原电池和电极电势
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)。
电极反应 F e 3 ( a q ) e 噲 垐 ? ? F e 2 ( a q ) 电极符号 Pt∣Fe 3+ (c1), Fe 2+ (c2)
10 lyon
【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+
解 ⑴(－)Pt|H2(g)|H+(c1)||Ag+(c2)|Ag(+) ⑵(－)Cu|Cu2+(c1)||Fe3+(c2),Fe2+(c3)|Pt(+)
B r2(l) 2 e噲 垐 ? ?2 B r
B r2/B r-)=(B r2/B r-)0 .0 2 5 9 2lgc2(1 B r-)
（4）式中c(Ox)和c(Red)分别表示电极反应中氧化态一侧各物质（不包含电 子）浓度的乘积和还原态一侧各物质浓度的乘积，其浓度的指数均为对应的 计量系数。
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 2 H (a q ) 2 e 噲 垐 ? ?H 2g
电极符号 Pt ∣ H2(p) ∣ H+(c)
8 lyon
（3）金属-金属难溶盐（或氧化物）
将有关常数代入，并取常用对数，则在25℃时，能斯特方程可表示为：
O x/R ed )= (O x/R ed ) 0 .0 5 9 2lgc (O x )
n c (R ed )
21 lyon
使用能斯特方程注意事项
（1）在能斯特方程中，当c(Ox)=c(Red)时，或氧化态、还原态均为 1mol/L时
5 lyon
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 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
11 lyon
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 (a q ) n e
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。
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。
4 lyon
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 (+)
M n O 2 4 H 2 e 噲 垐 ? ? M n 2 2 H 2 O
M n O 2 /M n 2 )=(M n O 2 /M n 2 ) 0 .0 2 5 9 2 lg c c ( 4 M (H n 2 ) )
23 lyon
四、条件电极电势
当溶液的离子强度较大时，必须用活度代入能斯特方程式进行计 算
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。
13 lyon
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：
Mn /M)
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。
O x /R e d ) = ( O x /R e d ) 0 .0 5 9 2 lg( O x ) c ( O x ) n ( R e d ) c ( R e d )
24 lyon
25 lyon
6 lyon
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） 如：
电极反应 Z n 2 2 e 噲 垐 ? ?Z n
电极符号 Zn(s) | Zn 2+ (c)
lyon
（2）气体- 离子电极
14 lyon
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＝+ -
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。
15 lyon
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
M n (a q ) n e 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
M s噲 垐 ? ?M n (a q ) n e
12 lyon
M s噲 垐 ? ?M n (a q ) n e
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。
（Ox/Red）= ө(Ox/Red).
（2）有气体参加电极反应时，应以其分压代入浓度项。
C l2(g ) 2 e噲 垐 ? ?2 C l
C l2/C l-)= (C l2/C l-)0.0 2 592lgc p 2 ((C C ll2 -))
22 lyon
（3）有纯固体或纯液体（包括水或其他溶剂）参与电极反应时，则 不列入方程式中。
lyon
三、能斯特方程
德国科学家能斯特从理论上推导出电极电势与反应温度、 反应物浓度（或压力）、溶液的酸度之间的定量关系
式，称为能斯特方程。 对于任意给定的电极反应： O x n e噲 垐 ? ?R ed
能斯特方程为：
O x/R ed)= (O x/R ed)R Tlnc(O x)
n Fc(R ed)
E＝
+
-
17 lyon
标准电极电势表
将各种电极的标准电极电势连同电极反应，按代数值从小到大的 顺序排列成表，即组成了标准电极电势表。
标准电极电势表的使用说明：
① 按照国际惯例，表中半反应均为还原反应，即： Ox＋ne = Red
② 表中 ө 值的大小反映电对中氧化型和还原型物质的氧化还 原能力的相对强弱。 ө 值越大，表示氧化型物质得电子的趋势 越大，其氧化性越强，还原型物质的还原性越弱。与此相反， ө 值越小，表示电对中还原型物质失电子的趋势越大，其还原性 越强，氧化型物质的氧化性越弱。
无机化学
§5.2 原电池和电源自文库电势
lyon
lyon
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：
Z n C u S O 4 Z n S O 4 C u
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。
lyon
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
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。
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。
电极反应 A g C ls e 噲 垐 ? ? A g s C l ( a q )
电极符号 Ag-AgCl (s)∣Cl - (c)
9 lyon
（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。
lyon
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
电
子
子
流
流
出
入
，
，
负
正
极
极
，
，
氧
还
化
原
反
反
应
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。 lyon
因此，锌片为负极，铜片为正极，其反应为：
负极： Z n 2 e Z n 2 （氧化反应） 正极： C u22 e C u （还原反应） 原电池反应： Z n C u 2 Z n 2 C u
19 lyon
⑤ 该表只适用于热力学标态和常温298.15K时的反应，非标态时，电极电势 将发生改变。
⑥ 标准电极电势数据是在水溶液体系中测定的，因此仅适用于水溶液体系， 对非水溶剂（如液氨）中的反应、固相反应及高温反应均不适用。
⑦ 同一物质在不同的电对中，可以是氧化型，也可以是还原型。如Fe2+离 子在电对Fe3+/ Fe2+中是还原型，而在Fe2+/ Fe中是氧化型。判断MnO4-在 标态下能否氧化Fe2+离子时，应查 ө(Fe3+/ Fe2+)，而不能查 ө(Fe2+/ Fe)。
（SHE）作为基准。
标准氢电极
c（H+） =1mol/L硫 酸溶液
电极反应：
2 H (a q ) 2 e 噲 垐 ? ?H 2 g
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 )
18 lyon
③ ө 值的大小是衡量氧化剂氧化能力或还原剂还原能力强弱的标度，是 体系的强度性质，取决于物质的本性，与物质的量的多少无关，所以半反 应的计量系数不会改变 ө 值 。
④ 何时查酸表，何时查碱表，遵循以下原则： a.在电极反应中，只要有H+ 出现（不管是反应物还是产物），查酸表， 只要有OH- 出现，查碱表； b. 电极反应中，没有H+或OH- 出现时，可从物质存在的状态考虑，如 Fe3+ + e- == Fe2+，查酸表，因为Fe3+、 Fe2+离子只能存在酸性介质中。 金属与其阳离子电对查酸表，非金属与其阴离子电对查酸表，但S/S2-电 对查碱表。
10 lyon
【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+
解 ⑴(－)Pt|H2(g)|H+(c1)||Ag+(c2)|Ag(+) ⑵(－)Cu|Cu2+(c1)||Fe3+(c2),Fe2+(c3)|Pt(+)
B r2(l) 2 e噲 垐 ? ?2 B r
B r2/B r-)=(B r2/B r-)0 .0 2 5 9 2lgc2(1 B r-)
（4）式中c(Ox)和c(Red)分别表示电极反应中氧化态一侧各物质（不包含电 子）浓度的乘积和还原态一侧各物质浓度的乘积，其浓度的指数均为对应的 计量系数。
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 2 H (a q ) 2 e 噲 垐 ? ?H 2g
电极符号 Pt ∣ H2(p) ∣ H+(c)
8 lyon
（3）金属-金属难溶盐（或氧化物）
将有关常数代入，并取常用对数，则在25℃时，能斯特方程可表示为：
O x/R ed )= (O x/R ed ) 0 .0 5 9 2lgc (O x )
n c (R ed )
21 lyon
使用能斯特方程注意事项
（1）在能斯特方程中，当c(Ox)=c(Red)时，或氧化态、还原态均为 1mol/L时
5 lyon
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 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
11 lyon
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 (a q ) n e
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。
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。
4 lyon
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 (+)
M n O 2 4 H 2 e 噲 垐 ? ? M n 2 2 H 2 O
M n O 2 /M n 2 )=(M n O 2 /M n 2 ) 0 .0 2 5 9 2 lg c c ( 4 M (H n 2 ) )
23 lyon
四、条件电极电势
当溶液的离子强度较大时，必须用活度代入能斯特方程式进行计 算
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。
13 lyon
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：
Mn /M)
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。
O x /R e d ) = ( O x /R e d ) 0 .0 5 9 2 lg( O x ) c ( O x ) n ( R e d ) c ( R e d )
24 lyon
25 lyon
6 lyon
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） 如：
电极反应 Z n 2 2 e 噲 垐 ? ?Z n
电极符号 Zn(s) | Zn 2+ (c)
lyon
（2）气体- 离子电极
14 lyon
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＝+ -
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。
15 lyon
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
M n (a q ) n e 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
M s噲 垐 ? ?M n (a q ) n e
12 lyon
M s噲 垐 ? ?M n (a q ) n e
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。
（Ox/Red）= ө(Ox/Red).
（2）有气体参加电极反应时，应以其分压代入浓度项。
C l2(g ) 2 e噲 垐 ? ?2 C l
C l2/C l-)= (C l2/C l-)0.0 2 592lgc p 2 ((C C ll2 -))
22 lyon
（3）有纯固体或纯液体（包括水或其他溶剂）参与电极反应时，则 不列入方程式中。
lyon
三、能斯特方程
德国科学家能斯特从理论上推导出电极电势与反应温度、 反应物浓度（或压力）、溶液的酸度之间的定量关系
式，称为能斯特方程。 对于任意给定的电极反应： O x n e噲 垐 ? ?R ed
能斯特方程为：
O x/R ed)= (O x/R ed)R Tlnc(O x)
n Fc(R ed)
E＝
+
-
17 lyon
标准电极电势表
将各种电极的标准电极电势连同电极反应，按代数值从小到大的 顺序排列成表，即组成了标准电极电势表。
标准电极电势表的使用说明：
① 按照国际惯例，表中半反应均为还原反应，即： Ox＋ne = Red
② 表中 ө 值的大小反映电对中氧化型和还原型物质的氧化还 原能力的相对强弱。 ө 值越大，表示氧化型物质得电子的趋势 越大，其氧化性越强，还原型物质的还原性越弱。与此相反， ө 值越小，表示电对中还原型物质失电子的趋势越大，其还原性 越强，氧化型物质的氧化性越弱。
无机化学
§5.2 原电池和电源自文库电势
lyon
lyon
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：
Z n C u S O 4 Z n S O 4 C u
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。
lyon
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
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。
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。
电极反应 A g C ls e 噲 垐 ? ? A g s C l ( a q )
电极符号 Ag-AgCl (s)∣Cl - (c)
9 lyon
（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。
lyon
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
电
子
子
流
流
出
入
，
，
负
正
极
极
，
，
氧
还
化
原
反
反
应
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。 lyon
因此，锌片为负极，铜片为正极，其反应为：
负极： Z n 2 e Z n 2 （氧化反应） 正极： C u22 e C u （还原反应） 原电池反应： Z n C u 2 Z n 2 C u
19 lyon
⑤ 该表只适用于热力学标态和常温298.15K时的反应，非标态时，电极电势 将发生改变。
⑥ 标准电极电势数据是在水溶液体系中测定的，因此仅适用于水溶液体系， 对非水溶剂（如液氨）中的反应、固相反应及高温反应均不适用。
⑦ 同一物质在不同的电对中，可以是氧化型，也可以是还原型。如Fe2+离 子在电对Fe3+/ Fe2+中是还原型，而在Fe2+/ Fe中是氧化型。判断MnO4-在 标态下能否氧化Fe2+离子时，应查 ө(Fe3+/ Fe2+)，而不能查 ө(Fe2+/ Fe)。
（SHE）作为基准。
标准氢电极
c（H+） =1mol/L硫 酸溶液
电极反应：
2 H (a q ) 2 e 噲 垐 ? ?H 2 g
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 )
18 lyon
③ ө 值的大小是衡量氧化剂氧化能力或还原剂还原能力强弱的标度，是 体系的强度性质，取决于物质的本性，与物质的量的多少无关，所以半反 应的计量系数不会改变 ө 值 。
④ 何时查酸表，何时查碱表，遵循以下原则： a.在电极反应中，只要有H+ 出现（不管是反应物还是产物），查酸表， 只要有OH- 出现，查碱表； b. 电极反应中，没有H+或OH- 出现时，可从物质存在的状态考虑，如 Fe3+ + e- == Fe2+，查酸表，因为Fe3+、 Fe2+离子只能存在酸性介质中。 金属与其阳离子电对查酸表，非金属与其阴离子电对查酸表，但S/S2-电 对查碱表。