大学化学之氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学
5. 电极电势
电极电势
关于原电池的疑问
– 为何组成原电池后，电子会自发由负极流向正极？为何两个电极 之间存在电势差？ – 不同的电极组成原电池后，哪个为正极，哪个为负极？
电极电势(电极电位)
电极电势
电极电势
标准氢电极
标准电极电势绝对值是无法测定的，于是建立了标准氢电极(SHE)
4. 原电池
原电池
铜锌原电池（ Daniell电池） 直接氧化还原反应
negative pole
特点
– Zn + CuSO4 = ZnSO4positive + Cu
pole
氧化反应和还原反应发生在 不同地方
电子通过外电路由发生氧化 – 电子传递直接在氧化剂与还原剂接触面进行 – 化学能转变为热能，无法直接利用 反应的电极传递到发生还原 反应的电极
本题虽未标明，但明显应是碱性环境
电对：ClO-/Cl– 半反应： ClO- + H2O + 2e- = Cl- + 2OH-
电对：Fe(OH)3/FeO42最终结果
– 半反应：Fe(OH)3 + 5OH- = FeO42- + 4H2O + 3e– 2Fe(OH)3 + 3ClO- + 4OH- = 2FeO42- + 3Cl- + 5H2O
电极电势的产生 M(s)
双电层理论
溶解 沉淀
Mz+ + ze-
M活泼 + + + + – – – –
氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学氧化还原反应是化学中一种重要的反应类型，其在自然界和工业生产中都有广泛的应用。
而电化学则是研究氧化还原反应中电荷转移过程的学科。
本文将探讨氧化还原反应与电化学之间的关系及其在实际应用中的作用。
一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指化学反应中电子的转移过程。
其中，氧化是指物质失去电子，而还原则是指物质获得电子。
这一过程常常伴随着氧化态和还原态之间的转化。
例如，金属的氧化是指其失去电子变成正离子，而非金属的还原则是指其获得电子变成负离子。
在氧化还原反应中，通常存在氧化剂和还原剂的概念。
氧化剂是指可以氧化其他物质的物质，它自身则被还原。
相反，还原剂是指可以将其他物质还原的物质，它自身则被氧化。
氧化剂和还原剂之间的作用是通过电子的转移来实现的。
二、电化学的基本原理电化学是研究在化学反应中电荷转移的学科。
它主要研究的是氧化还原反应的电流与电势之间的关系。
电化学研究中的核心是电解池的构成，即由氧化剂和还原剂构成的两个半电池，通过电介质连接形成闭合电路。
在电解池中，氧化剂半反应发生在阳极，还原剂半反应发生在阴极。
当外部电源施加电压时，电流通过电解池，促使氧化剂从阳极转移到阴极，还原剂则反之。
这样的电流转移过程，实质上是电子从氧化剂转移到还原剂的过程。
电化学反应的程度可以通过电势差来衡量。
电势差越大，说明反应越易进行，反之则反应难以发生。
而通过测量电势差的变化，可以得到不同反应之间的能量变化情况，从而研究氧化还原反应的热力学性质。
三、氧化还原反应与电化学的应用1. 电池电池是利用氧化还原反应产生电能的装置。
一般电池由正极、负极和电解质组成。
电池的运行过程就是氧化还原反应不断进行的过程。
正极的氧化反应释放电子，而负极的还原反应则接受电子。
通过外部连接电路，电能可以被释放出来，实现电池的工作。
2. 金属腐蚀与防护金属腐蚀是一种广泛存在于自然界中的氧化还原反应。
在金属表面形成腐蚀产物的过程中，金属自身发生氧化反应，形成氧化物。
氧化还原反应和电化学反应
氧化还原反应和电化学反应氧化还原反应是化学反应中最为重要和常见的反应之一。
它涉及到物质中的电子转移过程。
在氧化还原反应中，物质可以同时发生氧化和还原。
与之相伴随的是电化学反应，电化学反应是指在化学反应中涉及电子的转移和电流的流动的反应。
一、氧化还原反应氧化还原反应中，氧化和还原是同时进行的。
氧化是指物质失去电子；还原则是指物质获得电子。
这一过程中，电子从一个物质转移到另一个物质。
氧化和还原总是同时发生，因为电子不能独立存在。
例如，当铁和氧气发生反应时，铁原子（Fe）失去两个电子，被氧（O2）接受，生成氧化铁（Fe2O3）。
这里，铁原子发生了氧化，而氧气发生了还原。
氧化还原反应在日常生活中非常常见。
例如，金属的生锈、水的电解、电池的工作原理等都是氧化还原反应的例子。
二、电化学反应电化学反应是指在化学反应中涉及电子的转移和电流的流动的反应。
它是由氧化还原反应导致的。
电化学反应可以分为两种类型：电解反应和电池反应。
1. 电解反应电解反应是指在电解池中，通过外加电压使化学反应发生。
在电解过程中，正极（阳极）接受电子，发生氧化反应；负极（阴极）释放电子，发生还原反应。
电解反应在工业生产和实验室中广泛应用。
例如，电解盐水时，氯离子（Cl-）在阳极上接受电子，发生氧化反应生成氯气（Cl2），而阳离子（Na+）在阴极上释放电子，发生还原反应生成氢气（H2）。
2. 电池反应电池反应是指在电化学电池内，将化学能转化为电能的反应。
电池由两个半电池组成，每个半电池都有一个氧化反应和一个还原反应。
半电池之间通过电子流进行电荷平衡。
常见的电池包括干电池、蓄电池和燃料电池等。
干电池是通过将氧化剂和还原剂隔离，以阻止反应直接进行，并通过电子在电路中流动来提供电能。
蓄电池是通过可逆的氧化还原反应来存储和释放电能。
燃料电池是通过将燃料和氧气直接反应生成电能。
总结：氧化还原反应和电化学反应密切相关，涉及到电子转移和电流的流动。
氧化还原反应是物质中的电子转移过程，分为氧化和还原。
氧化还原反应与电化学课件
氧化还原反应与电化学课件第一部分：氧化还原反应基础氧化还原反应，又称为化学电子转移反应，是化学反应中普遍存在的一种类型。
在氧化还原反应中，物质的氧化态或还原态发生变化，其中一个物质将电子转移给另一个物质。
这种电子转移过程导致原子或离子的氧化态发生改变，因此称为氧化还原反应。
1.1 氧化还原反应的基本概念在氧化还原反应中，我们需要关注两个重要的概念：氧化和还原。
- 氧化：物质失去电子，氧化态增大。
- 还原：物质获得电子，氧化态减小。
1.2 氧化还原反应的示例举例来说，我们可以观察以下氧化还原反应:Cu + 2Ag+ -> Cu2+ + 2Ag在这个反应中，Cu从0价氧化态变为+2价氧化态，被氧化，而Ag+离子从+1价还原态变为0价还原态，被还原。
在这个反应中，Cu失去了电子，被氧化，而Ag+获得了电子，被还原。
第二部分：电化学基础2.1 电化学的概念电化学是研究化学反应和电流之间相互转化的科学。
它研究物质在电化学过程中的氧化还原反应以及与之相关的电流和电势。
2.2 电化学的应用电化学在我们的日常生活和工业生产中有着广泛的应用。
- 电解池中的电化学过程被应用于电镀、电解和电池等行业。
- 电化学还应用于环境保护，例如电化学处理废水和废气等。
- 电化学还在药物研发和分析仪器等领域有着重要的应用。
第三部分：电池和电解池3.1 电池的概念和分类电池是一种将化学能转化为电能的装置。
根据电池内部反应的性质，电池可以分为干电池和液电池两种类型。
3.2 电解池的概念电解池是一种在外部电流的作用下，将电能转化为化学能的装置。
它是电池的反向过程。
第四部分：课件设计4.1 课件设计的重要性课件设计是教学中不可或缺的一部分。
通过合理的课件设计，可以更好地呈现和组织知识内容，提高学生对氧化还原反应和电化学的理解程度。
4.2 课件设计的要点在氧化还原反应与电化学课件的设计中，应注意以下要点：- 简洁明了的页面布局，避免信息过载。
大学无机化学-第七章-氧化还原反应-电化学基础-课件
种元素的原子总数各自相等且电荷数相等 ④ 确定两半反应方程式得、失电子数目的最小公倍
数。将两个半反应方程式中各项分别乘以相应的 系数，使得、失电子数目相同。然后，将两者合 并，就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。 有时根据需要可将其改为分子方程式。
3Cl2 (g) + 6OH- = 5Cl- + ClO3- + 3H2O 3Cl2 (g) + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O
无机化学
§7.1 氧化还原反应的基本概念
例 4 配平方程式
Cr(OH)3 (s) + Br2 (l) + KOH
K2CrO4 + KBr
Cr(OH)3 (s) + Br2 (l)
电极组成：Pt , Cl2(p) | Cl- (a)
电极反应： Cl2 + 2e
2Cl-
无机化学
§7.2 电化学电池
3. 金属-金属难溶盐-阴离子电极
将金属表面涂有其金属难溶盐的固体，然后浸 入与该盐具有相同阴离子的溶液中构成的电极
电极组成：Ag ,AgCl(s)| Cl- (a) 电极反应：AgCl + e Ag + Cl电极组成：Hg ,Hg2Cl2(s)| Cl- (a) 电极反应：Hg2Cl2+2e 2Hg +2Cl-
无机化学
§7.1 氧化还原反应的基本概念
2-2 半反应法（离子—电子法） 配平原则 （1）反应过程中氧化剂得到的电子数等于还
原剂失去的电子数 （2）反应前后各元素的原子总数相等
氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学氧化还原反应是化学中最基本的反应类型之一，其与电化学的关系密不可分。
本文将探讨氧化还原反应与电化学之间的联系，并介绍其在实际应用中的意义。
一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指物质中电子的转移过程，其中一种物质被氧化（失去电子），另一种物质被还原（获得电子）。
在氧化还原反应中，氧化剂接受电子而被还原，还原剂失去电子而被氧化。
二、氧化还原反应的判别方法为了判断一个反应是否为氧化还原反应，我们可以根据以下几点进行分析：1. 电荷变化：氧化反应中，氧化剂的电荷减少，还原剂的电荷增加。
2. 氧化态的改变：化学物质的氧化态改变可以作为氧化还原反应的标志。
三、电化学的基本概念电化学是研究电与化学反应之间相互转化的科学，主要包括电解和电池两个方面。
1. 电解：将电能转化为化学能的过程称为电解。
电解涉及到正负电极、电解质和电解液等因素。
2. 电池：将化学能转化为电能的装置称为电池。
电池由两个半电池组成，每个半电池都包含一个电解质和一个电极。
四、氧化还原反应与电化学的联系氧化还原反应与电化学密切相关，电子的转移正是氧化还原反应中的核心过程。
氧化剂与还原剂之间的电子转移导致了电流的流动。
1. 电解过程中的氧化还原反应：在电解中，当外加电压大于一定值时，电解液中的化学物质发生氧化还原反应，从而实现电流的通过。
2. 电池中的氧化还原反应：在电池中，化学反应导致了电子的转移和电势的变化。
正极发生氧化反应，负极发生还原反应，电子在电解质中流动，产生了电势差。
五、氧化还原反应与电化学的应用氧化还原反应与电化学在各个领域中都有重要的应用，下面简要介绍其中几个方面：1. 电解产生金属：通过电解可以将金属离子还原为金属，实现金属的提取和纯化。
2. 电池的应用：电池作为一种便携式的能源装置，广泛应用于生活中的电子产品、交通工具和能源储备等方面。
3. 化学分析：电化学分析技术可以用于测定物质的含量、离子浓度和pH值等参数，具有快速、准确、灵敏的特点。
化学反应中的氧化还原反应和电化学反应
化学反应中的氧化还原反应和电化学反应在化学反应中，氧化还原反应和电化学反应是两种主要反应类型，它们广泛应用于生活和工业领域，如电池、腐蚀和金属加工等。
本文将对氧化还原反应和电化学反应进行探究，以更好地理解它们的重要性和应用。
一、氧化还原反应氧化还原反应(简称氧化反应)是指化学反应中，某个原子的电子数目发生了改变，是一种电子转移反应。
一些化学物质失去一个或多个电子，另一些化学物质得到这些电子。
反应中的电子接受者称为氧化剂，而电子捐赠者称为还原剂。
为方便记忆，在化学反应中，我们将“OILRIG”缩写为：氧化为电子接受器，还原为电子捐赠器。
例如，铁(Fe)和氧(O2)在高温下反应生成二氧化铁(Fe2O3)，反应式如下：4Fe + 3O2 → 2Fe2O3在此反应中，铁原子失去了电子，而氧原子获得了电子，因此铁是还原剂，氧是氧化剂。
氧化还原反应有许多应用，如电池、腐蚀和生物反应等。
二、电化学反应电化学反应是指化学反应中，电子在化学物质之间传递，是一种电荷传递过程。
与氧化还原反应不同的是，电化学反应中，物质不一定氧化或还原。
电化学反应是在外加电压或电流的作用下进行的。
根据电化学反应的类型，我们可以将其分为两类：电解和电池反应。
1. 电解电解是指通过外加电压或电流来促使化学物质发生化学反应并产生电子。
电解通常在电解槽或电解池中进行。
在电解过程中，化学物质被分解为正负两极性离子，并在电极上沉积或释放。
电解通常用于生产金属、电镀和水解等。
2. 电池反应电池反应是指两种不同半反应在外加电压的作用下，通过电路连接，使电荷流动，产生电能。
在电池反应中，氧化还原反应起着至关重要的作用。
例如，一般的干电池由锌，碳杆和间隔物组成，是一种直接得到电能的化学电池。
在干电池内部，锌为还原剂，而电池中的二氧化锰为氧化剂，反应式如下：Zn + MnO2 + H2SO4 → ZnSO4 + MnSO4 + H2O在此反应中，锌被氧化，而二氧化锰被还原，因此锌是还原剂，二氧化锰是氧化剂。
氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学氧化还原反应和电化学是化学学科中两个重要的概念。
氧化还原反应是指化学物质之间电子的转移过程，是化学反应的一种基本类型。
而电化学研究的是电能与化学能之间的相互转化关系，通过电化学实验可以对化学反应进行研究和控制。
本文将详细介绍氧化还原反应和电化学的基本概念、原理与应用。
一、氧化还原反应氧化还原反应是电子转移过程的化学反应。
在氧化还原反应中，物质可以失去电子（被氧化）或者获得电子（被还原）。
氧化还原反应可以用电子的流动来描述，在反应过程中产生电流。
氧化还原反应的关键参数是氧化剂和还原剂。
氧化剂是指可以接受电子的物质，它在反应中发生还原。
还原剂是指可以给予电子的物质，它在反应中发生氧化。
氧化还原反应的基本表达式是：氧化剂 + 还原剂→ 还原剂 + 氧化剂氧化还原反应对于生命的存在和能量交换起着重要作用。
例如，细胞呼吸过程中发生的有机物的氧化就是一个氧化还原反应。
此外，氧化还原反应还广泛应用于电池、金属腐蚀以及化学合成等领域。
二、电化学的基本概念与原理电化学研究的是电能和化学能之间的相互转化关系。
它研究了电解过程、电池的工作原理、电化学平衡等内容。
电化学反应是指利用电流来引发的化学反应。
电解池是进行电化学反应的装置，它由阳极、阴极和电解质溶液组成。
在电解过程中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
电化学反应的基本原理是法拉第定律和电极电势。
法拉第定律描述了通过电解质溶液的电流与产生的化学反应之间的关系。
电极电势是反应进行的动力学参数，它可以通过电位差和电子传递速率来描述。
电化学还包括电化学平衡和电化学动力学。
电化学平衡是指电解过程中正反应和逆反应达到动态平衡的状态。
电化学动力学研究的是电化学反应速率与外部电势、浓度和温度等因素之间的关系。
三、氧化还原反应与电化学的应用氧化还原反应和电化学在生活和工业中有广泛的应用价值。
其中最常见的应用是电池。
电池是将化学能转化为电能的装置，包括干电池、蓄电池和燃料电池等。
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-
M M
n+ n+
大小？ 符号？
双电层
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电势差
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平衡电极电势
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2015/9/11
电极电势：衡量金属失电子的能力 是金属活泼性的体现 电极电势的确定 无论从金属进入到溶液，还 是从溶液沉积到金属，离子的量 都是非常小的，以至于不能用化 学或物理的方法直接测得。
应用举例
电对
I2 / I
电极反应
I 2 (s) 2e 2I (aq) Fe3 (aq) e Fe2 (aq) Br2 (l ) 2e 2Br (aq)
-1
标准电极电势φ /V +0.5355 +0.771 +1.066 与KMnO4反应顺序？
θ
Fe3 / Fe2
|| 1 ||
2
2
3) 溶液注明浓度，气体注明分压
4) 若溶液中含有两种离子参加电极反应，可用逗号
隔开，并加上惰性电极
( Pt)O2 ( p) | OH (b), H 2O
5) 凡是在水溶液中以离子形式存在的物质在半反应 中都写成离子，凡是难溶解、难电离的物质在半反 应中都写成分子形式
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0.763V
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2015/9/11
标准电极电势表(p401)的使用注意事项 1) 一律用电对“氧化型/还原型”表示电极的组成 2) φ 越小的电极，其还原型物质越易失去电子，是愈 强的还原剂； 3) φ 值与半电池反应的化学计量数无关 4) φө值的大小，只表示在标态下298.15K时水溶液中氧 化剂的氧化能力和还原剂还原能力的相对强弱，其数 据不适用于高温或非水介质体系
2+
电解质溶液的作用 反应物质的来源
生成物质的去处
传导离子的介质
盐桥
盐桥：KCl或KNO3 + 琼脂溶胶或多孔塞
高电子迁移速度 防止液体流出
作用：保持电中性和沟通回路
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2015/9/11
（-）Zn | Zn (c ) Cu (c2 ) | Cu ()
|| 1 ||
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ө
ө
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2015/9/11
4.3 能斯特方程 电极电势的计算 能斯特方程
~c
a(氧化态物质 ) ne b(还原态物质 )
2.303RT [c(氧化态) / c ] lg nF [c(还原态) / c ]b
a
F:法拉第常量 96485 J · V ·mol
2 c ( H ) 0.059 [ c ( H ) / c ] 0.059lg () ( H / H 2 ) lg c 2 p( H 2 ) / p
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2015/9/11
() ()
1.60 1.35 0.059lg c( H ) / c pH lg c( H ) 4.24
p(H2)=100.00kPa
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2015/9/11
未知电极电势测量方法：
1) 将未知电极和标准氢电极组成原电池 2) 测其电动势E
ө
V
E 3) 根据 正 负 ，求
得未知电极的电极电势 例：已知 E 0.763 V
(Zn2 / Zn) [ E ( H / H 2 )]
Br2 / Br
离子浓度为1mol· L 时 氧化性： Br2 > Fe > I2 I > Fe > Br
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3+
还原性：
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-
2+
-
与Zn反应顺序？
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2015/9/11
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判断氧化还原反应进行的方向 若 (氧化态I / 还原态I ) (氧化态II / 还原态II ) 则 氧化态I 还原态II 氧化态II 还原态I 可自发进行
氧电极
电极
金属-难溶盐电极
第二类电极
金属-难溶氧化物电极
Hg HgO| OH (b), H 2O
氧化还原电极
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Pt | Fe3 , Fe2
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2015/9/11
4.2 电极电势 电极电势的产生 M 溶解 M 沉积
能斯特
-
+ + + + + +
M M
n+ n+
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2015/9/11
例：将铂丝插入pH=0.000、c(Cr2O7 )=1.00mol· L 、
2-
-1
c(Cr )=1.00mol· L 的溶液中组成电极A，以它为正极，
与一氢电极[p(H2)=1.0×10 Pa]，以及一元弱酸HA与A
5 -
3+
-1
组成的缓冲溶液组成原电池， ε =1.60V，计算氢电极缓
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2015/9/11
原电池：使氧化还原反应产生电流的装置，能将氧
化还原反应的化学能转变为电能
负极：失电子氧化， 电子流出 正极：得电子还原， 电子流入 半电池： 负极 正极
正(负)极 + 电解质溶液
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2015/9/11
半电池反应：
2+ 负极： Zn(s)→Zn (aq) + 2e
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2015/9/11
电化学合成
提炼金属
化学电源
电化学
日常生活 三废处理
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电镀
腐蚀与防护
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2015/9/11
4.1 原电池 原电池的组成
Zn棒
Cu棒 电子转移→电流
Zn棒
Cu棒
H2SO4
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H2SO4
解： 找电对
( Fe3 / Fe2 )
(Cu 2 / Cu)
找正负电极
正极得电子
负极失电子
( Fe3 / Fe2 )
(Cu 2 / Cu )
3 2 ( Fe / Fe ) 0.77V E ( Fe / Fe ) (Cu / Cu) (Cu 2 / Cu) 0.34V
2+ 正极： Cu (aq) + 2e →Cu(s)
负极
正极
总反应：Zn(s) + Cu (aq) → Zn (aq) + Cu(s) 电对：同一元素的氧化态物质和还原态物质。 书写规则：氧化态/还原态 负极：Zn /Zn
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2+
2+
2+
正极：Cu /Cu
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2015/9/11
2 14 [ c ( Cr O ) / c ] [ c ( H ) / c ] 0 . 059 2 3 2 7 () (Cr2O7 / Cr ) lg 6 [c(Cr 3 ) / c ]2
1.33
0.059 1 lg 2 1.35(V ) 6 0 .1
第四章
氧化还原反应与电化学
主讲人：王 枫
@:smallpeak@
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2015/9/11
氧化还原反应 氧化还原反应
化学反应
电子得失
非氧化还原反应
得e 还原剂
+
氧化剂
失e
氧化产物
+ 还原产物
上一内容
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2015/9/11
氧化数：人为规定的某元素的一个原子在化合状态时 的形式电荷数。 计算形式电荷时，电子指定给电负性更大的原子 人为规定的氧化数： 1) 单质的氧化数为0
2
2
原电池符号表示规定 1) 负极在左边，正极在右边，按实际顺序从左至右 依次排列出各个相的组成及相态 2) 用单实竖线表示相界面，单虚竖线表示两液体之
间的接界，用双虚竖线或双实竖线表示盐桥
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2015/9/11
（-）Zn | Zn (c ) Cu (c2 ) | Cu ()
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2015/9/11
符号：Pt，H2 (100kPa) | H (1mol· L )
简称：NHE 标准氢电极的标准电极电势： 如何利用标准氢电
+
-1
（H / H 2） 0V
极测定其它电极的
电极电势？
标准条件： c(H )=1.0mol· kg ;
+ -1
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-1
-1
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2015/9/11
T=298.15 K时，有
a 0 . 059 [ c ( 氧化态 ) / c ] lg b n [c(还原态) / c ]
1) φ 可查附录 2) 对数项内浓度项包含电极反应式两边所有物质(包 括H 等介质) ，溶液用浓度表示，气体用分压表示， 纯液体纯固体项不列在式中，其计量数为指数项
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电极电势该 如何测量？
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2015/9/11
标准电极:为了对所有的电极的电极电势的大小作出系
统的、定量地的比较，就必须选择一个参比电极，令