5.3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
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 原电池热力学及电极电势的应用
2
4、确定氧化还原反应进行的限度
r Gm 2.303 RTlgK r Gm nFE
因为 nFE E 2.303 RTlgK
2.303RT lgK nF
Hale Waihona Puke T 298.15K时 , nE lgK 0.0592 V
例：求反应 2MnO4 (aq) 5H2C2O4 (aq) 6H (aq)
E = 0 － (－ 0.15) = 0.15V nE lg K 0.0592
lgK= (2×0.15) / 0.0592 = 5.08 K= 1.2 ×105
思考题：
已知：
E(Sn4+/Sn2+) =0.15V； E(Fe3+/Fe2+) =0.77V
反应： Sn4+ +2 Fe2+ = Sn2+ +2 Fe3+的平衡常数是多少？
2
MnO2 (s) 4H (aq) 2e 2 E (MnO 2 /Mn )
Mn (aq) 2H2O(l)
4
2
2 E E(MnO2/Mn ) E(Cl 2 /Cl )
1.36V1.30V 0.06V > 0
方法二： MnO2 (s) 4H (aq) 2Cl (aq)
5.3.1 原电池热力学
2. 标准电池电动势与氧化还原平衡
K 、 ΔrGm和E 之间的关系 ΔrHm, ΔrSm
平衡组成
ΔrGm
ΔrGm=－nFE
E
Δ rGm=－RTlnK
E= RT ln K nF
K
25℃时 lg K =nE / 0.05917
电极电势的应用(课堂PPT)
(
M
n
O4/
M
n2
)
0
.
05 5
9
2lgx8
(Cl2
/
Cl
)
0.0592 . 2
lg
1 x2
x≥0.1mol/L25
3. 氧化还原反应进行程度的衡量
(1)电动势与K的关系
∵ ΔG =ΔG + RyTlnQ
当ΔG =0 时Q= K 反应达平衡 有-ΔrGm y = RTlnK y 和 nFE y= RT lnK y
φ /V 1.51 > 1.3583 > 0.771
氧化能力：KMnO4 > Cl2 > FeCl3
.
18
判断氧化剂、还原剂的相对强弱
φ 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
φ 越小,电对中还原型物质的还原能力越强 氧化型物质的氧化能力越弱
例3：试比较 SnCl2、Zn、H2S 在酸性 介质中的还原能力
Fe3+/Fe2+ 0.771
若有一种氧化剂，如KMnO4，Mno
4
/
M
n2
1.51V
反应顺序：I-- Fe2+ -Br-
若有一种还原剂，如Zn，(Zn2+/Zn)=-
反应顺序：Br.2 - F0e.73+61-8IV2
20
*在原电池中的应用 ① 判断正负极
正极：发生还原(+e-)反应，
∴是 大的电对；
例： 当pH=7,其他离子浓度皆为1.0
mol.dm-3时,下述反应能否自发进行:
2MnO4-+16H++10Cl-
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。
高中化学电极电势的大小比较与应用
高中化学电极电势的大小比较与应用电极电势是化学反应中电子转移的驱动力，也是判断电池电势大小的重要指标。
在高中化学学习中，电极电势的大小比较与应用是一个重要的考点。
本文将通过具体的题目举例，分析不同类型的电极电势问题，并给出解题技巧和应用指导，以帮助高中学生和他们的父母更好地理解和应用电极电势。
一、电极电势的大小比较1. 比较标准氢电极与其他电极的电势差标准氢电极是电极电势的参比电极，其电势被定义为0V。
因此，与标准氢电极相比，电势较高的电极具有正的电势值，电势较低的电极则具有负的电势值。
例如，对于以下两个反应：反应1：Zn2+ + 2e- → Zn反应2：Cu2+ + 2e- → Cu根据标准电极电势表，反应1的标准电极电势为-0.76V，反应2的标准电极电势为0.34V。
因此，可以得出结论：Cu2+/Cu电极的电势高于Zn2+/Zn电极。
2. 比较不同离子间的电势差除了与标准氢电极比较，我们还可以通过比较不同离子间的电势差来判断电极电势的大小。
以下列反应为例：反应3：2Ag+ + 2e- → 2Ag反应4：Cu2+ + 2e- → Cu根据标准电极电势表，反应3的标准电极电势为0.80V，反应4的标准电极电势为0.34V。
可以发现，Ag+/Ag电极的电势高于Cu2+/Cu电极。
因此，我们可以得出结论：Ag+离子比Cu2+离子更容易还原为金属。
二、电极电势的应用1. 预测反应的进行方向根据电极电势的大小比较，我们可以预测反应的进行方向。
当两个反应的电极电势差为正值时，反应将自发进行；当电势差为负值时，反应将不自发进行。
例如，对于以下两个反应：反应5：2H+ + 2e- → H2反应6：Pb2+ + 2e- → Pb根据标准电极电势表，反应5的标准电极电势为0V，反应6的标准电极电势为-0.13V。
由于电势差为负值，我们可以得出结论：在标准状态下，Pb2+离子会还原为Pb金属，反应6将自发进行。
2. 计算电池的电动势电动势是电池输出电能的能力，可以通过电极电势的差值来计算。
电极电势的应用
电极电势的应用
电极电势是电化学实验中经常使用的量，它与测量物质在一定条件下的电子迁移特性
有关。
它可以用于研究物质间的交互作用，广泛应用在电学传感器、电磁技术、电化学传
感器、仪器仪表等行业中。
首先，电极电势主要用于氧化还原反应的相关应用。
在溶液中，还原剂和氧化剂之间
存在电位差，可以利用电极电势来直接测量反应活性和稳定性。
电极电势测量也可以用于
电催化反应的研究，它可以用来解释催化剂的电子成份和活性中心的变化。
电催化反应过
程中，催化剂的电子结构会不断发生变化，改变电极电势就可以说明这种变化剂。
此外，电极电势还被用于研究电磁性能，尤其是多金属器件的磁性能。
对于这类器件，比如电容器、变压器和线圈等，需要考虑它们的电磁耦合问题，调节电极电势就可以改变
这些器件的电磁性能。
此外，电极电势也可以用于无线传感器和无线通讯系统的研究，调
节这些系统的电极电势可以改善传输距离或其他性能。
最后，电极电势也可以用于计量学和电动机研究。
电极电势可用来衡量各种测量介质
的电子状态，如液体、气体、溶液等。
此外，在研究电动机时，需要电极电势来定义绝缘
两端的电压差，以便进行电流测量和调节电动机。
因此，电极电势在电化学分析、计量学以及电子和电动机研究中都有广泛的应用，它
可以反映物质的内部结构和物理性质，十分重要。
修改版——浅谈电极电势的理解和应用
编号： 119060141011内蒙古民族大学化学化工学院本科生学年论文题目：浅谈对电极电势的理解和应用专业：化学年级： 2011级姓名：郭学良指导教师：赵玉英导师完成日期： 2013 年 6 月 1 日浅谈对电极电势的理解和应用郭学良摘要化学反应可以分为两大类：氧化还原反应和非氧化还原反应，因此可以说氧化还原反应是无机化学学习中最重要的一类反应；而标准电极电势是氧化还原反应很好的定量标度，因此我们就有必要对标准电极电势进行必要的解析和研究。
而对于初入门的化学学习者来说，深入的了解电极电势可以从电极电势与电动势的关系、电极电势的能特斯方程、影响电极电势的因素、电极电势的图示法……这几方面入手，接下来我们就从这几方面展开讨论。
关键词：标准电极电势氧化还原反应拉提莫图能特斯方程引言标准电极电势是氧化还原反应很好的定量标度，氧化还原反应是无机化学学习中最重要的一类反应，对了解各种元素及其物质的性质及其联系有着重要的意义。
因此我们就有必要对标准电极电势进行必要的解析和研究。
而对于初入门的化学学习者来说，深入的了解电极电势可以从电极电势与电动势的关系、电极电势的能特斯方程、影响电极电势的因素、电极电势的图示法……这几方面入手，接下来我们就从这几方面展开讨论。
浅谈对电极电势的理解和应用一、电极电势与电动势的关系要想了解电极电势与电动势的关系，首先需要明白这两者的概念；1)电动势：大小等于非静电力把单位正电荷从电源的负极，经过电源内部移到电源正极所作的功。
如设W为电源中非静电力(电源力)把正电荷量q从负极经过电源内部移送到电源正极所作的功，则电动势大小为E=W/q。
2)电极电势：当金属放入盐溶液中，溶液中的金属离子受到金属表面电子的吸引而在金属表面面积形成双电层，双电层之间的电势差就是相应电极的电极电势。
3)标准电极电势：单个电极的的电极电势是无法测定的，根据IUPAC建议采用标准氢作为标准电极，给定电极电势与标准电极电势所组成的原电池的电动势即为该电极的标准电极电势。
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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。
0.771
+ Fe2 -0.44
Cu
Fe3
+
Fe
0.337
歧化反应
0.165
逆歧化反应
由它们的元素电势图来分析歧化反应能进行的条件。
lyon
A B C
θ 左
θ 右
θ 左 θ 左
θ 右 θ 右
则B会发生歧化反应
则AC发生逆歧化反应
10
lyon
只有电极电势较大电对的氧化型物质与电极电势较小电对 的还原型物质才能发生氧化还原反应。
lyon
影响氧化还原反应的因素：
1.氧化型物质或还原型物质本身浓度的改变对电极电势的影响 电对的氧化型物种浓度增大，则 增大，比 ө要大
电对的还原型物种浓度增大，则 减小，比 ө要小
2.酸度对电极电势的影响 如果电极反应中包含有H+或OH-，酸度就会对电极电势产生影 响，否则，就不会产生影响。 3.沉淀生成对电极电势的影响 向已建立平衡的电极反应中加入一沉淀剂，与氧化型物质或还 原型物质生成沉淀，从而使其浓度降低，导致电极电势减小或增大 。
二、氧化还原反应进行的方向
当外界条件一定，且皆取标准态，反应方向一般是：
强氧化型1 + 强还原型2 =弱还原型1 + 弱氧化型2
可根据标准电极电势判断一个氧化还原反应的方向： 任意状态 标准状态 氧化还原反应进行的方向
E0
E0 E0
Eө0
E ө 0 E ө 0
正反应自发进行
反应达到平衡 逆反应自发进行
H2O
EBθ
O2 0.076
HO2 0.87
HO
-
0.401
lyon
判断某物质能否发生歧化反应
在氧化还原反应中 ,若由某元素的一种中间氧化态同时向较高氧
化态和较低氧化态转化, 我们称其为歧化反应。如：
2Cu Cu 2 Cu
+ Cu2 0.159 Cu+ 0.520
2Fe3 Fe 3Fe2
5
lyon
【例2】在一含有I-、Br-的混合液中，逐步通入Cl2 ，哪一种先 游离出来？要使I2游离，而Br2不游离，应选择Fe2(SO4)3还是
KMnO4的酸性溶液？
解: ①根据附录表3得：
I2 (s) 2e 2I
EΘ = 0.545V EΘ = 1.066V EΘ = 1.358V
无机化学
§5.3 电极电势的应用
lyon
一、氧化剂和还原剂的相对强弱
标准电极电势表：
EΘ正值越大，氧化性越强；EΘ负值越大，还原性 越强。
实验室或工业上：
氧化剂：Eθ ＞1.0V 还原剂：Eθ ≤0V
lyon
【例1】根据标准电极, 判断下列氧化剂或还原剂的强弱:
MnO4-/MnO2 ;Fe3+/Fe2+；I2/I-。