电池电动势与电极电势
化学反应中的电极电势与电池电动势实例
化学反应中的电极电势与电池电动势实例在化学反应中，电极电势和电池电动势是两个重要的概念。
电极电势指的是在电化学反应中，电极与溶液中某种溶质之间建立的电势差。
而电池电动势则是指整个电池中两个电极之间的电势差。
本文将结合实例介绍化学反应中的电极电势与电池电动势的概念与相关原理。
实例一：铜与铁电池在铜与铁电池中，铜离子是从铜电极溶解产生的，这个反应可以表示为：Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻而在铁电极上，则是铁离子发生还原反应：Fe²⁺(aq) + 2e⁻ → Fe(s)根据这两个半反应的标准电极电势可以计算出它们之间的电势差。
在标准状态下，铜电极的标准电极电势为+0.34V，而铁电极的标准电极电势为-0.44V。
所以，在这个铜与铁电池中，电池电动势可以计算为：Ecell = E(铜) - E(铁) = +(0.34V) - (-0.44V) = +0.78V这个正值表示铜与铁电池是一个可行的电池反应，并且产生正向的电势差。
这意味着当铜与铁电池连接成电路时，电子会从铁电极流向铜电极，而离子则会在溶液中迁移，从而产生电流。
实例二：锌与铜电池在锌与铜电池中，锌离子会溶解，并且金属锌会被氧化为锌离子，这个反应可以表示为：Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻与之相对应的是铜电极上的还原反应：Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)通过比较这两个半反应的标准电极电势，可以计算出锌与铜电池的电动势。
在标准状态下，锌电极的标准电极电势为-0.76V，而铜电极的标准电极电势为+0.34V。
因此，锌与铜电池的电动势可以计算为：Ecell = E(锌) - E(铜) = (-0.76V) - (+0.34V) = -1.1V这个负值表示锌与铜电池是一个不可行的电池反应，不能产生正向的电势差。
因此，在锌与铜电池中，电子从铜电极流向锌电极，但离子却会在溶液中迁移，从而产生反向的电流。
电极势与电池电动势之间的关系
电极势与电池电动势之间的关系电极势是指在电池中两个电极上的电势差，即正极与负极之间的电位差。
而电池电动势则是指电池在无负载情况下产生的电压。
电极势和电池电动势之间存在着密切的关系。
首先，我们来了解一下电极势。
电极势是由电池内部的化学反应引起的，在电池内完成氧化还原反应的正极和负极上会形成电势差。
对于一般的电池，正极电势相对于负极电势更高，从而形成了电势差。
这个差值正好等于电池电动势。
电池电动势是指在没有负载时，电池正负极之间产生的电压。
正常情况下，正极的势高于负极，形成了一个电势差。
这种电势差是电池内部化学反应所产生的，能够推动电荷在电池中自由流动，从而产生电流。
电池电动势通常以伏特（V）为单位。
电极势和电池电动势之间的关系可以用下式来表示：电池电动势 = 正极电势 - 负极电势根据这个关系，我们可以看出电池电动势的大小取决于正极和负极电势的差值。
如果正极电势和负极电势之间的差值越大，那么电池电动势就会越大。
相反，如果差值较小，电池电动势也会相应地减小。
正常情况下，电池的电动势是一个恒定的值。
然而，在实际应用中，电池的电动势往往会随着使用时间的增加而降低。
这是因为电池内部的化学反应会导致电极材料的消耗和损耗，从而使得正极和负极之间的电势差减小。
最后，还需要注意的是，电极势和电池电动势是两个不同的概念。
电极势是针对单个电极来讨论的，而电池电动势是针对整个电池来讨论的。
在一个完整的电池中，正极和负极之间形成的电势差就是电池电动势。
总结起来，电极势和电池电动势之间有着密切的关系。
电池电动势是由正极和负极之间的电势差引起的，而这个差值可以被称为电极势。
电极势和电池电动势的大小取决于正极和负极之间的电势差。
通过研究和了解这个关系，我们能够更好地理解电池的工作原理，并有效地应用于各种电子设备和能源系统中。
化学反应中的电极电势与电池电动势
化学反应中的电极电势与电池电动势化学反应是一种涉及原子和分子之间重组的过程，而电池则是利用化学反应产生电能的装置。
电极电势和电池电动势是描述电化学反应中电子转移能力的重要参数。
本文将介绍电极电势和电池电动势的概念、影响因素以及它们之间的关系。
一、电极电势的概念与测量电极电势是指电极与溶液或气体之间的电势差。
在电化学反应中，电极上电子的转移产生电势差，进而影响反应的进行。
电极电势能够反映电子在电极上的活动程度，是判断电极是氧化还是还原的参数。
电极电势通常用标准电极电势（E°）来表示，单位为伏特（V）。
测量电极电势的方法有很多种，其中最常用的方法是通过比较电池。
比较电池由两个半电池组成，可以产生一个已知电势差的电池。
通过将待测电极与比较电池相连，测量它们之间的电势差，从而确定待测电极的电势差。
二、电极电势的影响因素1. 温度：电极电势随温度的变化而变化。
温度升高会导致电极电势升高或降低，具体取决于反应的热力学性质。
2. 浓度：电极电势与参与反应的物质浓度有关。
当参与反应的物质浓度发生改变时，电极电势也会发生变化。
3. 压力：对于气体电极，电极电势随气体的分压变化而变化。
增大气体分压会导致电极电势升高。
4. pH 值：对于溶液电极，电极电势会受到 pH 值的影响。
改变溶液pH 值能够改变电极电势。
三、电池电动势的概念与计算电池电动势是指电池两个电极之间的电势差，表征了电化学反应产生的电能。
电池电动势通常用电池电动势（Ecell）来表示，单位为伏特（V）。
计算电池电动势的方法是通过测量两个电极的电极电势，并利用Nernst 方程进行计算。
Nernst 方程是描述电极电势与反应物浓度之间关系的数学方程。
Ecell = E°cell - (RT/nF)ln(Q)其中，E°cell 是标准电动势，R 是气体常数，T 是温度，n 是电子转移的摩尔数，F 是法拉第常数，Q 是反应物的活度积。
原电池的电动势与电极电位(势)解读
Cu2+(aq) + 2e = Cu(s)
(阴极为精铜)
电解的应用: 电镀
电镀银 阳极Ag(s) (接原电池+极)
Ag → Ag+ + e (氧化反应) 阴极(镀件) (接原电池-极) Ag+ + e → Ag (还原反应)
例3. 原电池 锌锰干电池放电反应
负极（氧化反应）： Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e
正极（还原反应）： MnO2(s) + H+(aq) + e → MnO(OH)(s) 2 MnO(OH)(s) → Mn2O3(s) + H2O(l)
合并，得总的放电反应： Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 H+(aq) → Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + H2O(l)
同一溶液内的氧化还原反应过 程，电子转移时无定向运动，不 产生电流，只放热 (右图):
Zn CuSO 4 aq ZnSO4 aq Cu
（一）原电池 （续）
若选择适当的电极， 组装为“原电池”， 使转移的电子定向运 动→产生电流。
原电池： 是化学能→电能的装 置。
右 图 ： Daniell 电 池 (锌-铜原电池)
诺基亚试产百部燃料电池耳机
左起依次为耳机、燃料电池
锂电池
2005年12月,日本生产出锂电池驱动汽车, 最高时速超过300 km/h.
▪ 手机.
例5. 锌汞纽扣电池
电动势和电极电势的关系
电动势和电极电势的关系引言：在电学领域中，电动势和电极电势是两个重要的概念。
电动势是指电源推动单位正电荷沿闭合回路移动所做的功，而电极电势则是指电池两极之间的电位差。
本文将探讨电动势和电极电势之间的关系，并介绍它们在电路中的应用。
一、电动势的定义和特点电动势是电源内能量转化为电能的能力，通常用字母E表示。
电动势的单位是伏特(V)，它的大小与电池内部化学反应的能量转化有关。
电动势可以通过以下公式计算：E = W / q其中，E代表电动势，W代表电源对电荷做的功，q代表单位正电荷。
二、电极电势的定义和特点电极电势是指电池两极之间的电位差，通常用字母V表示。
电极电势是电荷在电路中移动时，由于电场力做功而使电位能发生变化的结果。
电极电势的大小与电池内部电化学反应有关，它可以通过以下公式计算：V = W / q其中，V代表电极电势，W代表电场力对电荷做的功，q代表单位正电荷。
三、电动势与电极电势的关系电动势和电极电势之间存在着密切的关系。
在理想情况下，电动势等于电极电势之和。
也就是说，电动势E等于正极电势V+和负极电势V-之差。
这个关系可以用以下公式表示：E = V+ - V-这个公式表明了电动势和电极电势之间的直接联系。
电动势可以看作是电池内部化学反应的驱动力，而电极电势则是电池两极之间的电压差。
四、电动势和电极电势在电路中的应用电动势和电极电势在电路中起着至关重要的作用。
电动势可以决定电流的大小和方向，它是电路中电流的驱动力。
电极电势则决定了电路中各个元件之间的电压差，它是电路中电压的来源。
在闭合电路中，电动势源通过电极电势差推动电荷的流动，从而产生电流。
而在开路电路中，电动势和电极电势之间的差别会导致电场力的存在，这个力使电荷在电路中产生电场，但不会导致电流的流动。
电动势和电极电势还可以用于判断电池的正负极。
根据电动势的定义，正极电势大于负极电势时，电流从正极流向负极；反之，电流从负极流向正极。
这个规律被广泛应用于电路设计和电池的连接。
电极电势与电池电动势
第3章 电极电势与电池电动势
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3.1.2 胶体双电层
❖ 当给胶体溶液通直流电时，可以看到胶粒 向某一电极移动，这种现象就叫电泳。说 明胶体粒子是带电的，其原因如下：
a. 因吸附其它离子而带电。胶核优先吸附与 其有相同化学元素的离子；
b. 因电离作用而使胶粒带电。有些胶粒与分 散介质接触时，会发生电离，使一种离子 进入液相，而本身带电。
散分布在吸附层外围。
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第3章 电极电势与电池电动势
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❖ 胶核和吸附层构成胶粒；
❖ 胶粒和扩散层形成的整体为胶团。
❖ 胶团是电中性的，而胶粒是带电的。
❖ 胶团分散于液体中便是
溶胶。
❖ 在外电场(如通直流电)
作用下，胶团会从吸附
层与扩散层之间分离，
形成带电荷的胶粒而发
生电泳现象。
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3.2.2 电池电动势的组成
❖ 电池电动势E 电池正、负极之间的电势差称为电池 电势，在开路下测得的电池电势称为电池电动势。
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第3章 电极电势与电池电动势
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3.1.4 液体接界电势及其消除
❖ 液体接界电势 又称扩散电势，表示在两种不同的 溶液(电解质不同，或电解质相同而浓度不同)的界 面上存在的电势差。
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第3章 电极电势与电池电动势
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❖ 液体接界电势是由溶液中离子扩散速度不同引起 的，它的电势一般较小，不超过40mV。
❖ 盐桥可降低液接电势，但不能完全消除，一般在
2020/5/113～2mV.
第3章 电极电势与电池电动势
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❖ 盐桥消除液接电势的原理如下图所示
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电池电动势与电极电势
电极电势的计算方法
Nernst方程
电极电势可以通过Nernst方程计算，该方程描述了电极电势与溶液中离子浓度 的关系。
线性关系
电极电势与反应物和产物的浓度之间存在线性关系，可以利用这一关系求出电 极电势。
影响电极电势的因素
物质性质
电极电势与参与反应的物质性质有关，如氧化还原能力、离子迁 移率等。
温度
温度对电极电势产生影响，温度升高会导致电极电势降低。
物质浓度
参与反应的物质浓度也会影响电极电势，浓度变化会导致电极电 势相应发生变化。
03 电池电动势与电极电势的 关系
电动势与电极电势的差异
定义不同
电池电动势是指电池在开路状态 下正负极之间的电位差，而电极 电势是指电极与其周围溶液之间
的电位差。
决定电池性能
电池电动势和电极电势共同决定了电池的性能，如能量密度、功率 密度、充放电效率等。
平衡状态
在一定条件下，电池电动势和电极电势可以达到平衡状态，此时电 池性能达到最优。
电动势与电极电势在实际应用中的重要性
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能源存储
电池电动势和电极电势是决定电池能量存储和释 放的关键因素，对于电动汽车、移动设备等领域 具有重要意义。
电池电动势与电极电势
目录
• 电池电动势 • 电极电势 • 电池电动势与电极电势的关系 • 电化学反应与电极过程 • 电池性能的优化与改进
01 电池电动势
定义与性质
定义
电池电动势是指在标准温度和压 力下，电池正负极之间的电势差 。
性质
电池电动势是衡量电池能量转换 效率的重要参数，具有方向性， 即电流从正极流向负极。
电极反应的可逆性
可逆电极反应在正向和逆向反应中均能进行， 且正向和逆向反应速率相等。
平衡电极电势和电池电动势
= (待测)
例：H2(g,p0)│H+(aq, a+=1)‖Cu2+(aq, aCu)│Cu
(C u 2 /C u ) EIfE ＞ 0 , (C u 2 /C u )＞ 0 E ＜ 0 , (C u 2 /C u )＜ 0
饱和甘汞电极示意图
E＝ (待测)－ 0 (H+/H2) = (待测)－0
RT 1 RT 1 ⑴第一类电极(这类电极一般只有一个相界面o )
( 2F ln a ) ( 2F ln a ) 金⑵镀属第铂与 二 黑其类的阳电铂离极片子浸(存组入在成a两H的+个=电1相的极界溶面液)中并以pH2C=u1p2的纯氢气不断冲击到CuPt2电 (极a2上)。
⑵第二类电极(存在两个相界面)
电池电动势等于两个电极电势的差值。
电
池：Zn(s)|Zn2+||Cu2+|Cu(s)
⑵第二类电极(存在两个相界面)
以标准氢电极作氧化极，即负极；
⑴第一类电极(这类电极一般只有一个相界面)
以标准氢电极作氧化极，即负极；
实验只能测得两个电极构成的电池的电动势E，而无法测得单独电极的电极电势 。
§4 平衡电极电势和电池电动势
• 电池电动势等于两个电极电势的差值。
• 实验只能测得两个电极构成的电池的电动势 E，而无法测得单独电极的电极电势。
• 若选定一个电极作为标准，使其与任意其它 电极组成电池，测其电动势，就可得出各电
极的相对电极电势。
• 利用两电极的相对电极电势，可以方便的求
得由它们组成的电池的电动势，E= +－－。
标准氢电极
镀铂黑的铂片浸入 aH+=1的溶液中并以 pH2=1p o 的纯氢气不断 冲击到Pt电极上。
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4）电极的类型及符号
四种电极
（1）金属－金属离子电极 如： Zn2+/Zn， Cu2+/Cu 等
电极符号： Zn|Zn2+ (c)
Cu|Cu2+ (c)
（2）气体－离子电极 如： H+/H2 Cl2/Cl需用一个惰性固体导体如铂（Pt)和石墨。
Pt,H2(p)|H+(c) Pt,Cl2(p)|Cl－(c) Pt与H2之间用逗号隔开，p 为气体的压力。 （3）离子电极 如 Fe3+/Fe2+ 等体系
将惰性电极插入到同一种元素不同氧化态的两种离子的溶液中 所组成的电极。
Pt|Fe2+(c1), Fe3+(c2)
（4）金属－金属难溶盐电极 如 Hg2Cl2/Hg 由金属及其难溶盐浸在含有难溶盐负离子溶液中组成的电极。 如甘汞电极： Hg2Cl2 + 2e = 2 Hg + 2 Cl－ Pt,Hg,Hg2Cl2(s)|Cl-(c)
Cl2
Cl- +
ClO2e
OH- Cl－
改正： 碱性介质中（容易进行，实际上常用的方法）：
2 Cr(OH)3 + 3Cl2 + 10 OH－ = 2CrO42－ + 6Cl－ + 8 H2O
酸性介质中（ Cl2的氧化性大于Cr2O72－ 的，但差别较小）： 2 Cr3+ + 3Cl2 + 7 H2O = Cr2O72－ + 6Cl－ + 14 H＋
氧化态、还原态的共轭关系
2 氧化数与电子转移
Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu H2 + 0.5 O2 H 2 O
2个 “e” 的转 移
共价键
“形式电荷” +1 -2 （电子偏移情况的反映）
称为“氧化数”
经验规则： 各元素氧化数的代数和为零。
1）单质中，元素的氧化数等于零。（N2 、H2 、O2 等） 2）二元离子化合物中，与元素的电荷数相一致。 NaCl CaF2
例： 在M稀nHO2S4-O+4溶H液+中+，FKeM2n+ O4 和MFne2S+O+4发F生e3以+ 下反应：
如将此反应设计为原电池，写出正、负极的反应，电池 反应，和电池符号。
解：电极为离子电极，即将一金属铂片插入到含有Fe2+、 Fe3+ 溶液中，另一铂片插入到含有MnO4- 、Mn2+ 及H+ 的溶液中， 分别组成负极和正极：
色Cr2(SO4)3, 配平此反应方程式。
解：1）写出反应物、产物及反应条件 Cr2O72- + Fe2+ + H+ = Fe3+ + Cr3+
2）写出各氧化数
Cr2O72- + Fe2+ + H+ = Fe3+ + Cr3+ +6
3）配平氧化剂、还原剂前系数
Cr2O72- + 6Fe2+ + H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+
四、电极电势的计算
1 由标准Gibbs自由能变（G）计算 2 由已知电对的E计算
五、影响电极电势的因素
1 Nernst方程 2 浓度对电极电势的影响 3 酸度对电极电势的影响
六、电极电势的应用
1 比较氧化剂、还原剂的强弱 2 判断氧化还原反应的方向 3 Ksp 的确定 4 Ka 的测定
一、氧化数及氧化还原反应方程式的配平
2）原来： Pb(Ac)2 + ClO－ + H2O = 2 H+ + 2 Ac－ + PbO2 + Cl－ 改正：Pb(Ac)2 + ClO－ + H2O = 2 HAc + PbO2 + Cl－
配平注意事项：
写出的方程式必须与实验事实相符合 • 反应介质： 酸性介质中，不能出现 OH－
碱性介质中，不能出现 H＋ • 难溶或弱电解质应写成分子形式 • 注明沉淀的生成，气体的产生等
4）用H2O等进行总配平
Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
思考题： 配平方程式、改错
1）原来：2 Cr3+ + 3Cl2 + 8OH－ = 2CrO42－ + 6Cl－ + 8H+
分析： 碱性条件、酸性条件 ？
pH13
若在碱性条件下， Cr3+ Cr(OH)3 Cr(OH)4－ OH-
1 氧化还原反应
年代
氧化反应 还原反应
认
历
18世纪末 与氧化合 从氧化物夺取氧
识
史
不
19世纪中 化合价升高 化合价降低
断
发
深
展
20世纪初 失去电子 得到电子
化
Fe 氧化 Fe2+ + 2e
还原
还原
Cu2+ + 2e
Cu
氧化
氧化、还原 半反应
Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu 氧化还原反应
还原态 = 氧化态 + n e
CrO5 +10
（3）KO2
KO3
-0.5
-1/3
注意：1） 同种元素可有不同的氧化数；
2） 氧化数可为正、负和分数等；
3） 氧化数不一定符合实际元素的电子转移情况。
S2O32-
O -O S O-
S的氧化数为＋2， S
+4, (+6) 0, (-2)
3 氧化还原反应方程式的配平 例： 在酸性介质中，K2Cr2O7氧化FeSO4, 生成 Fe2(SO4)3 和绿
负极反应： Fe2+ ＝ Fe3+ + e 正极反应： MnO4- + 8H+ + 5e ＝ Mn2+ + 4H2O 电池反应： MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ ＝ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
二、电池电动势()与电极电势()
Cu-Zn 原Байду номын сангаас池
二、电池电动势()与电极电势()
1 原电池 化学能转化成电能的装置
1）组成： ① 半电池（电极） ② 检流计 ③ 盐桥（琼脂 ＋ 强电解质 （KCl, KNO3等） 补充电荷、维持电荷平衡
2）电极反应：
正极（Cu）: Cu2＋ + 2e = Cu 负极（Zn）: Zn = Zn2+ + 2e
+1,-1 +2,-1
3) 共价化合物中，成键电子对偏向电负性大的元素。
O: -2 (H2O 等）； －1 （H2O2); -0.5 (KO2 超氧化钾） H: +1, 一般情况； －1， CaH2 、NaH
思考题： 确定氧化数
（1）Na2S2O3 +2
Na2S4O6 +2.5
（2）K2Cr2O7 +6
3）电池反应及电池符号： Zn + Cu2＋ = Zn2+ + Cu
(－) Zn | Zn2+ (c1) || Cu2＋ (c2) | Cu (＋)
写电池符号应注意事项：
• 正、负极： (－) 左，
(＋) 右
• 界面“|”: 单质与“极 棒”写在一起，写在“|” 外面。
• 注明离子浓度（c),气 态时用分压（p). 物质状 态：固态（s), 液态（l) 等