无机化学天津大学04-2电极电势课件.ppt
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1、第四章第四章 氧化还原反应氧化还原反应第二节第二节电极电势电极电势第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2 电极电势电极电势4.2.1 原电池原电池1.1.原电池的概念原电池的概念原电池原电池是将化学能转变为电能的装置是将化学能转变为电能的装置第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2 电极电势电极电势1.原电池的概念(动画演示)Cu 极极正极正极 Zn 极极负极负极Zn+Cu2+Zn2+Cue-化学能转变为电能化学能转变为电能动画演示动画演示第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2 电极电势电极电势2.原电池的
2、表示方法原电池的表示方法负极写在左边负极写在左边正极写在右边正极写在右边浓度浓度“|”表示相与相之间的界面表示相与相之间的界面(-)(-)Zn|Zn2+(c1)Cu2+(c2)|Cu(+)(+)用用“”表示盐桥表示盐桥第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2 电极电势电极电势 e-电极电极 电极反应电极反应 正极正极(Cu极极)Cu2+2e-Cu Cu 还原反应还原反应(电子流入的电极电子流入的电极)负极负极(Zn极极)Zn -2e-Zn2+氧化氧化反应反应(电子流出的电极电子流出的电极)电池反应电池反应 Cu2+Zn Cu+Zn2+原电池原电池:使氧化使氧化、还原
3、反应产生电流的装置还原反应产生电流的装置第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2 电极电势电极电势Zn2+(氧化型物质氧化型物质)Zn (还原型物质还原型物质)Zn2+/Zn氧化还原电对氧化还原电对Cu2+(氧化型物质氧化型物质)Cu (还原型物质还原型物质)Cu2+/Cu氧化还原电对氧化还原电对半电池半电池 半电池半电池 原电池原电池氧化还原电对: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由同一种元素的氧化型物质和还原型物质构成第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2 电极电势电极电势氧化还原电对:氧化还原电对:由同一种元素
4、的氧化型物质和还原型物质构成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还原电对表示方法如如 Cu2+/Cu、Zn2+/Zn、H+/H2、Sn4+/Sn2+氧化型物质氧化型物质/还原型物质还原型物质第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学2.原电池的表示方法原电池的表示方法 若组成电极物质中无金属时,若组成电极物质中无金属时,应应插入插入惰性电极惰性电极。注注 意意惰性电极:惰性电极:如如Pt Pt,石墨,石墨 能导电而不参入电极反应的电极能导电而不参入电极反应的电极Fe3+(c1),Fe2+(c2)|Pt(+)(-)Pt,Cl2(p)|Cl-(c)(
5、-)Zn|Zn2+(c1)Cu2+(c2)|Cu(+)第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学2.原电池的表示方法原电池的表示方法 组成电极中的气体物质写在导组成电极中的气体物质写在导体这一边,并应注明压力。体这一边,并应注明压力。注注 意意H+(c1)|H2(p),Pt(+)(-)Pt,O2(p)|OH-(c1)(-)Zn|Zn2+(c1)H+(c1)|H2(p),Pt(+)(+)(-)Zn|Zn2+(c1)Cu2+(c2)|Cu(+)第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学2.原电池的表示方法原电池的表示方法 电极中含有同种元素不同氧化态同电极中
6、含有同种元素不同氧化态同种离子时,高氧化态离子靠近盐桥,种离子时,高氧化态离子靠近盐桥,低氧化态离子靠近电极,中间低氧化态离子靠近电极,中间 用用“,”分开。分开。Sn4+(c1),Sn2+(c2)|Pt(+)注意注意(-)Zn|Zn2+(c1)Cu2+(c2)|Cu(+)第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学2.原电池的表示方法原电池的表示方法注注 意意 参加电极反应其它的物质也应参加电极反应其它的物质也应写入电池符号中写入电池符号中 Cr2O7 (c1),H+(c2),Cr3+(c3)|Pt(+)(-)Pt,O2(p)|H2O,OH-(c1)2-(-)Zn|Zn2+
7、(c1)Cu2+(c2)|Cu(+)第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学原电池的表示方法课堂练习电极反应电极反应Cr2O72-+6Cl +14H+2Cr3+3Cl2+7H2O 2Cl -2e-Cl2 氧化氧化Cr2O7 +14H+6e-2Cr3+7H2O 还原还原2-原电池符号原电池符号Cr2O7 (c1),H+(c2),Cr3+(c3)Pt(+)(-)Pt,Cl2(p)Cl(c)2-第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学2H2+O2 2H2O 电极反应电极反应 H2 -2e-2H+氧化氧化O2+4H+4e-2H2O 还原还原原电池的表示方法课
8、堂练习原电池符号原电池符号(-)Pt,H2(p1)|H+(c1)H+(c1),H2O|O2(p2),Pt(+)第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2.2 电极电势的产生电极电势的产生 金金属属M M与与其其盐盐M M+溶溶液液接接触触面面之之间间的的电电势势差差,称称为为该该金金属属的的平平衡衡电电极极电电势势,即即金金属属离离子子与与金金属属单单质质构构成成的的 氧氧 化化 还还 原原 电电 对对(M+/M)的的电电极极电电势势,记为记为E E(M+/M)第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2.3 电极电势的测定电极电势的测定选用选
9、用标准氢电极标准氢电极作为比较标准作为比较标准规定它的电极电势值为规定它的电极电势值为零零.即即E (H+/H2)=0 V 第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2.3 电极电势的测定电极电势的测定1.标准氢电极标准氢电极H2(100kpa)H2Pt H+(1molL-1)E(H+/H2)=0 V 0 V动画演示动画演示第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2.3 电极电势的测定电极电势的测定标准氢电极的电极电势标准氢电极的电极电势标准氢电极的电极电势标准氢电极的电极电势 (H+/H2)=0 V 0 VE电极符号电极符号电极符号电极符号(
10、-)Pt,H2(100kPa)H+(1molL-1)H+(1molL-1)H2(100kPa),Pt(+)电极反应电极反应电极反应电极反应 2H+2e-H2第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2.3 电极电势的测定电极电势的测定2.电极电势的测定电极电势的测定欲确定某电极的电极电势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可把该电极与标准氢电极组成原电池测其电动势测其电动势(E)则则E即为待测电极的电极电势即为待测电极的电极电势第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2.3 电极电势的测定电极电势的测定例例1.测定测定E(Cu
11、2+/Cu)设计原电池设计原电池测得原电池电动势:测得原电池电动势:E=0.340 VE=E(+)-E(-)=E(Cu2+/Cu)-E(H+/H2)E(Cu2+/Cu)=E-E(H+/H2)=0.340 V-0 V=+0.340 V()Pt,H2(100kPa)|H+(1mol L-1)Cu2+(1 mol L-1)|Cu(+)第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2.3 电极电势的测定电极电势的测定例例2.测定测定E(Zn2+/Zn)测得原电池电动势:测得原电池电动势:E=0.7626 VE=E(+)-E(-)=E (H+/H2)E(Zn2+/Zn)E(Zn2+/
12、Zn)=E (H+/H2)-E =0V-0.7626 V=-0.7626 V设计原电池设计原电池()Zn|Zn2+(1mol L-1)H+(1mol L-1)|H2(100kPa),Pt(+)第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2.3 电极电势的测定电极电势的测定3.标准电极电势标准电极电势待测电极处于待测电极处于标准态标准态物质皆为物质皆为纯净物纯净物有关物质的浓度为有关物质的浓度为1 molL-1涉及到的气体分压为涉及到的气体分压为100 kPa所测得的电极电势即为标准电极电势所测得的电极电势即为标准电极电势记为记为 E (M+/M)第四章第四章 氧化还原反应
13、与应用电化学氧化还原反应与应用电化学常用电对的标准电极电势常用电对的标准电极电势(298.15K)(298.15K)电对电对电极反应电极反应E /VLi+/LiLi+e-Li-3.040K+/KK+e-K-2.924Zn2+/ZnZn2+2e-Zn-0.7626H+/H22H+2e-2H20Cu2+/CuCu2+2e-Cu0.340O2/H2OO2+4H+4e-2H2O1.229Cl2/Cl-Cl2+2e-2Cl-1.229F2/HF(aq)F2+2H+2e-2HF(aq)3.053XeF/Xe(g)XeF+e-Xe(g)+F-3.4该表中为该表中为还原电势还原电势即即该电对组成的电极与标准氢
14、电极该电对组成的电极与标准氢电极组成原电池,待测电对为正极,组成原电池,待测电对为正极,发生还原反应发生还原反应,E E(M(M+/M)/M)为正值为正值与标准氢电极组成电池时为与标准氢电极组成电池时为正极正极发生发生还原反应,还原反应,E (Cu2+/Cu)为为正值正值如如 Cu2+/Cu第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学常用电对的标准电极电势常用电对的标准电极电势(298.15K)(298.15K)电对电对电极反应电极反应E /VLi+/LiLi+e-Li-3.040K+/KK+e-K-2.924Zn2+/ZnZn2+2e-Zn-0.7626H+/H22H+2e
15、-2H20Cu2+/CuCu2+2e-Cu0.340O2/H2OO2+4H+4e-2H2O1.229Cl2/Cl-Cl2+2e-2Cl-1.229F2/HF(aq)F2+2H+2e-2HF(aq)3.053XeF/Xe(g)XeF+e-Xe(g)+F-3.4与标准氢电极组成电池时为与标准氢电极组成电池时为负极负极发生发生氧化反应,氧化反应,E (Zn2+/Zn)为负值为负值如如 Zn2+/Zn第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学常用电对的标准电极电势常用电对的标准电极电势(298.15K)(298.15K)电对电对电极反应电极反应E /VLi+/LiLi+e-Li-3
16、.040K+/KK+e-K-2.924Zn2+/ZnZn2+2e-Zn-0.7626H+/H22H+2e-2H20Cu2+/CuCu2+2e-Cu0.340O2/H2OO2+4H+4e-2H2O1.229Cl2/Cl-Cl2+2e-2Cl-1.229F2/HF(aq)F2+2H+2e-2HF(aq)3.053XeF/Xe(g)XeF+e-Xe(g)+F-3.4E (Li+/Li)最小最小LiLi的还原性最强的还原性最强LiLi+的氧化性最弱的氧化性最弱E (XeF/Xe)最大最大XeFXeF的氧化性最强的氧化性最强XeXe的还原性最弱的还原性最弱还还还还原原原原型型型型物物物物质质质质的的的的
17、还还还还原原原原能能能能力力力力越越越越强强强强氧氧氧氧化化化化型型型型物物物物质质质质的的的的氧氧氧氧化化化化能能能能力力力力越越越越弱弱弱弱 电电电电对对对对中中中中第四章第四章 氧化还原反应与应用电化学氧化还原反应与应用电化学4.2.4 影响电极电势的因素影响电极电势的因素氧化型氧化型 +z ze-还原型还原型E=E +z zF氧化型氧化型还原型还原型RT电对在某电对在某浓度的电浓度的电极电势极电势摩尔气摩尔气体常数体常数热力学热力学温度温度氧化型氧化型还原型还原型一侧一侧各物种各物种相对浓相对浓度幂的度幂的乘积乘积电对的电对的标准电标准电极电势极电势电极反电极反应中转应中转移的电移的电
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