金属第二章 电极电势

nullnull第二章 电极电势第一节 半反应式法配平氧化还原方程式 第二节 原电池及电极电势nullnull配平步骤：1、分子式 → 离子式（以实际存在的形式）； 2、拆成两个半反应（同种元素）； 3、配平两个半反应； 先配平原子数： 先配平非H、O元素 再配平H、O元素 再配平电荷数，使等式两边电荷数相等 4、合并。检查原子数、电荷数。 5、离子式 → 分子式nullnullnull关键在于配平H、O元素。 反应的介质不同，配平H、O元素的方法不同。null一、酸性介质中（不能出现OH－）nullnullnullnull二、碱性介质中（不能出现H+）nullnullnullnullnullnullnull 三、中性介质中（反应物加H2O）nullnullnullnull第二节 原电池及电极电势 一 原电池 组成 电极反应原电池反应 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示符号 氧化还原电对 二 电极电势 产生 确定 应用 非平衡电势null一、原电池 null原电池的定义：化学能转变为电能的装置。 Zn + CuSO4 == ZnSO4 + Cu （化学能转变为热能） 　　　　　　　　　　　 锌半电池（锌电极） 　　　　　　　　　　 铜半电池（铜电极） 　　　　　　　　　　　 盐桥 铜锌原电池：电子由锌片经导线流向铜片null半电池（电极）    每个半电池（电极）由金属(或石墨)和电解质溶液组成，其中必须同时存在某一物质的氧化态和还原态。氧化态物质与其还原态构成电对。每一个电对产生氧化或还原反应(半电池反应)，每两个电对产生氧化还原反应(原电池反应)。 氧化还原电对简记为：氧化态／还原态。 如:Zn2+/Zn,Cl2/Cl- 氧化态要写在前面。  null 盐桥 : 一只装满饱和电解质(如KCL或NH4NO3)溶液(用冻胶固定)的倒置U形管称为盐桥。其作用是接通内电路和进行电性中和。     如在丹尼尔电池中，随着电流的产生，ZnSO4溶液中会因Zn２+的积聚而带正电荷，CuSO4溶液中则由于Cu２+的减少带负电荷。这都会阻止电子从锌板继续流向铜板，原电池中反应便会停止，以至没有电流产生。当盐桥存在时，随着反应的进行，盐桥中的负离子进入ZnSO4溶液，正离子进入CuSO4溶液，以保证溶液的电中性，使电流继续产生。 　null 负极 原电池中，电极上发生氧化反应，放出电子，成为正离子而进入溶液的，这一极就叫负极。负极上发生的氧化反应为负极反应（电极反应，半电池反应）。 丹尼尔电池的锌极为负极。 电极反应为：          Zn - 2e = Zn2+null 正极 原电池中，溶液中的正离子发生还原反应，接受电子，成为单质而沉积于电极的，这一极就叫正极。正极上发生的还原反应为正极反应（电极反应，半电池反应）。 丹尼尔电池的铜极为正极。 电极反应为：    Cu2+ + 2e = Cu(s) null电极反应 负极（锌电极） Zn－2e == Zn2+（氧化反应）e流出端　 正极（铜电极） Cu2+ + 2e == Cu（还原反应）e流入端 原电池反应： Zn + Cu2+ == Zn2+ + Cunull原电池表示符号 铜锌原电池　(-) Zn Zn2+( C1) Cu2+( C2) Cu (+) 规则：１ 左负右正； 　　　２ “ ”表示两相间的界面； 　　　３ “  ”表示盐桥； 　　　４ 注明溶液浓度或气体压力； 　　　５ 导电性固体可直接作电极； 　　　６ 气体／离子须另加惰性材料作电极 　　　　如用石墨电极(C)或铂电极(Pt)．null例1　 Zn + 2H+ == Zn2+ + H2 (-) Zn－2e == Zn2+ (+) 2H+ + 2e == H2 (-)Zn Zn2+( C1) H+( C2) H2 (P)(Pt)(+) 1799年意大利的物理学家发明了世界上第一个原电池------伏打电池。 例2 Sn2+ + 2Fe3+ == Sn4+ + 2Fe2+ (-) Sn2+ - 2e == Sn4+ (+) 2Fe3+ + 2e == 2Fe2+ (-)Pt Sn2+( C1) ，Sn4+( C2)  Fe2+( C3) ，Fe3+( C4) Pt(+) null常见的原电池的电极(电对)有四种： ①金属—金属离子电极：由金属与其离子的溶液组成，如锌与硫酸锌溶液，铜与硫酸铜溶液等， 简记为：Zn２＋｜Zn、Cu２＋｜Cu。 null②气体电极 由气体与其正离子或负离子以及惰性电极所组成。惰性电极(如铂、石墨等)不参加电极反应，只起传递电子的作用，氢电极就是一例。玻璃套管中，装有一片镀过铂黑的铂片，插入含H＋的溶液中，从套管口不断通入H２，被铂片所吸附。氢电极可用符号记为H＋｜H２，Pt，其中“，”表示H2被Pt所吸附。其他气体电极有氯电极：Pt，Cl2 ︱Cl－nullnullnull③离子型氧化-还原电极 由惰性电极与含氧化-还原离子对的溶液所组成。例如，Fe3+，Fe2+︱Pt 和MnO4-，Mn2+︱Pt等。 ④金属难溶盐电极 如甘汞电极，它由汞和固体甘汞(Hg2Cl2)和KCl溶液构成。其符号为Hg，Hg2Cl2(s)∣Cl-。 null氧化还原电对－－－Ox/Rednull总结 1、组成原电池的条件 ①有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极； ②电极材料均插入电解质溶液中； ③两极相连形成闭合电路。 2、原电池的原理：较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）流向较不活泼的金属（正极）。null二 电极电势　电对 1 产生----扩散双电层理论 　以金属电极为例。电极与溶液间形成扩散双电层，产生的电势差，即电极的电极电势。null 当金属放入它的盐溶液中时，会同时出现两个相反的趋向。一方面，金属表面上的金属离子受极性很大的水分子吸引，离开金属而溶解于溶液中；另一方面，溶液中的金属离子可沉积到金属的表面上。金属越活泼，金属溶解的趋向越大；溶液浓度越大，金属离子沉积的趋向越大。当金属与溶液间溶解与沉积的速率相等时，就达到动态平衡。此时，如溶解趋向大于沉积趋向，金属表面因自由电子过剩而带负电荷；相反，沉积趋向较大时，可使金属带正电荷。 nullnull 如果金属带负电荷，则金属附近溶液中的正离子会被吸引到金属的表面附近，而负离子则被金属所排斥。因此在金属周围就有较多的正离子聚集，在金属与溶液之间形成了双电层，从而产生电势差。这些正离子是呈扩散式地分布于金属周围的。这种电势差就是金属电极的电极电势。 金属的电极电势的大小和符号，取决于金属的本性和原来溶液中的金属离子浓度的大小。nullnull 不同的电极产生的电势差不同，两个不同的电极组合时，电子将从负极流向正极，从而产生电流。 例如，在丹尼尔电池中，若使两种溶液的浓度相等，则因锌比铜活泼，在锌极上积聚的电子要比铜极上的多，用导线连接时，就有一定数量的电子流向铜极。锌极上电子的减少和铜极上电子的增加，破坏了两极的双电层。这样，锌极上又会有一定数量的Zn2+溶入溶液中，同时又有相应数量的Cu2+在铜板上取得增加的电子而析出。因此就使电子再由锌极流向铜极，并使锌的溶解和铜的析出过程继续下去。原电池就持续不断地产生电流。 null　　　电对 = V金属 - V溶液 （１）若：溶解趋势  沉积趋势 　　　　电对 = V金属 - V溶液 ０ （２）若：溶解趋势  沉积趋势 　　　　电对 = V金属 - V溶液 ０ null溶解／沉积的趋势决定于： （１）金属的本性； （２）同种金属，但不同的离子浓度，达到平衡时的情况不同，则 电对大小正负也不同。 原电池的电动势 E= (+) - (-) null２ 电极电势电对的确定 标准氢电极表达式 　　　(Pt)H2 (101.325KPa)  H+( 1mol/L) 　电极反应 2H+ + 2e == H2 　　令oH+/H2==0 (T=298.15K) 　标准氢电极‖待测电极（直流电压表） E= (+) - (-)nullnull在实际测量  时,常用参比电极： 　饱和甘汞电极（用金属汞、甘汞和氯化钾组成） 1mol/L甘汞电极 0.1mol/L甘汞电极 氯化银电极 参比电极‖待测电极null(1) 标准电极电势o电对 电极处于标准状态时： 　T=298.15K, [离子]=1mol/L, P分=101.325KPa (固体／液体为纯的) 原电池的标准电动势 Eo= o(+) - o(-) nullnull标准电极电势表使用说明 表中如Li，Na，F2等易与水作用的活泼元素的电极电势，是理论计算值。 使用表中的数据时，要注意下列几点： ①表中电对按氧化态-还原态顺序书写，电极反应按还原反应书写，如 氧化态十ne还原态 这种电势就称为标准还原电势。表中自上而下，氧化态物质得电子能力增强，而还原态质失电子能力减弱。　null②在电对和电极反应中，左端物质全可作氧化剂，右端物质全是还原剂。按规定，使用本表时，无论电极反应向什么方向进行，Θ的符号总不变。 ③标准电极电势的数值由物质本性决定，不因物质数量的多少而改变，故不具有加和性。例如， Ag+十e- Ag和 2Ag+十2e-  2Ag 其Θ(Ag+／Ag)都是十0.799V。 　null使用标准电极电势o电对时的注意事项： (1)规定 oH+/H2==0 (2)采用还原电势－－电极反应通式如下： 　氧化态 + ne == 还原态 (3) 是强度性质，无加和性，与系数无关 (4)只适宜于水溶液 null(2) 电极电势电对 电极电势的Nernst方程式 通式：a(氧化态) + ne == b(还原态)null注意事项： (1)单位：浓度mol/L , 压力atm (2)所有参加反应的离子都写入Nernst方程式 (3)浓度以反应方程式中的系数为指数 (4)固体／液体为纯的，不列入Nernst方程式null影响电极电势电对的因素： (1)本性 o (2)离子浓度或气体压力，尤其有H+或OH-参加的反应 (3)温度T nullnullnullnullnull 电极电势与溶液浓度之间的关系为： 1).溶液的浓度变化，影响电极电势的数值，从而影响物质的氧化、还原能力。当氧化态物质的浓度增大(或还原态物质的浓度减小)时，其电极电势的代数值变大，亦即氧化态物质的氧化性增加；还原态物质的浓度增大(或氧化态物质的浓度减小)时，其电极电势的代数值变小，亦即还原态物质的还原性增加。 2).当金属离子或氢离子的浓度减小时，将使其电极电势的代数值变小，金属或氢的还原性增强，易失电子变为正离子而进入溶液。　null3).当非金属离子或酸根离子的浓度减小时，将使其电极电势的代数值变大，非金属或酸根的氧化性增强，易得电子变为负离子或低价正离子而进入溶液。 4).  可看作溶液浓度(或气体分压)变化对标难电极电势的校正项。由于浓度(或气体分压)是在对数项里，还要乘上一个较小的系数，因此，当溶液浓度变化不大时，对电极电势的影响是不大的。在一般情况下，可直接用标准电极电势的数值来讨论有关问题。 　null结论 1)．通常情况下，[金属]～ 的影响不大； 2)．Mn++ne=M 或 2H++2e=H2 [Mn+]/[H+]下降， ↘，金属的还原性↗； 3)．X2+2e=2X-，[X-]下降， ↗，非金属离子的氧化性↗； 4)．介质的酸碱性对含氧酸盐氧化性影响大。 酸性↗，氧化性↗。null 原电池电动势E的Nernst方程式 　通式：aA+bB=gG+dDnullnull3 电极电势电对的应用 (1)表示氧化剂、还原剂的相对强弱 (-) Ox/Red ，Red越强，越易失去e | | (+) Ox/Red ，Ox越强，越易得到e nullnull 当[离子]1mol/L时，若很小，或有H+、OH－参加的含氧酸盐反应，需求出 ，再比较。 nullnull(2)判断氧化还原反应进行的方向nullnull(3)衡量氧化还原反应进行的程度nullnullnull(4)计算原电池的电动势 E = 正 － 负 （ 正 > 负） null4 非平衡电势null一些金属在不同介质中的电极电势 3％NaCl溶液 0.05mol/LNa2SO4溶液 Mg -1.6 -1.36 Al -0.6 -0.47 Mn -0.91 Zn -0.83 -0.81 Cr +0.23 Fe -0.50 -0.50 Cd -0.52 Ni -0.02 +0.035 Pb -0.26 -0.26 Cu +0.05 +0.24 Ag +0.20 +0.31null一些金属及合金在海水中的相对大小 (-) Mg Mg合金 Zn Al Cd 铸铁、软钢 铁铬合金 高镍铸铁 18－8型不锈钢 锡焊条 Pb/Sn CuNi合金 (+) Ag/Ti/C(石墨)/Au/Pt