第七章 2节 电极电势和电动势.ppt

第二节 电极电势和电动势 如果将氧化还原反应设计成一个电池反应，就会产生一个电动势。电动势是电池做电功能力的重要指标。 电极电势是电动势产生的基础。 一.电极电势的产生 德国化学家W.H.Nernst在1889年提出“双电层理论”对电极电势给予了说明。 电动势（ ?）与电极电势（ ?）的关系为 即：? = ?+ - ?- 二.标准电极电势 1.标准氢电极电势 2.标准电极电势的获得 将标准氢电极作为发生氧化作用的负极，待测电极作为发生还原作用的正极，组成一电池： (-)Pt|H2(g，p0)|H+(1.0mol.dm-3)||待测电极 甘汞电极与玻璃电极结构图示 实验室中常用的两种电极。 三.电动势与反应热力学函数的关系 1.电动势与反应?rG0m的关系 3.?0与平衡常数K0的关系 由： 例：求Zn+ Cu2+ = Zn2+ + Cu反应的?0、 ?rG0m、K0，并写出相应的电池符号。 已知: 四.电池反应与电极反应的Nerst方程 1.电池反应的Nerst方程 2.电极反应的Nerst方程 以反应2Fe3+ + Sn2+ = 2Fe2+ + Sn4+为例。 电极反应Nerst方程推导 合并整理可得： 推广到一般可以获得 电极反应的Nerst方程： 例.计算在0.1mol.dm-3的盐酸或醋酸溶液中H+/H2电对的电极电势，由此您可以获得何种结论？K醋酸=1.8×10-5； 解： H+/H2电对的电极反应为： 五.电极电势及电动势的应用 1.判断氧化剂与还原剂的相对强弱 氧化态物质的氧化能力与还原态物质的还原能力与标准电极电势间的关系 2.判断氧化还原反应的方向 （1）反应方向性的?0判据 由?rG0m= - n× F ×?0 可知： 例：判断反应2Pb2+＋Sn===2Pb＋Sn2+反应当[Pb2+]=0.1mol.dm-3时反应是否自发。已知： 解：假设反应自发，则Pb2+/Pb 是电池的正极Sn2+/Sn 是电极的负极，则： （2） 元素的电势图（即氧化态电势图） 元素电势图的构成： 元素电势图的应用 A.利用元素电势图计算未知电对的电势。 b.判断歧化反应能否发生 假设能够发生歧化反应，即2B = A +C 将此反应构成电池，则 3.计算反应的K0、反应进度等 核心公式 六.清洁能源技术简介 能源是社会存在与发展支柱之一。 化学在能源的利用与新型能源的开发中具有十分重要的作用。 1.太阳能技术 即直接将太阳的光能转化为可使用的能源。 2.化学电源简介 （1）.含义 利用电池装置将化学能直接转化为电能的一种技术。 （2）.种类 （a）干电池（Dry Cell） （b）蓄电池（Storage Battery） 特点：该类电池在放电结束后可以用外界电源再生（充电），实现重复使用。 铅酸蓄电池的电极反应 放电过程： （c）燃料电池（Fuel Cell） 通过改进电池结构，使正极活性物质、负极活性物质可以方便补充，二电池本身仅仅是一个反应和能量场所。 优点：可连续工作、功率大、性价比高。 * 即：将电极插入电解质溶液中产生的双电层，双电层之间的电势差即为电极电势。 请注意：在电极电势表示中，应将相应的电对表示在右下角度。如： 例：计算CuZn电池的电动势。其中： 解：该电池的正极为Cu极；负极为Zn极，故电池电动势为： 目前，规定氢标准电极（Standard Hydrogen electrode）的电极电势=0， 电极电势的绝对值还不能直接测定。 标准氢电极：[ H+]=1.0mol·kg-1≈1.0mol·dm-3 PH2=100kPa H2 = 2H+ + 2e ?0H+/ H2= 0 实际中可用甘汞电极等代替标准氢电极。 根据热力学定律，如果W体积=0，则： ?rG0m= -W非体积= -W电功； 又电池对外做功W电功= n× F ×? ； 对反应：aA + bB = g C+ d D 电池反应的Nerst方程 将反应设计为电池。 正极反应：Fe3+ +e =Fe2+ 负极反应：Sn4+ +2e =Sn2+ 说明： a.[氧化型]、[还原型]指相关浓度的乘积（计量数为幂次)。 b.n为电极反应转移的电子数。 例如：Cr2O72- +14H+ +6e = 2Cr3+ + 7H2O c.溶剂、纯化合物可不列入 2H+ + 2e = H2 电极反应的Nernst方程为： 又： 0.1mol.dm-3的盐酸的pH值＝1： 0.1mol.dm-3的醋酸的pH值： 故电极电势为：φ盐酸＝-0.0592