第七章 2节 电极电势和电动势

第二节电极电势和电动势如果将氧化还原反应设计成一个电池反应，就会产生一个电动势。电动势是电池做电功能力的重要指标。电极电势是电动势产生的基础。一.电极电势的产生德国化学家W.H.Nernst在1889年提出“双电层理论”对电极电势给予了说明。即：将电极插入电解质溶液中产生的双电层，双电层之间的电势差即为电极电势。请注意：在电极电势表示中，应将相应的电对表示在右下角度。如：

电动势（）与电极电势（）的关系为即：=+--例：计算CuZn电池的电动势。其中：解：该电池的正极为Cu极；负极为Zn极，故电池电动势为：二.标准电极电势1.标准氢电极电势目前，规定氢标准电极（StandardHydrogenelectrode）的电极电势=0，电极电势的绝对值还不能直接测定。标准氢电极：[H+]=1.0mol·kg-1≈1.0mol·dm-3PH2=100kPaH2

=

2H++2e0H+/H2=02.标准电极电势的获得将标准氢电极作为发生氧化作用的负极，待测电极作为发生还原作用的正极，组成一电池：(-)Pt|H2(g，p0)|H+(1.0mol.dm-3)||待测电极

实际中可用甘汞电极等代替标准氢电极。甘汞电极与玻璃电极结构图示实验室中常用的两种电极。三.电动势与反应热力学函数的关系1.电动势与反应rG0m的关系根据热力学定律，如果W体积=0，则：rG0m=-W非体积=-W电功；又电池对外做功W电功=n×F×；由：3.0与平衡常数K0的关系例：求Zn+Cu2+=Zn2++Cu反应的0、rG0m、K0，并写出相应的电池符号。已知:四.电池反应与电极反应的Nerst方程1.电池反应的Nerst方程对反应：aA+bB=gC+dD电池反应的Nerst方程2.电极反应的Nerst方程以反应2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+为例。将反应设计为电池。正极反应：Fe3++e=Fe2+负极反应：Sn4++2e=Sn2+电极反应Nerst方程推导合并整理可得：推广到一般可以获得电极反应的Nerst方程：说明：a.[氧化型]、[还原型]指相关浓度的乘积（计量数为幂次)。b.n为电极反应转移的电子数。例如：Cr2O72-+14H++6e=2Cr3++7H2Oc.溶剂、纯化合物可不列入例.计算在0.1mol.dm-3的盐酸或醋酸溶液中H+/H2电对的电极电势，由此您可以获得何种结论？K醋酸=1.8×10-5；解：H+/H2电对的电极反应为：2H++2e=H2电极反应的Nernst方程为：又：0.1mol.dm-3的盐酸的pH值＝1：

0.1mol.dm-3的醋酸的pH值：故电极电势为：φ盐酸＝-0.0592V；φ醋酸＝-0.170V五.电极电势及电动势的应用1.判断氧化剂与还原剂的相对强弱故：溴能从含碘离子的溶液中取代出碘，氯又能出溴离子的溶液中取代出溴。根据如下电极电势解释：溴能从含碘离子的溶液中取代出碘，氯又能出溴离子的溶液中取代出溴。氧化态物质的氧化能力与还原态物质的还原能力与标准电极电势间的关系2.判断氧化还原反应的方向（1）反应方向性的0判据由rG0m=-n×F×0

可知：00>0，反应可自发进行0<0，反应逆向进行0=0，达到平衡态例：判断反应2Pb2+＋Sn===2Pb＋Sn2+反应当[Pb2+]=0.1mol.dm-3时反应是否自发。

已知：解：假设反应自发，则Pb2+/Pb是电池的正极Sn2+/Sn是电极的负极，则：（2）元素的电势图（即氧化态电势图）元素电势图的构成：把元素的不同氧化态按照一定的顺序进行排列，然后将相邻氧化态组成电对的电极电势写在连线上，就构成元素的电势图，如：Cu2+——Cu+——Cu0.1530.5210.337元素电势图的应用A.利用元素电势图计算未知电对的电势。如：A——B——C010203n3=n1+n2b.判断歧化反应能否发生假设能够发生歧化反应，即2B=A+C将此反应构成电池，则如：A——B——C0左0右正极反应：B+n1e=C，0右负极反应：A+n2e=B，0左如果歧化反应发生，则0=0右-0左>0即：0右>0左3.计算反应的K0、反应进度等核心公式例：计算下列反应的K0。Cu（s）+2Ag+（aq）=Cu2+（aq）+Ag（s）六.清洁能源技术简介能源是社会存在与发展支柱之一。化学在能源的利用与新型能源的开发中具有十分重要的作用。清洁能源技术的重要领域化学电源技术太阳能技术化石能源的清洁利用风能、核能等技术1.太阳能技术即直接将太阳的光能转化为可使用的能源。包括：将光能转化为热能技术；将光能转化为电能技术；关键：高效率光电材料的获得。2.化学电源简介（1）.含义

利用电池装置将化学能直接转化为电能的一种技术。特点：转化效率高、环境污染小、安静、使用方便、应用广泛。最早的电池是意大利物理学家（Aalta.A.）发明的伏打电池。（2）.种类（a）干电池（DryCell）基本结构：外壳、电解质、正极材料、负极材料、辅助材料等。种类锌锰电池：负极材料锌，正极材料为MnO2；银锌电池：负极材料为锌，正极材料为Ag2O；锌汞电池：负极材料为锌，正极材料为HgO；锂电池：负极材料为单质锂。（b）蓄电池（StorageBattery）特点：该类电池在放电结束后可以用外界电源再生（充电），实现重复使用。种类铅酸蓄电池镉镍电池镍氢电池锂离子电池电池工作为放电；电池再生为充电；铅酸蓄电池的电极反应放电过程：负极：Pb+SO42-=PbSO4+2e正极：PbO2+SO42-+4H++2e=PbSO4+2H2O；电池反应：PbO2+H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O充电过程：阳极：PbSO4+2H2O=PbO2+4H++SO42-+2e；阴极：PbSO4+2e=Pb+SO42-

充电反应：2PbSO4+2H2