原電池及電動勢演示文稿

原電池及電動勢演示文稿當(dāng)前第1頁\共有97頁\編于星期六\22點第章第節(jié)原電池及電動勢當(dāng)前第2頁\共有97頁\編于星期六\22點第七章氧化還原與電化學(xué)第一節(jié)氧化還原反應(yīng)第二節(jié)原電池與電動勢★★第三節(jié)電極電勢的應(yīng)用★當(dāng)前第3頁\共有97頁\編于星期六\22點第二節(jié)原電池與電動勢一、原電池二、原電池的電動勢三、原電池的電極電勢四、電動勢E與△G的關(guān)系五、能斯特方程當(dāng)前第4頁\共有97頁\編于星期六\22點Cu2+(aq)+Zn(s)=Cu(s)+Zn2+(aq)燒杯中的氧化還原反應(yīng)：一、原電池(定義)化學(xué)能→熱能

氧化還原反應(yīng)都有電子轉(zhuǎn)移，但不能產(chǎn)生定向移動的電流，能否設(shè)計一種裝置將其轉(zhuǎn)化為定向移動的電流，即能否將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能呢?當(dāng)前第5頁\共有97頁\編于星期六\22點普通干電池充電干電池鈕扣電池筆記本電腦專用電池攝像機專用電池手機電池生活中的電池當(dāng)前第6頁\共有97頁\編于星期六\22點Cu-Zn原電池裝置接通內(nèi)電路原電池:借助于氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置當(dāng)前第7頁\共有97頁\編于星期六\22點電極:分為負(fù)極和正極。

由電極導(dǎo)體和電解質(zhì)溶液組成。負(fù)極:

Zn片和硫酸鋅溶液

失電子即電子流出的一極

如:Zn-2e-＝Zn2+(氧化反應(yīng))

正極:Cu片和硫酸銅溶液

得電子即電子流入的一極

如:Cu2++2e-＝Cu(還原反應(yīng))

電子流向：鋅片(負(fù)極)→

銅片(正極)

電流流向：銅片(正極)→

鋅片(負(fù)極)

溶液中陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。一般由電極、導(dǎo)線、鹽橋等組成。

Cu-Zn原電池組成當(dāng)前第8頁\共有97頁\編于星期六\22點Cu-Zn原電池組成—鹽橋什么是鹽橋？鹽橋的作用是什么？(凍膠的作用是防止管中的溶液流出，K+和Cl-能在凍膠內(nèi)自由移動。)①構(gòu)成閉合回路，代替兩溶液直接接觸②平衡電荷(中和Zn2+過剩和SO42-過剩，保持兩個半電池溶液的電中性)。飽和的KCl溶液和5％瓊脂做成的凍膠當(dāng)前第9頁\共有97頁\編于星期六\22點電極反應(yīng)與電池反應(yīng)原電池由兩個半電池組成，半電池又稱電極。在兩電極上發(fā)生的半反應(yīng)(氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))均稱為電極反應(yīng)。兩個電極反應(yīng)之和即總反應(yīng)稱為電池反應(yīng)。Cu-Zn原電池中：

負(fù)極反應(yīng)：Zn-2e→Zn2+

(氧化半反應(yīng))正極反應(yīng)：Cu2++2e→Cu(還原半反應(yīng))電池反應(yīng)：Zn+Cu2+═Zn2++Cu(總反應(yīng))

金屬導(dǎo)體如Cu、Zn

惰性導(dǎo)體如Pt、石墨棒電極/CuCu2+/ZnZn2+電對半反應(yīng)通式：

[氧化型]+ne[還原型]當(dāng)前第10頁\共有97頁\編于星期六\22點①負(fù)極“(-)”寫在左邊，正極“(+)”寫在右邊。

②半電池中兩相界面用“│”表示;同相不同物種用“,”分開;溶液、氣體要注明cB,pB；鹽橋用“||”表示。③

若電極反應(yīng)無金屬導(dǎo)體,用惰性電極Pt或C(石墨)。④

純液體、固體和氣體寫在靠惰性電極一邊，用“,”分開。(如氫電極)如Cu－Zn原電池的電池圖式為：(-)Zn(s)│Zn2+(1.0mol/L)||Cu2+(1.0mol/L)│Cu(s)

(+)

原電池符號(電池圖式)的書寫方法：原電池的圖式表示

(-)Zn|Zn2+(c1)

H+(c1)|H2(p)|

Pt(+)Fe3+(c1)，F(xiàn)e2+(c2)|Pt(+)

(-)Pt|Cl2(p)|Cl-(c)

當(dāng)前第11頁\共有97頁\編于星期六\22點電極中含有不同氧化態(tài)同種離子時，高氧化態(tài)離子靠近鹽橋，低氧化態(tài)離子靠近電極，中間用“，”分開。Sn4+(c1)，Sn2+(c2)|Pt(+)

Cr2O72-(c1),H+(c2),Cr3+(c3)|Pt(+)

(-)Pt|O2(p)|H2O，OH-(c1)參與電極反應(yīng)的其它物質(zhì)也應(yīng)寫入電池符號中。原電池的圖式表示當(dāng)前第12頁\共有97頁\編于星期六\22點半反應(yīng)與常見電極類型⑴

金屬及其離子電極

Cu2++2e-=CuCu(s)∣Cu2+(c)⑵氣體電極，須加惰性電極(PtorC)2H++2e-=H2Pt(s)∣H2(p)∣H+(c)當(dāng)前第13頁\共有97頁\編于星期六\22點⑶不同價態(tài)的離子電極，須加惰性電極

Fe3++e-=Fe2+Pt(s)∣Fe3+(c1),Fe2+(c2)⑷金屬及其難溶鹽電極

AgCl+e-=Ag+Cl-

Ag(s)∣AgCl(s)∣Cl-(c)Fe3+Fe2+PtCl-AgAgCl半反應(yīng)與常見電極類型當(dāng)前第14頁\共有97頁\編于星期六\22點銅銀原電池銅氫原電池銅與鐵離子如銅鋅原電池例：寫出如下原電池的圖式當(dāng)前第15頁\共有97頁\編于星期六\22點二、原電池的電動勢原電池中正、負(fù)兩個電極形成的電位差叫做該原電池的電動勢，用E表示。原電池電動勢的大小與構(gòu)成原電池物質(zhì)的性質(zhì)、溫度、反應(yīng)物濃度和壓力有關(guān)當(dāng)前第16頁\共有97頁\編于星期六\22點標(biāo)準(zhǔn)條件下的電動勢叫做原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢，用EΘ表示。標(biāo)準(zhǔn)條件：c=1mol/L,p=100kPa。二、原電池的電動勢原電池：(–)Zn|ZnSO4(c1)‖CuSO4(c2)|Cu(+)若反應(yīng)寫作Cu2++Zn→Cu+Zn2+EΘ

＝1.1037V；

若反應(yīng)寫作Cu+Zn2+→Cu2++Zn

EΘ

＝–1.1037V；原電池電動勢的正負(fù)號代表了氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的方向。當(dāng)前第17頁\共有97頁\編于星期六\22點三、原電池的電極電勢如果溶解>

沉積則如圖a；如果沉積>溶解則如圖b。都會形成雙電層,產(chǎn)生電勢差,稱之為金屬的電極電勢。

用

(氧化態(tài)/還原態(tài))表示,例如(Cu2＋/Cu)等。

雙電層理論：金屬在其鹽溶液中,溶解和沉積形成動態(tài)平衡：

M(s)

溶解

Mn+(aq)

+ne-值越大,氧化能力越強;值越小,氧化能力越弱。沉積(1)電極電勢

(

)：每個電極上半反應(yīng)的電位差。M活潑Mn+稀M不活潑Mn+濃

MMn+(aq)+ne-雙電層

MMn+(aq)+ne-溶解>沉積

沉積

>溶解當(dāng)前第18頁\共有97頁\編于星期六\22點

(3)原電池的電動勢(E):

E=正－負(fù)

原電池的正、負(fù)極之間的電極電勢差稱為原電池的電動勢，用E來表示。規(guī)定:原電池的電動勢等于正極的電極電勢減去負(fù)極的電極電勢。(2)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(θ)

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(即溶液中有關(guān)離子的濃度為1.0mol·L-1,氣體的壓力為100kPa)下電極的電極電勢，稱為標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。

表示為:θ(氧化態(tài)/還原態(tài))

例如:θ(Cu2＋/Cu);

θ(Zn2＋/Zn)

等。

Eθ=θ正－θ負(fù)三、原電池的電極電勢當(dāng)前第19頁\共有97頁\編于星期六\22點(4)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的測定:三、原電池的電極電勢

電極電勢的絕對值無法測定，實際應(yīng)用中只需知道它們的相對值，我們?nèi)藶榈剡x擇某一電極為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定電極電勢為零，而把其他電極與此標(biāo)準(zhǔn)電極構(gòu)成的原電池的電動勢，作為該電極的電極電勢。

國際上統(tǒng)一規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為標(biāo)準(zhǔn)電極，并規(guī)定任何溫度下，其電極電勢為零。當(dāng)前第20頁\共有97頁\編于星期六\22點標(biāo)準(zhǔn)氫電極裝置圖氫電極電極反應(yīng):2H+(aq)+2e-H2(g)氫電極半電池符號:Pt|H2(100kPa)|H+(1.0mol·L-1)規(guī)定:

(H+/H2)=0.000V(伏)(4)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的測定:理論上，一般選擇標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為參比電極。標(biāo)準(zhǔn)氫電極:

三、原電池的電極電勢當(dāng)前第21頁\共有97頁\編于星期六\22點根據(jù)

未知電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢？將未知電極和標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池，測定原電池的電動勢，即可求出未知電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。(－)未知電極標(biāo)準(zhǔn)氫電極(＋)

或(－)

標(biāo)準(zhǔn)氫電極未知電極(＋)

Eθ=θ正－θ負(fù)三、原電池的電極電勢(4)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的測定:當(dāng)前第22頁\共有97頁\編于星期六\22點三、原電池的電極電勢(5)使用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表應(yīng)注意的事項測定方法：(-)標(biāo)準(zhǔn)氫電極

待測電極(+)①規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢為零，即：②

規(guī)定所有電極反應(yīng)都寫成還原反應(yīng)的形式，即：氧化態(tài)＋ne-＝還原態(tài)，共同比較電對獲得電子的能力，因此又稱標(biāo)準(zhǔn)還原電對。其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表示為

θ(氧化態(tài)/還原態(tài))

。當(dāng)前第23頁\共有97頁\編于星期六\22點④

φ

的大小與半電池反應(yīng)的寫法無關(guān)。例如：

(aq)2Cl

2e)g(Cl2+--φ

＝1.3583V

(aq)Cl

e(g)Cl21

2+--φ

＝1.3583V三、原電池的電極電勢(5)使用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表應(yīng)注意的事項③

φ小的電對對應(yīng)的還原型物質(zhì)還原性強；φ大的電對對應(yīng)的氧化型物質(zhì)氧化性強。當(dāng)前第24頁\共有97頁\編于星期六\22點⑤

同一物質(zhì)在一電對中是氧化型，在另一電對中可能是還原型。例如：Fe2++2e=Fe

φFe2+/Fe＝－0.44VFe3++e=Fe2+

φFe3+/Fe2+＝0.77V三、原電池的電極電勢(5)使用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表應(yīng)注意的事項⑥

一些電對的φ與介質(zhì)的酸堿性有關(guān)。酸性介質(zhì)：φA，查酸表；堿性介質(zhì)：φB

,查堿表。當(dāng)前第25頁\共有97頁\編于星期六\22點

【例】將標(biāo)準(zhǔn)氫電極與標(biāo)準(zhǔn)銀電極組成原電池，經(jīng)測量標(biāo)準(zhǔn)氫電極為原電池的負(fù)極，原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為+0.7996V。試計算標(biāo)準(zhǔn)銀電極的電極電勢。

解：由題意知：θ負(fù)

=

θ氫電極=0.000Vθ正=

θ銀電極根據(jù)

Eθ=

θ正-θ負(fù)

=

θ正-0.000V

則有θ正=Eθ=+0.7996V答：標(biāo)準(zhǔn)銀電極的電極電勢為+0.7996V。當(dāng)前第26頁\共有97頁\編于星期六\22點(-)Zn|Zn2+(1mol·L-1)||H+(1mol·L-1)|H2(100kPa)|Pt(+)

298.15K時測得標(biāo)準(zhǔn)電動勢E=+0.76V，求Zn2+/Zn的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。【例】已知標(biāo)準(zhǔn)氫電極與標(biāo)準(zhǔn)鋅電極組成下面原電池:解:

由題意知:氫電極為正極，鋅電極為負(fù)極。根據(jù)E=

正

-

負(fù)

=

(H+/H2)-

(Zn2+/Zn)=0.000V-θ(Zn2+/Zn)∴

(Zn2+/Zn)=-Eθ=-0.76V答:(略)。當(dāng)前第27頁\共有97頁\編于星期六\22點電極反應(yīng):Hg2Cl2(s)+2e-2Hg(l)+2Cl-(aq)電極符號:Pt|Hg(l)|

Hg2Cl2(s)|KCl(c)將待測電極與參比電極組成原電池參比電極在實際測定中，常用易于制備、使用方便且電極電勢穩(wěn)定的甘汞電極或氯化銀電極等作為電極電勢的對比參考，稱為參比電極。

標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極：飽和甘汞電極：甘汞電極當(dāng)前第28頁\共有97頁\編于星期六\22點電極反應(yīng):T=298K時，標(biāo)準(zhǔn)電極電勢為0.2223V

飽和電極電勢為0.2000V銀-氯化銀電極電極符號:

Ag∣AgCl∣Cl-參比電極當(dāng)前第29頁\共有97頁\編于星期六\22點圖為由Ni2+濃度分別為1.0010–3mol/L和1.00mol/L的兩種溶液組成的濃差電極。濃差電極由兩種不同濃度的某金屬離子的溶液分別與該金屬所形成的兩個電極，也可以組成一個原電池，叫濃差電池。當(dāng)前第30頁\共有97頁\編于星期六\22點電池反應(yīng)為：負(fù)極：

Ni(s)Ni2+(稀溶液)+2e正極：

Ni2+(濃溶液)+2e

Ni(s)總反應(yīng)：

Ni2+(濃溶液)Ni2+(稀溶液)酸度計就是利用了濃差電極的原理對溶液中的氫離子濃度進行測量。濃差電極當(dāng)前第31頁\共有97頁\編于星期六\22點四、電動勢E與ΔrGm的關(guān)系在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下:

G

=-nFE在任意狀態(tài)下:

G=-nFE研究表明：在恒溫恒壓下，系統(tǒng)對環(huán)境所做的最大非體積功等于系統(tǒng)的吉布斯自由能變。對于原電池來說，系統(tǒng)對環(huán)境所做的非體積功只有電功。G=-nFEF

=96485C·mol-1

法拉第常數(shù),n—反應(yīng)中得失電子數(shù)，mol

G=-nF;G=-nF對于電極反應(yīng)：當(dāng)前第32頁\共有97頁\編于星期六\22點【例】

已知銅鋅原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為1.10V,試計算原電池的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變△rGm

。解:Zn+Cu2+=Zn2++Cu因為發(fā)生1mol化學(xué)反應(yīng)需轉(zhuǎn)移2mol電子,所以n=2mol;又∵F=96485C·mol-1,Eθ=1.10V

∴△rGθm=-nFEθ=-2mol×96485C·mol-1×1.10V=-212267(J·mol-1)=-212.3kJ·mol-1答:該原電池的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變?yōu)?212.3kJ·mol-1。當(dāng)前第33頁\共有97頁\編于星期六\22點例：計算由標(biāo)準(zhǔn)氫電極和標(biāo)準(zhǔn)鎘電極組成的原電池的E?,△G?,K?，并寫出電池圖解、電極反應(yīng)、電池反應(yīng)方程。解：電池圖解：電池反應(yīng)：電極反應(yīng)：正極負(fù)極當(dāng)前第34頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第35頁\共有97頁\編于星期六\22點

aA+bBdD+eE五、能斯特方程濃度對電動勢和電極電勢的影響——能斯特方程對于任意狀態(tài)下的氧化還原反應(yīng)：

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：

Eθ=θ正－θ負(fù)非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，電極電勢的大小與電對本身性質(zhì)，反應(yīng)溫度、反應(yīng)濃度和壓力有關(guān)其中:rGm=-nFE,rGmθ=-nFEθ代入上式得：[cD/cθ]d[cE/cθ]e[cA/cθ]a[cB/cθ]b-nFE=-nFEθ+2.303RTlg

原電池電動勢的Nernst方程當(dāng)前第36頁\共有97頁\編于星期六\22點E=Eθ-lg2.303RT

nF[cD/cθ]d[cE/cθ]e[cA/cθ]a[cB/cθ]b0.0592V

n[cA/cθ]a[cB/cθ]b[cD/cθ]d[cE/cθ]e濃度對原電池電動勢E影響的能斯特方程：將T=298.15K,R＝8.314J·mol·K-1,F=96485C·mol-1代入,則得:E=Eθ-lg整理：五、能斯特方程當(dāng)前第37頁\共有97頁\編于星期六\22點a氧化態(tài)+ne-b還原態(tài)將rGm

=-nF,rGm=-nF對于非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的任意電極反應(yīng):同理：代入上式得:[c(還原態(tài))/cθ]b[c(氧化態(tài))/cθ]a-nF=-nFθ+2.303RTlg

ΔrGm=ΔrGmθ+2.303RTlgQ

電極電勢的Nernst公式五、能斯特方程當(dāng)前第38頁\共有97頁\編于星期六\22點=θ+lg=θ-lg2.303RT

nF

n

0.0592V

[c(還原態(tài))/cθ]b[c(氧化態(tài))/cθ]a[c(氧化態(tài))/cθ]a[c(還原態(tài))/cθ]b或:將T=298.15K,R＝8.314J·K-1,F=96485C·mol-1代入上式可得:=θ-lg

0.0592V

n

[c(還原態(tài))/cθ]b[c(氧化態(tài))/cθ]a濃度對電極電勢影響的能斯特方程：(最常用公式)五、能斯特方程當(dāng)前第39頁\共有97頁\編于星期六\22點

使用電極電勢能斯特方程的注意事項

(1)分清氧化態(tài)和還原態(tài)；(2)電極反應(yīng)中的化學(xué)計量系數(shù)為指數(shù)。

(3)若電極反應(yīng)有H+或OH-參與,其濃度也列入方程中。

n

0.0592V[c(氧化態(tài))/cθ]a[c(還原態(tài))/cθ]b=θ+lg五、能斯特方程當(dāng)前第40頁\共有97頁\編于星期六\22點(4)能斯特方程中的n、a、b要對應(yīng)，即要寫出半反應(yīng)式MnO4-+8H++5e-=Mn2++4H2O(5)氣體用分壓表示，溶液用濃度表示

Cl2(g)+2e-=2Cl-Cl2(g)+2e-=2Cl-五、能斯特方程當(dāng)前第41頁\共有97頁\編于星期六\22點(6)純固體、純液體和稀溶液中的溶劑水不寫入能斯特方程。Br2(l)+2e-=2Br-五、能斯特方程當(dāng)前第42頁\共有97頁\編于星期六\22點例1：寫出下列電對的能斯特方程Br2(l)

+2e→2Br-

Fe3++e→Fe2+當(dāng)前第43頁\共有97頁\編于星期六\22點例2：已測得某銅鋅原電池的電動勢為1.06V，已知c(Cu2+)=0.020mol/L，求該原電池中c(Zn2+)？解：電池反應(yīng)由附表知所以鋅電極為負(fù)極，銅電極為正極Eθ=θ正－θ負(fù)=0.3419-(-0.7618)=1.1037Vθ(Zn2+/Zn)=-0.7618V,θ(Cu2+/Cu)=0.3419VZn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)當(dāng)前第44頁\共有97頁\編于星期六\22點例3：計算Zn2+/Zn電對在c(Zn2+)

=0.001mol·L-1時的電極電勢。(已知(Zn2+/Zn)=-0.7618V)

(Zn2+/Zn)=

θ(Zn2+/Zn)

+

lg解：

Zn2+

+2e-=Zn，n=2

2

0.0592V

2

0.0592V[c(Zn2+)/cθ]答:(略)。=-0.7618V

+lg[0.001/1.0]=-0.8506V當(dāng)前第45頁\共有97頁\編于星期六\22點回答下列問題（1）寫出電池反應(yīng)方程和電池圖解例：某原電池的一個半電池是由金屬Co浸在1.0mol/LCo2+溶液中組成；另一半電池由Pt片浸入1.0mol/LCl-的溶液中并不斷通入Cl2（p(Cl2)

=100kPa）組成，實驗測得電池的電動勢為1.63V，鈷電極為負(fù)極，已知（2）（3）p(Cl2)增大時，電池電動勢如何變化？（4）當(dāng)Co2+濃度為0.01mol/L時，電池的電動勢。當(dāng)前第46頁\共有97頁\編于星期六\22點解：（1）電池反應(yīng)方程電池圖解（2）當(dāng)前第47頁\共有97頁\編于星期六\22點（3）當(dāng)p(Cl2)增大時，增大，E增大（4）應(yīng)用原電池電動勢的Nernst方程∴∵

E=正

-負(fù)

當(dāng)前第48頁\共有97頁\編于星期六\22點第三節(jié)電極電勢的應(yīng)用一、比較氧化劑和還原劑的相對強弱二、判斷原電池的正負(fù)極和計算電動勢三、判斷氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的方向四、衡量氧化還原反應(yīng)進行的程度五、歧化反應(yīng)的判斷當(dāng)前第49頁\共有97頁\編于星期六\22點電極電勢最大的電對所對應(yīng)的氧化態(tài)是最強的氧化劑；電極電勢最小的電對所對應(yīng)的還原態(tài)是最強的還原劑。

例：找出下列四組電對中最強的氧化劑和最強的還原劑。

(Fe3+/Fe2+)=+0.771V;(I2/I-)=+0.5355V(Sn4+/Sn2+)=+0.151V；(Ce4+/Ce3+)=+1.72V

解:

最強的氧化劑是:

Ce4+

最強的還原劑是:

Sn2+一、比較氧化劑和還原劑的相對強弱當(dāng)前第50頁\共有97頁\編于星期六\22點標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表規(guī)律:

值越大，其氧化態(tài)的氧化性越強；

值越小，其還原態(tài)的還原性越強。一、比較氧化劑和還原劑的相對強弱當(dāng)前第51頁\共有97頁\編于星期六\22點二、判斷原電池的正負(fù)極和計算電動勢利用E=正

-

負(fù)

電極電勢值大的電對作正極電極電勢值小的電對作負(fù)極注意兩種情況:◆標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,

直接查表得標(biāo)準(zhǔn)電極電勢θ值,然后比較θ大小確定正、負(fù)極,

計算電動勢Eθ;◆

非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,

先根據(jù)能斯特方程計算出電極電勢值

,再比較大小確定正、負(fù)極,計算電動勢E。當(dāng)前第52頁\共有97頁\編于星期六\22點例：將標(biāo)準(zhǔn)錫電極Sn(s)│Sn2+(1.0mol·L-1)與標(biāo)準(zhǔn)鉛電極Pb(s)│Pb2+(1.0mol·L-1)組成原電池，試判斷該原電池的正、負(fù)極，計算電動勢。解:

本題中組成原電池的兩個電極均為標(biāo)準(zhǔn)電極,查表知：θ(Sn2+/Sn)=-0.1375V

θ(Pb2+/Pb)=-0.1262V∵θ(Pb2+/Pb)＞θ(Sn2+/Sn)

∴標(biāo)準(zhǔn)鉛電極為正極，標(biāo)準(zhǔn)錫電極為負(fù)極。

Eθ

=θ正-θ負(fù)

=-0.1262V-(-0.1375V)

=+0.0113V答:(略)。當(dāng)前第53頁\共有97頁\編于星期六\22點例：通過計算確定原電池的正、負(fù)極和原電池的電動勢。Zn∣Zn2+-1)||Cu2+-1)∣Cu

解:

先分別計算兩個電對的電極電勢，然后比較大小。

(Zn2+/Zn)=θ(Zn2+/Zn)+(0.0592/2)lg[c(Zn2+)/cθ]=-0.7912V

(Cu2+/Cu)=

θ(Cu2+/Cu)+(0.0592/2)lg[c(Cu2+)/cθ]=0.3508V

∵

(Cu2+/Cu)＞

(Zn2+/Zn)∴Cu2+/Cu正極,Zn2+/Zn作負(fù)極。E=正

-負(fù)=0.3508-(-0.7912)=1.142V∴(-)Zn∣Zn2+-1)||Cu2+-1)∣Cu(+)

當(dāng)前第54頁\共有97頁\編于星期六\22點對于任意氧化還原反應(yīng)：aA+bB=dD+eE

氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的判斷??E判據(jù)

①

rGm=-

nFE＜0,E＞0，+>-

正向自發(fā)進行;②rGm=-

nFE=0,E=

0，+=-

達到平衡狀態(tài);

③rGm=-

nFE＞0,

E＜0，

+<-

逆向自發(fā)進行。

三、判斷氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的方向當(dāng)前第55頁\共有97頁\編于星期六\22點例：判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧化還原反應(yīng)進行的方向:2Fe3++2I-

=

2Fe2++I2

解：假設(shè)反應(yīng)能正向進行，則Fe3+/Fe2+為正極，I2/I-為負(fù)極。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，查表得各電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢為:

θ(I2/I-)=+0.5355V;

θ(Fe3＋/Fe2＋)=+0.771V

∵E=

正-負(fù)=+0.2355V＞0

∴

反應(yīng)能向正方向自發(fā)進行。當(dāng)前第56頁\共有97頁\編于星期六\22點例：判斷非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下氧化還原反應(yīng)進行的方向。

已知反應(yīng):Pb2++Sn

=Pb+Sn2+

當(dāng)c(Pb2+)=0.1mol·dm-3，c(Sn2+)=1.0mol·dm-3時，反應(yīng)能否自發(fā)向右進行?查表θ(Pb2+/Pb)=-0.1262V,θ(Sn2+/Sn)=-0.1375V=-0.1262V+(0.0592V/2)×lg[0.1/1.0](Pb2+/Pb)=θ(Pb2+/Pb)+(0.0592V/2)×lg[c(Pb2+)/cθ]=-0.1558V

(Sn2+/Sn)=θ(Sn2+/Sn)=-0.1375V∵E

=正-負(fù)=-0.1558V-(-0.1375V)=-0.0183V＜0

∴

反應(yīng)不能正向自發(fā)進行，而是逆向自發(fā)進行。解:

假設(shè)反應(yīng)能向右進行，則Pb2+/Pb為正極，Sn2+/Sn為負(fù)極。當(dāng)前第57頁\共有97頁\編于星期六\22點lgKθEθ=0.0592VnEθ2.303RT∴l(xiāng)gKθ=氧化還原反應(yīng)進行的程度可以由標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ來衡量。Kθ值越大,表明反應(yīng)進行得越完全。根據(jù)△rGmθ=-2.303RTlgKθ,△rGmθ=-nFEθnF將T=298.15K,R＝8.314J·K-1,F=96485C·mol-1代入,可得:lgKθEθ=0.0592Vn則有-2.303RTlgKθ=-nFEθ

四、衡量氧化還原反應(yīng)進行的程度當(dāng)前第58頁\共有97頁\編于星期六\22點解：若將此氧化還原反應(yīng)組成原電池，根據(jù)電子得失知:

Zn2+/Zn為負(fù)極:Zn-2e-=Zn2+Cu2+/Cu為正極:Cu2++2e-=Cu查表得θ(Zn2+/Zn)=-0.7618V

;

θ(Cu2+/Cu)=0.3419VEθ=

θ正-θ負(fù)=0.3419V-(-0.7618V)=1.1037V轉(zhuǎn)移電子數(shù):n=2(mol)∴

Kθ=2.0×1037(徹底)例：將下面反應(yīng)組成原電池,計算在298.15K時的標(biāo)準(zhǔn)電動勢、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變。0.0592VnEθlgKθ==37.3

△rGmθ=

-2.303RTlgKθ=-nFEθ=-212.9kJ·mol-1Zn+Cu2+Zn2++Cu當(dāng)前第59頁\共有97頁\編于星期六\22點歧化反應(yīng)：對具有三種氧化態(tài)的元素，處在中間氧化態(tài)的原子在反應(yīng)時，氧化數(shù)可以同時升高和降低，這就是歧化反應(yīng)。

歧化反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：五、歧化反應(yīng)的判斷正極反應(yīng)：當(dāng)前第60頁\共有97頁\編于星期六\22點第二節(jié)原電池與電動勢總結(jié)一、原電池原電池定義、原電池組成、電極反應(yīng)與電池反應(yīng)、原電池圖式(符號)表示★、半反應(yīng)與常見電極類型★二、原電池的電動勢原電池的電動勢標(biāo)準(zhǔn)電動勢三、原電池的電極電勢原電池的電極電勢★、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢★、標(biāo)準(zhǔn)氫電極、參比電極、濃差電極

E=正－負(fù)

Eθ=θ正－θ負(fù)當(dāng)前第61頁\共有97頁\編于星期六\22點第二節(jié)原電池與電動勢總結(jié)G=-nF四、電動勢E與△G的關(guān)系★★五、能斯特方程★★★在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下:

rGm

=-nFE

在任意狀態(tài)下:

rGm=-nFEG=-nF;對于電極反應(yīng)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：

Eθ=θ正－θ負(fù)非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，濃度對電動勢和電極電勢的影響——能斯特方程0.0592V

n

[cA/cθ]a[cB/cθ]b

[cD/cθ]d[cE/cθ]e

E=Eθ-lg=θ+lg

n

0.0592V

[c(氧化態(tài))/cθ]a[c(還原態(tài))/cθ]b(最常用公式)

E=正－負(fù)

當(dāng)前第62頁\共有97頁\編于星期六\22點第三節(jié)電極電勢的應(yīng)用總結(jié)一、比較氧化劑和還原劑的相對強弱二、判斷原電池的正負(fù)極和計算電動勢三、判斷氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的方向電極電勢最大的電對所對應(yīng)的氧化態(tài)是最強的氧化劑；電極電勢最小的電對所對應(yīng)的還原態(tài)是最強的還原劑。

電極電勢值大的電對作正極電極電勢值小的電對作負(fù)極

氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的判斷??E判據(jù)

①

E＞0，+>-

正向自發(fā)進行;②E=

0，+=-

達到平衡狀態(tài);③E＜0，+<-

逆向自發(fā)進行。

四、衡量氧化還原反應(yīng)進行的程度

0.0592VnEθlgKθ=當(dāng)前第63頁\共有97頁\編于星期六\22點p204四、計算題3、4交作業(yè)時間：作業(yè)當(dāng)前第64頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第65頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第66頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第67頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第68頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第69頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第70頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第71頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第72頁\共有97頁\編于星期六\22點簡答：5分；計算題：15分當(dāng)前第73頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第74頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第75頁\共有97頁\編于星期六\22點理論上講，任何一個氧化還原反應(yīng)都能組成原電池。每個原電池都由兩個半電池構(gòu)成，分別對應(yīng)兩個電極反應(yīng)。根據(jù)氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計原電池:

原電池設(shè)計當(dāng)前第76頁\共有97頁\編于星期六\22點例：將下列反應(yīng)設(shè)計成原電池并以原電池符號表示。解：解題關(guān)鍵:先判斷正負(fù)極當(dāng)前第77頁\共有97頁\編于星期六\22點Fe2++Cr2O72-+H+→Fe3++Cr3++H2O(-)Fe2+-e-=Fe3+(+)Cr2O72-+14H++6e-=2Cr3++7H2O6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O(-)Pt∣Fe2+(c1),Fe3+(c2)‖Cr2O72-(c3),H+(c4),Cr3+(c5)

∣Pt(+)例：將下列反應(yīng)設(shè)計成原電池并以原電池符號表示。當(dāng)前第78頁\共有97頁\編于星期六\22點Cl-+MnO4-+H+→Cl2+Mn2++H2O

(-)2Cl--2e-=Cl2(+)MnO4-+8H++5e-=Mn2++4H2O10Cl-+2MnO4-+16H+=5Cl2+2Mn2++8H2O例：將下列反應(yīng)設(shè)計成原電池并以原電池符號表示。當(dāng)前第79頁\共有97頁\編于星期六\22點電極的類型構(gòu)成原電池的電極通常分為三類，如下表所示。當(dāng)前第80頁\共有97頁\編于星期六\22點解：可能的反應(yīng)Ag(s)-e-=Ag+(aq)Ag+(aq)+Br-(aq)=AgBr(s)即：Ag在NaBr溶液中比在AgNO3溶液中更易失電子。同理，金屬離子形成配離子時也有相似的情況。例4-6、已知25℃時，

θ(Ag+/Ag)＝0.7996V，若在銀電極中加入NaBr溶液，使AgBr沉淀達平衡，平衡時c(Br-)=1.0mol·dm-3

，求銀電極的電極電勢。七、由Eθ計算Kθ當(dāng)前第81頁\共有97頁\編于星期六\22點例：由

(H+/H2)=0.000V,

(Pb2+/Pb)=-0.126V知2H++Pb=H2+Pb2+

反應(yīng)能自發(fā)進行（標(biāo)態(tài)），若在氫電極中加NaAc,并使平衡后溶液中HAc及Ac－濃度為1.00mol/L,pH2

為100kPa,上述反應(yīng)能自發(fā)進行嗎？解：正極反應(yīng)：2H++2e=H2加入NaAc后，在氫電極的溶液中存在以下平衡：

H++Ac–=HAc當(dāng)前第82頁\共有97頁\編于星期六\22點E=

(H+/H2)－(Pb2+/Pb)=-0.281－(-0.126)=-0.155V所以，該反應(yīng)不能自發(fā)進行。新電對HAc/H2:2HAc+2e=H2+2Ac－標(biāo)態(tài)下：當(dāng)前第83頁\共有97頁\編于星期六\22點例：電池

(-)Pt,H2(p)|HA(1.0mol/L),

A－(1.0mol/L)||H+(1.0mol/L)|H2(p),Pt(+)求：在298K時，測得電池電動勢為0.551V,試計算HA的Ka.解：E=

(H+/H2)

－

(HA/H2)

E

(HA/H2)=0.000－0.551=-0.551V據(jù)：－0.551=0.000+0.0592lgKa,HA

lgKa,HA=-0.551/0.0592=-9.307Ka,HA=4.93×10－10同樣地，形成絡(luò)合物時，也會影響電極電勢。通過電池電動勢的測定，也可求絡(luò)合物穩(wěn)定常數(shù)。當(dāng)前第84頁\共有97頁\編于星期六\22點正、負(fù)極標(biāo)準(zhǔn)電勢差值越大，平衡常數(shù)也就越大，反應(yīng)進行得越徹底.因此，可以直接利用E

的大小來估計反應(yīng)進行的程度.一般地，平衡常數(shù)K=105，反應(yīng)向右進行程度就算相當(dāng)完全了。當(dāng)n=1時，相應(yīng)的E=0.3V，這是一個直接從電勢的大小來衡量反應(yīng)進行程度的有用數(shù)據(jù)。八估計反應(yīng)進行的程度當(dāng)前第85頁\共有97頁\編于星期六\22點298K時，測得下列原電池電動勢為0.460V，求溶液的pH。九、求溶液的pHZn|Zn2+(1.00mol/L)||H+(?)|H2(100kPa),Pt解：

Zn+2H+=Zn2++H2

E=0.460V得：

(Zn2+/Zn)=-0.763V

(H3O+/H2)=0.000V當(dāng)前第86頁\共有97頁\編于星期六\22點例4-1、（1）分解為兩個半反應(yīng)還原反應(yīng)：氧化反應(yīng)：總反應(yīng)：26714十、氧化還原反應(yīng)離子方程的配平當(dāng)前第87頁\共有97頁\編于星期六\22點()×5(

)×2例4-1、（2）分解為兩個半反應(yīng)還原反應(yīng)：氧化反應(yīng)：總反應(yīng)：當(dāng)前第88頁\共有97頁\編于星期六\22點當(dāng)前第89頁\共有97頁\編于星期六\22點濃差電池（Concentrationcell）

Pt∣H2(g,1×105Pa)∣H3O+(xmoldm-3)‖H3O+(1moldm-3)∣H2(g,1×105Pa)∣Pt兩邊c(H3O+)相等時電池耗盡,外電路不再有電流通過。H2氧化,c(H3O+)不斷增大H3O+還原,c(H3O+)不斷減小