普通化学简明教程课件电化学

电池反应中 转移的电子 的物质的量
法拉第常数，1 mol电 子电量。 F=NAe=96485 C·mol-1
ΔrGm= －nFE 标准态下：rGm nFE
按电池书面表示式写出的电池反应在热力学上自 发时， rGm＜0，E为正值，即只有自发反应，电池 才能做有用功；反之，若写出的电池反应为非自发反 应， rGm>0，E为负值，不可能对外做功。
两电极的E值大小(高低)不同，其差值即为电池的电
动势E。 wk.baidu.com= E(正极) － E(负极)
单个电极的电极电势 E 无法测定。在实际应用中只需 知道 E 的相对值而不必去追究它们的绝对值。
2.标准氢电极
H+(c)⃒H2(p)⃒Pt
标准氢电极：
电极反应：
2H (aq) 2e ƒ H2 g
国际上统一(人为)规定:
以上讨论可知，电化学方法实际上是热力学方法 的具体运用。
如果电极有个类似于生成焓的电势就好了☺
3.3 电极电势
一、标准电极电势
1. 电极电势：原电池能够产生电流,表明原电池两 极间存在电势差，即每个电极都有一个电势，称为 电极电势。用符号: E(氧化态/还原态)表示。 如: E(Zn2+/Zn); E(Cu2+/Cu); E(O2/OHˉ); E(MnO4ˉ/Mn2+); E(Cl2/Clˉ)等。
O2/OHˉ O2(g)+2H2O+4eˉ=4 OHˉ(aq)
F2/Fˉ
F2(g)+2eˉ = 2Fˉ(aq)
E /V -2.71 -0.7618
0 0.3419 0.401
2.866
氧化能力逐渐增强
表的物理意义和注意事项
1) 表中E代数值按从小到大顺序编排。 E代数值越大，表明电对的氧化态越易得电子，即氧化 态就是越强的氧化剂；E代数值越小，表明电对的还原 态越易失电子，即还原态就是越强的还原剂； 如: E(Cl2/Cl-)=1.3583V，E(Br2/Br-)=1.066V，E(I2/I-) =0.5355V，可知：Cl2氧化性较强，而I-还原性较强。
标准氢电极的电极电势
E 为零
E (H/H2 ) 0V
3. 参比电极
使用标准氢电极不方便，一般常用易 于制备、使用方便且电极电势稳定的 甘汞电极或氯化银电极等作为电极电
势的对比参考，称为参比电极。
如：右图的甘汞电极： Pt∣Hg∣Hg2Cl2∣Cl-
KCl溶液 Pt
Hg2Cl2
标准甘汞电极：E=0.2681 V
2) 与Ka越大为强酸，共轭碱为弱碱类似，E越大， 则其氧化态为强氧化剂，还原态为弱还原剂，反之 亦然。 金属活动性顺序由强到弱：E由小到大 非金属活动性顺序由弱到强：E由小到大
()Zn Zn2 (1.0mol L1) ∥ Cu2(1.0mol L1) Cu ()
① 负极“－”在左边，正极“＋”在右边 ② 物相界面用“⃒”，盐桥用“‖”表示 ③ 同相不同物种用“，”分开，溶液、气体要
注明ci，pi ④ 液相中的多种离子及气体需使用惰性电极
金属电极如 Cu、Zn、Ag 惰性电极如 Pt、石墨棒
难溶盐电极 氧化还原电极
Ag(s)| AgCl(s)| Cl- (c) Pt(s) | Sn4+(c1) ,Sn2+(c2)
AgCl(s) + e ⇌ Ag(s) + Cl-(c-)
Sn4+(c1) + 2e ⇌ Sn2 +(c1)
二、原电池的热力学
任一自发的氧化还原反应都可以组成一个原电池。
电池的电动势E>0，对外输出电功，电池反应自发 进行；那么E和rGm的关系？
Pt⃒H2(p)⃒H+(c)、Pt⃒Fe3+(c)，Fe2+(c)、Ag⃒AgCl⃒Cl-(c)
电极类型
第一类电极：金属电极和气体电极 第二类电极：难溶盐和难溶氧化物电极 第三类电极：氧化还原电极
电极组成
电极反应
金属电极
Ag(s) | Ag+ (c)
Ag+(c+) + e ⇌ Ag(s)
气体电极
Pt(s) |Cl2(p) | Cl- (c) Cl2(p) + 2e ⇌ 2Cl-(c-)
第3章
电化学
3.1 氧化还原反应相关的基本概念
1. 氧化与还原
得失氧化合价升降得失电子 氧化还原反应电子传递反应；
氧化型
ne-
ƒ
还原型
氧化半反应与还原半反应
Ox ne- Red
2. 氧化还原电对：氧化态/还原态、Ox/Red
如：Cu2+/Cu、MnO4-/Mn2+、MnO4-/MnO2 MnO2/Mn2+、Fe3+/Fe2+、Fe2+/Fe
3. 氧化数——中学的化合价
平均氧化数、分数氧化数
S2 O32 Fe3O 4
S: 2 Fe: 8
3
X +7
Mn O-4 Mn7+
3.2 电化学电池
Zn(s) Cu2+ (aq) Zn2+ (aq) Cu(s) r Hm 218.7kJ mol-1
化学能转化为热能
化学能转化为电能
Cu-Zn原电池装置
对电动势为E的电池反应：
Cu2++Zn→Zn2++Cu
根据标准摩尔生成焓和标准摩尔生成吉布斯函数， 可求得(298.15K时)：
r Hm 217.2 kJ mol-1 rGm 212.69 kJ mol-1
二、原电池的热力学
由于ΔrGm是系统可用来做非体积功的那部分能量 , 电动势(V)
ΔrGm= W'max = －QE = －nFE
Volta电池的构造
盐桥的作用：补充电荷、 维持电荷平衡。盐桥是 一倒插的U型管,内含KCl 或KNO3溶液，可用琼脂 溶胶或多孔塞保护，使 KCl或KNO3溶液不会自 动流出。
一、原电池
电池反应： Zn(s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu(s)
(1) 半电池——电极；半电池反应——电极反应
锌极：氧化反应，负极 铜极：还原反应，正极
Zn(s)=Zn2+ (aq) 2eCu2+ (aq) 2e- Cu(s)
(2) 半反应（电极反应）涉及同一元素的氧化态和 还原态(需配平)
a(氧化态) + ne－ b(还原态)
式中n是所写电极反应中电子的化学计量数
(3) 两个氧化还原电对：不表示电极液的组成
Hg
当c(KCl)为饱和溶液时， E= 0.2412 V
4.标准电极电势
5. 标准电极电势表(附表9)
还原能力逐渐增强
电对
电极反应
Na+/Na Na+(aq)+eˉ =Na(s)
Zn2+/Zn Zn2+(aq)+2eˉ = Zn(s)
H+/H2 Cu2+/Cu
2H+(aq)+2eˉ = H2 (g) Cu2+(aq)+2eˉ = Cu(s)