無機化學62-電極電勢的應用課件

§6-4電極電勢的應用：

§6-4電極電勢的應用：

無機化學62-電極電勢的應用課件無機化學62-電極電勢的應用課件2、判斷原電池的正、負極，計算原電池的電動勢E池為電池的電動勢，E

正和E

負分別為正極和負極的電極電勢。E池

=E

正

-E

負E值小的為負極；E值大的為正極E池?=E

正?-E

負?2、判斷原電池的正、負極，計算原電池的電動勢有三個電極A+∣A,B+∣B,C+∣CE?(A+/A)>E?(B+/B)>E?(C+/C)原電池(1)C∣C+‖A+∣A原電池(2)C∣C+‖B+∣B原電池(3)B∣B+‖A+∣A有三個電極A+∣A,B+∣B,C+∣

E

?(Ox/Red）代數(shù)值越小，該電極上越容易發(fā)生氧化反應,還原型物質(zhì)的還原能力（失去電子能力）越強，是較強的還原劑;氧化型物質(zhì)的氧化能力弱。E

?(Ox/Red）代數(shù)值越大，該電極上越容易發(fā)生還原反應,表明氧化型物質(zhì)的氧化能力（得到電子能力）越強，是較強的與氧化劑;還原型物質(zhì)還原能力越弱；——判斷物質(zhì)氧化還原能力的相對強弱E?(Ox/Red）代數(shù)值越小，該電極4氧化還原反應的方向rGm=-nFE池=-nF(

E

正

-E

負)

rGm<0氧化還原反應自發(fā)進行的判據(jù)：E池

>0或E

正

>E

負若在標準態(tài)，氧化還原反應自發(fā)進行的判據(jù)：E池?>0或E?

正

>E

?負4氧化還原反應的方向rGm=-nFE池=例題；在標準態(tài)下，判斷下列反應進行的方向

Pb2++Sn=Sn2++Pb解答：E

?(Pb2+/Pb)=-0.13V

E

?(Sn2+/Sn)=-0.14V

Pb2++2e-

Pb(正極）

SnSn2++2e-（負極）E池

=

E正

-

E負=

E?(Pb2+/Pb)-

E?(Sn2+/Sn)=-0.13V-(-0.14V)=+0.01VE池為正值，說明反應按正方向進行。非標準態(tài)，E池?>0.2V可以用E池?

判斷反應方向例題；在標準態(tài)下，判斷下列反應進行的方向解答：E?(

對于含氧酸（或鹽）參加的氧化還原反應，溶液的酸度會導致反應方向的改變。H3AsO4+2I-+2H+=HAsO2+I2+2H2OpH=8,反應逆向進行；強酸性介質(zhì)pH=4~6，反應正向進行對于含氧酸（或鹽）參加的氧化還原反應，溶液的酸度會導致5選擇氧化劑和還原劑什么氧化劑可以氧化I-而不氧化Br-和Cl-？E?(I2/I-)=0.535VE?(Br2/Br-)=1.08VE?(Cl2/Cl-)=1.358V電極電勢在0.535V—1.08V之間氧化劑Fe3+5選擇氧化劑和還原劑什么氧化劑可以氧化I-而不氧

6判斷氧化還原反應進行的次序（熱力學上）把氯水加入含有Br-和I-的混合溶液中，哪一種先被氧化？E?(I2/I-)=0.535VE?(Br2/Br-)=1.08VE?(Cl2/Cl-)=1.358V電極電勢差越大，越先被氧化。氧化劑首先氧化最強的還原劑還原劑首先還原最強的氧化劑6判斷氧化還原反應進行的次序（熱力學上）把氯水加入含有rGm?K?E池?7、氧化還原反應的限度——電動勢與平衡常數(shù)的關(guān)系式rGm=-nFE池(標準態(tài)）

rGm?=-nFE?池rGm?K?E池?7、氧化還原反應的限度rGm=-例題：在0.10mol·L-1CuSO4溶液中投入Zn粒，求反應達到平衡后溶液中Cu2+的濃度.在平衡時c(Zn2+)=0.10mol·L-1解：反應Cu2++Zn=Zn2++Cu正極的電極反應Cu2++2e-=CuE?=0.337V負極的電極反應Zn=Zn2++2e-E

?=-0.763VE?=E

0(正極）-E?(負極）=0.337V-(-0.763V)=1.100VK?值如此之大，說明該反應進行得很完全，在平衡時c(Zn2+)=0.10mol·L-1例題：在0.10mol·L-1CuSO4溶液中投入Zn粒，求結(jié)論：氧化還原反應的方向由E池判斷：E池

>0氧化還原反應的限度由E池?

判斷：氧化還原反應的速率與E池?

無關(guān)結(jié)論：氧化還原反應的方向由E池判斷：E池>0氧化還原反8計算難溶電解質(zhì)溶度積Ksp?解：8計算難溶電解質(zhì)溶度積Ksp?解：lgK=nE/0.059=2[-0.126-(-0.359)/0.059=7.87lgK=nE/0.059無機化學62-電極電勢的應用課件無機化學62-電極電勢的應用課件§5-5元素電勢圖及其應用拉蒂莫爾圖拉鐵莫爾圖（Latimerdiagram)也叫元素電勢圖。將同一元素不同氧化值物種的標準電極電勢以圖示法表示。E

A?(下角A代表酸性溶液）+1.20+1.18+1.70+1.63+1.36ClO4-——ClO3-——ClO2-——HClO——Cl2——Cl-

+7+5+3+10-1

+0.56+2.26+0.95+1.51-1.18MnO4-——MnO42-——MnO2——Mn3+——Mn2+——Mn+1.695+1.23+1.51§5-5元素電勢圖及其應用拉蒂莫爾圖拉鐵莫爾圖（La各物種氧化值降低的方向從左向右排列橫線上的數(shù)字表示電對的電極電勢，橫線左端是電對的氧化態(tài)，右端是電對的還原態(tài)。拉蒂莫爾圖的應用：1.計算不相鄰物種之間的E?(Ox/Red)

E

?(A/B)E

?(B/C)ABC

E

?(A/C)A+n1e-

BG1?G1θ=-n1FE?(A/B)B+n2e-

CG2?G2θ

=-n2FE?(B/C)A+n3e-

CG3?G3θ

=-n3FE?(A/C)G3?=G1?+G2?n3=n1+n2

各物種氧化值降低的方向從左向右排列拉蒂莫爾圖的應用：1.計n是半反應中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，在計算中采用氧化值的改變。2、判斷元素處于某一氧化值時，是否發(fā)生歧化反應。

如果圖上物種左邊的標準電極電勢低于右邊的標準電極電勢（即E

左?

<E

右?

），該物種則可以歧化為相鄰的物種。+0.16+0.52Cu2+—————Cu+—————

CuE

左?

<E

右?

+2+102Cu+=Cu2++

Cun是半反應中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，在計算中采用氧化值的改變。2、判+0.77-0.44Fe3+—————Fe2+—————

FeE

右0<E

左0+3+20（1）2Fe3++

Fe=3Fe2+反歧化：同一元素的高氧化態(tài)和低氧化態(tài)反應生成中間氧化態(tài)。3、解釋元素的氧化還原特性（2）在非氧化性稀酸中，

Fe+2H+=Fe2++H2（3）在酸性介質(zhì)中，F(xiàn)e2+不穩(wěn)定，易被空氣氧化

Fe3++e-=Fe2+

E?(Fe3+/Fe2+)=+0.771VO2+4H++4e-=2H2OE?(O2/H2O)=+1.229V4Fe2++O2

+4H+=4Fe3++2H2O+0.77一次電池鋅錳干電池

（-）Zn|ZnCl2,NH4Cl（糊狀）MnO2|C(+）負極發(fā)生氧化反應Zn(s)=Zn2+(aq)+2e-

正極發(fā)生還原反應2MnO2(s)+2NH4+(aq)+2e-=Mn2O3(s)+2NH3(aq)+H2O(l)一次電池鋅錳干電池（-）Zn|ZnCl2,N二次電池鉛蓄電池

（-）Pb|H2SO4（?。㏄bO2|C(+）負極發(fā)生氧化反應Pb+SO42+(aq)=PbSO4(s)+2e-

正極發(fā)生還原反應PbO2+4H++SO42+(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)PbO2+Pb+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)電池總反應二次電池鉛蓄電池（-）Pb|H2SO4（?。㏄無機化學62-電極電勢的應用課件二次電池氫鎳電池

（-）Ti-Ni|H2（p）KOH(c)|NiO(OH)C(+）綠色環(huán)保電池二次電池氫鎳電池（-）Ti-Ni|H2（p）K無機化學62-電極電勢的應用課件鋰離子電池充電時：

負極反應：C6Li－xe－==C6Li1－x＋xLi+

（C6Li表示鋰原子嵌入石墨形成復合材料）正極反應：Li1－xMO2＋xLi+＋xe－==LiMO2（LiMO2表示含鋰的過渡金屬氧化物）

鋰離子電池由于使用條件和電池結(jié)構(gòu)上的差別，在安全性方面的要求更嚴格。鋰離子電池中使用有機溶解劑電解液，大量有機溶解劑的使用增加了電池的危險性。

鎳氫電池的價格僅作為鋰電池60%-80%。隨著鋰電池大量使用還會遇到資源問題。目前比較成熟的鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)正極材料大都是采用LiCo02，而鋰和鈷都是稀有礦物。鋰離子電池充電時：

無機化學62-電極電勢的應用課件連續(xù)電池燃料電池

以還原劑為負極反應物質(zhì)，氫氣，烴類，甲醇，煤氣，天然氣

以氧化劑為正極反應物質(zhì)，氧氣，空氣能量轉(zhuǎn)化率高；壽命長；無噪聲，無污染價格昂貴（用貴金屬為催化電極材料）連續(xù)電池燃料電池以還原劑為負極反應物質(zhì)，以氧化劑為正極反堿性燃料電池

（-）C|H2(p)KOH(aq)O2

(p)|C(+）負極發(fā)生氧化反應2H2+4OH-(aq)=4H2O(l)+4e-

正極發(fā)生還原反應電池總反應O2+2H2O(l)+4e-=4OH-(aq)2H2+O2=2H2O(l)堿性燃料電池（-）C|H2(p)KOH(aq)無機化學62-電極電勢的應用課件無機化學62-電極電勢的應用課件無機化學62-電極電勢的應用課件小結(jié)

１、氧化還原基本概念２、氧化還原方程式的配平３、電極電勢、電動勢、電對、原電池的表示４、標準電極電勢及其應用（在標準條件下）５、能斯特方程式小結(jié)１、氧化還原基本概念２、氧化還原方程式的配平３、電極rG=-nFE池(標準態(tài)）

rG?=-nFE?池

氧化還原反應的方向和限度rG=-nFE池(標準態(tài)）作業(yè)：6－13作業(yè)：§6-4電極電勢的應用：

§6-4電極電勢的應用：

無機化學62-電極電勢的應用課件無機化學62-電極電勢的應用課件2、判斷原電池的正、負極，計算原電池的電動勢E池為電池的電動勢，E

正和E

負分別為正極和負極的電極電勢。E池

=E

正

-E

負E值小的為負極；E值大的為正極E池?=E

正?-E

負?2、判斷原電池的正、負極，計算原電池的電動勢有三個電極A+∣A,B+∣B,C+∣CE?(A+/A)>E?(B+/B)>E?(C+/C)原電池(1)C∣C+‖A+∣A原電池(2)C∣C+‖B+∣B原電池(3)B∣B+‖A+∣A有三個電極A+∣A,B+∣B,C+∣

E

?(Ox/Red）代數(shù)值越小，該電極上越容易發(fā)生氧化反應,還原型物質(zhì)的還原能力（失去電子能力）越強，是較強的還原劑;氧化型物質(zhì)的氧化能力弱。E

?(Ox/Red）代數(shù)值越大，該電極上越容易發(fā)生還原反應,表明氧化型物質(zhì)的氧化能力（得到電子能力）越強，是較強的與氧化劑;還原型物質(zhì)還原能力越弱；——判斷物質(zhì)氧化還原能力的相對強弱E?(Ox/Red）代數(shù)值越小，該電極4氧化還原反應的方向rGm=-nFE池=-nF(

E

正

-E

負)

rGm<0氧化還原反應自發(fā)進行的判據(jù)：E池

>0或E

正

>E

負若在標準態(tài)，氧化還原反應自發(fā)進行的判據(jù)：E池?>0或E?

正

>E

?負4氧化還原反應的方向rGm=-nFE池=例題；在標準態(tài)下，判斷下列反應進行的方向

Pb2++Sn=Sn2++Pb解答：E

?(Pb2+/Pb)=-0.13V

E

?(Sn2+/Sn)=-0.14V

Pb2++2e-

Pb(正極）

SnSn2++2e-（負極）E池

=

E正

-

E負=

E?(Pb2+/Pb)-

E?(Sn2+/Sn)=-0.13V-(-0.14V)=+0.01VE池為正值，說明反應按正方向進行。非標準態(tài)，E池?>0.2V可以用E池?

判斷反應方向例題；在標準態(tài)下，判斷下列反應進行的方向解答：E?(

對于含氧酸（或鹽）參加的氧化還原反應，溶液的酸度會導致反應方向的改變。H3AsO4+2I-+2H+=HAsO2+I2+2H2OpH=8,反應逆向進行；強酸性介質(zhì)pH=4~6，反應正向進行對于含氧酸（或鹽）參加的氧化還原反應，溶液的酸度會導致5選擇氧化劑和還原劑什么氧化劑可以氧化I-而不氧化Br-和Cl-？E?(I2/I-)=0.535VE?(Br2/Br-)=1.08VE?(Cl2/Cl-)=1.358V電極電勢在0.535V—1.08V之間氧化劑Fe3+5選擇氧化劑和還原劑什么氧化劑可以氧化I-而不氧

6判斷氧化還原反應進行的次序（熱力學上）把氯水加入含有Br-和I-的混合溶液中，哪一種先被氧化？E?(I2/I-)=0.535VE?(Br2/Br-)=1.08VE?(Cl2/Cl-)=1.358V電極電勢差越大，越先被氧化。氧化劑首先氧化最強的還原劑還原劑首先還原最強的氧化劑6判斷氧化還原反應進行的次序（熱力學上）把氯水加入含有rGm?K?E池?7、氧化還原反應的限度——電動勢與平衡常數(shù)的關(guān)系式rGm=-nFE池(標準態(tài)）

rGm?=-nFE?池rGm?K?E池?7、氧化還原反應的限度rGm=-例題：在0.10mol·L-1CuSO4溶液中投入Zn粒，求反應達到平衡后溶液中Cu2+的濃度.在平衡時c(Zn2+)=0.10mol·L-1解：反應Cu2++Zn=Zn2++Cu正極的電極反應Cu2++2e-=CuE?=0.337V負極的電極反應Zn=Zn2++2e-E

?=-0.763VE?=E

0(正極）-E?(負極）=0.337V-(-0.763V)=1.100VK?值如此之大，說明該反應進行得很完全，在平衡時c(Zn2+)=0.10mol·L-1例題：在0.10mol·L-1CuSO4溶液中投入Zn粒，求結(jié)論：氧化還原反應的方向由E池判斷：E池

>0氧化還原反應的限度由E池?

判斷：氧化還原反應的速率與E池?

無關(guān)結(jié)論：氧化還原反應的方向由E池判斷：E池>0氧化還原反8計算難溶電解質(zhì)溶度積Ksp?解：8計算難溶電解質(zhì)溶度積Ksp?解：lgK=nE/0.059=2[-0.126-(-0.359)/0.059=7.87lgK=nE/0.059無機化學62-電極電勢的應用課件無機化學62-電極電勢的應用課件§5-5元素電勢圖及其應用拉蒂莫爾圖拉鐵莫爾圖（Latimerdiagram)也叫元素電勢圖。將同一元素不同氧化值物種的標準電極電勢以圖示法表示。E

A?(下角A代表酸性溶液）+1.20+1.18+1.70+1.63+1.36ClO4-——ClO3-——ClO2-——HClO——Cl2——Cl-

+7+5+3+10-1

+0.56+2.26+0.95+1.51-1.18MnO4-——MnO42-——MnO2——Mn3+——Mn2+——Mn+1.695+1.23+1.51§5-5元素電勢圖及其應用拉蒂莫爾圖拉鐵莫爾圖（La各物種氧化值降低的方向從左向右排列橫線上的數(shù)字表示電對的電極電勢，橫線左端是電對的氧化態(tài)，右端是電對的還原態(tài)。拉蒂莫爾圖的應用：1.計算不相鄰物種之間的E?(Ox/Red)

E

?(A/B)E

?(B/C)ABC

E

?(A/C)A+n1e-

BG1?G1θ=-n1FE?(A/B)B+n2e-

CG2?G2θ

=-n2FE?(B/C)A+n3e-

CG3?G3θ

=-n3FE?(A/C)G3?=G1?+G2?n3=n1+n2

各物種氧化值降低的方向從左向右排列拉蒂莫爾圖的應用：1.計n是半反應中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，在計算中采用氧化值的改變。2、判斷元素處于某一氧化值時，是否發(fā)生歧化反應。

如果圖上物種左邊的標準電極電勢低于右邊的標準電極電勢（即E

左?

<E

右?

），該物種則可以歧化為相鄰的物種。+0.16+0.52Cu2+—————Cu+—————

CuE

左?

<E

右?

+2+102Cu+=Cu2++

Cun是半反應中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，在計算中采用氧化值的改變。2、判+0.77-0.44Fe3+—————Fe2+—————

FeE

右0<E

左0+3+20（1）2Fe3++

Fe=3Fe2+反歧化：同一元素的高氧化態(tài)和低氧化態(tài)反應生成中間氧化態(tài)。3、解釋元素的氧化還原特性（2）在非氧化性稀酸中，

Fe+2H+=Fe2++H2（3）在酸性介質(zhì)中，F(xiàn)e2+不穩(wěn)定，易被空氣氧化

Fe3++e-=Fe2+

E?(Fe3+/Fe2+)=+0.771VO2+4H++4e-=2H2OE?(O2/H2O)=+1.229V4Fe2++O2

+4H+=4Fe3++2H2O+0.77一次電池鋅錳干電池

（-）Zn|ZnCl2,NH4Cl（糊狀）MnO2|C(+）負極發(fā)生氧化反應Zn(s)=Zn2+(aq)+2e-

正極發(fā)生還原反應2MnO2(s)+2NH4+(aq)+2e-=Mn2O3(s)+2NH3(aq)+H2O(l)一次電池鋅錳干電池（-）Zn|ZnCl2,N二次電池鉛蓄電池

（-）Pb|H2SO4（?。㏄bO2|C(+）負極發(fā)生氧化反應Pb+SO42+(aq)=PbSO4(s)+2e-

正極發(fā)生還原反應PbO