41原电池和电极电势

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1、4.1原电池和电极电势4.1.1原电池1原电池的组成和电极反应Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)ΔGθ(298.15K)=-212.55kJ·mol-1如果将锌板直接插入Cu2+溶液中第四章电化学金属腐蚀如果将锌板与Cu2+溶液分开，锌板插入Zn2+液中，铜板插入Cu2+液中，用导线将它们联接起来。盐桥：通常为一U型玻璃管，里面灌满一种不与两边溶液发生反应的电解液（最常用的是少量琼脂和饱和KCl溶液形成的胶体溶液），起到连通两边溶液的作用。盐桥中的K+和Cl-分别向CuSO4、ZnSO4溶液扩散，从而保持溶液的电中性，这样反应就能不断进行下

2、去，电子不断地定向运动，产生电流。ΔGθ的降低转化为了电能。象这种利用氧化还原反应，将化学能转变为电能的装置—原电池原电池的组成：两个半电池，盐桥，导线。半电池反应：锌电极：Zn(s)=Zn2+(aq)+2e氧化反应铜电极：Cu2+(aq)+2e=Cu(s)还原反应总电池反应：Cu2+(aq)+Zn(s)=Cu(s)+Zn2+(aq)在原电池中凡发生氧化反应的称负极；凡发生还原反应的称正极。锌电极为负极，铜电极为正极。锌电极反应也称锌半电池反应，铜电极反应也称铜半电池反应。离子--电子法配平电极反应在碱性溶液中：ClO-+ CrO2-→CrO42-+Cl-步骤：(

3、1)写出两个半反应式ClO-→Cl-（还原反应）①CrO2-→CrO42-（氧化反应）②(2)配平半反应式：ClO-+H2O+2e=Cl-+ 2OH-CrO2-+ 4OH-= CrO42-+2H2O + 3e(3)得失电子数相等，合并两个半反应式：3×(ClO-+H2O+2e=Cl-+ 2OH-)         2×(CrO2-+ 4OH-= CrO42-+2H2O + 3e)总3ClO-+ 2CrO2-+ 2OH-= 3Cl-+ 2CrO42-+H2O总结在配平半反应式时，如果反应物和生成物内所含的氧原子数目不同，可以根据介质的酸碱性，分别在半反应式中添加H

4、+、OH-或H2O，使反应式两边的氧原子数目相等。不同介质条件下配平氧原子的经验规则如下表所示。介质种类反应物多一个[O]少一个[O]酸性→只能加H+、H2O+2H+→H2O+H2O→2H+碱性→只能加OH-、H2O+H2O→2OH-+2OH-→H2O中性→反应物中只能加水，生成物中可出现H+、OH-+H2O→+H2O→2.氧化还原电对同一元素化合价不同的物质，可以构成电对，用符号“氧化态/还原态”表示。例如：锌电对：Zn2+/Zn氢电对：H+/H2锰电对：MnO4-/Mn2+(不能写为Mn7+/Mn2+)思考题试写出下列反应的氧化还原电对(1)2Cl-(aq) 

5、Cl2(g)+2e(2)MnO4-(aq)+8H+(aq)+5e Mn2+(aq)+4H2O(l)(3)AgCl(s) +e  Ag(s)+Cl-(aq)3.原电池的图式，电极符号例如铜锌原电池可用下列图式表示：(-)Zn│ZnSO4(c1)‖CuSO4(c2)│Cu(+)规则:(1)负极写在左边，正极写在右边，溶液写在中间。(2)凡是两相界面，均用“│”表示，连接两种溶液的盐桥用“‖”或“┇┇”表示。(3)气体或溶液中同种金属不同价态离子不能直接构成电极，必须依附在石墨或惰性金属（如Pt）做成的极板上。此时，应注明惰性金属的种类。例如：H+(c)│H2(p2)

6、│Pt(4)必要时，可注明电极反应进行时的温度Zn│ZnSO4(c1)锌电极符号，CuSO4(c2)│Cu铜电极符号。4.1.2电极电势φ1.电极电势的产生M(s) Mn+(aq)+ne显然：金属M的活泼性不同，电极电势就不同；M越活泼，成为离子的倾向越大，电势就越小；M越不活泼，成为离子的倾向越小，电势就越大。电极电势不等的两个电极，可以组成原电池，电动势E=φ（+）-φ（-）2.电极电势的测量国际上规定：将标准氢电极作为标准电极—作基准，而且规定在任何温度下，其电极电势=0，记为φθ(H+/H2)=0例如：将某一标准电极与标准氢电极相连，组成原电池，测得原电池

7、的电动势，利用Eθ=φθ（+）-φθ（-），即可得φθ。标准氢电极饱和甘汞电极在298.15K时，φ=0.2412V，可作参比电极。将参比电极与给定标准电极组成原电池，测E，从而求出给定标准电极的φθ。4.1.3原电池的电动势与电池反应的摩尔吉布斯函数变ΔG=W最大=-电量Q×电压E(负号表示系统对环境作功)=-nFE在“θ”下，ΔGθ= -nFEθ例题已知某原电池电动势为0.65V，电池反应为Hg22+(aq)+H2(g)=2Hg(l)+2H+(aq)，试问：生成0.5molH2时，电池所作的最大电功是多少?答案：因为Wmax=-nFE可以从半电池反应式中得到n

8、的数值负极