电极电势的应用
电极电势的应用
Z=2
①各物种按氧化值从高到低向右排列；
②各物种间用直线相连接，直线上方标明 相应电对的E ，线下方为转移电子数。
1.判断中间氧化值物种能否歧化 2Cu (aq) Cu(s) Cu2 (aq)
E / V Cu2 0.1607V Cu 0.5180V Cu
0.3394V EMF = E (Cu/ Cu) E (Cu2 / Cu)
Sn 4 aq 2e Sn 2 aq
E =0.769 V E =0.5345 V E =1.360 V E =0.1539 V
通过比较可以看出，其中 E MnO4/Mn2
最大，氧化型物种MnO4 是最强的氧化剂；
E Sn 4/Sn 2 最小，还原型物种 Sn2+是最强
=1.36V1.30V = 0.06V > 0
方法二：
MnO2 (s) 4H (aq) 2Cl (aq) Mn 2(aq) Cl2 (g) 2H2O(l)
EMF
=
EMF
0.0592V 2
lg
[ p(Cl2 [c(H
) )
/ /
p c
][c(Mn 2) / c ] ]4[c(Cl ) / c ]2
或
lgK = ZEMF
0.0592V
例5-8：试计算298.15K时反应： Zn(s) + Cu2+(aq) Zn 2+(aq)+ Cu (s) 的标准平衡常数K 。
解：EMF =E(Cu2+/Cu) - E(Zn2+/Zn)
= 0.3394V – (–0.7621V) =1.1015V
lg K = ZEMF = 2×1.1075V = 37.213 0.0592V 0.0592V
5.4 电极电势的应用
电极电势的应用电极电势的应用是多方面的。
除了比较氧化剂和还原剂的相对强弱以外，电极电势主要有下列应用。
0102030405 判断原电池的正、负极，计算电池的电动势判断氧化剂、还原剂的相对强弱测定难溶电解质的溶度积常数和弱电解质的解离常数判断氧化还原反应进行的方向判断氧化还原反应进行的程度计算原电池的电动势E在组成原电池的两个半电池中，电极电势代数值较大的一个半电池是原电池的正极，代数值较小的一个半电池是原电池的负极。
原电池的电动势等于正极的电极电势减去负极的电极电势：E＝ϕ(+)－ϕ(-)例 计算下列原电池的电动势，并指出正、负极 Zn∣Zn 2+(0.100 mol·L -1)‖ Cu 2+(2.00 mol·L -1)∣Cu )(lg 2059.02+Cu c 00.2lg 2059.0)(lg 2059.02+Zn c )100.0lg(2059.0 解： 先计算两极的电极电势 ϕ (Zn 2+/Zn)= ϕ θ(Zn 2+/Zn)+ = －0.763＋ =－0.793V (作负极）ϕ (Cu 2+/Cu) = ϕ θ(Cu 2+/Cu)+ = 0.3419 + 故 E ＝ ϕ (+)－ϕ (-)= 0.351－(－0.793)＝1.14V= 0.351V(作正极)＞０ ； E ＜０ ϕ+ ＜ ϕ- 反应逆向进行判断氧化还原反应进行的方向m r G ∆m r G ∆m r G ∆)]()([--+-=-=∆ϕϕnF nF E G m r θE 恒温恒压下，氧化还原反应进行的方向可由反应的吉布斯函数变化来判断。
根据 如果在标准状态下，则可用ϕθ或 进行判断。
＜０； E ＞０ ϕ+ ＞ ϕ- 反应正向进行 ＝０； E ＝０ ϕ+ ＝ ϕ- 反应处于平衡例如:2Fe3＋(aq)＋Sn2+(aq) 2Fe2＋(aq)＋Sn4+(aq)在标准状态下，反应是从左向右进行还是从右向左进行？查表：ϕθ(Sn4+/Sn2+)=0.151V, ϕθ(Fe3+/Fe2+)=0.771Vϕθ(Fe3+/Fe2+)＞ϕθ (Sn4+/Sn2+)，Fe3+/Fe2+作正极。
无机化学6.2 电极电势的应用
+1.695
+1.23
•各物种氧化值降低的方向从左向右排列
•横线上的数字表示电对的电极电势，横线左端是电对的氧化态， 右端是电对的还原态。
拉蒂莫尔图的应用：
1. 计算不相邻物种之间的Eө(Ox/Red)
E ө(A/B) E ө(B/C)
A
B
C
E ө(A/C)
A + n1e- B B + n2 e- C A + n3e- C
解：反应 Cu2+ + Zn = Zn2+ + Cu 正极的电极反应 Cu2+ +2 e- = Cu 负极的电极反应 Zn = Zn2+ + 2 e-
E ө =0.337V E ө = -0.763V
Eө = E 0(正极）- Eө(负极）=0.337V - (-0.763V) = 1.100V
lg K nE 2 1.100V 37.2 0.0592V 0.0592V
原电池(1) C ∣ C+ ‖ A+∣ A 原电池(2) C ∣ C+ ‖ B+∣ B 原电池(3) B ∣B+ ‖ A+∣ A
E ө(Ox / Red）代数值越小，该电极上越容易 发生氧化反应, 还原型物质的还原能力（失去电子 能力）越强，是较强的还原剂;氧化型物质的氧化 能力弱。
E ө(Ox / Red）代数值越大，该电极上越容易发 生还原反应,表明氧化型物质的氧化能力（得到电子 能力）越强，是较强的与氧化剂; 还原型物质还原 能力越弱；
——判断物质氧化还原能力的相对强弱
4 氧化还原反应的方向
r Gm = -nFE池 = nF( E 正 - E 负 )
电极电势的应用
电极电势的应用电极电势是分析电性物质在电场环境中表现特性的重要工具，电极电势的应用在电化学研究中发挥着重要作用。
1.极电势的基本概念电极电势是指某一特定电极处的电位，是衡量电解质的基本概念，可以用数字表示。
它是一种特定电极对一定电解质含量环境下所产生的电动势差，它反映着电极间的电荷转移，可以用于分析电化学反应的热力学和动力学性质。
2.极电势的应用（1）确定电极的电动势电极电势可以用来测量电极的电动势，并可以确定电极的工作电势，从而可以使用正确的电动势对电解质进行电解。
（2）诊断电化学反应的热力学电极电势可以用来检测电化学反应的热力学动力学特性，可以用来确定电荷转化的活化能，可以用来研究电解质的析出率，以及与其他电解质相关的反应活性等。
（3）诊断电化学反应的动力学电极电势也可以用来检测电化学反应的动力学特性，可以用来研究电解质的析出速率，以及与其他电解质相关的反应动力学过程。
（4）研究电解质的迁移电极电势可以用来研究电解质的迁移过程，比如在载体电极介质中测量电解质的迁移动力，从而诊断其对载体材料的特性，从而得出该载体对电解质的适宜性。
3.极电势的影响因素电极电势受诸多因素影响，若想准确测量电极电势，就应注意以下几点：（1）电极材料的选择，应根据所测量的物质种类选择合适的电极材料，以减小错误的影响。
（2）操作方法，在操作时要避免电极光滑，以防止极电势发生改变。
（3）环境条件，应在室温和正常压强下操作，以减小环境因素对实验结果的影响。
（4）电极电路的结构，在测量测试时，电极电路的结构也是十分重要的，应特别注意电极的结构特性，以准确测量出电极电势。
4.论电极电势是分析电性物质在电场环境中表现特性的重要工具，在电化学研究中发挥着重要作用。
电极电势的应用包括：确定电极的电动势、诊断电化学反应的热力学和动力学特性、研究电解质的迁移。
在测量电极电势时，应特别注意电极材料的选择、操作方法、环境条件、电极电路的结构等因素，以减小误差，得出准确测试结果。
5.3电极电势的应用
MnO 4 4H 3e MnO2 2H2O
EΘ = 1.679 V EΘ = 0.771V EΘ =0.545V
2 Fe3 e Fe
I2 2e 2I
lyon
Br2 (l ) 2e 2Br Cl2 ( g ) 2e 2Cl
∴I-比Br-的还原性强，I2先游离出来
②
Fe3 2e Fe2
2 MnO 4H2O 4 8H 5e Mn
EΘ = 0.771 V EΘ = 1.507 V
应选择EΘ在I2/I-和Br2/Br-之间
lyon
四、元素电势图应用
将同种元素的不同氧化态按氧化值由高到低的顺序自左向右
排列成行，在相邻的两物种间连一直线表示电对，并在此直线上
方标明该电对的标准电极电势值，由此则构成元素电势图。
如氧的常见氧化态为0、-1、和-2的O2、H2O2、和H2O。
EAθ
O2 0.628
H2O2 1.77 1.229
∴应选择Fe2(SO4)3
lyon
三、氧化还原反应进行的程度
对于一个氧化还原反应, 当其电动势为零时即达到平衡. 因此可 根据标准电极电势求一个氧化还原反应的平衡常数.
lg K
nE 0.0592
n ( ) 0.0592
一般地，当K ө 6 10 6时，说明反应已进行完全 当K ө 2 10 -7时，说明反应不能正向进行或进行的趋势很小 ◆ 注意： ①K与浓度无关，只决定于标准电极电势的大小，电势差越大，平衡 常数越大，反应也越完全； ②标准电极电势从热力学观点来衡量氧化还原反应进行的可能性和 进行程度，但不能预测反应速度；而实际反应中必须同时考虑。
氧化还原反应——电极电势：电极电势的应用
电极反应： Pb2+ + 2e- Pb
E(Pb2+/Pb)=E
(Pb2+/Pb)+
0.0592V 2
lg
[c(Pb2+)/c
]
电极反应： PbSO4 + 2e- Pb + SO42-
E(PbSO4/Pb)=E (PbSO4/Pb) +0.05292Vlg[c(SO421-)/c ]
E (PbSO4/Pb) = E(Pb2+/Pb)
]2
E(HCN/H2) = E(H+/H2)
3.
计算弱电解质解离常数(Ki
)K ⊖ a
例: 已知E (HCN/H2) = -0.545V, 计算Ka (HCN)
E (HCN/H2)=E (H+/H2)
+
0.0592V 2
lg
[c(H+)/c ] p(H2)/p
E
(HCN/H2)=E
(H+/H2)+
氧化还原反应 电极电势
4-2-5 电极电势的应用
1. 判断氧化剂、还原剂的相对强弱
E 越大,电对中氧化型物质的氧化能力越强
还原型物质的还原能力越弱
E 越小,电对中还原型物质的还原能力越强
举例说明电极电势的应用
电极电势在很多领域中都有应用。
下面是一些例子：1 在电化学分析中，电极电势可以用来测量物质的还原性或氧化性。
例如，在电解质溶液中，可以测量电极电势来确定溶液中的某些物质是否还原或氧化。
2 在工业生产中，电极电势可以用来控制化学反应的速度和方向。
例如，在镀银工艺中，可以通过调整电极电势来控制镀银的速度，从而获得理想的镀银质量。
3 在医疗设备中，电极电势也被广泛应用。
例如，心电图仪和脑电图仪都使用电极来测量人体内电活动的电势差，从而确定健康状况。
4 在动力电池中，电极电势也起着重要作用。
例如，在锂离子电池中，电极电势的差异可以决定电池的充电速度和放电速度。
5在环境监测中，电极电势也被用来测量环境中的某些化学物质的浓度。
例如，可以使用电极测定水中的溶解氧浓度，从而确定水的生态状态。
6 6 在食品加工中，电极电势也可以用来检测食品中的某些物质的浓度。
例如，在酿造过程中，可以使用电极测定果汁中的糖浓度，从而确定果汁的发酵程度。
7 在农业生产中，电极电势也被用来测量土壤中的某些养分的浓度。
例如，可以使用电极测定土壤中氮的浓度，从而决定土壤的肥力水平。
8 在钢铁加工中，电极电势也可以用来控制电弧焊接过程。
例如，在电弧焊接钢管时，可以通过调整电极电势来控制焊接速度和焊接质量。
9 在电力系统中，电极电势也起着重要作用。
例如，在变压器中，电极电势的差异可以决定电流的变化率。
10在半导体制造中，电极电势也被用来控制化学反应的速度和方向。
例如，在半导体晶体管的制造过程中，可以通过调整电极电势来控制化学蚀刻过程，从而获得理想的半导体晶体管尺寸和形状。
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。
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«无机及分析化学»课程单元教学设计
──«电极电势的应用»
一、教案头：
本次课题：电极电势的应用
二、教学设计
第一部分：组织教学和复习上次课主要内容（时间：5分钟）
①考勤
②标准电极电势的测定及利用Nernst方程计算电极电势
第二部分：学习新内容（时间：38分钟）
步骤一告知，宣布本次课的教学内容、目标（时间：3分钟）
课件演示本次课的标题：电极电势的应用
教师讲述引入：我们在上次课中学习了电极电势的知识，电极电势除了可以计算原电池电动势以外，还有其它的一些应用，这节课我们就要一起学习电极电势的这些应用。
教学内容：
一、氧化剂、还原剂的相对强弱
二、氧化还原反应进行的方向
三、氧化还原反应进行的程度
四、元素电势图及其应用
教学目的：通过学习能能根据标准电极电势大小判断氧化剂、还原剂的相对性强弱：判断反应进行的方向，能利用元素电势图判断能否发生歧化反应或逆歧化反应、掌握EӨ与KӨ的互算。
步骤二讲授新课（时间：30分钟）
一、判断氧化剂、还原剂的相对强弱
教师讲述：EӨ小的电对对应的还原型物质还原性强
EӨ大的电对对应的氧化型物质氧化性强
深化对上述知识点的理解：讲解例题9-11
巩固练习：P127简答题第四题
二、判断氧化还原反应进行的方向
教师讲述：EӨ值大的的氧化态(O)氧化EӨ值小的还原态(R)
深化对上述知识点的理解：讲解例题9-12、例题9-12
巩固练习：P127简答题第四题
三、氧化还原反应进行的程度
教师指出：氧化还原反应的平衡常数K Θ与标准电极电势E Θ
的关系 ) -E (E 0.0592 0.0592¨ ¨lg -+==Z ZE K E Ө越大，电势差越大，K Ө也越大，所以K Ө能判断氧化还原反应程度
深化理解：K Θ与E Θ关系之互算
例题9-14、
例题9-15已知298K 时下列电极反应的E Ө值:
试求AgCl 的溶度积常数。
能力训练：有关K Θ与E Θ关系之互算的计算
（1）
0.2222V )aq (Cl Ag(s) e (s) AgCl
0.7991V Ag(s) e )aq (Ag =++=+---+E E
g(s)A )L 1.0mol (g A )L 1.0mol (Cl AgCl(s) g(s)A
11-+--⋅⋅解：设计一个原电池： 1 (s) AgCl )aq (Cl )aq (Ag )aq (Cl Ag(s) e (s) AgCl Ag(s) e )aq (Ag
sp K K =
++++-+---+10-sp sp ¨101.80
7449.90.0592V
0.5769V 0.0592V ¨ lg - 0.0592V
¨ lg 0.5769V
0.222V 0.7991V )
Ag /AgCl ()Ag /Ag ( ¨ ⨯======+=-=+K ZE K ZE K E E E 24224)aq (6H )aq (O C 5H )aq (2MnO ++++-例：求反应
（2）P127 计算题第3题①
四、 元素电势图
教师讲述：元素电势图的表示方法
1.229V
Z = 2
表示方法：
⑴ 各物种按氧化值从高到低向右排列；
⑵ 各物种间用直线相连接，直线上方标明相
应电对的E Ө，线下方为转移电子数。
⑵ 注意溶液的介质条件（酸性和碱性）
教师讲述：元素电势图的用途之一（判断歧化反应能否发生）
引入:歧化反应、逆歧化反应的概念
学生分析，教师小结：
分析下列Cu 元素的电势图
O H 1
1.763V O H 1 0.6945V O /V 2222A ==Z Z E
小结：E 左 > E 右 发生歧化反应
E 左 < E 右 发生逆歧化反应
能力训练：有关歧化反应的判断
P127 简答题第五题①
步骤三 归纳总结（时间：5分钟）
教师讲述：
（1）E Ө小的电对对应的还原型物质还原性强，E Ө大的电对对应的氧化型物质氧化性强；
（2）E Ө值大的的氧化态(O)氧化E Ө值小的还原态(R)；
（3）K Θ与E Θ关系之互算
) -E (E 0.0592
0.0592¨ ¨lg -+==Z ZE K E Ө越大，电势差越大，K Ө也越大，所以K Ө能判断氧化还原反应程度
（4）元素电势图与歧化反应的判断
E 左 > E 右 发生歧化反应
E 左 < E 右 发生逆歧化反应
第三部分：作业布置（时间：2分钟）
()()
发生歧化逆反应发生歧化反应
判断歧化反应能否发生
左
右左右 0 V 0.3573 0.1607V 0.5180V Cu /Cu Cu / Cu Cu 0.5180V Cu 0.1607V Cu V / )aq (Cu )s (Cu )aq (2Cu 222E E E E E E E E <>>=-=-=++++++++
1、P127 计算题第3题（2）、（3）
2、P128 计算题第6题。