电极电势
电极电势
电极电势一，电极电势(electrode potential)的产生—双电层理论德国化学家能斯特（H．W．Nernst）提出了双电层理论（electron double layer theory）解释电极电势的产生的原因。
当金属放入溶液中时，一方面金属晶体中处于热运动的金属离子在极性水分子的作用下，离开金属表面进入溶液。
金属性质愈活泼，这种趋势就愈大；另一方面溶液中的金属离子，由于受到金属表面电子的吸引，而在金属表面沉积，溶液中金属离子的浓度愈大，这种趋势也愈大。
在一定浓度的溶液中达到平衡后，在金属和溶液两相界面上形成了一个带相反电荷的双电层(electron double layer)，双电层的厚度虽然很小(约为10-8厘米数量级), 但却在金属和溶液之间产生了电势差。
通常人们就把产生在金属和盐溶液之间的双电层间的电势差称为金属的电极电势（electrode potential），并以此描述电极得失电子能力的相对强弱。
电极电势以符号E Mn+/ M表示, 单位为V(伏)。
如锌的电极电势以EZn2+/ Zn 表示, 铜的电极电势以ECu2+/Cu 表示。
电极电势的大小主要取决于电极的本性，并受温度、介质和离子浓度等因素的影响。
2．标准电极电势为了获得各种电极的电极电势数值，通常以某种电极的电极电势作标准与其它各待测电极组成电池,通过测定电池的电动势, 而确定各种不同电极的相对电极电势E值。
1953年国际纯粹化学与应用化学联合会（IUPAC）的建议，采用标准氢电极作为标准电极，并人为地规定标准氢电极的电极电势为零。
（1）标准氢电极电极符号: Pt|H2(101.3kPa)|H+(1mol.L-1)电极反应: 2H+ + 2e = H2（g）E⊖H+/ H2 ＝ 0 V右上角的符号“⊖”代表标准态。
标准态要求电极处于标准压力（100kPa或1bar）下，组成电极的固体或液体物质都是纯净物质；气体物质其分压为100kPa；组成电对的有关离子（包括参与反应的介质）的浓度为1mol.L-1（严格的概念是活度）。
第二节 电极电势
第二节电极电势知识要点一、电极电势和电池电动势1.电极电势(金属－金属离子电极)在铜锌原电池中,为什么电子从Zn原子转移给Cu2＋离子而不是从Cu原子转移给Zn2＋离子?这与金属在溶液中的情况有关,一方面金属M表面构成晶格的金属离子和极性大的水分子互相吸引,有一种使金属棒上留下电子而自身以水合离子M n＋(aq)的形式进入溶液的倾向,金属越活泼,溶液越稀,这种倾向越大,另一方面,盐溶液中的M n＋(aq)离子又有一种从金属M表面获得电子而沉积在金属表面上的倾向,金属越不活泼,溶液越浓,这种倾向越大.这两种对立着的倾向在某种条件下达到暂时的平衡:M n＋(aq)＋ne－M在某一给定浓度的溶液中,若失去电子的倾向大于获得电子的倾向,到达平衡时的最后结果将是金属离子M n＋进入溶液,使金属棒上带负电,靠近金属棒附近的溶液带正电,如右图所示,这时在金属和盐溶液之间产生电位差,这种产生在金属定于温度.在铜锌原电池中,Zn片与Cu片分别插在它们各自的盐溶液中,构成Zn2＋/Zn电极与Cu2＋/Cu电极.实验告诉我们,如将两电极连以导线,电子流将由锌电极流向铜电极,这说明Zn片上留下的电子要比Cu片上多,也就是Zn2＋/Zn电极的上述平衡比Cu2＋/Cu电极的平衡更偏于右方,或Zn2＋/Zn电对与Cu2＋/Cu电对两者具有不同的电极电势,Zn2＋/Zn 电对的电极电势比Cu2＋/Cu电对要负一些.由于两极电势不同,连以导线,电子流(或电流)得以通过.2.原电池的电动势电极电势φ表示电极中极板与溶液之间的电势差.当用盐桥将两个电极的溶液连通时,若认为两溶液之间等电势,则两极板之间的电势差即两电极的电极电势之差,就是电池的电动势.用 E 表示电动势,则有E＝φ＋－φ－若两电极的各物质均处于标准状态,则其电动势为电池的标准电动势,E○—=φ○—(+)－φ○—(－)电池中电极电势φ大的电极为正极,故电池的电动势 E 的值为正.有时计算的结果 E 为负值,这说明计算之前对于正负极的判断有误.E > 0 是氧化还原反应可以自发进行的判据.3.标准氢电极(气体－离子电极)电极电势的绝对值无法测量,只能选定某种电极作为标准,其他电极与之比较,求得电极电势的相对值,通常选定的是标准氢电极.标准氢电极是这样构成的:将镀有铂黑的铂片置于H+浓度(严格的说应为活度a)为 1.0mol·kg－1的硫酸溶液(近似为1.0mol·dm－3)中,如右图.然后不断地通入压力为1.013×105Pa的纯H2,使铂黑吸附H2达到饱和,形成一个氢电极.在这个电极的周围发生了如下的平衡:2H+ +2e－H2氢电极属于气体－离子电极.标准氢电极作为负极时,可以表示为Pt | H2(1.013×105Pa) | H+(1mol·dm－3)这时产生在标准氢电极和硫酸溶液之间的电势,叫做氢的标准电极电势,将它作为电极电势的相对标准,令其为零.在任何温度下都规定标准氢电极的电极电势为零(实际上电极电势同温度有关).所以很难制得上述那种标准氢电极,它只是一种理想电极.用标准氢电极与其他各种标准状态下的电极组成原电池,测得这些电池的电动势,从而计算各种电极的标准电极电势,通常测定时的温度为298K.所谓标准状态是指组成电极的离子其浓度为1mol·dm－3(对于氧化还原电极来讲,为氧化型离子和还原型离子浓度比为1),气体的分压为1.013×105Pa,液体或固体都是纯净物质.标准电极电势用符号φ○—表示.例如:标准氢电极与标准铜电极组成的电池,用电池符号表示为(－)Pt | H2(p○—) | H+(1mol·dm－3)‖Cu2+(1mol·dm－3) | Cu(+)在298K,用电位计测得该电池的电动势E○—= 0.34VE○—=φ○—(+)－φ○—(－),得φ○—(+) = E○—+φ○—(－),故φ○—( Cu2+/Cu)= E○—＋φ○—(H+/H2)2-1=0.34V ＋0V=0.34V为测锌电极的电极电势,组成电池(－)Zn | Zn 2+(1mol·dm －3)‖H +(1mol·dm －3) | H 2(p ○—) | Pt(+) 用同样的的方法可测得该电池的电势为0.7628VE ○—=φ○—(＋)－φ○—(－),得φ○— (－) =φ○— (＋)－E ○—,故φ○— (Zn 2+/Zn)=φ○— (H +/H 2) – E ○—= 0V – 0.7629V= – 0.7628V 则Cu －Zn 电池(－)Zn | Zn 2+(1mol·dm －3)‖Cu 2+(1mol·dm －3) | Cu(+) 的电动势E ○—=φ○—Cu 2+/Cu－ φ○—Zn 2+/Zn=0.34V －(－0.76V)=1.1V上述原电池装置不仅可以用来测定金属的标准电极电势,它同样可以用来测定非金属离子和气体的标准电极电势,对某些剧烈与水反应而不能直接测定的电极,例如Na +/Na,F 2/2F －等的电极则可以通过热力学数据用间接方法来计算标准电极电势.应当指出:所测得的标准电极电势φ○—是表示在标准条件下,某电极的电极电势.所谓标准条件是指以氢标准电极的电极电势φ○—H +/H2=0,电对的[氧化型]/[还原型]=1或[M n+]=1mol ·dm －3;T=298K.因此标准电极电势φ○—是相对值,实际上是该电极同氢电极组成电池的电动势,而不是电极与相应溶液间电位差的绝对值.二、 电极的类型及符号（四种电极） 1.金属－金属离子电极如 Zn 2+/Zn Cu 2+/Cu 等电极符号 Zn|Zn 2+ (c) Cu|Cu 2+ (c) 2.气体－离子电极如H +/H 2Cl 2/Cl －需用一个惰性固体导体如铂（Pt)或石墨. 电极符号 Pt,H 2(p)|H +(c) Pt,Cl 2(p)|Cl －(c) Pt 与H 2之间用逗号隔开,p 为气体的压力. 3.离子电极如 Fe 3+/Fe 2+ 等体系将惰性电极插入到同一种元素不同氧化态的两种离子的溶液中所组成的电极.电极符号 Pt|Fe 2+(c 1), Fe 3+(c 2)4.金属－金属难溶盐电极如 Hg 2Cl 2/Hg由金属及其难溶盐浸在含有难溶盐负离子溶液中组成的电极.电极符号 Pt,Hg,Hg 2Cl 2(s)|Cl －(c) 三、标准电极电势的应用 1. 标准电极电势表注意 ①标准电极电势的符号是正还是负,不因电极反应的写法而改变.如ZnZn 2+ + 2e －或ZnZn 2+ + 2e －对应的φ○—都是电对Zn 2+/Zn的标准电极电势.② 标准电极电势和得失电子数多少无关,即与半反应中的系数无关,例如C12+2e －2C1－,φ○—=1.358V .也可以书写为1/2C12+e－C1－,其φ○— 值(1.358V)不变.2. 判断判断氧化剂和还原剂的强弱标准电极电势高的电极,其氧化型的氧化能力强;标准电极电势低的电极,其还原型的还原能力强.于是根据标准电极电势表,原则上可以判断一种氧化还原反应进行的可能性.3.判断反应方向氧化还原反应进行的方向判断反应方向氧化还原反应进行的方向与多种因素有关,例如,反应物的性质,浓度、介质的酸度和温度等.但是多种因素存在时,内因是事物变化的根据,外因是变化的条件.当外界条件一定时,如皆取标准状态,反应的方向就取决于氧化剂或还原剂的本性.氧化还原反应发生的方向:强氧化型1+强还原型2 = 弱还原型1+弱氧化型2在标准状态下,标准电极电势较大的电对的氧化型能氧化标准电极电势数值较小的电对的还原型.这样判断氧化还原反应方向的根据是什么?将电池反应分解为两个电极反应,反应物中还原剂的电对作负极,反应物中氧化剂的电对作正极.当负极的电势更负,正极的电势更正,电子就可以自动地由负极流向正极.或者说,电流能自动地由正极流向负极.负极的还原型能将电子自动地给予正极的氧化型,电池电动势必须为正,即E>0,反应就能自动向右进行.例如:判断Zn+Cu2+=Zn2++Cu反应是否向右进行?分析将反应物中还原型和它的产物的电对作负极(－): Zn2++2e－=Zn,φ○— =－0.7628V将反应物中氧化型和它的产物的电对作正极(+): Cu2++2e－=Cuφ○—=0.337V查出标准电势,求出电池电动势:E○—=φ○—(+)－φ○—(－)=φ○—(Cu2+/Cu)－φ○—(Zn2+/Zn)=1.10V >0故反应向右进行.☆利用标准电极电势定量地判断氧化还原方向的具体步骤可总结如下:①首先,求出反应物和生成物中元素的氧化数,根据氧化数的变确定氧化剂和还原剂;②分别查出氧化剂电对的标准电极电势和还原剂电对的标准电极电势;③以反应物中还原型作还原剂,它的电对为负极,以反应物中氧化型作氧化剂,它的电对为正极,求出电池标准状态的电动势:E○—=φ○—(+)－φ○—(－)若E○—>0,则反应自发正向(向右)进行,以符号→表示;若E○—<0,则反应逆向(向左)进行,以符号←表示.五、元素电势图及其应用大多数非金属元素和过渡元素可以存在几种氧化态,各氧化态之间都有相应的标准电极电势,拉提默(Latimer)提出将它们的标准电极电势以图解方式表示,这种图称为元素电势图或拉提默图.比较简单的元素电势图是把同一种元素的各种氧化态按照高低顺序排成横列.关于氧化态的高低顺序有两种书写方式:一种是从左至右,氧化态由高到低排列(氧化型在左边,还原型在右边),另一种是从左到右,氧化态由低到高排列.两者的排列顺序恰好相反,所以使用时应加以注意.在两种氧化态之间若构成一个电对,就用一条直线把它们联接起来,并在上方标出这个电对所对应的标准电极电势.根据溶液的pH值不同,又可以分为两大类:φ○—A (A表示酸性溶液Acid solution)表示溶液的pH=0;φ○—B(B 表示碱性溶液Basic solution)表示溶液的pH=14.书写某一元素的元素电势图时,既可以将全部氧化态列出,也可以根据需要列出其中的一部分.例如碘的元素电势图:也可以列出其中的一部分,例如:从元素电势图不仅可以全面地看出一种元素各氧化态之间的电极电势高低和相互关系,而且可以判断哪些氧化态在酸性或碱性溶液中能稳定存在.现介绍以下几方面的应用.1.利用元素电势图求算某电对的未知的标准电极电势.若已知两个或两个以上的相邻电对的标准电极电势,即可求算出另一个电对的未知标准电极电势.例如某元素电势图为B Cφ○—1φ○—2Aφ○—高中化学竞赛辅导系列——电化学基础根据标准自由能变化和电对的标准电极电势关系,经过一系列变化,可得φ○—=n1φ○—1+ n2φ○—2n1+n2 (其中n1,n2分别为电对的电子转移数)2.判断歧化反应是否能够进行由某元素不同氧化态的三种物质所组成两个电对,按其氧化态由高到低排列如下:假设B能发生歧化反应,那么这两个电对所组成的电池电动势:E○—=φ○—正－φ○—负=φ○—右－φ○—左假设B能发生歧化反应,那么这两个电对所组成的电池电动势:E○—=φ○—右－φ○—左>0,即φ○—右>φ○—左根据以上原则,来看一看Cu+是否能够发生歧化反应?有关的电势图为:因为φ○—右>φ○—左,所以在酸性溶液中,Cu+离子不稳定,它将发生下列歧化反应:2Cu+=Cu+Cu2+又如铁的电势图因为φ○—右<φ○—左,Fe2+不能发生歧化反应.但是由于φ○—左>φ○—右,Fe3+/Fe2+电对中的Fe3+离子可氧化Fe生成Fe2+离子:Fe3++Fe=2Fe2+可将上面讨论的内容推广为一般规律:在元素电势图A —B —C中,若φ○—右>φ○—左,物质B将自发发生歧化反应,产物为A和C.若φ○—左>φ○—右,当溶液中有A 和C存在时,将自发地发生睦化反应的逆反应,产物为B.六、影响电极电势的因素1.定性的讨论如前所述,电极电势是电极和溶液间的电势差.这种电势差产生的原因,对于金属电极来讲,是由于在电极上存在M n++ne－M电极反应的缘故.对于氧化还原电极采讲(如Fe3+/Fe2+电极),是由于在惰性电极上存在Fe3++e－Fe2+电极反应的结果.因此,从平衡的角度上看,凡是影响上述平衡的因素都将影响电极电势的大小.显然,电极的本质、溶液中离子的浓度、气体的压强和温度等都是影响电极电势的重要因素,当然电极的种类是最根本的因素.对于一定的电极来讲,对电极电势影响较大的是离子的浓度,温度的影响较小.定性的看,在金属电极反应中,金属离子的浓度越大,则M n++ne－M 平衡向右移动,减少电极上的负电荷,使电极电势增大. M n+离子浓度越小,有更多的M失去电子变成M n+离子,从而增多电极上的负电荷,使电极电势减小.在Fe3++e－Fe2+电极反应中,增大Fe3+离子浓度或减小Fe2+离子浓度,都将使平衡向右移动,结果减少了电极上的负电荷,使电极电势增大.反之, 减少Fe3+离子浓度或增大Fe2+离子浓度,会使电极电势降低.总之,高氧化数(氧化型)离子的浓度越大,则电极电势越高;低氧化数(还原型)离子的浓度越大,则电极电势越低.换句话说, [氧化型]/[还原型] 越大,则电极电势越高.氧化型]或[还原型]表示氧化型物质(如Fe3+)或还原型物质(如Fe2+)的物质的量的浓度(严格的说应该是活度).2. 能斯特(Nernst)方程由热力学的关系式导,可得出电极电势同离子的浓度、温度等因素之间的定量关系——Nernst 方程:对电极反应氧化型+ne－=还原型有φ=φ○—+RTnF ln[氧化型][还原型]应用这个方程时应注意：①方程式中的[氧化型]和[还原型]并非专指氧化数有变化的物质,而是包括了参加电极反应的所有物质.②在电对中,如果氧化型或还原型物质的系数不是1,则[氧化型]或[还原型]要乘以与系数相同的方次.③如果电对中的某一物质是固体或液体,则它们A B Cφ○—左φ○—右氧化态降低Cu2＋＋0.163＋0.521φ○—A/v Cu＋CuFe3＋＋0.77＋0.521φ○—A/v Fe2＋Feφ左φ右φ○—左φ○—右的浓度均为常数,常认为是1.④如果电对中的某一物质是气体,它的浓度用气体分压来表示.典型例题例1 在稀H2SO4溶液中,KMnO4和FeSO4发生以下反应:MnO－4＋H+＋Fe2+ Mn2+＋Fe3+如将此反应设计为原电池,写出正、负极的反应,电池反应和电池符号.解电极为离子电极,即将一金属铂片插入到含有Fe2+、Fe3+溶液中,另一铂片插入到含有MnO－4、Mn2＋及H+ 的溶液中,分别组成负极和正极:负极反应: Fe2＋＝Fe3＋+ e－正极反应: MnO－4＋8H＋＋5e－＝Mn2+＋4H2O电池反应:MnO－4＋8H＋＋5Fe2＋＝Mn2＋＋5Fe3＋+ 4H2O 电池符号:(－)Pt|Fe2+(c1),Fe3+(c2)||MnO－4(c3),H+(c4),Mn2+(c5)|Pt (+)例2已知反应:AsO3－4+ I－→AsO3－3+ I2+H2O(未配平),现设计成如图的实验装置,进行下述操作:(Ⅰ)向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸发现微安表指针偏转;(Ⅱ)若改向(B)烧杯中滴加40%NaOH溶液,发现微安表指针向相反的方向偏转,试回答下列问题:⑴两次操作过程中指针为什么会发生偏转?⑵两次操作过程中指针偏转方向为什么相反?试用化学平衡移动的原理加以解释(3)(Ⅰ)操作中C1上发生的反应为,C2上发生的反应为 .(4)(Ⅱ)操作中C1上发生的反应为,C2上发生的反应为.分析(1)指针发生偏转表示有电流通过,说明形成了原电池,将化学能转化为电能.(2)在原电池中指针向负极一边偏转,两种操作指针偏转方向相反,说明总反应是一个可逆反应.加HCl与加NaOH时,发生的反应刚好相反即为可逆反应.从题给反应来看,加盐酸时,增大反应物H+浓度,平衡向正反应方向进行,加氢氧化钠时中和H+,减小反应物H+的浓度,平衡向逆反应方向进行,故两种操作刚好使得电子转移方向相反,故检流计的指针偏转方向相反.(3)加盐酸时,总反应向右进行,故C1上I－失电子生成I2,C2上AsO3－4得电子生成AsO3－3.(4)加氢氧化钠时,总反应向左进行,故I2得电子生成I－, AsO3－3失电子生成AsO3－4.解(1)形成了原电池,将化学能转化为电能.(2)该反应是一个可逆反应,加盐酸时,增大反应物H+浓度,平衡向正反应方向进行;加氢氧化钠时中和H+,减小反应物H+的浓度,平衡向逆反应方向进行.(3)C1:2I－－2e－=I2,C2:AsO3－4+2e－+2H+= AsO3－3+H2O(4)C1:I2 +2e－=2I－,C2:AsO3－3－2e－+H2O= AsO3－4+2H+例3实验室制备氯气的方法之一是常用MnO2和浓度为12mol·L－1的浓HCl反应,而不用MnO2和浓度为1mol·L－1的稀HCl反应?请用电极电位说明理由.分析不仅酸、碱、盐之间进行离子互换反应是有条件的,同样地,氧化剂与还原剂之间的反应也是有条件的.条件是:⑴φ氧－φ还>0 反应向右进行⑵φ氧－φ还<0 反应向左进行⑶φ氧－φ还=0 反应达到平衡若氧化剂与还原剂的电位相差较大(一般大于0.2V)的情况下,可以用标准电极电位直接来判断.但是如果氧化剂与还原剂的电位相差较小(一般小于0.2V)时,由于溶液的浓度或酸度改变,均可引起电位的变化,从而可使反应方向改变.在这种情况下,必须算出非标准情况下的电位,然后才能进行判断.解MnO2与HCl的反应MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O 当HCl浓度为lmol·L－1时,按标准电极电位判断反应方向：MnO2+4H++2e－Mn2++2H2O φ○—=1.23VCl 2+2e－2Cl－φ○— =1.36V因为E ○— =φ○— (MnO 2/Mn 2+) －φ○—( Cl 2/ Cl －)=1.23V －1.36V=－0.13V<0,故MnO 2与lmol·l －1的稀HCl 不会发生反应. 当HCI 浓度为12mol·L－1的浓HCl时,[H +]=12mol·L －1.若 [Mn 2+]=lmol·L －1,此时氧化剂的电位为 φ(MnO 2/Mn 2+)=φ○—(MnO2/Mn 2+)+0.05912 lg [H +]4[Mn 2+]=1.23V+0.05912V lg124=1.38V当用12mol·L－1盐酸时,其[Cl －]=12mol·L －1.若p Cl 2=101.3kPa,此时还原剂的电位为 φ(Cl 2/Cl －)=φ○—(Cl 2/Cl －)+0.05912 lg p Cl 2[Cl -]2=1.36V+0.05912 Vlg 1122 =1.296V因为E=φ(MnO 2/Mn 2+)－φ(Cl 2/Cl －)=1.38V －1.296V=0.084V>0,所以MnO 2与浓HCl 反应就变成可以进行. 注意:①只有当两个电对的E ○— 值相差较小时,才能比较容易地通过改变溶液的酸度来改变反应的方向.受溶解度的限制,酸度的变化也是有限制的,不能认为酸度改变时一定能使原来不能进行的反应变得可以实现.②当用MnO 2与12mol·L －1浓盐酸反应时,不能利用标准电极电位来直接判断反应进行的方向,否则会得出相反的结论.用E ○— 判断结果与实际反应方向发生矛盾的原因在于:盐酸不是1mol·L －1,Cl 2分压也不一定是101.3kPa,加热也会改变电极电势的数值.由于化学反应常在非标准状态下进行,所以就应算出非标准状态下的电极电位,然后才能进行判断.例4 (2002) 镅(Am)是一种用途广泛的锕系元素.241Am 的放射性强度是镭的3倍,在我国各地商场里常常可见到241Am 骨密度测定仪,检测人体是否缺钙:用241Am 制作的烟雾监测元件已广泛用于我国各地建筑物的火警报警器(制作火警报警器的1片241Am 我国批发价仅10元左右).镅在酸性水溶液里的氧化态和标准电极电势(E/V)如下,图中2.62是Am 4＋/Am 3＋的标准电极电势,－2.07是Am 3＋/Am 的标准电极电势,等等.一般而言,发生自发的氧化还原反应的条件是氧化剂的标准电极电势大于还原剂的标准电极电势.试判断金属镅溶于过量稀盐酸溶液后将以什么离子形态存在.简述理由.附:E (H ＋/H 2)＝0V;E (Cl 2/Cl －)＝1.36V ；E (O 2/H 2O)＝1.23V . 【答案】要点1:E (Am n ＋/Am)＜0, 因此Am 可与稀盐酸反应放出氢气转化为Am n ＋,n ＝2,3,4;但E (Am 3＋/Am 2＋)＜0,Am 2＋一旦生成可继续与H ＋反应转化为Am 3＋.(1分)(或答:E (Am 3＋/Am)＜0,n ＝3)要点2:E (Am 4＋/Am 3＋)＞E (AmO 2＋/Am 4＋), 因此一旦生成的Am 4＋会自发歧化为AmO 2＋和Am 3＋.(2分)要点3:AmO 2＋是强氧化剂,一旦生成足以将水氧化为O 2, 或将Cl －氧化为Cl 2,转化为Am 3＋, 也不能稳定存在.(1分)相反AmO 2＋是弱还原剂, 在此条件下不能被氧化为AmO 22＋.要点4:Am 3＋不会发生歧化(原理同上),可稳定存在.(1分)结论:镅溶于稀盐酸得到的稳定形态为Am 3＋.练习题1.阿波罗宇宙飞船上,使用的是氢氧燃料电池,其电池反应为: 2H 2+ O 2→2H 2O,介质为75%的KOH 溶液.请用方程式填充.(1)电池的正极反应: ; (2)电池的负极反应: . 2.(1995江苏浙江)已知蓄电池在放电时起原电池的作用,充电时起电解他的作用.铅蓄电池在放电和充电时发生的化学反应可用下式表示:Pb ＋PbO 2＋2H 2SO 42PbSO 4＋2H 2O据此判断下列叙述中正确的是A. 放电时铅蓄电池负极的电极反应为: PbO 2＋4H ＋＋SO 42－十2e ＝PbSO 4＋2H 2OB. 充电时铅蓄电池阴极的电极反应为；PbSO 4＋2e -＝Pb 2＋＋SO 42－C. 用铅蓄电池来电解CuSO 4溶液,要生成1.6克Cu,电池内部要消耗0.05摩H2SO4D. 铅蓄电池充电时,若要使3.03千克PbSO4转变为Pb和PbO2,需通过20摩电子3.(2001北京)镍镉充电电池,电极材料是Cd和NiO(OH),电解质是KOH,电极反应分别是: Cd＋2OH－－2e＝Cd(OH)22NiO(OH)＋2H2O＋2e＝2Ni(OH)2＋2OH－下列说法不正确的是A. 电池放电时,负极周围溶液的pH不断增大B. 电池的总反应是Cd＋2NiO(OH)＋2H2O＝Cd(OH)2＋2Ni(OH)2C. 电池充电时,镉元素被还原D. 电池充电时,电池的正极和电源的正极相连接4.（2003）下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统.左右两侧为电解质储罐,中央为电池,电解质通过泵不断在储罐和电池间循环;电池中的左右两侧为电极,中间为离子选择性膜,在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过;放电前,被隔开的电解质为Na2S2和NaBr3,放电后,分别为Na2S4和NaBr.①左、右储罐中的电解质分别是________.②写出电池充电时,阳极和阴极的电极反应.③写出电池充、放电的反应方程式.④指出在充电过程中钠离子通过膜的流向.5.(2001)设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一.最近有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一电极通入汽油蒸气.电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2－离子.回答如下问题:①以丁烷代表汽油,这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是____________________.②这个电池的正极发生的反应是_________;负极发生的反应是__________________;固体电解质里的O2－的移动方向是___________________;向外电路释放电子的电极是_________________.③人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是___________.④你认为ZrO2晶体里掺杂Y2O3用Y3＋代替晶体里部分Zr4＋对提高固体电解质的导电能力起什么作用？其可能的原因是什么？⑤汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生__________堵塞电极的气体通道,有人估计,完全避免这种副反应至少还需10年时间,正是新一代化学家的历史使命.6.(1992)金属纳和金属铅的2︰5(摩尔比)的合金可以部分地溶解于液态氨,得到深绿色的溶液A,残留的固体是铅,溶解的成分和残留的成分的质量比为9.44︰1,溶液A可以导电,摩尔电导率的测定实验证实,溶液A中除液氨原有的少量离子(NH4＋和NH2－)外只存在一种阳离子和一种阴离子(不考虑溶剂合,即氨合的成分),而且它们的个数比是4︰1,阳离子只带一个电荷.通电电解,在阳极上析出铅,在阴极上析出钠.用可溶于液氨并在液氨中电离的盐PbI2配制的PbI2的液氨溶液来滴定溶液A,达到等当点时,溶液A的绿色褪尽,同时溶液里的铅全部以金属铅的形式析出.回答下列问题:(1)写出溶液A中的电解质的化学式；(2)写出上述滴定反应的配平的离子方程式；(3)已知用于滴定的碘化铅的浓度为0.009854mol/L,达到等当点时消耗掉碘化铅溶液21.03毫升,问共析出金属铅多少克？附:铅的原子量207.2；钠的原子量22.99.练习题答案1. (1)正极反应:O2+2H2O+4e－=4OH－(2)负极反应:2H2+4OH－－4e－=4H2O2. B C3. A4.解析:蓄电池的放电、充电过程就是电解质的氧化还原反应过程.氧化还原反应的实质是电子的转移,表现形式则是元素化合价的变化:化合价升高,发生氧化反应,该反应发生在电池的负极;相反化合价降低,发生还原反应,发生这一反应的是电池的正极.因此,只要找出电池放电前后元素化合价的变化,该题所有设问都会得以解答.由题给信息可知:电池放电时,电解质Na 2S 2→Na 2S 4,NaBr 3→NaBr ,其中S 元素的平均化合价由－1→－1/2, Br 元素的平均化合价由 －1/3→－1.由此可见,电池放电时,S 元素化合价升高,被氧化,是电池的负极;Br 元素化合价降低,被还原,是电池的正极.故第1问答案左边储罐(跟正极相连)中的电解质是NaBr 3和NaBr,右边储罐(跟负极相连)中的电解质是Na 2S 2和Na 2S 4.充电是放电的逆过程,是将放电时的还原产物NaBr 重新氧化为NaBr 3,将氧化产物Na 2S 4还原为Na 2S 2的过程.故第2问中阳极反应为:3NaBr －2e －= NaBr 3＋2Na ＋, 阴极反应为:Na 2S 4＋2Na ＋＋2e －=2Na 2S 2. 第3问的充、放电反应方程式是第2问中两电极反应的和:2Na 2S 2＋NaBr 3=Na 2S 4＋3NaBr.从第2问的电极反应可知,充电时,阳极(左边)反应产生了“多余”的Na ＋,而阴极(右边)反应中则需要Na ＋,所以第4问中Na ＋的流动方向是从离子选择性膜的左边流向右边.第4问也可以这样理解:充电过程中,电池在外加电场的作用下,左边的电压高于右边,而Na ＋带正电荷,必然要从高电势的位置流向低电势的位置.答案 ①左:NaBr 3/NaBr(1分;只写一种也可)右:Na 2S 2/Na 2S 4(1分;只写一种也可)②阳极:3NaBr －2e －＝NaBr 3＋2Na ＋(1分) 阴极:Na 2S 4＋2Na ＋＋2e －＝2Na 2S 2(1分)③2Na 2S 2＋NaBr 3Na 2S 2+ NaBr 3Na 2S 4+NaBr 3Na 2S 4＋3NaBr(1分) ④Na ＋的流向为从左到右.(1分)5. 解析:该题以燃料电池为载体,考查电池反应方程式和电极反应式的书写,电池内部电解质中离子的移动方向和外电路中电子移动方向的判断,燃料电池的优点和汽油燃料电池的工艺缺点等.第1问要求写出汽油燃料电池放电时的化学反应方程式,燃料电池的制作原理就是燃料气体被氧化剂氧化而发生了氧化还原反应,故该问化学反应方程式为:2C 4H 10＋13O 2====8CO 2＋10H 2O.第2问要求写出电池正负极的反应式.因为放电时,电池正极发生还原反应(元素化合价降低),负极发生氧化反应.所以正极反应式是:O 2＋4e－===2O 2－(或13O 2＋52e －===26O 2－),负极反应式是:C 4H 10＋13O 2－—26e －===4CO 2＋5H 2O(或2C 4H 10＋26O 2－—52e －===8CO 2＋10H 2O).由上述电池正、负极反应式可以看出:正极反应“源源不断”地产生O 2－,负极反应要持续进行,则需要“持续不断”的O 2－供应,故电池内O 2－的移动方向是由正极流向负极.电池的负极发生氧化反应,失掉电子,故外电路电子从负极流出.第3问考查了燃料电池的优点.燃料电池是将燃料燃烧反应所产生的化学能直接转化为电能的“能量转化器”,其能量转化率很高,可达70%以上,而内燃机的能量转化率较低.故该问答案为“燃料电池具有较高的能量转化率”.第4问要求参赛选手依据电荷守恒原理,得出掺有Y 2O 3的ZrO 2晶体中O 2－减少了,致使晶体中O 2－缺陷,从而使其在电场作用下向负极移动.故该问答案为:“为维持电荷平衡,晶体中的O 2－将减少,从而使O 2－得以在电场作用下向负极(或阳极)移动.”第5问的答案在题中已给出暗示,“氧化反应不完全”即汽油不完全燃烧.含碳化合物不完全燃烧的固体产物是碳,故第5问是“碳”堵塞了电极的气体通道. 答案① 2C 4H 10＋13O 2＝8 CO 2＋10H 2O (1分) (必须配平;所有系数除2等方程式均应按正确论.) ② O 2＋4e -＝2 O 2– (2分)(O 2取其他系数且方程式配平也给满分.)C 4H 10＋13O 2– –26e -＝4 CO 2＋5 H 2O(2分)(系数加倍也满分.)向负极移动;(1分;答向阳极移动或向通入汽油蒸气的电极移动也得满分.)负极.(1分；答阳极或通入汽油蒸气的电极也得满分)。
电极电势
分析将反应物中还原型和它的产物的电对作负极(－):Zn2++2e－=Zn,φ =－0.7628V
将反应物中氧化型和它的产物的电对作正极(+):Cu2++2e－=Cuφ =0.337V
查出标准电势,求出电池电动势:
E =φ (+)－φ (－)=φ (Cu2+/Cu)－φ (Zn2+/Zn)
强氧化型1+强还原型2=弱还原型1+弱氧化型2
在标准状态下,标准电极电势较大的电对的氧化型能氧化标准电极电势数值较小的电对的还原型.这样判断氧化还原反应方向的根据是什么?将电池反应分解为两个电极反应,反应物中还原剂的电对作负极,反应物中氧化剂的电对作正极.当负极的电势更负,正极的电势更正,电子就可以自动地由负极流向正极.或者说,电流能自动地由正极流向负极.负极的还原型能将电子自动地给予正极的氧化型,电池电动势必须为正,即E>0,反应就能自动向右进行.
标准氢电极是这样构成的:将镀有铂黑的铂片置于H+浓度(严格的说应为活度a)为1.0mol·kg－1的硫酸溶液(近似为1.0mol·dm－3)中,如右图.然后不断地通入压力为1.013×105Pa的纯H2,使铂黑吸附H2达到饱和,形成一个氢电极.在这个电极的周围发生了如下的平衡:
H22H++2e－
氢电极属于气体－离子电极.标准氢电极作为负极时,可以表示为
假设B能发生歧化反应,那么这两个电对所组成的电池电动势:E =φ 右－φ 左>0,即φ 右>φ 左
根据以上原则,来看一看Cu+是否能够发生歧化反应?
有关的电势图为:
标准电极电势
标准电极电势标准电极电势是电化学中一个重要的概念，它是指在标准状态下，某一电极与标准氢电极之间的电势差。
标准电极电势的概念对于电化学研究和工业生产都具有重要意义。
本文将从标准电极电势的定义、测定方法、影响因素以及应用等方面进行介绍。
首先，标准电极电势的定义是指在标准状态下，某一电极与标准氢电极之间的电势差。
标准状态是指溶液中物质的浓度为1mol/L，气体的压强为1atm，温度为298K。
标准氢电极被规定为标准电极电势为0V，其他电极与标准氢电极之间的电势差即为它们的标准电极电势。
其次，测定标准电极电势的方法有两种，一种是使用电动势计测定，另一种是使用标准电极电势与待测电极电势的比较测定。
电动势计是一种专门用于测定电极电势的仪器，通过它可以直接测定出电极的电势值。
而比较测定则是将待测电极与标准电极连接在同一电解质溶液中，通过测量它们之间的电势差来确定待测电极的标准电极电势。
标准电极电势受多种因素的影响，其中最主要的影响因素包括温度、溶液浓度、离子活度以及溶液中的其他物质等。
温度的变化会引起电极反应速率的改变，从而影响标准电极电势的大小。
溶液浓度和离子活度的变化也会对标准电极电势产生影响，通常情况下溶液浓度越高，离子活度越大，标准电极电势越大。
此外，溶液中的其他物质如配位体、络合剂等也会对标准电极电势产生影响。
标准电极电势在电化学领域有着广泛的应用，它可以用于确定化学反应的方向和速率，也可以用于计算电解质的溶解度积等。
在工业生产中，标准电极电势还可以用于电镀、腐蚀防护、电池制造等方面。
因此，对标准电极电势的深入研究和应用具有重要的意义。
总之，标准电极电势是电化学中的重要概念，它的定义、测定方法、影响因素以及应用都具有一定的复杂性和深度。
通过本文的介绍，相信读者对标准电极电势有了更深入的了解，同时也希望本文对相关领域的研究和应用能够起到一定的帮助和促进作用。
电极电势的能斯特方程表达式
电极电势的能斯特方程表达式电极电势是描述电化学反应的重要参数之一，是指在一个电池中，电极与电解质溶液之间的电势差。
电极电势的大小和方向能够反映出电化学反应的性质和趋势。
为了更好地描述电极电势的变化规律，能斯特提出了著名的能斯特方程。
一、电极电势的定义电极电势是指在单赋予正电荷（还原电极）或单失去正电荷（氧化电极）状态下，相对于标准氢电极的电势差。
标准氢电极是以纯氢气和1M浓度的HCl溶液为电极反应物形成的电极。
二、电极电势与化学反应的关系在电化学反应过程中，氧化还原反应造成了电子转移和位置移动，使体系产生了电荷分离，从而形成了电势差。
电极电势大小取决于电化学反应的性质和反应平衡常数，如下所述：$$ E = E^{\circ} \pm \frac{RT}{F} lnQ $$其中，E为电极电势，E°为标准电极电势，在标准状态下得到的电极电势。
R为气体常数，T为温度，F为法拉第常数，Q为反应物质浓度之比。
三、能斯特方程的应用根据能斯特方程，电极电势与反应物浓度之间的关系可以被精确地描述。
能斯特方程在分析电化学反应、构建电化学反应动力学模型以及预测反应路径方面应用广泛。
此外，能斯特方程还应用于电池和电化学传感器设计中。
需要注意的是，运用能斯特方程计算电极电势时，必须满足反应系统处于稳态。
这意味着，反应速率与质量传递速率平衡，电荷分离相对稳定，并且反应溶液中的物质浓度保持恒定。
总的来说，电极电势是描述电化学反应过程的一个关键参数，能斯特方程为电极电势与反应物浓度之间的参数关系提供了理论模型和计算工具。
通过研究电极电势的变化和理解能斯特方程的应用，可以更好地理解和掌握电化学反应的本质和规律。
电极电势
根据上述方法， 根据上述方法，可利用标准氢电极或参 比电极测得一系列待定电极的标准电极 电势。 电势。 书末附录10中列出 书末附录 中列出298.15K时标准状态活 中列出 时标准状态活 压力p=100kPa)下的一些氧化还原 度(a=1,压力 压力 下的一些氧化还原 电对的标准电极电势,表中都是按 电对的标准电极电势 表中都是按 代数值 由小到大的顺序自上而下排列的。 由小到大的顺序自上而下排列的。
(2) φ 代数值与电极反应中化学计量数的选配无关 φ 代数值是反映物质得失电子倾向的大小， 它与物质的数量无关。 如：Zn2++2e- = Zn 与 2Zn2++4e- = 2Zn φ 数值相同 代数值与半反应的方向无关。 (3) φ 代数值与半反应的方向无关。 IUPAC规定，表中 表中电极反应以还原反应表示（故 表中 有称之谓“还原电势”），无论电对物质在实际反应 中的转化方向如何，其φ 代数值不变。 如Cu2++2e- = Cu与Cu = Cu2++ 2e- φ 数值相同
ϕ ( H /H 2 ) = 0 V
+
的测定: 未知ϕ 的测定:标准氢 电极与待测电极组成 原电池后, 原电池后,测其电池反 应的电动势 应的电动势E。
标准氢电极示意图
如测 :ϕθ（Cu2+/Cu）=? ϕ ） 解：
（-）Pt|H2(100kPa)|H+(1mol.dm-3)┆┆Cu2+(1mol.dm-3)|Cu(+) ） ┆┆Cu
解： Zn2+（aq）+2e- = Zn(s) ） ϕθ (Zn2+/Zn) = –0.7618V
ϕ ( Zn 2 +
化学电极电势计算公式
化学电极电势计算公式嘿，咱今天就来好好唠唠化学里的电极电势计算公式。
咱先得搞清楚啥是电极电势。
简单说，电极电势就是衡量电极在溶液中得失电子能力的一个指标。
就好比跑步比赛，跑得快慢有个标准，电极得失电子的能力也有这么个衡量尺度。
那电极电势计算公式到底是啥呢？这就得提到能斯特方程啦。
能斯特方程就像是一把神奇的钥匙，能帮咱们打开电极电势计算的大门。
能斯特方程长这样：E = E° - (RT / nF) * lnQ 。
这里面的每个字母都有它特定的含义。
E 就是咱们要算的电极电势，E°呢是标准电极电势，就像一个基准线。
R 是气体常数，T 是温度，n 是电子转移数，F 是法拉第常数，Q 是反应商。
咱就拿个具体的例子来说吧。
比如说铜锌原电池，铜电极这边发生的是还原反应，锌电极那边发生的是氧化反应。
咱们要算铜电极的电极电势，就得先知道铜的标准电极电势，再看看反应的温度，电子转移数，还有反应商。
我记得之前给学生讲这个的时候，有个小家伙一脸懵地问我：“老师，这一堆字母和数字，咋感觉像一堆乱码呀？”我笑着跟他说：“别着急，咱们一点点来，就像搭积木一样，一块一块拼起来，就能看到完整的图案啦。
”然后我就带着他们从最基础的概念开始，一点点推导，一点点计算。
那计算的时候要注意些啥呢？首先，各个物理量的单位得搞对，不然算出来可就差得十万八千里啦。
还有，对数运算要小心，别算错了。
其实啊，电极电势计算公式就像是一个工具，能帮咱们解决很多实际问题。
比如说判断一个反应能不能自发进行，通过比较两个电极的电极电势就能知道。
如果一个电极的电极电势高，另一个低，那电子就会从电势低的流向电势高的，反应就能自发进行。
再比如说，在工业生产中，通过控制电极电势，可以提高反应的效率和选择性，生产出咱们想要的产品。
总之，电极电势计算公式虽然看起来有点复杂，但只要咱们掌握了方法，多做几道题练练手，就会发现它其实也没那么难。
就像爬山一样，一开始觉得山高路陡，等爬到山顶，回头一看，原来也不过如此。
电极电势与电势差
电极电势与电势差
电极电势是指一个电极与标准氢电极之间的电势差。
电极电势可以用来考察化学反应的方向性和速率，因为化学反应通常涉及电子转移。
在一个电池中，两个电极之间的电势差称为电池电势，可以用来测量电池的电压。
电势差是指两个点之间的电势差，通常用伏特（V）作为单位。
电势差可以用来计算电场的强度，也可以用来描述电路中的电压。
在一个闭合电路中，电势差可以用欧姆定律来计算电流强度。
电极电势和电势差是电化学中的基本概念，对于理解化学反应和电化学实验非常重要。
在实际应用中，电极电势和电势差可以用来设计电池、电解和电镀等化学过程。
- 1 -。
电极电势的定义
电极电势的定义
电极电势的定义
电极电势是指由于在外电路上的电荷分布不均匀，电极附近电场强度随离开电极的距离而减小的现象。
电位差与场强有关。
两个电极之间的电压不一样，场强也不一样。
比如一个金属棒一端被一块很大的导体（半径r=d，长度l=d/2）覆盖着，另一端和电源负极相连，设导体的电阻率为R，那么电源负极的电势V0的大小为： V0=RCR，场强E0的大小为E0=F(r2/R)，则电位差Vz=V0-V0R。
也就是说，当一个电极靠近另一个电极时，电位差就会增加。
比如，手握一根电线，会感觉到电线靠近手掌部分的电阻较大，因此电位差也较大。
再如，同一电线，放在干燥的空气中与放在潮湿的空气中相比，前者电位差较大。
场强变化电势变化例子:
（ 1）平行板电容器的电势能随离平板的距离变化而变化.如果将一块带正电荷q的金属箔片和一块带负电荷q的金属箔片相接触，然后让它们分别接触一个有内电阻R的电极板，则两个电极上的电压分别为： Q=(V/R)e和Q=(V/R)e。
将Q=V/R的金属箔片放入另一块有内电阻r的电极板中，结果将得到平行板电容器。
这种金属箔片称为正极材料。
电极电势计算公式如下：
1、电极电势（内电场力） =V
电极电势可以通过电池反应实验测得。
电池反应的正极产生氧气，负极产生氢气。
测量的电势与标准状况下理想气体反应的计算值相同，但是对实际情况要做一些修正。
电极电势可以通过电池反应实验测得。
电池反应的正极产生氧气，负极产生氢气。
测量的电势与标准状况下理想气体反应的计算值相同，但是对实际情况要做一些修正。
电极电势的能斯特方程表达式
电极电势的能斯特方程表达式电极电势是电化学中的重要概念，用于描述电化学反应中电极的电势变化。
能斯特方程是描述电极电势与各种因素之间关系的数学方程，它是电化学研究中的基本方程之一。
能斯特方程的表达式为：E = E° - (RT / nF) * ln(Q)在这个方程中，E表示电极电势，E°表示标准电极电势，R是气体常数，T是温度，n是电子转移数，F是法拉第常数，Q是反应物浓度的比值。
从这个方程可以看出，电极电势与标准电极电势、温度、电子转移数以及反应物浓度之间存在着密切的关系。
下面将逐一介绍这些因素对电极电势的影响。
首先是标准电极电势。
标准电极电势是指在标准状态下，电极与溶液中的离子之间建立的平衡状态的电势差。
标准电极电势是一个固定值，对于特定的电极反应是唯一确定的。
它可以通过实验测量得到，常用标准氢电极作为参比电极。
其次是温度。
温度对电极电势的影响是通过温度项RT / nF来体现的。
随着温度的升高，电极电势会发生变化。
根据能斯特方程，温度越高，RT / nF的值越大，电极电势越小。
这是因为随着温度升高，反应物的活性增加，电化学反应更容易发生。
电子转移数是指在电化学反应中，每个反应中转移的电子的个数。
电子转移数对电极电势的影响体现在能斯特方程中的n值。
当n为正数时，电极电势随着反应物浓度的增加而增加；当n为负数时，电极电势随着反应物浓度的增加而减小。
这是因为电子转移数的正负决定了电极电势与反应物浓度之间的关系。
最后是反应物浓度。
反应物浓度对电极电势的影响是通过能斯特方程中的ln(Q)项来体现的。
根据方程，当反应物浓度增加时，ln(Q)的值变大，电极电势变小。
反之，当反应物浓度减小时，电极电势变大。
这是因为反应物浓度的变化会改变反应的平衡状态，进而影响电极电势的大小。
总结起来，能斯特方程是描述电极电势与标准电极电势、温度、电子转移数以及反应物浓度之间关系的重要方程。
通过对能斯特方程的理解，我们可以更好地理解电化学反应中电极电势的变化规律，并为电化学研究和应用提供理论基础。
电极电势的能斯特方程
2.第二类电极（有两个相界面）
甘汞电极 a . 电极结构 Hg , Hg 2 Cl 2 (s ) KCl (a ) b . 电极反应
1 Hg 2 Cl 2 Hg + Cl 2
C . 能斯特方程
Hg Cl
2
2
Hg
= Hg 2Cl2
θ
Hg
RT ln aCl F
三种：饱和，1
mol dm 3 ,0.1mol dm 3
E = 右 左 RT a 2 RT a 2 =E + ln = ln F a1 F ) Cl (a 2 ) AgCl, Ag
正极： 负极：
Ag + Cl → AgCl + e
AgCl + e → Ag + Cl
Cl (a1 ) → Cl (a 2 )
Ag AgNO3 (a1 ) AgNO3 (a 2 ) Ag , (a 2 > a1 )
电极反应：
Ag → Ag + ( a1 ) + e Ag + (a 2 ) → Ag
θ 左 = 左 +
RT ln a1 F RT θ ln a2 右 = 右 + F
电池反应：
Ag + (a 2 ) → Ag (a1 )
2+
对于任意一个电极：
ν 1 [氧化态] + ne - → ν 2 [还原态]
=
θ
O
[还原态]ν RT ln [氧化态]ν nF
[氧化态]ν1 [还原态]ν 2
2
1
298K时：
RT ln = + nF
= -
O
0.05915 ln n
[还原态]ν 2 [氧化态]ν 1
课件：电极电势
2
• (ii) 电极电势是如何产生的---双电层模型 • 金属表面的两过程:
• 金属溶解, 阳离子进入溶液, 电子留在金 属表面, 形成金属表面带负电荷、邻近溶 液带正电荷的“双电层”,金属还原性强、 Mn+(aq)浓度小,这种倾向大
它电极的电极电势的。 H2(g) (1 p )
（i）〔标准氢电极〕
• Pt|H2(100 kPa)|H+(1 mol·dm-3)，
Pt H+(aq) (a = 1)
H2气泡
• IUPAC 规 定 , 以 标 准 氢 电 极 (Pt),
H2(1pө)H+(1mol·dm-3) 的 电 势 作 为 电 极 电 势的相对标准，规定其电极电势φө ＝0 V
20
• 298 K, [H+] = 10.0 mol·dm-3时, 电对Cr2O72- / Cr3+的电极电势
[解]电极反应:
Cr2O72- + 14 H+ + 6 e- = 2 Cr3+ + 7 H2O
E (Cr2O72-
/
Cr3 )
E O (Cr2O72-
/
Cr3 )
0.059 6
V
lg
(Cr2O72- )(H )14 (Cr3 )2
φө (Zn2+/Zn)=-0.76 18 V，
当Zn2+浓度c=0.001 M时，
φ(Zn2+/Zn)=φө(Zn2+/Zn)＋(0.05917/2)×lgc
= -0.76 18 - (0.05917/2)×3=-0.8506 V
第八章 电化学基础第八节 电极电势
E(Co3+/ Co2+) = EΘ(Co3+/ Co2+) + 0.05917lg [c(Co2 )] （1）E(Co3+/ Co2+) = (1.80+ 0.05917lg 0.10) V = 1.74V
离子2023浓/2/2度0 的影响更显著
12
三、 沉淀的生成对电极电势的影响
●概况 电对的氧化态或还原态物质生成沉淀，会使物质浓度
减小，电极电势变化
例 8.10 在含有Ag+/Ag电对的系统中，若加入NaCl溶液，当c(Cl)=1.0 moldm-3时，求E(Ag+/Ag)的值。
解：电极反应：Ag++eAg(s)；EΘ(Ag+/Ag)=+0.7999V，加入NaCl 溶液，产生AgCl沉淀：Ag++Cl-AgCl
●测定原理（自学）
例1，铜电极标准电极电势，组成电池
（-）Pt| H2(100kPa) | H+(aH+ = l) || Cu2+(aCu2+ = l) | Cu (+) 此 电 池 的 电 动 势 就 是 铜 电 极 的 标 准 电 极 电 势 。 298.15K 时 EΘ(Cu2+/Cu) = 0.34 V。铜为正极，实际进行还原反应
电极反应式
KspΘ
c(Ag+)
EΘ/V
Ag+ + e ⇋ Ag(s)
AgCl(s) + e ⇋ Ag(s) + Cl-
电极电势
1111-15 电动势测定的实际应用
E → ∆Gi , ∆H i , ∆Si L Lγ ± , a± , ti , pH , pM , K
平衡常数的测定
弱酸(碱)离解常数，水 的离子积常数, 溶度积， 活度积
氧化还原反应
∆rG = ∆rG + RT ln
o
∏
i
ai
能斯特(Nernst)方程 方程 能斯特
M
z+
+ ze
M
平衡时电化学势
µ M z + ( Sol ) = µ M z + ( M )
平衡时电化学势
µi
sol +
zie0φ
sol
=
M+ ze φ M µi i 0
µ M z + ( Sol ) = µ M z + ( M )
µM z+ (Sol) = µM (M ) − zµe (M )
Ka
a ⋅a RT o ln o E=E − 2 F pH / p o ⋅ a
2 + H
2
2 − Cl 2 AgCl
mHA ⋅ mCl − γ HA ⋅ γ Cl − (E − E )F + ln = − ln − ln K a o RT γ A− m − ⋅m
o A
E' ~ I
I → 0 γ →1
γ±=0.795
一元弱酸解离
HA
aH + ⋅ a A− Ka = a HA
+ + AH
a HA = γ HA ⋅
m HA m
o
(-) Pt,H2(p)|HA(m1),NaA(m2),NaCl(m3)|AgCl(s)|Ag(+)
电极电势课件
电极电势课件1、电极电势的产生——双电层理论德国化学家能斯特提出了双电层理论解释电极电势的产生的原因。
当金属放入溶液中时，一方面金属晶体中处于热运动的金属离子在极性水分子的作用下，离开金属表面进入溶液。
金属性质愈活泼，这种趋势就愈大；另一方面溶液中的金属离子，由于受到金属表面电子的吸引，而在金属表面沉积，溶液中金属离子的浓度愈大，这种趋势也愈大。
在一定浓度的溶液中达到平衡后，在金属和溶液两相界面上形成了一个带相反电荷的双电层(electrondoublelayer)，双电层的厚度虽然很小(约为10-8厘米数量级),但却在金属和溶液之间产生了电势差。
通常人们就把产生在金属和盐溶液之间的双电层间的电势差称为金属的电极电势，并以此描述电极得失电子能力的相对强弱。
电极电势以符号EMn+/M表示,单位为V(伏)。
如锌的电极电势以EZn2+/Zn表示,铜的电极电势以ECu2+/Cu 表示。
电极电势的大小主要取决于电极的本性，并受温度、介质和离子浓度等因素的影响。
2、标准电极电势为了获得各种电极的电极电势数值，通常以某种电极的电极电势作标准与其它各待测电极组成电池,通过测定电池的电动势,而确定各种不同电极的相对电极电势E值。
20xx年国际纯粹化学与应用化学联合会的建议，采用标准氢电极作为标准电极，并人为地规定标准氢电极的电极电势为零。
标准氢电极电极符号:Pt|H2(101.3kPa)|H+(1mol.L-1)电极反应:2H++2e=H2EφH+/H2＝0V右上角的符号“φ”代表标准态。
标准态要求电极处于标准压力下，组成电极的固体或液体物质都是纯净物质；气体物质其分压为101.325kPa；组成电对的有关离子的浓度为1mol.L-1。
通常测定的温度为298K。
(2)标准电极电势用标准氢电极和待测电极在标准状态下组成电池，测得该电池的电动势值，并通过直流电压表确定电池的正负极，即可根据E 池=E－E计算各种电极的标准电极电势的相对数值。
电极电势
电极电势一，电极电势的产生—双电层理论德国化学家能斯特（H．W．Nernst）提出了双电层理论（electron double layer theory）解释电极电势的产生的原因。
当金属放入溶液中时，一方面金属晶体中处于热运动的金属离子在极性水分子的作用下，离开金属表面进入溶液。
金属性质愈活泼，这种趋势就愈大；另一方面溶液中的金属离子，由于受到金属表面电子的吸引，而在金属表面沉积，溶液中金属离子的浓度愈大，这种趋势也愈大。
在一定浓度的溶液中达到平衡后，在金属和溶液两相界面上形成了一个带相反电荷的双电层(electro n double layer)，双电层的厚度虽然很小(约为10-8厘米数量级), 但却在金属和溶液之间产生了电势差。
通常人们就把产生在金属和盐溶液之间的双电层间的电势差称为金属的电极电势（electrode potential），并以此描述电极得失电子能力的相对强弱。
电极电势以符号E Mn+/ M表示, 单位为V(伏)。
如锌的电极电势以EZn2+/ Zn 表示, 铜的电极电势以ECu2+/Cu 表示。
电极电势的大小主要取决于电极的本性，并受温度、介质和离子浓度等因素的影响。
2．标准电极电势为了获得各种电极的电极电势数值，通常以某种电极的电极电势作标准与其它各待测电极组成电池,通过测定电池的电动势,而确定各种不同电极的相对电极电势E值。
1953年国际纯粹化学与应用化学联合会（IUPAC）的建议，采用标准氢电极作为标准电极，并人为地规定标准氢电极的电极电势为零。
（1）标准氢电极电极符号: Pt|H2(101.3kPa)|H+(1mol.L-1)电极反应: 2H+ + 2e = H2（g）EφH+/ H2 ＝0 V右上角的符号“φ”代表标准态。
标准态要求电极处于标准压力（101.325kPa）下，组成电极的固体或液体物质都是纯净物质；气体物质其分压为101.325 kPa；组成电对的有关离子（包括参与反应的介质）的浓度为1mol.L-1（严格的概念是活度）。
电极电势的能斯特方程
-O
0.05915 ln n
[还原态] [氧化态]Fra bibliotek2 1
3
三、可逆电极的种类
1.第一类电极 （有一个相界面）
金属电极 a . 电极结构 M s M n a,l
b . 电极反应
M n ne M
C . 能斯特方程
M
n n
M nn
RT ln aMn nF
Emf RT ln a2 F a1
19
五．液体接界电势与盐桥
1．液体接界电势 2．液体界面间的电迁移 设通过电量1mol
Ag AgNO3 a1 AgNO3 a2 Ag() a1a 2
t Ag a1 t Ag a 2 向正极阴迁移 t NO3 a1 t NO3 a 2 向负极阳迁移
M
M
Na(Hg)(a)｜Na+ (a) Hg，K(a)｜K+ (a)
4
气体电极
a . 电极结构 Pt, H2 p1 H a
b. 电极反应 2H 2e H 2
C . 能斯特方程
f H2
H H2
H
H2
RT ln a 2F
p a2
H
5
例： a . 电极结构 Pt,Cl2 p1, gCl a
E RT ln a1 所以，只有 a
F a2
a
1
,E 0
2
16
第二类浓差电池（单液电池）
Pt, H2 P1 HClaH2 P2 , Pt P(1)>P(2) 负极 H2 P1 2H 2e
正极
2H 2e H2 P1
高中化学电极电势计算方法与原理
高中化学电极电势计算方法与原理化学电势是化学反应发生时产生的电能与电荷之间的关系。
在化学反应中，电子的转移会引起电势的变化，而电极电势则是用来描述这种变化的物理量。
在高中化学学习中，电极电势的计算是一个重要的考点。
本文将介绍电极电势的计算方法与原理，并通过具体的例子来说明。
一、电极电势的计算方法电极电势的计算方法主要有两种：标准电极电势法和Nernst方程法。
1. 标准电极电势法标准电极电势是指在标准状态下，电极与溶液中的氢离子浓度为1mol/L时的电极电势。
标准电极电势可以通过测量电池的电动势来确定。
在标准电极电势法中，电极电势的计算公式为：E°cell = E°cathode - E°anode其中，E°cell为电池的标准电动势，E°cathode为还原电极的标准电极电势，E°anode为氧化电极的标准电极电势。
举例说明：计算以下电池的标准电动势。
Cu(s) | Cu2+(aq, 0.1M) || Ag+(aq, 0.01M) | Ag(s)根据标准电极电势表，Cu2+/Cu的标准电极电势为0.34V，Ag+/Ag的标准电极电势为0.80V。
代入计算公式：E°cell = 0.80V - 0.34V = 0.46V因此，该电池的标准电动势为0.46V。
2. Nernst方程法Nernst方程是用来计算非标准电极电势的方法。
根据Nernst方程，非标准电极电势的计算公式为：Ecell = E°cell - (RT/nF) * ln(Q)其中，Ecell为非标准电极电势，E°cell为标准电极电势，R为理想气体常数，T为温度（单位为开尔文），n为电子转移数，F为法拉第常数，Q为反应物浓度的乘积与生成物浓度的乘积的比值。
举例说明：计算以下电池在25°C下的电动势。
Zn(s) | Zn2+(aq, 0.1M) || Cu2+(aq, 0.01M) | Cu(s)根据标准电极电势表，Zn2+/Zn的标准电极电势为-0.76V，Cu2+/Cu的标准电极电势为0.34V。
电极电势的产生
电极电势的产生电势是电荷所具有的能量，是电场中一点电荷由于位置的不同而具有的不同电能。
电势的单位是伏特（V），是国际单位制中的基本单位之一。
电势是电场的一种特殊的表示方式，通常用符号V表示。
在电场中，电势是一种标量量，它的符号表示了电荷在电场中运动时的方向。
电极电势是指在两个电极之间产生的电势差。
电极是一个导电体，可以通过它来引入或释放电荷。
当两个电极之间存在电势差时，电荷会从高电势的电极向低电势的电极流动，从而产生电流。
电极电势的产生与电荷的分布、化学反应等因素有关。
电极电势的产生有两种方式：化学反应和电场作用。
其中，化学反应是指在电极上发生的化学反应所产生的电势差；电场作用则是指在电极附近存在电场所产生的电势差。
化学反应产生的电极电势在电化学反应中，电极上的化学反应会引起电位的变化，从而产生电极电势。
例如，当铜和锌两个金属在酸性溶液中接触时，铜电极上会发生氧化反应，而锌电极上则会发生还原反应。
这种化学反应会产生电子，从而在电极上产生电势差。
这种电势差可以用电位差的形式表示，即电极电势。
电场作用产生的电极电势当电极周围存在电场时，电极会受到电场的作用，从而产生电势差。
例如，在电容器中，电极周围存在电场，当电容器充电时，电极之间产生电势差。
这种电势差可以用电容的电量和电容器的电容量来表示。
总结电极电势的产生与电荷的分布、化学反应等因素有关。
化学反应产生的电极电势是指在电极上发生的化学反应所产生的电势差；电场作用则是指在电极附近存在电场所产生的电势差。
电极电势是电场中一点电荷由于位置的不同而具有的不同电能，是电势的一种特殊的表示方式。
电极电势是电路中电流产生的重要因素，对于电路的稳定性和性能有着重要的影响。
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25℃时，
0.0592 E=E lg Q n
P
4.2.3 影响电极电势的因素——能斯特方程 电极电势的能斯特方程式： 对于 a Ox + ne → bRed E P(Ox/Red) 2.303 RT [c( Red ) / c P ]b P E (Ox/Red ) = E (Ox/Red ) lg nF [c(Ox ) / c P ]a 25℃时， P a
浓差电池
由两个种类相同而电极反应物浓度不同的电极所组成的电池。 可分为 ①双液浓差电池如： Ag（s）| AgNO3（c1）|| AgNO3（c2）| Ag（s） 电池反应为：Ag+（c2） ②单液浓差电池如： Pt | H2（p1）| H +（c）| H2（p2）|Pt 电池反应为：H2（p1） H2（p2） Ag+（c1）
电极电势值可正、可负，由电位差计指针的偏转来确 定。正负值是相对于标准氢电极为零而言的。
E = E P (Cu2+/Cu) = 0.34 V 正值意味着标准铜电极 的电势比标准氢电极高
E = E P (Zn2+/Zn) = - 0.76 V 负值意味着标准锌电极 的电势比标准氢电极低
参 比 电 极
电 极 电 势 数ຫໍສະໝຸດ 值 的 确 定电极电势的绝对值无法测量，必须与标准氢电极构成 电池，规定标准氢电极的电极电势为0V，通过测量电池的 电动势，获得该电极的电极电势。 如：铜电极电势的确定
E =E P(Cu2+/Cu)－ E P(H+/ H2) = E P (Cu2+/Cu) = 0.34 V
电 极 电 势 符 号 的 确 定
3. 参比电极 甘汞电极 甘汞电极的电极电势与KCl浓度的关系
4.2.3 影响电极电势的因素——能斯特方程 化学反应等温方程式： △rGm= △rGmP + RTlnQ ∴－nFE=－nFE P +RTlnQ 对于 a A + b B → gG + hH
E = EP 2.303 RT lg Q nF
E(MnO4 /Mn2+ ) = E P (MnO4 /Mn2+ ) +
0.0592 [c(MnO4 ) / c ] [c(H ) / c ] lg 5 [c(Mn2+ ) / cP ]
0.0592 (105 )8 lg = 1.507 + = 1.034(V) 5 1
可见，酸度降低后，E ( MnO4－/ Mn2+) 明显降低，使 MnO4－的氧化能力显著下降，所以MnO4－ 在强酸性条件下 的氧化能力强。
4.2.3 影响电极电势的因素——能斯特方程 例如 对于如下电极反应（假定MnO4－ 和Mn2+的浓度均为1moldm-3） MnO4－+8H++5e → Mn2+(aq) + 4H2O E P(MnO4－/ Mn2+) =1.507V 即pH = 0 [c (H+) = 1moldm-3] 时的电极电势为1.507 V 当 pH = 5时： + P P 8
KCl溶液 Pt Hg Hg2Cl2
甘汞电极
Cl -(c) | Hg2Cl2(s)|Hg(l) 电极反应： Hg2Cl2(s) + 2e → 2Hg(l)+2Cl-(c)
素瓷头
甘汞电极的电极电势与KCl浓度的关系
KCl 溶液浓度 0.1moldm-3 1moldm-3 饱和溶液 E（25℃）/V 0.3337 0.2801 0.2412
P
注意： (1) 反应体系中是固体或纯液体时，其浓度视为1。对于气体组 分，用分压代替浓度，并要将分压作标准化处理 (2) 有H+ 或OH－参加的反应，酸度的变化将严重影响电极电 势及电池电动势的数值，从而改变物质的氧化及还原能力 的强弱 举例 浓差电池 下一节
0.0592 [c ( Ox ) / c ] lg E (Ox/Red ) = E (Ox/Red ) + n [ c ( Red ) / c P ]b
能斯特
（Walther Hermann Nernst,1864-1941年） 德国物理化学家，1864年6月25日生于西普鲁士的布利 森。1887年获博士学位。1891年任哥丁根大学物理化学教 授。1905年任柏林大学教授。1925年起担任柏林大学原子 物理研究院院长。1932年被选为伦敦皇家学会会员。由于 纳粹政权的迫害，1933年退职，在农村度过了他的晚年。 1941年11月18日在柏林逝世。 能斯特的研究主要在热力学方面。1889年，他从热力 学导出电化学中著名的能斯特方程。同年，还引入溶度积 这个重要概念，用来解释沉淀反应。他用量子理论的观点 研究低温下固体的比热；提出光化学的“原子链式反应”理 论。1906年，根据对低温现象的研究，得出了热力学第三 定律，人们称之为“能斯特热定理”，这个定理有效地解决 了计算平衡常数问题和许多工业生产难题。因此获得1920 年诺贝尔化学奖金。此外，还研制出含氧化锆及其它氧化 物发光剂的白炽电灯；设计出用指示剂测定介电常数、离 子水化度和酸碱度的方法；发展了分解和接触电势、钯电 极性状和神经刺激理论。主要著作有：《新热定律的理论 与实验基础》等。
溶解
Zn
沉淀
Zn2+ + 2e
4.2.2 电极电势的确定和标准电极电势 1. 标准氢电极 H+(1moldm-3) | H2(pP) | Pt 2. 任意电极电势数值和符号的确定 电极电势数值的确定: 标准电极电势：待测电极处于标 准态时，所测得的电极电势。 标准电极电势符号的确定: 电极反应： 2H+(1moldm-3) +2e→ H2(pP) E P (H+/H2) = 0 播 放 动 画