2015年电气工程师考试普通化学知识点原电池

　　原电池及电极电势

　　一、原电池及氧化还原电对

　　烧杯中的氧化还原反应，如Zn与H2SO4水溶液直接接触：

　　Zn (s) +2H+ (aq) =Zn2+ (aq) +H2 (g)

　　烧杯中不能形成有序的电子流，随着反应的进行，溶液温度升高，即化学能转换为热能。

　　如果将该反应的氧化和还原两个半反应，在电池中分别控制进行，化学能将有可以转换为电能，产生有回路的电流：电极及导线中的有电子迁移; 电解质溶液中有离子迁移;电极-溶液界面上发生氧化还原反应。

　　电极和电池反应

　　锌电极：Zn(s) Zn2+(aq)+2e ……半反应为氧化反应，是阳极，也是负极;

　　氢电极： 2H+(aq)+2e H2(g)……半反应为还原反应，是阴极，也是正极;

　　电池反应： Zn(s)+ 2H+(aq)  Zn2+(aq)+ H2(g)

　　电池装置用电池图示表示为：

　　(-)Zn | Zn2+(c1) H+(c2) | H2(p)|Pt(+)

　　将正极用Cu 板及CuSO4溶液替代，得到铜锌原电池(丹尼尔电池)：

　　电池反应： Zn(s)+Cu2+(aq)  Zn2+(aq)+ Cu (s)

　　原电池电极反应正极-还原反应( 阴极);负极-氧化反应( 阳极)

　　以通式表示为：氧化态+ne- 还原态

　　氧化还原电对：如：Zn2+/Zn; H+/ H2 等;

　　对应的电极符号： Zn | Zn2+ ; Pt | H2 | H+ ;

　　另如： Fe3+/ Fe2+ ; MnO4-/ Mn2+ ;

　　对应的电极符号：Pt | Fe3+,Fe2+ ;Pt | MnO4- , Mn2+ ,H+;

　　二、电极电势j

　　1、电极电势的产生——双电层理论(德，Nernst)

　　产生双电层电势——电极电势j

　　显然，金属愈活泼，溶解倾向愈大金属愈不活泼，沉积倾向愈大。不同电极的溶解或沉积能力不同，产生的电极电势“j”不同，造成电池两电极间的电势差——电池电动势。

　　2、电极电势的测量

　　至今人们尚无法测得电极电势的绝对值。现在测量电极电势是以标准氢电极的电极电势为零作基准的。

　　(1)标准氢电极(“NHE”：)

　　将镀有铂黑的铂片，放入m(H+)=1mol·kg-1 的盐酸溶液中，不断以压力为100kPa的纯氢气使铂黑吸附达饱和。表示为：

　　Pt | H2(p=100kPa) | HCl(aq, m=1mol·kg-1, γ±=1)

　　简写为：Pt | H2(100kPa) | H+(1mol·kg-1)

　　反应为： 2H+(aq, 1mol·kg-1 )+2e- H2(g, 100kPa)

　　人为规定其标准电极电势： jè(H+/H2)=0V

　　(2)电极电势的测量：

　　(-)标准氢电极‖待测电极(+)——组成可逆电池

　　由： jθ(H+/H2)=0V 测量可逆电池电动势：E=j +- j -= j待测

　　可逆电池电动势(平衡电动势)E 的测量：对消法。

　　一般快速测量，可用pH 计进行(其 I <10-9A)。

　　(3)参比电极

　　具有稳定电势的电极，当它们与标准氢电极构成电池测得其电极电势后，可取代标准氢电极进行一系列的测量。如以下介绍的两种常用参比电极：

　　甘汞电极： Pt | Hg (l)| Hg2Cl2 | Cl-

　　电极反应为： Hg2Cl2 (s )+2e- 2Hg(l)+2Cl-(aq)

　　氯化银电极： Ag | AgCl , Cl-

　　电极反应为： AgCl (s )+e- Ag(s)+Cl-(aq)

　　还原电势：以氢电极为负极条件下

　　例，测得25℃时，如下电极的标准电极电势：

　　Zn2+(aq)+2e- Zn(s) φθ(Zn2+/Zn)=-0.7618V

　　Cu2+(aq)+2e- Cu(s) φθ(Cu2+/Cu)=0.3419V

　　3、标准电极电势表

　　利用原电池装置可以测得一系列电极的电极电位，还可以利用热力学数据计算某些不能直接测量的电极的电极电位，将这些数据排列成表得到“标准电极电势表”。

　　(1)表的结构：分成3个部分

　　电对、电极反应平衡式、标准电极电势值

　　(2)表的特点：代数值从上到下依次增大;

　　电对左边的物质(高价态，用作氧化剂)、右边的为低态;

　　电势代数值越小，还原态物质的还原能力越强。

　　(3)注意：jθ只是强度性质，与反应式中物质的计量数无关

　　点对无论用作氧化剂还是还原剂电势的值不变

　　表分为“酸表”和“碱表”