04-2 电极电势.pptx

第1页：第二节电极电势封面

第二节电极电势封面：第四章氧化还原反应第二节电极电势

第2页：电极电势1.原电池的概念原电池是将化学能

电极电势1.原电池的概念原电池是将化学能：转变为电能的装置4-2-1原电池

第3页：Cu极——正极

Cu极——正极：Cu2++2e-→CuZn极——负极Zn-2e-→Zn2+Zn + Cu2+→Zn2++ Cue-Cu~Zn原电池1.原电池的概念(动画演示)

第4页：Cu极——正极（续）

Cu极——正极（续）：(-)Zn | Zn2+(c1)Cu2+(c2) | Cu(+)负极写在左边正极写在右边“|”表示相与相之间的界面浓度用“||”表示盐桥浓度2.原电池的表示方法

第5页：电极电极反应正极

电极电极反应正极：(Cu极) Cu2++ 2e-→Cu还原反应(电子流入的电极)负极(Zn极) Zn-2e-→Zn2+氧化反应(电子流出的电极)电池反应Cu2++ Zn→Cu + Zn2+e-原电池:使氧化还原反应产生电流的装置

第6页：半电池半电池原电池理论上讲

半电池半电池原电池理论上讲：任何两个氧化还原电对构成的电极都可以组成原电池Zn2+(氧化型物质)Zn(还原型物质)Zn2+/Zn氧化还原电对Cu2+(氧化型物质)Cu(还原型物质)Cu2+/Cu氧化还原电对氧化还原电对：由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成

第7页：氧化还原电对

氧化还原电对：由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成氧化还原电对表示方法氧化型物质/还原型物质如Cu2+/Cu Zn2+/ZnH+/H2Sn4+/Sn2+

第8页：氧化还原电对（续）

氧化还原电对（续）

• (-)Zn| Zn2+(c1)Cu2+(c2)|Cu(+)注意
• 若组成电极物质中无金属时，应插入惰性电极惰性电极：如Pt，石墨能导电而不参与电极反应的电极Fe3+(c1)，Fe2+(c2)|Pt(+)(-)Pt, Cl2(p) | Cl-(c)2.原电池的表示方法

第9页：氧化还原电对（续）

氧化还原电对（续）

• (-)Zn| Zn2+(c1)Cu2+(c2)|Cu(+)
• 注意组成电极中的气体物质应靠近电极，在括号内注明压力H+(c1)|H2(p), Pt(+)(-)Zn | Zn2+(c1)H+(c1)|H2(p), Pt(+)(-)Pt,O2(p)|OH-(c1)2.原电池的表示方法

第10页：氧化还原电对（续）

氧化还原电对（续）

• (-)Zn| Zn2+(c1)Cu2+(c2)|Cu(+)
• 注意Sn4+(c1),Sn2+(c2)| Pt (+)电极中含有不同氧化态同种离子时，高氧化态离子靠近盐桥，低氧化态离子靠近电极，中间用“，”分开2.原电池的表示方法

第11页：氧化还原电对（续）

氧化还原电对（续）

• (-)Zn| Zn2+(c1)Cu2+(c2)|Cu(+)
• 注意(-)Pt，O2(p)|OH-(c1)参与电极反应其它的物质也应写入电池符号中2.原电池的表示方法Cr2O7(c1), Cr3+(c3) ,H+(c2) | Pt (+)2-

第12页：氧化还原电对（续）

氧化还原电对（续）：Cr2O72-+6Cl-+14H+→2Cr3++3Cl2↑+7H2O电极反应原电池的表示方法课堂练习2Cl--2e-→Cl2氧化Cr2O7+14H++ 6e-→2Cr3++7H2O还原2-原电池符号Cr2O7(c1), H+(c2), Cr3+(c3) Pt(+)(-)Pt, Cl2(p) Cl-(c)2-

第13页：原电池的表示方法课堂练习

原电池的表示方法课堂练习：2H2+O2→2H2O电极反应O2+4H++4e-→2H2O还原H2-2e-→2H+氧化原电池符号(-) Pt, H2(p1) | H+(c1) ||H+(c1), H2O | O2(p2), Pt(+)

第14页：电极电势的产生金属M与其盐

电极电势的产生金属M与其盐：M+溶液接触面之间的电势差，称为该金属的平衡电极电势，即金属离子与金属单质构成的氧化还原电对(M+/M)的电极电势,记为E(M+/M)。

第15页：电极电势的

电极电势的：绝对值现还无法测知但可用比较方法确定它的相对值选用标准氢电极作为比较标准规定它的电极电势值为零即E(H+/H2)= 0 V4-2-3电极电势的测定

第16页：电极电势的（续）

电极电势的（续）：H2(100kpa)→H2←Pt→←H+(1mol·L-1)E(H+/H2)=0V1.标准氢电极(动画演示)

第17页：电极符号

电极符号：(-) Pt, H2(100kPa)|H+(1mol·L-1)‖H+(1mol·L-1)|H2(100kPa), Pt (+)电极反应2H++ 2e-→H2(g)标准氢电极的电极电势(H+/H2)=0VE

第18页：电极符号（续）

电极符号（续）：欲确定某电极的电极电势可把该电极与标准氢电极组成原电池测其电动势(E)则E即为待测电极的电极电势2.电极电势的测定

第19页：电极电势的测定设计原电池

电极电势的测定设计原电池：(-)Pt,H2(100kPa)|H+(1mol·L-1)||Cu2+(1mol·L-1)|Cu(+)例1.测定E(Cu2+/Cu)E=E(+)-E(-)=E(Cu2+/Cu)-E(H+/H2)E(Cu2+/Cu)=E+E(H+/H2)= 0.340 V+ 0 V=+0.340 V测得原电池电动势：E= 0.340 V

第20页：电极电势的测定设计原电池（续）

电极电势的测定设计原电池（续）：(-)Zn|Zn2+(1mol·L-1)||H+(1mol·L-1)|H2(100kPa),Pt(+)例2.测定E(Zn2+/Zn)测得原电池电动势：E= 0.7626 VE=E(+)-E(-)=E(H+/H2)-E(Zn2+/Zn)E(Zn2+/Zn)=E(H+/H2)-E= 0V-0.7626 V=-0.7626 V

第21页：电极电势的测定设计原电池（续）

电极电势的测定设计原电池（续）：物质皆为纯净物有关物质的浓度为1mol·L-1涉及到的气体分压为100kPa待测电极处于标准态所测得的电极电势即为标准电极电势记为E(M+/M)3.标准电极电势

第22页：E/V电极反应电对

E/V电极反应电对：-3.040Li++ e-LiLi+/Li-2.924K++ e-KK+/K-0.7626Zn2++ 2e-ZnZn2+/Zn02H++ 2e-H2H+/H20.340Cu2++ 2e-CuCu2+/Cu1.229O2+4H++ 4e-2H2OO2/H2O1.229Cl2+ 2e-2Cl-Cl2/Cl-3.053F2+2H++ 2e-2HF(aq)F2/HF(aq)3.4XeF+ e-Xe(g) + F-XeF/Xe(g)常用电对的标准电极电势(298.15K)

第23页：E/V电极反应电对（续）

E/V电极反应电对（续）

• -3.040Li++ e-LiLi+/Li-2.924K++ e-KK+/K-0.7626Zn2++ 2e-ZnZn2+/Zn02H++ 2e-2H2H+/H20.340Cu2++ 2e-CuCu2+/Cu1.229O2+4H++ 4e-2H2OO2/H2O1.229Cl2+ 2e-2Cl-Cl2/Cl-3.053F2+2H++ 2e-2HF(aq)F2/HF(aq)3.4XeF+ e-Xe(g) + F-XeF/Xe(g)常用电对的标准电极电势(298.15K)该表中为还原电势即该电对构成的电极与标准氢电极组成原电池，
• 若待测电对为正极，发生还原反应,E(M+/M)为正值。
• 与标准氢电极组成电池时为正极发生还原反应，E(Cu2+/Cu)为正值如Cu2+/Cu

第24页：E/V电极反应电对（续）

E/V电极反应电对（续）

• -3.040Li++ e-LiLi+/Li-2.924K++ e-KK+/K-0.7626Zn2++ 2e-ZnZn2+/Zn02H++ 2e-2H2H+/H20.340Cu2++ 2e-CuCu2+/Cu1.229O2+4H++ 4e-2H2OO2/H2O1.229Cl2+ 2e-2Cl-Cl2/Cl-3.053F2+2H++2e-2HF(aq)F2/HF(aq)3.4XeF+ e-Xe(g) + F-XeF/Xe(g)常用电对的标准电极电势(298.15K)与标准氢电极组成电池时为负极发生氧化反应，E(Zn2+/Zn)为负值如Zn2+/Zn该表中为还原电势即该电对构成的电极与标准氢电极组成原电池，
• 若待测电对为负极，发生氧化反应,E(M+/M)为负值。

第25页：E/V电极反应电对（续）

E/V电极反应电对（续）：-3.040Li++ e-LiLi+/Li-2.924K++ e-KK+/K-0.7626Zn2++ 2e-ZnZn2+/Zn02H++ 2e-2H2H+/H20.340Cu2++ 2e-CuCu2+/Cu1.229O2+4H++ 4e-2H2OO2/H2O1.229Cl2+ 2e-2Cl-Cl2/Cl-3.053F2+2H++2e-2HF(aq)F2/HF(aq)3.4XeF+ e-Xe(g) + F-XeF/Xe(g)常用电对的标准电极电势(298.15K)E(Li+/Li)最小Li的还原性最强Li+的氧化性最弱还原型物质的还原能力越强氧化型物质的氧化能力越弱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电对中E(XeF/Xe)最大XeF的氧化性最强Xe的还原性最弱

第26页：影响电极电势的因素氧化型

影响电极电势的因素氧化型：+ze-还原型<Nernst方程>E=E+㏑zF[氧化型][还原型]RT2.氧化型和还原型物质的浓度、分压3.酸度对某些电对的电极电势有影响1.组成电对的物质的本性，决定E值

第27页：影响电极电势的因素氧化型（续）

影响电极电势的因素氧化型（续）

• 氧化型还原型一侧各物种相对浓度幂的乘积电对在某一浓度的电极电势电对的标准电极电势摩尔气体常数热力学温度电极反应中转移的电子数法拉第常数氧化型+ze-还原型<Nernst方程>E=E+㏑zF[氧化型][还原型]RT4-2-4
• 影响电极电势的因素

第28页：影响电极电势的因素氧化型（续）

影响电极电势的因素氧化型（续）

• <Nerns方程>氧化型+ze-还原型E=E+㏑zF[氧化型][还原型]RTR[氧化型]、[还原型]E、符号分压浓度8.314J·K-1·mol-1Pamol·L-1V单位数值E4-2-4
• 影响电极电势的因素

第29页：影响电极电势的因素氧化型（续）

影响电极电势的因素氧化型（续）

• 当R= 8.314 J·K-1·mol-1F= 96485J·V-1T=298.15K<Nerns方程>氧化型+ze-还原型E=E+㏑zF[氧化型][还原型]RT4-2-4
• 影响电极电势的因素zF[还原型]z[还原型]RT[氧化型]0.0592V [氧化型]ln = lg

第30页：气体物质用分压

气体物质用分压

• (Pa)表示并除以p(105Pa)溶液中的物质用浓度(mol·L-1)表示并除以c(1mol·L-1)2 [c(Cl-)/c]2例Cl2(g) + 2e-2Cl-0.0592Vp(Cl2)/pE(Cl2/Cl-)=E(Cl2/Cl-)+lg
• 注意：

第31页：气体物质用分压（续）

气体物质用分压（续）

• 注意：2.纯固体或纯液体物质不写入例Zn2++ 2e-Zn例Br2(l) + 2e-2Br-E(Zn2+/Zn)=E(Zn2+/Zn) +lg [c(Zn2+)/c]20.0592V2[c(Br )/c]2-0.0592V 1E(Br2/Br-)=E(Br2/Br-) +lg
• 注意：

第32页：气体物质用分压（续）

气体物质用分压（续）

• 3.电极反应中电对以外物质也应写入，但溶剂(如H2O)不写入例Cr2O7+ 6e-+14 H+2Cr3++ 7H2O2-+ lg6 [c(Cr3+)/c]20.0592V[c(Cr2O7) /c]·[c(H+)/c]14E(Cr2O7/Cr3+) =E(Cr2O7/Cr3+)2-2-2-
• 注意：

第33页：浓度

浓度

• ‖∨∧+1.86+1.921.00.13+2.04+1.920.011.02+1.92E(Co3+/Co2+)/V+1.92E(Co3+/Co2+)/V1.0c(Co2+)/mol·L-1[还原型]1.0c(Co3+)/mol·L-1[氧化型]1[氧化型]比值越大,电极电势值越大[还原型]比值越小,电极电势值越小1.浓度计算结果
• 注意：

第34页：浓度（续）

浓度（续）：= +1.62V=+1.51V + lg0.0592V（1.0 mol·L-1)(10.0mol·L-1)85 1.0mol·L-1c(MnO4)=c(Mn2+)=1.0 mol·L-1,c(H+)=10.0 mol·L-1计算：E(MnO4/Mn2+)例:已知:E(MnO4/Mn2+) = +1.51V,---解:电极反应MnO4+8H++5e-Mn2++4H2O-zE(MnO4/Mn2+)c(Mn2+)/c=(MnO4/Mn2+) + lgE0.0592V[c(MnO4)/c][c(H+)/c]8---2.酸度

第35页：浓度计算示例

浓度计算示例：计算结果1.01.0c(MnO4)/ mol·L-11.01.0c(Mn2+)/ mol·L-110.01.0c(H+)/ mol·L-1+1.51+1.51E(MnO4/Mn2+)/V+1.62+1.51E(MnO4/Mn2+)/V<2.酸度---<-c(H+)越大，E值越大，即含氧酸盐在酸性介质中其氧化性增强

第36页：浓度计算示例例题解析

浓度计算示例例题解析：例:已知E(Ag+/Ag) = +0.7991V,在含有Ag+/Ag电对体系中,加入NaCl溶液,使溶液中c(Cl-) = 1.00 mol·L-1,计算E(Ag+/Ag)解:沉淀反应Ag++Cl-AgCl↓1.77×10-10= mol·L-11.00spKc(Ag+)=c(Cl-)(AgCl)·{c}2=+0.22V= +0.7991V + lg(1.77×10-10)0.0592V10.0592VzE(Ag+/Ag) =E(Ag+/Ag) + lg [c(Ag+)/c]3.生成难溶电解质

第37页：浓度计算示例例题解析例题解析

浓度计算示例例题解析例题解析

• 例:已知E(Ag+/Ag) = +0.7991V,在含有Ag+/Ag电对体系中,加入NaCl溶液,使溶液中c(Cl-) = 1.00 mol·L-1,计算E(Ag+/Ag)解:沉淀反应Ag++Cl-AgCl↓1.77×10-10= mol·L-11.00spKc(Ag+)=c(Cl-)(AgCl)·{c}2=+0.22V= +0.7991V + lg(1.77×10-10)0.0592V10.0592VzE(Ag+/Ag) =E(Ag+/Ag) + lg [c(Ag+)/c]3.生成难溶电解质解:沉淀反应Ag++Cl-AgCl↓
• 由于AgCl沉淀的生成，使c(Ag+)减小，使E(Ag+/Ag)减小Ag+的氧化能力降低E(Ag+/Ag)E(Ag+/Ag)+0.22V+0.7991V

第38页：浓度计算示例例题解析例题解析例题解析

浓度计算示例例题解析例题解析例题解析

• 例:已知E(Ag+/Ag) = +0.7991V,在含有Ag+/Ag电对体系中,加入NaCl溶液,使溶液中c(Cl-) = 1.00 mol·L-1,计算E(Ag+/Ag)解:沉淀反应Ag++Cl-AgCl↓1.77×10-10= mol·L-11.00spKc(Ag+)=c(Cl-)(AgCl)·{c}2=+0.22V= +0.7991V + lg(1.77×10-10)0.0592V10.0592VzE(Ag+/Ag) =E(Ag+/Ag) + lg [c(Ag+)/c]
• 由于c(Cl-) = 1.0mol·L-1即E(Ag+/Ag) =E(AgCl/Ag)电极反应: Ag++ Cl-+e-AgCl + Ag3.生成难溶电解质

第39页：生成难溶电解质

生成难溶电解质：Ksp+0.7991V-0.15V+0.073V+0.22V8.52×10-175.35×10-131.77×10-10AgIAgBrAgCl同理计算，结果如下sp↓, (AgX/Ag)↓KE(AgX/Ag)E(Ag+/Ag)E

第40页：生成难溶电解质（续）

生成难溶电解质（续）

• 2H++ 2e-H2E(H+/H2)=0V4.生成弱电解质解:=1.8×10-5K(HOAc)·c(HOAc)/cac(OAc-)/cc(H+)c＝例:在含有H+/H2电对体系中,加入NaOAc溶液,使溶液中c(HOAc)=c(OAc-)=1.0 mol·L-1,p(H2)=1.0×105Pa，计算:E(H+/H2)=-0.28VE(H+/H2) =E(H+/H2)+ lgzp(H2)/p(H2)0.0592V[c(H+)/c]221.0×105/1.0×1050.0592V [1.8×10-5]2=0 V + lg
• 由于弱酸(HOAc)的生成，使c(H+)减小,E(H+/H2)值减小，H+的氧化能力降低

第41页：原电池中

原电池中

• E(+)>E(-);
• 电动势E=E(+)-E(-)1.判断原电池的正、负极计算原电池的电动势例1:由电对Fe3+/Fe2+、Sn4+/Sn2+构成原电池,判断原电池正、负极,计算其标准电动势(1)在标准态下：只需比较E(+)极(-)极∨电动势E=E(+)-E(-)= 0.771V-0.154V= 0.617V4-2-5电极电势的
• 应用解：E(Fe3+/Fe2+)=+0.771 VE(Sn4+/Sn2+)=+0.154 V原电池符号：(-)Pt |Sn2+(1mol·L-1), Sn4+(1mol·L-1)‖Fe3+(1mol·L-1), Fe2+(1mol·L-1)| Pt(+)

第42页：原电池中（续）

原电池中（续）

• E(+)>E(-);
• 电动势E=E(+)-E(-)1.判断原电池的正、负极计算原电池的电动势(1)在标准态下：只需比较E(2)非标准态：先根据Nernst方程计算出E,然后再比较两个E值4-2-5电极电势的应用

第43页：原电池中例题解析

原电池中例题解析：例2：试比较KMnO4、Cl2、FeCl3在酸性介质中的氧化能力氧化能力：KMnO4>Cl2>FeCl3⊖2.判断氧化剂、还原剂的相对强弱越大,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EE解:0.7711.35831.51E/VFe3+/Fe2+Cl2/Cl-MnO4/Mn2+电对>>-

第44页：原电池中例题解析例题解析

原电池中例题解析例题解析：例3：试比较SnCl2、Zn、H2S在酸性介质中的还原能力还原能力：Zn>H2S>SnCl2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EE2.判断氧化剂、还原剂的相对强弱解:0.1540.144-0.7626E/VSn4+/Sn2+S/H2SZn2+/Zn电对<<

第45页：原电池中例题解析例题解析计算示例

原电池中例题解析例题解析计算示例：解：将HCN/H2和H+/H2两电对组成原电池E(H+/H2)=E(H+/H2) + lg0.0592V [c(H+)/c]22p(H2)/p电极反应：2HCN + 2e-H2+ 2CN-[c(CN-)/c]2E(HCN/H2)=E(HCN/H2)+lg2 [p(H2)/p]·0.0592V [c(HCN)/c]2E(HCN/H2)=E(H+/H2)+lg0.0592V [c(H+)/c]2·[c(CN-)/c]22[c(HCN)/c]2达平衡时3.计算弱电解质解离常数(Ki)例:已知E(HCN/H2)=-0.545V,计算Ka(HCN)

第46页：计算弱电解质解离常数

计算弱电解质解离常数：(Ki)例:已知E(HCN/H2)=-0.545V,计算Ka(HCN)E(HCN/H2)=E(H+/H2)+lg0.0592V [c(H+)/c]2[c(CN-)/c]22[c(HCN)/c]20.0592VE(HCN/H2)=E(H+/H2)+ lg[Ka(HCN)]22E(HCN/H2)= 0.0592V lg [Ka(HCN)]-0.545V= 0.0592V lg [Ka(HCN)]Ka(HCN)=6×10-10

第47页：计算弱电解质解离常数计算示例

计算弱电解质解离常数计算示例：解：将PbSO4/Pb和Pb2+/Pb电对组成原电池例4：已知E(PbSO4/Pb)=-0.356V,E(Pb2+/Pb)=-0.125V,计算Ksp(PbSO4)E(Pb2+/Pb)=E(Pb2+/Pb)+ lg [c(Pb2+)/c]0.0592V24.计算难溶电解质溶度积(Ksp)E(PbSO4/Pb)=E(PbSO4/Pb) + lg2[c(SO4)/c]0.0592V 12-E(PbSO4/Pb)=E(Pb2+/Pb)+lg [c(Pb2+)/c][c(SO4)/c]0.0592V22-电极反应：PbSO4+ 2e-Pb + SO42-达平衡时

第48页：计算弱电解质解离常数计算示例例题解析

计算弱电解质解离常数计算示例例题解析：例4：已知E(PbSO4/Pb)=-0.356V,E(Pb2+/Pb)=-0.126V,计算Ksp(PbSO4)4.计算难溶电解质溶度积(Ksp)E(PbSO4/Pb)=E(Pb2+/Pb)+lg [c(Pb2+)/c][c(SO4-)/c]0.0592V2E(PbSO4/Pb)=E(Pb2+/Pb)+lgKsp(PbSO4)0.0592V22Ksp(PbSO4)=1.6×10-8-0.356V =-0.126V+lgKsp(PbSO4)0.0592V

第49页：计算弱电解质解离常数计算示例例题解析（续

计算弱电解质解离常数计算示例例题解析（续