mol/L, p=100kPa。二、原电池的电动势原电池：原电池：()Zn|ZnSO4(c1)CuSO4(c2)|Cu(+)若反应若反应(fnyng)写作写作 Cu2+ + ZnCu + Zn2+E 1.1037V； 若反应若反应(fnyng)写作写作 Cu + Zn2+Cu2+ + Zn E 1.1037V； 原电池电动势的正负号代表了氧化还原原电池电动势的正负号代表了氧化还原反应自发

13、反应自发(zf)进行的方向。进行的方向。第15页/共100页第十六页，共100页。三、原电池的电极电势 如果溶解如果溶解 沉积则如图沉积则如图a； 如果沉积如果沉积 溶解则如图溶解则如图b。 都会形成双电层都会形成双电层, 产生产生(chnshng)电势差电势差, 称之为金属的电极电势。称之为金属的电极电势。 用用 (氧化态氧化态/还原态还原态)表示表示, 例如例如 (Cu2/Cu)等。等。 双电层理论双电层理论(lln)(lln)：金属在其盐溶液中金属在其盐溶液中, , 溶解和沉积形成动态平衡：溶解和沉积形成动态平衡： M(s) M(s) 溶解溶解 Mn+(aq) + ne- Mn+(aq)

14、 + ne- 值越大值越大, 氧化氧化(ynghu)能力越强能力越强; 值越小值越小, 氧化氧化(ynghu)能力越弱。能力越弱。沉积沉积(1) 电极电势电极电势 ( )：每个电极上半反应的电位差。每个电极上半反应的电位差。M活泼活泼Mn+稀稀M不活泼不活泼Mn+浓浓 M Mn+(aq) +ne- 双电层双电层 M Mn+(aq) +ne- 溶解溶解 沉积沉积 沉积沉积 溶解溶解 第16页/共100页第十七页，共100页。 (3) 原电池的电动势原电池的电动势(E ): E = 正正 负负 原电池的正、负极之间的电极电势差称为原电池的电动原电池的正、负极之间的电极电势差称为原电池的电动(din

15、 dn)势，用势，用E 来表示。来表示。 规定规定: 原电池的电动原电池的电动(din dn)势等于势等于正极的电正极的电极电势减去负极的电极电势。极电势减去负极的电极电势。 (2) 标准标准(biozhn)电极电电极电势势() 标准状态标准状态(即溶液中有关离子即溶液中有关离子(lz)的浓度为的浓度为1.0 molL-1, 气体的气体的压力为压力为100kPa )下电极的电极电势，称为标准电极电势。下电极的电极电势，称为标准电极电势。 表示表示为为: (氧化态氧化态/还原态还原态) 例如例如: (Cu2/Cu); (Zn2/Zn) 等。等。 E= 正正 负负三、原电池的电极电势第17页/共1

16、00页第十八页，共100页。(4) 标准标准(biozhn)电极电势电极电势的测定的测定:三、原电池的电极电势 电极电势的绝对值无法测定，实际电极电势的绝对值无法测定，实际(shj)应用中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。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国际上统一规定标准氢电极作为标准电极，并规定任何极，并规定任何(rnh)温度下，其电极电温度下

17、，其电极电势为零。势为零。第18页/共100页第十九页，共100页。标标准准氢氢电电极极(dinj)装装置置图图氢电极氢电极(dinj)电极电极(dinj)反应反应: 2H+(aq) + 2e- H2(g) 氢电极氢电极(dinj)半电池符号半电池符号: Pt | H2(100kPa) | H+(1.0molL-1)规定规定: (H+/H2)= 0.000V(伏伏)(4) 标准标准(biozhn)电极电势电极电势的测定的测定:理论上，一般选择理论上，一般选择标准氢电极标准氢电极作为参比电极。作为参比电极。标准氢电极标准氢电极: 三、原电池的电极电势第19页/共100页第二十页，共100页。根据

18、根据(gnj) 未知电极未知电极(dinj)的标准电的标准电极极(dinj)电势？电势？ 将未知电极和标准氢电极组成将未知电极和标准氢电极组成(z chn)原电池，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测定原电池的电动势，即可求出未知电极的标准电极电势。电势。 () 未知电极未知电极 标准氢电极标准氢电极 () 或或 () 标准氢电极标准氢电极未知电极未知电极 () E= 正正 负负三、原电池的电极电势(4) 标准电极电势的测定标准电极电势的测定:第20页/共100页第二十一页，共100页。三、原电池的电极电势(5) 使用使用(shyng)标准电极电势表应注标准电极电势表应注意

19、的事项意的事项测定方法：测定方法：(-)标准标准(biozhn)氢电极氢电极 待测电待测电极极(+) 规定标准规定标准(biozhn)氢电极的电极电势为零，即：氢电极的电极电势为零，即： 规定所有电极反应都写成规定所有电极反应都写成还原反应还原反应的形式，即：的形式，即：氧化氧化态态ne-还原态还原态，共同比较电对获得电子的能力，因此，共同比较电对获得电子的能力，因此又称标准还原电对。又称标准还原电对。其标准电极电势表示为其标准电极电势表示为 (氧化态氧化态/还原态还原态) 。2HH0 （）第21页/共100页第二十二页，共100页。 的大小与半电池的大小与半电池(dinch)反应的写法无关。

20、反应的写法无关。例如例如(lr)： (aq)2Cl 2e)g(Cl2+- 1.3583 V (aq)Cl e(g)Cl21 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使用标准电极电势表应注意(zh y)的事项的事项 小的电对对应的还原型物质还原性强；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。大的电对对应的氧化型物质氧化性强。第22页/共100页第二十三页，共100页。 同一物质同一物质(wzh)在一电对中是氧化型，在另一电在一电对中是氧化型，在另一电对中对中可能是还原型。可能是还原型。例如例如(lr)：Fe2+2e=Fe Fe2+/

21、Fe 0.44 V Fe3+e=Fe2+ Fe3+/Fe2+ 0.77 V三、原电池的电极电势(5) 使用使用(shyng)标准电极电势表应注意的标准电极电势表应注意的事项事项 一些电对的一些电对的 与介质的酸碱性有关。与介质的酸碱性有关。酸性介质：酸性介质： A ，查酸表；，查酸表；碱性介质：碱性介质： B , 查碱表。查碱表。第23页/共100页第二十四页，共100页。 【例】将标准氢电极与标准银电极组成原电池，经测【例】将标准氢电极与标准银电极组成原电池，经测量量(cling)标准氢电极为原电池的负极，原电池的标标准氢电极为原电池的负极，原电池的标准电动势为准电动势为+0.7996V。试

22、计算标准银电极的电极电。试计算标准银电极的电极电势。势。 解：由题意知：解：由题意知： 负负 = 氢电极氢电极(dinj)= 0.000V 正正 = 银电极银电极(dinj) 根据根据 E= 正正 - 负负 = 正正 - 0.000V 则有则有 正正 = E= +0.7996V答：标准银电极答：标准银电极(dinj)的电极的电极(dinj)电势为电势为+0.7996V。第24页/共100页第二十五页，共100页。(-)Zn|Zn2+(1molL-1) | H+(1molL-1)|H2(100kPa)|Pt(+) 298.15K时测得标准时测得标准(biozhn)电动势电动势E =+ 0.76V

23、，求，求Zn2+/Zn的标准的标准(biozhn)电极电势。电极电势。【例】已知标准氢电极与标准锌电极组成【例】已知标准氢电极与标准锌电极组成(z chn)下面原电池下面原电池:解解: 由题意知由题意知: 氢电极为正极，氢电极为正极， 锌电极为负极锌电极为负极(fj)。 根据根据 E = 正正 - 负负 = (H+/H2) - (Zn2+/Zn) = 0.000V-(Zn2+/Zn) (Zn2+/Zn) = -E = - 0.76V 答答: (略略)。第25页/共100页第二十六页，共100页。电极电极(dinj)反应反应: Hg2Cl2 (s) + 2e- 2Hg(l)+2Cl-(aq)电极

24、电极(dinj)符号符号: Pt | Hg(l) | Hg2Cl2(s)|KCl(c)将待测电极将待测电极(dinj)与参比电极与参比电极(dinj)组成组成原电池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或氯化银电极等作为(zuwi)(zuwi)电极电势的对比参考，称为参电极电势的对比参考，称为参比电极。比电极。 标准甘汞电极：标准甘汞电极：1c(Cl )1.0mol L22(Hg Cl / Hg)0.2628V; 1c(Cl )2.8mol L饱和甘汞电极：饱和甘汞电极：22(Hg

25、 Cl / Hg)0.2415V. 甘汞电极甘汞电极第26页/共100页第二十七页，共100页。电极电极(dinj)反应反应:-+-AgCl(s)+eAg(s)+Cl (aq)Ag (aq)+eAg(s)T=298K时，标准时，标准(biozhn)电极电势为电极电势为0.2223V 饱和电极电势为饱和电极电势为0.2000V银银- -氯化银电极氯化银电极(dinj)(dinj)电极符号电极符号: Ag AgCl Cl-参比电极第27页/共100页第二十八页，共100页。 图为由图为由Ni2+浓度分别为浓度分别为1.00103 mol/L和和1.00 mol/L的两种溶液的两种溶液(rngy)组

26、成的浓差电极。组成的浓差电极。浓差电极(dinj)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，也可以组成两个电极，也可以组成(z chn)一个原电池，叫浓差电池一个原电池，叫浓差电池。第28页/共100页第二十九页，共100页。电池反应电池反应(fnyng)为：为：负极：负极： Ni(s) Ni2+(稀溶液稀溶液) + 2e正极：正极： Ni2+(浓溶液浓溶液) + 2e Ni(s)总反应总反应(fnyng)： Ni2+(浓溶液浓溶液) Ni2+(稀溶液稀溶液)0 2+(Ni/Ni)0.28V 0.0888V E 酸度计就是

27、利用了浓差电极的原理酸度计就是利用了浓差电极的原理(yunl)对溶液中的对溶液中的氢离氢离子浓度进行测量。子浓度进行测量。2+302+0.05917(Ni)()0.059171.00 10lglg0.0888V(Ni)()21.00 cEEnc稀稀浓浓浓差电极(dinj)第29页/共100页第三十页，共100页。四、电动势E与rGm的关系(gun x)在标准状态下在标准状态下: G = -nFE 在任意在任意(rny)状态下状态下: G = -nFE研究表明：在恒温研究表明：在恒温(hngwn)恒压下，系统对环境所做的最恒压下，系统对环境所做的最大大非体积功等于系统的吉布斯自由能变。对于原电池

28、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。来说，系统对环境所做的非体积功只有电功。 G = -nFEF = 96485Cmol-1 法拉第常数法拉第常数, n反应中得失电子数，反应中得失电子数，mol G = -nF ; G = -nF 对于电极反应：对于电极反应：第30页/共100页第三十一页，共100页。【例】【例】 已知铜锌原电池的标准电动势为已知铜锌原电池的标准电动势为1.10V, 试计试计 算原电池的标准摩尔算原电池的标准摩尔(m r)吉布斯函数变吉布斯函数变rGm 。 解解: Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 因为发生因为发生1m

29、ol化学反应化学反应(huxu fnyng)需转移需转移2mol电子电子, 所以所以 n = 2mol; 又又 F = 96485Cmol-1 , E= 1.10V rGm= - nFE= -2mol96485Cmol-11.10V = -212267( Jmol-1) = -212.3kJmol-1答答: 该原电池的标准摩尔吉布斯函数变为该原电池的标准摩尔吉布斯函数变为-212.3 kJmol-1。 第31页/共100页第三十二页，共100页。例：计算例：计算(j sun)由标准氢电极和标准镉电极组成的原电池由标准氢电极和标准镉电极组成的原电池的的E, G, K，并写出电池图解、电极反应、电

30、池反应，并写出电池图解、电极反应、电池反应方程。方程。解：电池解：电池(dinch)图解：图解：22( )Cd Cd (1mol / L) H (1mol / L) H (100kPa) Pt( )电池电池(dinch)反应：反应：22Cd(s)2H (aq)Cd (aq)H (g)电极反应：正极电极反应：正极22H (aq)2eH (g)负极负极2Cd(s)2eCd (aq)22(Cd/Cd)0.4030V,(H / H )0.0000V 已已知知：第32页/共100页第三十三页，共100页。E0( 0.4030)0.4030V 正正负负GnFE2 96485 0.403077770J /m

31、ol G777702.303RT2.303 8.314 298lgK13.6313K4.3 10第33页/共100页第三十四页，共100页。 aA + bB dD + eE五、能斯特方程(fngchng)浓度浓度(nngd)(nngd)对电动势和电极电势的影响对电动势和电极电势的影响能能斯特方程斯特方程rmrmrm( )( )ln( )2.303lg GTGTRTQGTRTQ对于对于(duy)任意状态下的氧化还原任意状态下的氧化还原反应：反应： 标准状态下：标准状态下： E= 正正 负负 非标准状态下，非标准状态下，电极电势的大小与电对本身性质，反电极电势的大小与电对本身性质，反 应温度、反应

32、浓度和压力有关应温度、反应浓度和压力有关 其中其中: rGm= -nFE , rGm= -nFE代入上式得：代入上式得： cD/cdcE/ce cA/cacB/cb -nFE = - nFE+ 2.303RT lg p 原电池电动势的原电池电动势的Nernst方程方程第34页/共100页第三十五页，共100页。 E = E- - lg 2.303RT n F cD/cd cE/cecA/ca cB/cb0.0592V n cA/ca cB/cb cD/cd cE/ce浓度浓度(nngd)(nngd)对原电池电动势对原电池电动势E E 影响的能斯影响的能斯特方程：特方程： 将将 T= 298.1

33、5K, R8.314 JmolK-1, F= 96485 Cmol-1代入代入, 则得则得: E = E- lg整理整理(zhngl)：五、能斯特方程(fngchng)第35页/共100页第三十六页，共100页。a氧化氧化(ynghu)态态 + ne- b还原态还原态 将将 rGm = -nF , rGm = -nF 对于非标准态下的任意电极对于非标准态下的任意电极(dinj)反反应应: 同理：同理：代入上式得代入上式得: c(还原还原(hun yun)态态)/cb c(氧化态氧化态)/ca -nF = - nF + 2.303RT lg rGm = rGm+ 2.303 RT lgQ p 电

34、极电势的电极电势的Nernst公式公式五、能斯特方程第36页/共100页第三十七页，共100页。 = + lg = - lg 2.303RT nF n 0.0592V c(还原还原(hun yun)态态)/cb c(氧化氧化( y n g h u ) 态态)/ca c(氧化氧化(ynghu)态态)/cac(还原态还原态)/cb或或:将将 T = 298.15K, R8.314JK-1, F= 96485Cmol-1 代入上式可得代入上式可得: = - lg 0.0592V n c(还原态还原态)/cbc(氧化态氧化态)/ca浓度对电极电势浓度对电极电势 影响的能斯特方程：影响的能斯特方程：(最

35、常用公式最常用公式)五、能斯特方程第37页/共100页第三十八页，共100页。p 使用使用(shyng)电极电势能斯特方程的电极电势能斯特方程的注意事项注意事项 (1) 分清氧化态和还原态；分清氧化态和还原态； (2) 电极电极(dinj)反应中的化学计量系数为指数。反应中的化学计量系数为指数。 (3) 若电极若电极(dinj)反应有反应有H+或或OH-参与参与, 其浓度也列入方程中。其浓度也列入方程中。 n 0.0592V c(氧化氧化(ynghu)态态)/cac(还原态还原态)/cb = + lg五、能斯特方程第38页/共100页第三十九页，共100页。(4) 能斯特方程能斯特方程(fng

36、chng)中的中的n、a、b要对应，即要写出要对应，即要写出半反应式半反应式MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2Occcccc8422442(MnO )(H )0.0592V(MnO / Mn)(MnO / Mn)lg(Mn)5 (5) 气体用分压表示气体用分压表示(biosh)，溶液用浓度表示，溶液用浓度表示(biosh) Cl2 (g) + 2e- = 2Cl-ppcc2222(Cl )0.0592V(Cl /Cl )(Cl /Cl )lg(Cl )2 Cl2 (g) + 2e- = 2Cl-五、能斯特方程(fngchng)第39页/共100页第四十页，共100页。

37、cc2220.0592V1(Br / Br )(Br / Br )lg(Br )2 (6) 纯固体、纯液体纯固体、纯液体(yt)和稀溶液中的溶剂水不和稀溶液中的溶剂水不写写入能斯特方程。入能斯特方程。Br2 (l) + 2e- = 2Br-五、能斯特方程(fngchng)第40页/共100页第四十一页，共100页。例例1：写出下列：写出下列(xili)电对的能斯特方程电对的能斯特方程Br2(l) + 2e 2Br- Fe3+ + e Fe2+cc32323+2+Fe/FeFe/Fe(Fe)0.0592lg(Fe)c222-Br /BrBr /Br0.05921lg2(Br )第41页/共100

38、页第四十二页，共100页。例例2：已测得某铜锌原电池的电动势为已测得某铜锌原电池的电动势为1.06V，已知已知c(Cu2+) = 0.020mol/L，求该原电池中，求该原电池中c(Zn2+)？解：电池解：电池(dinch)反应反应由附表知由附表知所以锌电极为负极所以锌电极为负极(fj)，铜电极为，铜电极为正极正极ccEE2+2+0.059172(Zn)(Cu)lg 2()0.0591720.0201.061.1037lg c Zn2+c(Zn)=0.045mol/LE= 正正 负负=0.3419-(-0.7618)=1.1037V (Zn2+/Zn)= -0.7618V, (Cu2+/Cu)

39、=0.3419VZn(s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu(s)第42页/共100页第四十三页，共100页。例例3：计算：计算(j sun) Zn2+/Zn 电对在电对在 c(Zn2+) = 0.001molL-1 时的时的电极电势。电极电势。 (已知已知 (Zn2+/Zn)= - 0.7618V) (Zn2+/Zn) = (Zn2+/Zn) + lg解：解： Zn2+ + 2e- = Zn ，n = 2 2 0.0592V 2 0.0592Vc(Zn2+)/c答答: (略略)。= - 0.7618V + lg 0.001/1.0 = - 0.8506V第43页/共100

40、页第四十四页，共100页。回答下列回答下列(xili)问题问题（1）写出电池）写出电池(dinch)反应方程和电池反应方程和电池(dinch)图解图解例：某原电池的一个半电池是由金属例：某原电池的一个半电池是由金属Co浸在浸在1.0mol/L Co2+溶液溶液中组成；另一半电池由中组成；另一半电池由Pt片浸入片浸入1.0mol/LCl-的溶液中并不断通的溶液中并不断通入入Cl2（p(Cl2 ) =100kPa）组成，实验）组成，实验(shyn)测得电池的电动测得电池的电动势为势为1.63V，钴电极为负极，已知，钴电极为负极，已知2(Cl /Cl )1.36V （2）2(Co/Co) （3）p(

41、Cl2)增大时，电池电动势如何变化增大时，电池电动势如何变化？（4）当）当Co2+浓度为浓度为0.01mol/L时，电池的电动势。时，电池的电动势。第44页/共100页第四十五页，共100页。解：解： （1）电池）电池(dinch)反应方程反应方程22Co(s)Cl (g)Co(aq)2Cl (aq)电池电池(dinch)图图解解22( )Co Co (1.0mol / L) Cl (1.0mol / L) Cl (100kPa) Pt( )（2）E222(Cl /Cl )(Co/Co)1.36(Co/Co)1.63 正正负负2(Co/Co)1.361.630.27V 第45页/共100页第四

42、十六页，共100页。（3）22p(Cl )/p0.05917222c(Cl )(Cl /Cl )(Cl /Cl )lg 当当p(Cl2)增大增大(zn d)时，时， 正正增大增大(zn d)，E增大增大(zn d)（4）应用）应用(yngyng)原电池电动势的原电池电动势的Nernst方程方程22Co(s)Cl (g)Co (aq)2Cl (aq)EE2222c(Cl )c(Co)0.059172p(Cl )/p0.059170.01 1.02100/100lg1.63lg1.69V E = 正正 - 负负 第46页/共100页第四十七页，共100页。第三节 电极电势的应用(yngyng)一、

43、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(fngxing)四、衡量氧化还原反应进行的程度五、歧化反应的判断第47页/共100页第四十八页，共100页。电极电势最大的电对所对应电极电势最大的电对所对应(duyng)(duyng)的氧化态是最强的氧化态是最强的氧化剂；的氧化剂；电极电势最小的电对所对应电极电势最小的电对所对应(duyng)(duyng)的还原态是最强的还原态是最强的还原剂。的还原剂。 例：找出下列例：找出下列(xili)(xili)四组电对中最强的氧化剂和最四组电对中最强的氧化剂和最强的还原剂。强的还原剂。 (Fe3+/Fe2

44、+) = +0.771V; (Fe3+/Fe2+) = +0.771V; (I2/I-) = (I2/I-) = + 0.5355V + 0.5355V (Sn4+/Sn2+) = +0.151V(Sn4+/Sn2+) = +0.151V；(Ce4+/Ce3+) (Ce4+/Ce3+) = +1.72V = +1.72V 解解: 最强的氧化剂是最强的氧化剂是: Ce4+ 最强的还原剂是最强的还原剂是: Sn2+一、比较(bjio)氧化剂和还原剂的相对强弱第48页/共100页第四十九页，共100页。 标准标准(biozhn)电极电势表电极电势表规律规律: 值越大，其氧化值越大，其氧化(ynghu

45、)态的氧化态的氧化(ynghu)性越强；性越强； 值越小，其还原态的还原性越强。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(xingdu)强弱第49页/共100页第五十页，共100页。二、判断(pndun)原电池的正负极和计算电动势利用利用(lyng) E = 正正 - 负负 电极电势电极电势 值大的电对作正极值大的电对作正极(zhngj) 电极电势电极电势 值小的电对作负极值小的电对作负极 注意两种情况注意两种情况: 标准状态下标准状态下, 直接直接查表查表得标准电极电势得标准电极电势 值值, 然后然后 比较比较 大小确定大小确定正正、负极负极, 计算计算电动势电动势E; 非

46、标准状态下非标准状态下, 先根据能斯特方程先根据能斯特方程计算计算出电极电势出电极电势 值值 , 再比较再比较 大小确定大小确定正正、负极负极, 计算计算电动势电动势E。第50页/共100页第五十一页，共100页。例：将标准例：将标准(biozhn)锡电极锡电极 Sn(s)Sn2+(1.0molL-1) 与标与标准铅电极准铅电极 Pb(s) Pb2+(1.0molL-1) 组成原电池，组成原电池，试判断该原电池的正、负极，计算电动势。试判断该原电池的正、负极，计算电动势。解解: 本题中组成原电池的两个电极均为标准电极本题中组成原电池的两个电极均为标准电极, 查表知：查表知： (Sn2+/Sn)

47、 = - 0.1375V (Pb2+/Pb) = - 0.1262V (Pb2+/Pb) (Sn2+/Sn) 标准铅电极为正极标准铅电极为正极(zhngj)，标准锡电极为，标准锡电极为负极。负极。 E = 正正-负负 = - 0.1262V-(-0.1375V) = + 0.0113V答答: (略略)。第51页/共100页第五十二页，共100页。例：通过例：通过(tnggu)计算确定原电池的正、负极和原电池的电动势计算确定原电池的正、负极和原电池的电动势。 Zn Zn2+(0.1mol.L-1) | Cu2+(2.0mol.L-1) Cu 解解: 先分别计算先分别计算(j sun)两个电对的电

48、极电势，两个电对的电极电势， 然后比较然后比较大小。大小。 (Zn2+/Zn)=(Zn2+/Zn)+( 0.0592/2 )lg c(Zn2+)/c = - 0.7912V (Cu2+/Cu)= (Cu2+/Cu)+( 0.0592/2)lg c(Cu2+)/c = 0.3508V (Cu2+/Cu) (Zn2+/Zn) Cu2+/Cu 正极正极, Zn2+/Zn作负极。作负极。 E = 正正 - 负负= 0.3508 - (-0.7912) =1.142V (-)Zn Zn2+(0.1mol.L-1) | Cu2+(2.0mol.L-1) Cu(+) 第52页/共100页第五十三页，共100

49、页。 对于任意氧化还原对于任意氧化还原(hun yun)反应：反应： aA + bB = dD + eE 氧化还原氧化还原(hun yun)反应自发进行的判断反应自发进行的判断 E 判据判据 rGm =- nFE0, E0，+ - 正向正向自发进行自发进行; rGm =- nFE = 0, E = 0，+ =- 达到达到平衡状态平衡状态; rGm =- nFE0, E0， + - 正向自发进行正向自发进行; E = 0， + = - 达到平衡状态达到平衡状态; E0， + - 逆向自发进行。逆向自发进行。 四、衡量氧化还原反应进行的程度 0.0592VnElgK=第61页/共100页第六十二页

50、，共100页。p204四、计算题 3、4交作业(zuy)时间：作 业第62页/共100页第六十三页，共100页。第63页/共100页第六十四页，共100页。第64页/共100页第六十五页，共100页。第65页/共100页第六十六页，共100页。第66页/共100页第六十七页，共100页。第67页/共100页第六十八页，共100页。第68页/共100页第六十九页，共100页。第69页/共100页第七十页，共100页。第70页/共100页第七十一页，共100页。简答：5分；计算题：15分第71页/共100页第七十二页，共100页。第72页/共100页第七十三页，共100页。第73页/共100页第七

51、十四页，共100页。理论上讲，任何一个理论上讲，任何一个(y )氧化还原反应都能组氧化还原反应都能组成成原电池。原电池。每个原电池都由两个半电池构成，分别对应每个原电池都由两个半电池构成，分别对应两个电极反应。两个电极反应。 根据氧化还原根据氧化还原(hun yun)反应可以设反应可以设计原电池计原电池: 原电池设计(shj)第74页/共100页第七十五页，共100页。 213112 ( ) Pt Fe1.0mol L , Fe0.1mol L Cl2.0mol L Cl101325Pa Pt ( ) 212311 2Fe1.0mol LCl101325Pa 2Fe0.1mol L2Cl2.0

52、mol L 例：将下列反应例：将下列反应(fnyng)设计成原电池并以原电池符号表示。设计成原电池并以原电池符号表示。解：解：解题关键解题关键(gunjin):先判断正负先判断正负极极223Cl (g)+2e2Cl (aq)Fe (aq)-eFe (aq) 正正极极：负负极极：第75页/共100页第七十六页，共100页。Fe2+ + Cr2O72- + H+ Fe3+ + Cr3+ + H2O (-) Fe2+ - e- = Fe3+(+) Cr2O72- + 14H+ + 6e- = 2Cr3+ + 7H2O6Fe2+Cr2O72- + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

53、(-) Pt Fe2+(c1), Fe3+(c2) Cr2O72- (c3), H+(c4), Cr3+(c5) Pt (+) 例：将下列反应设计例：将下列反应设计(shj)成原电池并以原电池符号表示。成原电池并以原电池符号表示。第76页/共100页第七十七页，共100页。Cl- + MnO4- + H+ Cl2 + Mn2+ + H2O (-) 2Cl- - 2e- = Cl2(+) MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O10Cl-2MnO4- + 16H+ = 5Cl2 + 2Mn2+ + 8H2O 例：将下列反应例：将下列反应(fnyng)设计成原电池并以原电池符

54、号表示。设计成原电池并以原电池符号表示。-pcc cc-2214234( )Pt Cl ( ) Cl ()MnO (),H (),Mn() Pt( )第77页/共100页第七十八页，共100页。电极(dinj)的类型构成原电池的电极通常构成原电池的电极通常(tngchng)分为三类，如分为三类，如下表所示。下表所示。第78页/共100页第七十九页，共100页。解：可能解：可能(knng)的反应的反应 Ag(s) - e- = Ag+(aq) Ag+(aq) +Br- (aq) = AgBr(s)/lg(1V0592. 0Ag/AgAg/AgAgcc 13BrsAg100 . 5)/( ccKc

55、cV0714. 0/AgAg 即：即：Ag在在NaBr溶液中比在溶液中比在AgNO3溶液中更易失电子。溶液中更易失电子。同理，金属离子同理，金属离子(lz)形成配离子形成配离子(lz)时也有相似的情况。时也有相似的情况。例例4-6、已知、已知25时，时， (Ag+/Ag)0.7996V，若在，若在银电极中加入银电极中加入NaBr溶液，使溶液，使AgBr沉淀沉淀(chndin)达达平衡，平衡时平衡，平衡时c(Br-)=1.0 moldm-3 ，求银电极的电极电势。，求银电极的电极电势。七、由七、由E计算计算K第79页/共100页第八十页，共100页。例：由例：由 (H+/H2) = 0.000

56、V, (Pb2+/Pb) = -0.126 V 知知 2H+ + Pb = H2 + Pb2+ 反应能自发进行（标态），反应能自发进行（标态），若在氢电极中加若在氢电极中加NaAc, 并使平衡并使平衡(pnghng)后溶液中后溶液中HAc及及Ac浓度为浓度为1.00 mol/L, pH2 为为100 kPa, 上述反应能上述反应能自发进行吗？自发进行吗？2222/0.0592()lg2()HHHHHHpp HHAcAcHKHAc,a 22,/0.0592lgHa HACHHHK 50.0592lg(1.76 10 )0.281V 第80页/共100页第八十一页，共100页。 (H+/H2) (

57、Pb2+/Pb) = - 0.281 (-0.126) = -0.155 VHAc,aH/HH/HAcKlg0592. 0EE22 第81页/共100页第八十二页，共100页。 例：电池例：电池(dinch) (-) Pt, H2(p )| HA(1.0 mol/L), A(1.0 mol/L)|H+ (1.0 mol/L)| H2(p ),Pt (+) 求：在求：在298K时，测得时，测得电池电池(dinch)电动势为电动势为0.551 V, 试计算试计算HA 的的Ka. (H+/H2) (HA/H2) E E (HA/H2) = 0.000 0.551 = -0.551 V据据： 0.55

58、1 = 0.000 + 0.0592lg0.551 = 0.000 + 0.0592lgKa,HA lg lgKa,HA = -0.551/0.0592 = -9.307 Ka,HA = 4.93 1010 HA,aH/HH/HAKlg0592. 0EE22 第82页/共100页第八十三页，共100页。 正、负极标准电势差值越大，平衡常数也就越大，反应进行得正、负极标准电势差值越大，平衡常数也就越大，反应进行得越彻底越彻底. 因此因此(ync)，可以直接利用，可以直接利用 E 的大小来估计反应进行的程的大小来估计反应进行的程度度. 一般地，平衡常数一般地，平衡常数 K =105，反应向右进行程

59、度就算相当完全，反应向右进行程度就算相当完全了。当了。当 n=1 时，相应的时，相应的 E =0.3 V，这是一个直接从电势的大小来，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。衡量反应进行程度的有用数据。八八 估计反应估计反应(fnyng)进行进行的程度的程度第83页/共100页第八十四页，共100页。 298 K 时，测得下列时，测得下列(xili)原电池电动势为原电池电动势为 0.460 V，求溶，求溶液的液的 pH。 九、九、 求溶液求溶液(rngy)的的pHZn | Zn2+ ( 1.00 mol/L ) | H+(?) | H2 ( 100 kPa ), Pt解：解： Z

60、n + 2H+ = Zn2+ + H2 E = 0.460 V得：得： ( Zn2+/Zn ) = -0.763 V ( H3O+/H2 ) = 0.000 V23232323(H /)0.059V(H O /H )(H O /H )lg (H O )/mol dm ppnc 22(Zn/Zn)(Zn/Zn) 232E= (Zn/Zn)(H O /H ) 第84页/共100页第八十五页，共100页。例例4-1、（、（1）OHICrHIOCr223272 分解为两个半反应分解为两个半反应(fnyng)还原反应还原反应(fnyng)：氧化反应氧化反应(fnyng)：总反应总反应(fnyng)：OH