电极电势的能斯特方程
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§9.4 电极电势的能斯特方程
一、电极电势 1.电极电势与界面电势差
Cu Zn Zn 2 Cu 2 Cu
, , , Cu Zn
Zn Zn 2
Zn 2 Cu 2
Cu 2 Cu
E
Cu 2 Cu
( Zn2 Zn
Zn ) Cu
Cu 2 Zn2
例：电极，Ag, AgCl Cl
AgCl
Ag
Ag
Ag
电极反应： Ag Cl AgCl e
AgCl
Ag
AgCl
Ag
RT F
ln
a Cl
同样该电极可写为： Ag Ag e
Ag Cl AgCl
Ag
Ag
Ag
（氧化反应）
E 待 测 E 待测 注意： 为还原电势
E Cu2
Zn 2
Cu
Zn
p529 标准电极电势表
为强度因素
二、电极电势的能斯特方程
两个例子：
Cu 2
Cu 2
Cu
Cu
RT
1
ln 2F
a(Cu 2 )
Zn 2 Zn
Cu
Zn
右 左
正 负
（相序）
返
回
2.标准氢电极和任意电极电势
电极结构：Pt(镀铂黑)H
2
(
g,
P
101.3KPa)
H
(a H
1)
规定：任何温度下，
H
（0 V） 为氢标准电极
H
对于任意电极作为正极，氢电极作负极
Pt, H2 (P ) H aH 1 待测电极（还原反应）
M M n (a1) M n (a2 ) M
Ag AgNO3 (a1) AgNO3 (a2 ) Ag,(a2 a1)
电极反应：
Ag Ag (a1 ) e Ag (a2 ) Ag
b
电极反应
Fe3 e Fe2
c 能斯特方程
RT ln a M n
F a M n
M n / M n
M n M n
a.
MnO2 MnO42 ,OH
b. MnO4 2 2H2O 2e MnO2 4OH
c.
RT ln
Zn 2
RT
Zn 2F
ln
1 a(Zn 2 )
对于任意一个电极：
1[氧化态] ne- 2[还原态]
O -
RT ln nF
[还原态] [氧化态]
2 1
=
RnFT ln
[氧化态]1 [还原态] 2
298K时：
-O
M
M
Na(Hg)(a)｜Na+ (a) Hg，K(a)｜K+ (a)
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
例： a . 电极结构 Pt,Cl2 p1, gCl a
0.05915 ln n
[还原态] [氧化态]
2 1
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 nn
M
n n
RT ln aMn nF
2.第二类电极（有两个相界面）
甘汞电极 a . 电极结构 Hg, Hg2Cl2 sKCla
b . 电极反应
1 2
Hg 2 Cl 2
Hg
Cl
C . 能斯特方程
Hg2Cl2
Hg
Hg2Cl2
Hg
RT F
ln
a Cl
三种：饱和，1 mol dm3 ,0.1mol dm3
Ag
RT F
ln aAg
AgCl
Ag
Ag
Ag
RTຫໍສະໝຸດ BaiduF
ln aAg
Ag
Ag
RT F
ln
Ksp
RT F
ln
a Cl
将式比较：
(a Ag
K sp ) aCl
AgCl
Ag
Ag
Ag
RT F
ln Ksp ( AgCl)
PbSO4 Pb
参比电极在298K时 分别为：0.2415，0.2801，0.3331mV
金属及难溶盐电极银—氯化银电极
a.电极结构 Ag, AgCl Cl 1a
b.电极反应 AgCl e Ag Cl -1
C. 能斯特方程
RT F lna Cl-1
a. Hg, HgO OH a
Pb2 Pb
RT 2F
ln
K sp (PbSO4 )
Hg2Cl2 Hg
H g 22 Hg
RT 2F
ln K sp (Hg 2Cl2 )
PbO2 PbSO4
PbO2 Pb2
RT 2F
ln K sp (PbSO4 )
3.浓差电池电动势的计算
第一类浓差电池（双液电解质）
b.
HgO H2O 2e Hg 2OH
C.
RT F lna OH-
3.第三类电极 （氧化—还原电极）
参加氧化—还原反应在同一相中
a . 电极结构 Pt / Fe 2 , Fe3
Pt / Cu , Cu 2 Pt / Sn 2 , Sn4
Pt /FeCN6 3 ,FeCN6 4
a4 OH
2F aMnO42
四、各类电池电动势的计算 1. 化学电池电动势的计算
规则: E 右 左
若 右 左 , E 0, G 为负,正向自发进行,对外作电功
右 左 , E 0, G为正,逆向自发进行,不对外作功
或根据电池的能斯特方程计算
b.电极反应
Cl2 2e 2Cl
C . 能斯特方程
Cl 2 Cl
Cl2
Cl
RT ln a
a2 Cl
2F
( fCl2 p )
注意： 参加电极反应的气体不是气相中的分子，而是气体溶 解于液相中的分子，气体压力为达到溶解平衡时液相内气体的 压力。
气体的平衡电极电势与导体无关，而实际过程中与电 极的状态有关，如氢电极采取镀铂黑电极。。
一、电极电势 1.电极电势与界面电势差
Cu Zn Zn 2 Cu 2 Cu
, , , Cu Zn
Zn Zn 2
Zn 2 Cu 2
Cu 2 Cu
E
Cu 2 Cu
( Zn2 Zn
Zn ) Cu
Cu 2 Zn2
例：电极，Ag, AgCl Cl
AgCl
Ag
Ag
Ag
电极反应： Ag Cl AgCl e
AgCl
Ag
AgCl
Ag
RT F
ln
a Cl
同样该电极可写为： Ag Ag e
Ag Cl AgCl
Ag
Ag
Ag
（氧化反应）
E 待 测 E 待测 注意： 为还原电势
E Cu2
Zn 2
Cu
Zn
p529 标准电极电势表
为强度因素
二、电极电势的能斯特方程
两个例子：
Cu 2
Cu 2
Cu
Cu
RT
1
ln 2F
a(Cu 2 )
Zn 2 Zn
Cu
Zn
右 左
正 负
（相序）
返
回
2.标准氢电极和任意电极电势
电极结构：Pt(镀铂黑)H
2
(
g,
P
101.3KPa)
H
(a H
1)
规定：任何温度下，
H
（0 V） 为氢标准电极
H
对于任意电极作为正极，氢电极作负极
Pt, H2 (P ) H aH 1 待测电极（还原反应）
M M n (a1) M n (a2 ) M
Ag AgNO3 (a1) AgNO3 (a2 ) Ag,(a2 a1)
电极反应：
Ag Ag (a1 ) e Ag (a2 ) Ag
b
电极反应
Fe3 e Fe2
c 能斯特方程
RT ln a M n
F a M n
M n / M n
M n M n
a.
MnO2 MnO42 ,OH
b. MnO4 2 2H2O 2e MnO2 4OH
c.
RT ln
Zn 2
RT
Zn 2F
ln
1 a(Zn 2 )
对于任意一个电极：
1[氧化态] ne- 2[还原态]
O -
RT ln nF
[还原态] [氧化态]
2 1
=
RnFT ln
[氧化态]1 [还原态] 2
298K时：
-O
M
M
Na(Hg)(a)｜Na+ (a) Hg，K(a)｜K+ (a)
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
例： a . 电极结构 Pt,Cl2 p1, gCl a
0.05915 ln n
[还原态] [氧化态]
2 1
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 nn
M
n n
RT ln aMn nF
2.第二类电极（有两个相界面）
甘汞电极 a . 电极结构 Hg, Hg2Cl2 sKCla
b . 电极反应
1 2
Hg 2 Cl 2
Hg
Cl
C . 能斯特方程
Hg2Cl2
Hg
Hg2Cl2
Hg
RT F
ln
a Cl
三种：饱和，1 mol dm3 ,0.1mol dm3
Ag
RT F
ln aAg
AgCl
Ag
Ag
Ag
RTຫໍສະໝຸດ BaiduF
ln aAg
Ag
Ag
RT F
ln
Ksp
RT F
ln
a Cl
将式比较：
(a Ag
K sp ) aCl
AgCl
Ag
Ag
Ag
RT F
ln Ksp ( AgCl)
PbSO4 Pb
参比电极在298K时 分别为：0.2415，0.2801，0.3331mV
金属及难溶盐电极银—氯化银电极
a.电极结构 Ag, AgCl Cl 1a
b.电极反应 AgCl e Ag Cl -1
C. 能斯特方程
RT F lna Cl-1
a. Hg, HgO OH a
Pb2 Pb
RT 2F
ln
K sp (PbSO4 )
Hg2Cl2 Hg
H g 22 Hg
RT 2F
ln K sp (Hg 2Cl2 )
PbO2 PbSO4
PbO2 Pb2
RT 2F
ln K sp (PbSO4 )
3.浓差电池电动势的计算
第一类浓差电池（双液电解质）
b.
HgO H2O 2e Hg 2OH
C.
RT F lna OH-
3.第三类电极 （氧化—还原电极）
参加氧化—还原反应在同一相中
a . 电极结构 Pt / Fe 2 , Fe3
Pt / Cu , Cu 2 Pt / Sn 2 , Sn4
Pt /FeCN6 3 ,FeCN6 4
a4 OH
2F aMnO42
四、各类电池电动势的计算 1. 化学电池电动势的计算
规则: E 右 左
若 右 左 , E 0, G 为负,正向自发进行,对外作电功
右 左 , E 0, G为正,逆向自发进行,不对外作功
或根据电池的能斯特方程计算
b.电极反应
Cl2 2e 2Cl
C . 能斯特方程
Cl 2 Cl
Cl2
Cl
RT ln a
a2 Cl
2F
( fCl2 p )
注意： 参加电极反应的气体不是气相中的分子，而是气体溶 解于液相中的分子，气体压力为达到溶解平衡时液相内气体的 压力。
气体的平衡电极电势与导体无关，而实际过程中与电 极的状态有关，如氢电极采取镀铂黑电极。。