无机化学--原电池和电极电势

解 ⑴(－)Pt|H2(g)|H+(c1)||Ag+(c2)|Ag(+)
⑵(－)Cu|Cu2+(c1)||Fe3+(c2),Fe2+(c3)|Pt(+)
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二、电极电势
双电层理论
当将金属放入它的盐溶液中时，金属晶体中的金属离子由于本身的 热运动以及受极性溶剂分子的吸引，有离开金属进入溶液的趋势。
M s M n (aq) ne
原电池中，电子有锌极流向铜极，说明锌极的电极电势低于铜 极的电极电势。而电极电势的不同是由于物质的氧化还原能力不同而
引起的。
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标准电极电势
单个电极的电极电势的绝对值至今仍无法被测定。通常选用标准氢电极 （SHE）作为基准。
c（H+） =1mol/L硫 酸溶液
标准氢电极
电极反应：
2H (aq) 2e H 2 g
无机化学
§5.2 原电池和电极电势
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一、原电池、电池符号
原电池
将锌片放在硫酸铜溶液中，可以看到硫酸铜溶液的蓝色逐渐 变浅，析出紫红色的铜，表明Zn与CuSO4溶液之间发生了氧化还
原反应：
Zn CuSO 4 ZnSO 4 Cu
Zn与Cu2+之间发生了电子转移。但这种电子转移不是电子 的定向移动，不能产生电流。反应中化学能转变成热能，并在溶 液中耗散掉了。
电势称为标准电极电势，用符号 ө 表示，单位为V。
用该电极与标准氢电极组成的原电池，测定该原电池的电动 势，由电流方向判断正负极，再根据下式求出待测电极的标准电
极电势。
E ＝ + -
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n M s M (aq) ne
锌电极的双电层
M失去电子的倾向>Mn+获得 电子的倾向，平衡时，金属 表面带负电，金属表面附近 的溶液带正电，金属与溶液 间产生电势差。
铜电极的双电层
M失去电子的倾向<Mn+获得 电子的倾向，平衡时，金属 表面带正电，金属表面附近 的溶液带负电，金属与溶液 间产生电势差。
Pt ∣ H2(p) ∣ H+(c)
电极符号
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（3）金属-金属难溶盐（或氧化物）
金属表面涂覆该金属的难溶盐（或氧化物），然后浸入含有该 难容物阴离子的溶液中而构成的电极，其优点是电极电势比较稳定，
又容易制备。
AgCl s e Ag s Cl (aq) 电极反应
Zn 2e Zn 2 Cu 2 2e Cu
（氧化反应） （还原反应）
原电池反应：
Zn Cu 2 Zn 2 Cu
原电池中与电解质溶液相连的导体，称为电极。 在电极上发生的氧化或还原反应则称为电极反应或半 电池反应； 两个半电池反应合并构成的原电池总反应称电池反应。
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这种由于双电层的作用在金属和它的盐溶液之间产生的电位差， 就称为金属的电极电势，表示为：
M /M )
n
单位为V 当外界条件一定时，电极电势的大小只取决 于电极的本性。
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原电池的电动势
原电池正负极之间的平衡电势差就是原电池的电动势，用 符号E表示，单位为V。
E ＝+ -
若该氧化还原反应在特定装置内进行时，会发现当电路接通 后，检流计指针发生偏转。
保证盐桥两侧 溶液为电中性， 维持电路的回 路 电 子 流 入 ， 正 极 ， 还 原 反 应
电 子 流 出 ， 负 极 ， 氧 化 反 应
这种借助于氧化还原反应自发产生电流 的装置称为原电池。
因此，锌片为负极，铜片为正极，其反应为： 负极： 正极：
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原电池符号
原电池装置可简单的用电池符号来表示，如Cu-Zn原
电池可表示为：
(-) Zn∣Zn2+ (c1)‖Cu2+ (c2)∣Cu (+)
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正确书写原电池符号的规则如下：
⑴负极写在左边，正极写在右边。
⑵金属材料写在外面，电解质溶液写在中间。 ⑶相接界面用实垂线“|”或“，”隔开，盐桥的符号用
电对： H+ / H2
电极电势（标准氢电极的电极电势为零）
ө(H+ / H2) = 0.000 0V
电极符号：
Pt | H2(105Pa) | H+(1molL-1 )
标准电极电势的测定
若参加电极反应的物质均处于标准态（温度为25℃，气体的
分压为100KPa，液态或固态物质皆为纯物质，组成电极的离子 浓度均为1mol/L）下，这时的电极称为标准电极，对应的电极
如：
电极反应
Zn 2 2e Zn
电极符号 Zn(s) | Zn 2+ (c)
（2）气体- 离子电极
气体与其离子成平衡的电极，其构成需要一个固体导电体—— 惰性电极（Pt或石墨），插入含有该离子的溶液中。惰性电极只起
吸附气体和传递电子的作用，不参与电极反应。
电极反应
2H (aq) 2e H 2 g
金属越活泼，溶液越稀，溶解成离子的倾向越大
溶液中的Mn+由于受到金属表面电子的吸引，有从溶液向金属表面 沉积的趋势。
M n (aq) ne M s
金属越不活泼，溶液越浓，这种倾向越大 两种倾向速率相等时，建立动态平衡
n M s M (aq) ne
电极符号
Ag-AgCl (s)∣Cl - (c)
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（4）氧化还原电极
惰性电极（Pt或石墨）插入含有同一元素两种不同氧化数的离 子的混合溶液中而构成的电极。
电极反应 电极符号
2 Fe3 (aq) e Fe (aq)
Pt∣Fe 3+ (c1), Fe 2+ (c2)
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【例】根据下列电池反应写出相应的电池符号 ⑴ H2+2Ag+ ⑵ Cu+Fe3+ 2H++2Ag Cu2++Fe2+
双垂线“||”表示。
⑷注明温度和压力（如不写明，一般指298K、100kPa） 和溶液浓度。
⑸若电极反应中无金属导体，需用惰性电极Pt电极或C
电极，它只起导电作用，而不参与电极反应
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常用电极的类型
（1）金属-金属离子电极
把金属片（棒）插入含有该金属离子的溶液中所构成的电极。
电极符号通式为： M∣Mn+ 电极反应通式为：Mn+ + ne = M（s）