电化学和金属腐蚀.ppt

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1、关于电化学与金属腐蚀1第一张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月内容提要内容提要 本章在介绍原电池的组成、电极反应本章在介绍原电池的组成、电极反应以及电极电势的基本概念的基础上，着重以及电极电势的基本概念的基础上，着重讨论浓度对电极电势的影响以及电极电势讨论浓度对电极电势的影响以及电极电势的应用，并介绍电解产物的判断以及电解的应用，并介绍电解产物的判断以及电解的应用，电化学腐蚀及其防护的原理。的应用，电化学腐蚀及其防护的原理。第二张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月3学习要求学习要求1.了解电极电势的概念以及产生的原因，能正确书了解电极电势的概念以及产生的原因，能正确书写电极反应

2、、电池反应以及原电池的符号。写电极反应、电池反应以及原电池的符号。2.2.能利用能斯特方程式进行有关计算。能利用能斯特方程式进行有关计算。能利用能斯特方程式进行有关计算。能利用能斯特方程式进行有关计算。3.3.能应用电极电势分析氧化还原反应中的一些问能应用电极电势分析氧化还原反应中的一些问能应用电极电势分析氧化还原反应中的一些问能应用电极电势分析氧化还原反应中的一些问题。题。题。题。4.4.了解电解基本原理，能正确判断电解产物。了解电解基本原理，能正确判断电解产物。了解电解基本原理，能正确判断电解产物。了解电解基本原理，能正确判断电解产物。5.了解电解在工程实际中的某些应用以及金属腐蚀了解电解

3、在工程实际中的某些应用以及金属腐蚀及防护原理及防护原理。第三张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月4化化学学反反应应非氧化还原反应：反应中，没有电非氧化还原反应：反应中，没有电子的转移，因而元素的化合价也不子的转移，因而元素的化合价也不发生变化发生变化。氧化还原反应：反应中，有电子的氧化还原反应：反应中，有电子的转移，因而有些元素的化合价发生转移，因而有些元素的化合价发生了改变了改变。电电化化学学是是研研究究由由化化学学反反应应产产生生电电能能和和由由电电能能产产生生化化学学能能的的相相互互转转变变的的一一门门学学科科，而而这这些些转变也是通过氧化还原反应实现的。转变也是通过氧化还原反应

4、实现的。第四张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月5氧化还原反应是自然界中一类十分普遍的反应氧化还原反应是自然界中一类十分普遍的反应。宜于人类发展方面：宜于人类发展方面：燃料的燃烧、金属的冶炼，新材料的燃料的燃烧、金属的冶炼，新材料的制备、电子计算机中大规模集成电路的制造、人造卫星中制备、电子计算机中大规模集成电路的制造、人造卫星中高能化学电源的制造及使用，机械制造工业中精密仪器的高能化学电源的制造及使用，机械制造工业中精密仪器的电铸造和电解加工等电铸造和电解加工等。产生的不利的方面：产生的不利的方面：金属的腐蚀金属的腐蚀，包括金属构件在大，包括金属构件在大气中的生锈，船壳在海水中的腐蚀

5、，铸铁管道在土壤气中的生锈，船壳在海水中的腐蚀，铸铁管道在土壤中的腐蚀，化工器械的腐蚀，内燃发动机活门的烧损，中的腐蚀，化工器械的腐蚀，内燃发动机活门的烧损，金属热处理工艺过程中生成氧化皮，铝制品在潮湿空金属热处理工艺过程中生成氧化皮，铝制品在潮湿空气中使用后表面产生的白色粉末等等。气中使用后表面产生的白色粉末等等。第五张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月6金属腐蚀造成的损失是巨大的。据国外报道，每年全世界因金属金属腐蚀造成的损失是巨大的。据国外报道，每年全世界因金属腐蚀而损失的金属高达一亿吨，所造成经济损失约占国民生产总值的腐蚀而损失的金属高达一亿吨，所造成经济损失约占国民生产总值的

6、2 24%4%，（，（20082008年我国年我国GDPGDP为为300670300670亿元，亿元，600060001200012000亿元）显然，亿元）显然，没有一个生产部门不存在金属腐蚀及其防护问题。因此，了解腐蚀发生没有一个生产部门不存在金属腐蚀及其防护问题。因此，了解腐蚀发生的原因，寻找防止腐蚀的有效方法是国民经济中重要问题之一，因为它的原因，寻找防止腐蚀的有效方法是国民经济中重要问题之一，因为它已不是单纯的技术问题，而是关系到保护资源、节约能源、节省材料、已不是单纯的技术问题，而是关系到保护资源、节约能源、节省材料、保护环境、保证正常生产和人身安全、发展新技术等一系列重大的社会保护

7、环境、保证正常生产和人身安全、发展新技术等一系列重大的社会和经济问题。因此，掌握氧化还原反应的基本规律，对于我们适应新技和经济问题。因此，掌握氧化还原反应的基本规律，对于我们适应新技术的发展的需要无疑是很重要的。术的发展的需要无疑是很重要的。第六张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月7第五章第五章 电化学与金属腐蚀电化学与金属腐蚀5.1 原电池及其电动势原电池及其电动势5.2 电极电势及其应用电极电势及其应用5.3 电解电解5.4 金属腐蚀及其防止金属腐蚀及其防止5.5 化学电源化学电源第七张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月85.1 原电池及其电动势原电池及其电动势5.1.1

8、原电池原电池5.1.2 电动势与吉布斯函数变电动势与吉布斯函数变第八张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月95.1.1 原电池原电池1.原电池的组成原电池的组成 借助于氧化借助于氧化(oxidation)还原还原(reduction)反应把化学能反应把化学能直接转变成电能的装置称为直接转变成电能的装置称为原电池原电池。要利用氧化还原构成原电池使化学能转化为电能，必要利用氧化还原构成原电池使化学能转化为电能，必须满足以下三个条件：须满足以下三个条件：（1）必须是一个可以自发进行的氧化还原反应；必须是一个可以自发进行的氧化还原反应；（2）氧化还原反应要分别在两个电极上自发进行；氧化还原反应要

9、分别在两个电极上自发进行；（3）组装成的内、外电路要构成通路。组装成的内、外电路要构成通路。第九张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月10第十张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月11第十一张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月 反应反应Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)rHm(298K)=218.7kJ mol1第十二张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月132.电极、电池反应和电池符号电极、电池反应和电池符号原电池由两各半电池组成。原电池由两各半电池组成。组成电池的金属的导体叫做电极组成电池的金属的导体叫做电极 。电子流出一极叫负极，电子流入

10、一极叫正极电子流出一极叫负极，电子流入一极叫正极负极反应（电极反应）：负极反应（电极反应）：Zn=Zn2+2e-（氧化反应）（氧化反应）正极反应（电极反应）：正极反应（电极反应）：Cu2+2e-=Cu（还原反应）（还原反应）电池反应：电池反应：Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)根据外电路电子流动方向，由负极流向正极第十三张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月14原电池符号的表示方法原电池符号的表示方法原电池可用符号（原电池符号）表示：原电池可用符号（原电池符号）表示：()Zn|Zn2+(1moldm3)|Cu2+(1moldm3)|Cu(+)“|”表示相界面表示相

11、界面，“|”表示盐桥表示盐桥注意：氧化反应（负极）写在左边，注意：氧化反应（负极）写在左边，还原反应（正极）写在右边。还原反应（正极）写在右边。导电材料写在两边。导电材料写在两边。*盐桥盐桥(salt bridge)的作用是保持溶液电中性。的作用是保持溶液电中性。第十四张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月15第十五张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月16例如：例如：反应反应Sn2+2Fe3+Sn4+2Fe2+构成原电池其符号构成原电池其符号。原电池其符号是原电池其符号是 ：()Pt Sn2+，Sn4+Fe2+，Fe3+Pt()第十六张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月1

12、7 一个原电池由两个半电池组成，上述原一个原电池由两个半电池组成，上述原电池由锌半电池和铜半电池组成电池由锌半电池和铜半电池组成。半电池又称为电极半电池又称为电极，即锌电极和铜电极即锌电极和铜电极。半电池包括两类物质：半电池包括两类物质：一类是一类是氧化态物质氧化态物质(氧化值高氧化值高)，一类是一类是还原态物质还原态物质(氧化值低氧化值低)。第十七张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月18 氧化态物质和相应的还原态物质可组成电对。表示氧化态物质和相应的还原态物质可组成电对。表示为：氧化态为：氧化态/还原态还原态，它可以用来表示所构成的电极。，它可以用来表示所构成的电极。例如例如:Zn2

13、+/Zn；Cu2+/Cu 除金属与其离子可组成电对外，同一种元素不同除金属与其离子可组成电对外，同一种元素不同氧化值的离子、非金属单质与其相应的离子以及金属氧化值的离子、非金属单质与其相应的离子以及金属与其难溶盐都可构成电对。与其难溶盐都可构成电对。第十八张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月19应应注注意意：电电极极并并非非指指一一般般的的电电子子导导体体，它它既既是是电电子子储储存存器器，又又是是电电化化学学发发生生地地。而而且且电电化化学学中中的的电电极极，总总是是与与电电解解质质溶溶液液联联系系在在一一起起的的，电电极极的的特特性性也也与与所所进进行行的的化化学学反反应应分分不不

14、开开的的，因因此此，电电极极是是指指电电子子导导体体与与电电解解质质溶溶液液组组成成的的整整体系统体系统。电极按物质组成的不同，一般有以下四种：电极按物质组成的不同，一般有以下四种：第十九张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月20表表 电电 极极 类类 型型 电极类型电极示例电极反应示例第一类电极金属金属离子电极Zn|Zn2+Cu|Cu2+Zn2+2eZnCu2+2eCu气体离子电极Cl-|Cl2,PtPt,O2|OH-Cl2+2e2Cl-O2+2H2O+4e4OH-第二类电极金属难溶盐电极Ag|AgCl(s)|Cl-(Pt)Hg|Hg2Cl2(s)|Cl-AgCl(s)+eAg(s)+

15、Cl-Hg2Cl2(s)+2e2Hg(l)+2Cl-金属难溶氧化物电极H+,H2O|Sb2O3(s)|SbSb2O3(s)+6H+6e2Sb+3H2O(l)氧化还原电极Fe2+,Fe3+|PtPt|Sn2+,Sn4+Fe3+eFe2+Sn4+2eSn2+第二十张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月21注意注意在在表表中中所所示示的的气气体体离离子子电电极极和和氧氧化化还还原原电电极极，常常用用惰惰性性导导电电材材料料，如如铂铂或或石石墨墨作作为为电电极极导导体体，它它们们仅仅起起吸吸附附气气体体或或转转递递电电子子的的作作用用，不不参参与与电电极极反反应应，常常称称其其为为惰惰性性电电极

16、极。其其余余类类型型的的电电极极，一一般般则则参参与与反反应应的的金金属属本本身作导体。身作导体。第二十一张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月22【例【例5.1】试写出有下列氧化还原反应构成的原试写出有下列氧化还原反应构成的原电池的电池符号、电极反应、电对及电极。电池的电池符号、电极反应、电对及电极。2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2+5Cl2+8H2O第二十二张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月23解解：先先根根据据方方程程中中各各物物质质氧氧化化数数的的变变化化找找出出氧氧化化剂剂电电对对为为MnOMnO-4 4/Mn/Mn2+2+，还还原原剂剂电电对对为为ClC

17、l2 2/Cl/Cl-。再再写写出出该该电电池池的的符号为：符号为：()Pt,Cl2(p)Cl-(c1)MnO-4(c2),Mn2+(c3),H+(c4)Pt ()两极反应分别为：两极反应分别为：负极反应：负极反应：2 2ClCl-(aq)=Cl(aq)=Cl2 2(g)+2e (g)+2e 正极反应：正极反应：MnOMnO-4 4(aq)+8H(aq)+8H+5e=Mn+5e=Mn2+2+4H+4H2 2O(l)O(l)电对分别为：电对分别为：ClCl2 2/Cl/Cl-，MnOMnO4 4-/Mn/Mn2+2+。电极分别为：电极分别为：PtPt，ClCl2 2ClCl-；PtPtMnOMn

18、O-4 4，MnMn2+2+，H H+。第二十三张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月245.1.2电动势与吉布斯函数变电动势与吉布斯函数变 反应反应:Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)rHm(298K)=218.7kJ mol1G=Wmax=W电电W电电=-Q E =-n F E式中式中F F 法拉第常数，法拉第常数，F=96485CF=96485Cmolmol-1-1=96485J=96485JV V-1-1molmol-1-1 第二十四张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月25非标准电池非标准电池：rGm=-n F E (5.1)标准电池：标准电池：r

19、Gm=-n F E (5.2)n电池反应中电子转移数；电池反应中电子转移数；F法拉第常数法拉第常数96500(Cmol1)；E 电动势电动势,单位为单位为V；E 标准电动势；标准电动势；公式中的负号表示系统向环境做功。公式中的负号表示系统向环境做功。原电池的标准态，是指有关离子浓度为原电池的标准态，是指有关离子浓度为1.00moldm-3，压力压力p为为p=100kPa。第二十五张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月26【例【例5.2】已知已知E=0.4030V，计算由标准氢计算由标准氢电极和标准镉电极组成的原电池反应的标准吉布电极和标准镉电极组成的原电池反应的标准吉布斯函数变。斯函数变

20、。解：解：rG m=-nFE=-296485JV-1mol-10.4030V=-77770Jmol-1=-77.77kJmol-1第二十六张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月27补充例题：补充例题：已知在已知在298298K K时，电池反应时，电池反应Cu+2AgCu+2Ag+CuCu2+2+2Ag+2Ag的的r rG G m m=-88.73kJmol=-88.73kJmol-1-1，试求试求该电池的标准电动势。该电池的标准电动势。解：解：第二十七张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月285.2 电极电势及其应用电极电势及其应用5.2.1 电极电势的产生电极电势的产生5.2.2

21、 电极电势的确定电极电势的确定5.2.3 浓度对电极电势的影响浓度对电极电势的影响能斯特方程能斯特方程5.2.4 电极电势的应用电极电势的应用第二十八张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月295.2.1 5.2.1 电极电势的产生电极电势的产生原原电电池池能能产产生生电电流流，这这表表明明两两个个电电极极之之间间存存在在电电势势差差，即即两两个个电电极极有有着着不不同同的的电电极极电电势势。下下面面简简单单讨讨论论电电极极电电势势产产生生的的原因。原因。第二十九张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月30在在金金属属（M M）与与其其盐盐溶溶液液之之间间存存在在如如下下溶溶解解与与沉

22、沉积积的的平衡：平衡：M M M Mn+n+ne+ne 溶解和沉积的可逆过程达到动态平衡时。溶解和沉积的可逆过程达到动态平衡时。在金属和溶液的界面上产生一个双电层，这种双电层在金属和溶液的界面上产生一个双电层，这种双电层产生了电极电势，这种电势差称为该金属的电极电势。产生了电极电势，这种电势差称为该金属的电极电势。电极电势可用以衡量金属在水溶液中失去电子的能力电极电势可用以衡量金属在水溶液中失去电子的能力的大小。的大小。电极电势的大小只取决于电极的本性。金属电极电势的大小只取决于电极的本性。金属的活泼性不同，产生的电极电势也不同。的活泼性不同，产生的电极电势也不同。第三十张，PPT共一百五十页

23、，创作于2022年6月a ab b 溶液溶液金属金属金金属属的的电电极极电电势势示示意意图图第三十一张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月325.2.2电极电势的确定电极电势的确定 迄今为止，金属与其盐溶液之间的电极电势的绝对迄今为止，金属与其盐溶液之间的电极电势的绝对值还无法确定的。值还无法确定的。国际上规定国际上规定标准氢电极为标准电极标准氢电极为标准电极.电极符号电极符号:Pt,H2(100kPa)|H+(1.0moldm-3)规定规定:c(H+)=1.0moldm3 p(H2)=100kPa (H+/H2)=0.0000V第三十二张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月33标

24、准电极电势的确定标准电极电势的确定将待测电极与将待测电极与标准氢电极组成原电池，标准氢电极组成原电池，测出测出原电池的电动势，就可计算出原电池的电动势，就可计算出待测电极的待测电极的电极电电极电势。势。标准电动势为标准电动势为：E=(+)()第三十三张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月34如欲测标准锌电极的标准电极电势：先将如欲测标准锌电极的标准电极电势：先将标准锌电极与标准氢电极组成原电池标准锌电极与标准氢电极组成原电池()Zn|Zn2+(1moldm3)|H+(1moldm3)|H2(100kPa),Pt(+)测得电动势为：测得电动势为：0.7618V则则E =(H+/H2)(Zn

25、2+/Zn)=0.7618V (Zn2+/Zn)=-0.7618V第三十四张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月35第三十五张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月36第三十六张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月37其它参比电极其它参比电极由由于于标标准准氢氢电电极极需需要要用用纯纯氢氢气气，在在操操作作时时会会带带来来不不便便，因因此此，常常选选用用易易于于制制备备、使使用用方方便便，且且电电极极电电势势稳稳定定的的其其它它参参比比电电极极，如如甘甘汞汞电电极极（如如图图所所示示）、氯化银电极。氯化银电极。第三十七张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月38（1）甘汞电

26、极的电极符号：）甘汞电极的电极符号：由于甘汞的电极电势与由于甘汞的电极电势与KCl的浓度有关的浓度有关，所以所以(Pt)Hg|Hg2Cl2(s)|KCl(饱和溶液饱和溶液)电极反应电极反应:Hg2Cl2(s)+2e-=2Hg(l)+2Cl-(aq)在在25时时,(饱和饱和甘汞电极甘汞电极)=0.2415V其它浓度的其它浓度的KCl的电极电势见下表的电极电势见下表第三十八张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月39不同浓度的甘汞的电极电势不同浓度的甘汞的电极电势 与温度的关系表：与温度的关系表：KCl浓度浓度moldmdm-3/V V与与t/t/的关系式的关系式 25 /V/V饱和饱和+0.

27、2412-6.611010-4（t-25t-25）-1.75-1.751010-6（t-t-2525）2 2-9.0101016（t-25t-25）3 30.24121.00.28012.752.751010-4（t-25t-25）2.52.51010-6（t-t-2525）2 24 41010-9（t-25t-25）3 30.28010.10.3337 0.750.751010-5（t-25t-25）3 31010-6（t-t-2525）2 20.3337第三十九张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月40（2）氯化银电极）氯化银电极电极符号：电极符号：AgAg，AgClAgClClCl

28、-(1.00mol(1.00moldmdm-3-3。电极反应：电极反应：AgCl(s)+eAgCl(s)+eAg(s)+ClAg(s)+Cl-(aq)(aq)(AgCl/Ag)=0.2223V(AgCl/Ag)=0.2223V。第四十张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月41第四十一张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月42 表表示示组组成成电电极极的的所所有有物物质质都都在在各各自自的的标标准准态态下下，温温度度为为2525时时电电极极电电势势称称为为标标准准电电极极电电势势。附附表表7 7列列出出各各种种物物质质的的标标准准电电极极电电势势。从从表表中中的的各各种种数数据据可可

29、知知：电电极极电电势势的的大大小小表表示示氧氧化化还还原原电电对对中中氧氧化化态态和和还还原原态态得得失失电电子子倾倾向向的的大大小小。电电极极电电势势越越小小，还还原原态态丢丢失失电电子子的的倾倾向向越越大大，相相应应的的氧氧化化态态得得电电子子的的倾倾向向越越小小；反反之之，电电极极电电势势越越大大，氧氧化化态态获获得得电电子子的的倾向越大，相应的还原态丢失电子的倾向越小。倾向越大，相应的还原态丢失电子的倾向越小。标准电极电势表标准电极电势表第四十二张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月43使用标准电极电势表注意使用标准电极电势表注意：书书采采用用国国际际上上广广泛泛使使用用的的还还

30、原原电电势势，规规定定所所有有半半电电池池反反应应都写成还原反应的形式即：都写成还原反应的形式即：氧化态氧化态 +ne ne 还原态。还原态。值值的的大大小小只只表表示示在在标标准准状状态态时时水水溶溶液液中中氧氧化化剂剂、还还原原剂剂氧氧化化能能力力和和还还原原能能力力的的相相对对强强弱弱，它它不不适适用用于于高高温温、非非水水介介质质等等其其它它体体系系。如如高高温温反反应应：C+O2CO2。第四十三张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月44不同介质时，标准电极电势有所不同。不同介质时，标准电极电势有所不同。O2(g)+2H2O+4e 4OH-(aq)(O2/OH-)=0.401VO

31、2(g)+4H+(aq)+4e 2H2O (O2/H2O)=1.229V值与半电池反应的化学计量数无关。因为值与半电池反应的化学计量数无关。因为是电极的强是电极的强度性质，是氧化剂、还原剂能力强度的标度，它是体系的度性质，是氧化剂、还原剂能力强度的标度，它是体系的强度性质，取决于物质的本性，而和物质的多少无关。物强度性质，取决于物质的本性，而和物质的多少无关。物质的计量数加倍时，虽然物质的量加倍了，而物质的本性质的计量数加倍时，虽然物质的量加倍了，而物质的本性并没有改变，所以并没有改变，所以值不变值不变。第四十四张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月45例如例如Zn2+(aq)+2eZn

32、(s)=0.7628V2Zn2+(aq)+4e2Zn(s)=0.7628V1/2Zn2+(aq)+e1/2Zn(s)=0.7628V第四十五张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月46 值无简单的加和性，即：若两个半电池反应值无简单的加和性，即：若两个半电池反应相加的第三个半电池反应时，前两个反应的相加的第三个半电池反应时，前两个反应的 值之和一般值之和一般不等于第三个反应的不等于第三个反应的 ，例如：例如：（1）Fe2+(aq)+2eFe(s)1=-0.447V+）（）（2）Fe3+(aq)+eFe2+(aq)2=+0.771V（3）Fe3+(aq)+3eFe(s)3=-0.037V31

33、+2。第四十六张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月475.2.3浓度对电极电势的影响浓度对电极电势的影响能斯特方程式能斯特方程式19201920年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖 讨论了标准电极电势讨论了标准电极电势 ，我们知道了这是在离我们知道了这是在离子浓度或气体压力为标准压力的时的电极电势，子浓度或气体压力为标准压力的时的电极电势，而非标准电极电势的而非标准电极电势的大小不仅决定于物质的大小不仅决定于物质的本性，还决定于温度、离子浓度或气体分压等。本性，还决定于温度、离子浓度或气体分压等。第四十七张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月48a a氧化态氧化态 +ne ne b

34、b还原态还原态 上式称为电池反应的上式称为电池反应的能斯特方程式。能斯特方程式。式中：式中：任意浓度时的电极电势；任意浓度时的电极电势；该电极的标准电极电势；该电极的标准电极电势；c(c(氧化态氧化态)氧化态物质的浓度；氧化态物质的浓度；c(c(还原态还原态)还原态物质的浓度；还原态物质的浓度；a a，b b 分别表示他们在电极反应中的化学计量数；分别表示他们在电极反应中的化学计量数；n n 电极反应中的得失电子的化学计量数；电极反应中的得失电子的化学计量数；F F 法拉第常数，等于法拉第常数，等于9648596485C Cmolmol-1-1或或J JV V-1-1molmol-1-1；T

35、T 表示热力学温度，单位表示热力学温度，单位K K。第四十八张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月49（F=96500 JV-1mol1,R=8.314Jmol1K1,T=298K并把以并把以e为底的自然对数换算成以为底的自然对数换算成以10为底得常用对数）为底得常用对数）上式是德国物理化学家能斯特在上式是德国物理化学家能斯特在1889年导出的年导出的,它定量地描述了电极电势与离子浓度的关系。它定量地描述了电极电势与离子浓度的关系。则：则：第四十九张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月50应用能斯特方程式时应注意以下几点：应用能斯特方程式时应注意以下几点：（1）若若组组成成电电极极

36、电电对对的的某某一一物物质质是是固固体体或或液液体体时时，不不列列入入方方程程式式中中；如如果果是是气气体体，则则代代入入气气体体分压（分压（p p）除以除以p p 进行计算。进行计算。（2）若若电电极极反反应应时时中中氧氧化化态态和和还还原原态态物物质质前前的的计计量量数数不不等等于于1 1，则则氧氧化化态态和和还还原原态态物物质质浓浓度应以各自的化学计量数作为指数。度应以各自的化学计量数作为指数。第五十张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月51应用能斯特方程式时应注意以下几点：应用能斯特方程式时应注意以下几点：（3）若若在在电电极极反反应应中中，有有H H+或或OHOH-参参加加反反

37、应应，则则这这些些离离子子的的浓浓度度也也应应该该根根据据配配平平的的电电极极反反应应是是写写在在能能斯斯特特方方程程式式中中，但但H H2 2O O不不写写入入（它它是是纯纯液液体）。体）。（4）应应用用范范围围：计计算算平平衡衡时时（即即外外路路导导线线的的电电流趋于零）流趋于零）M Mn+n+/M/M的电极电势。的电极电势。第五十一张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月52【例【例5.3】计算计算25，c(Zn2+)=0.001moldm-3时，时，Zn2+/Zn电极的电极电势。电极的电极电势。解：解：ZnZn2+2+(aq)+2e (aq)+2e Zn(s)Zn(s)电极电势降低

38、电极电势降低，ZnZn还原性增加，易失去电子。还原性增加，易失去电子。第五十二张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月53【例【例5.4】计算在计算在25时，时，p(O2)=100kPa，c(OH-)=10-7 moldm-3时，时，O2/OH-电对的电极电势。电对的电极电势。解：解：O2+2H2O+4e4OH-第五十三张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月54当当c(H+)=10moldm-3c(Cr2O72-)=c(Cr3+)=1.0moldm-3时，时，【例5.5】已知反应 Cr2O72-+14H+6e 2Cr3+7H2O (Cr2O72-/Cr3+)=1.232V当c(H+)

39、=10moldm-3及c(H+)=0.001moldm-3时，值各是多少？根据计算结果说明酸度对Cr2O72-氧化还原强弱的影响。第五十四张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月55当当c(H+)=0.001moldm-3，c(Cr2O72-)=c(Cr3+)=1.0moldm-3时，时，随随 氢氢 离离 子子 浓浓 度度 的的 增增 加加，增增 加加，Cr2O72-的的 氧氧 化化 性性 增增 强强；c(H+)=10moldm-3；反反之之，氢氢离离子子浓浓度度降降低低，降降低低，Cr2O72-氧化性降低。氧化性降低。第五十五张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月56从以上几例可以

40、看出：离子浓度对电极电势从以上几例可以看出：离子浓度对电极电势有影响，但影响不大。有影响，但影响不大。当金属离子或氢离子浓度减少时，金属或氢当金属离子或氢离子浓度减少时，金属或氢的电极电势代数值减少，反之亦然。的电极电势代数值减少，反之亦然。当非金属离子浓度减少时，非金属的电极电当非金属离子浓度减少时，非金属的电极电势代数值增大。势代数值增大。介质的酸碱性对某些电对，如具有氧化性介质的酸碱性对某些电对，如具有氧化性的含氧酸盐的电对的电极电势影响很大。的含氧酸盐的电对的电极电势影响很大。第五十六张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月575.2.4电极电势的应用电极电势的应用 1.计算原电池

41、的电动势计算原电池的电动势2.判断氧化还原反应进行的方向判断氧化还原反应进行的方向3.氧化剂和还原剂的强弱比较氧化剂和还原剂的强弱比较4.氧化还原反应进行的程度氧化还原反应进行的程度第五十七张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月581.计算原电池的电动势计算原电池的电动势第五十八张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月59解：解：与该原电池有关的电极反应及其标准电极电势为：与该原电池有关的电极反应及其标准电极电势为：CdCd2+2+(aq)+2e(aq)+2e Cd(s)Cd(s)=-0.4030V=-0.4030V；Sn Sn4+4+(aq)+2e(aq)+2e Sn Sn2+2+

42、(aq)(aq)=0.15V =0.15V【例【例5.6】计算下列原电池在计算下列原电池在25是的电动势，并标明正负是的电动势，并标明正负极，写出电池反应式。极，写出电池反应式。CdCd2+(0.1moldm-3)Sn4+(0.1 moldm-3)，Sn2+(0.001 moldm-3)Pt。第五十九张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月60第六十张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月61由于由于（Sn4+/Sn2+）(Cd2+/Cd)所所以以，（Sn4+/Sn2+）作作为为正正极极，(Cd2+/Cd)作作为负极。为负极。E=(正极正极)(负极负极)=(Sn4+/Sn2+)-(Cd

43、2+/Cd)=0.21（-0.43）=0.64V第六十一张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月62正极反应：正极反应：Sn4+(aq)+2eSn2+(aq)（氧化反应）氧化反应）负极反应：负极反应：Cd(s)Cd2+(aq)+2e（还原反应）还原反应）电池反应：电池反应：Cd(s)+Sn4+(aq)=Cd2+(aq)+Sn2+(aq)第六十二张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月63解：把上述反应分解成两个电极反应，并查出它们的标准电极电势。解：把上述反应分解成两个电极反应，并查出它们的标准电极电势。正极：（还原反应）正极：（还原反应）FeFe3+3+(aq)+e(aq)+e Fe

44、 Fe2+2+(aq)(aq)=0.771V=0.771V负极：（氧化反应）负极：（氧化反应）Sn2+(aq)+2eSn4+(aq)=0.151V=0.151VE=(正极正极)（负极负极）=(FeFe3+3+/Fe/Fe2+2+)-)-(Sn(Sn4+4+/Sn/Sn2+2+)=0.771 0.7710.151=0.6200.151=0.620V V所以，电池的符号为所以，电池的符号为（）（）PtSn4+，Sn2+Fe3+，Fe2+Pt（）（）【例【例5.7】把下列反应构成电池，并计算该电池的标准电动势。把下列反应构成电池，并计算该电池的标准电动势。2Fe3+(aq)+Sn2+(aq)2Fe2

45、+(aq)+Sn4+(aq)第六十三张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月642.判断氧化还原反应进行的方向判断氧化还原反应进行的方向 氧化还原反应是得失电子的反应氧化还原反应是得失电子的反应,反应总是反应总是在得电子能力大的氧化剂与失电子能力大的还原在得电子能力大的氧化剂与失电子能力大的还原剂之间进行。剂之间进行。即反应一定是在即反应一定是在电极电势大的氧化态物质与电电极电势大的氧化态物质与电极电势小的还原态物质极电势小的还原态物质之间进行。之间进行。第六十四张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月氧化态氧化态1+1+ne ne 还原态还原态1 1氧化态氧化态2+2+ne ne 还

46、原态还原态2 2小小大大氧化氧化态氧态氧化性化性弱弱强强还原还原态还态还原性原性强强弱弱（产物）（产物）（反应物）（反应物）（反应物）（反应物）（产物）（产物）第六十五张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月66【例】判断下列两种情况下的化学反应方向，并写出它们的电池符号。Pb2+(1.0moldm-3)+Sn Sn2+(1.0 moldm-3)+Pb Pb2+(0.1moldm-3)+Sn Sn2+(1.0 moldm-3)+Pb解：（解：（1 1）各离子均处于标准态，查表得：）各离子均处于标准态，查表得：(Pb(Pb2+2+/Pb)=/Pb)=0.126V 0.126V；(Sn(Sn2

47、+2+/Sn)=/Sn)=0.136V0.136VE E =（正极）正极）（负极）负极）=(Pb(Pb2+2+/Pb)/Pb)(Sn(Sn2+2+/Sn)/Sn)=（0.1260.126）（）（0.1360.136）=0.01V=0.01V（相差很小）相差很小）所以，在标准态下该反应自发向右进行。其电池符号为：所以，在标准态下该反应自发向右进行。其电池符号为：(-)Sn(-)SnSnSn2+2+(1.0mol(1.0moldmdm-3-3)PbPb2+2+(1.0mol(1.0moldmdm-3-3)PbPb（+）第六十六张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月67（2）Pb2+处于非标准

48、态处于非标准态由于由于 (Pb(Pb2+2+/Pb)/Pb)(Sn(Sn2+2+/Sn)/Sn)反应自发向左进行，电池符号为：反应自发向左进行，电池符号为：(-)Pb(-)PbPbPb2+2+(1.0mol(1.0moldmdm-3-3)Sn)Sn2+2+(1.0mol(1.0moldmdm-3-3)SnSn（+）第六十七张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月68注意注意当当氧氧化化剂剂电电对对和和还还原原剂剂电电对对的的标标准准电电极极电电势势相相差差不不大大时时，一般是一般是E E 0.2V0.2V，各物质的浓度对反应方向起着决定性作用。各物质的浓度对反应方向起着决定性作用。若若E

49、E 0.2V0.2V，浓浓度度对对 的的影影响响较较小小，可可直直接接用用 值值去去判断。判断。若若电电极极电电势势包包含含着着H H+或或OHOH-时时，pHpH对对 影影响响显显著著，只只有有当当E E 0.5V0.5V，才能直接用才能直接用 制取比较判断。制取比较判断。第六十八张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月693.氧化剂和还原剂的强弱比较氧化剂和还原剂的强弱比较 电对的电极电势越大，电对中氧化态物质得电子能力电对的电极电势越大，电对中氧化态物质得电子能力越强，是强氧化剂；其相应的还原态物质失电子能力越弱，越强，是强氧化剂；其相应的还原态物质失电子能力越弱，是弱还原剂。是弱还

50、原剂。电对的电极电势越小，电对中还原态物质失电子能力电对的电极电势越小，电对中还原态物质失电子能力越强，是强还原剂；其相应的氧化态物质得电子能力越弱，越强，是强还原剂；其相应的氧化态物质得电子能力越弱，是弱氧化剂。是弱氧化剂。电极电势表中，最强的氧化剂是电极电势表中，最强的氧化剂是F2,最强的还原剂是最强的还原剂是Li。第六十九张，PPT共一百五十页，创作于2022年6月70在在实实际际应应用用中中，如如果果有有一一种种氧氧化化剂剂遇遇到到几几种种还还原原剂剂或或一一种种还还原原剂剂遇遇到到几几种种氧氧化化剂剂时时，反反应应是是按按所所组组成成的的电电池池的的E E由由达达到到小小的的顺顺序序