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A-level化学课程:电极电势与原电池讲解

发布时间:2021-12-29  |  浏览次数:   |  发布人:乐学赞

如果将一片锌片放入含锌离子(例如ZnSO4溶液)溶液中,就会产生电位,那么这个电势是如何产生的?浸入溶液的锌片表面,会有一小部分的锌原子失去电子,变成锌离子,从而使锌片上的电子增多,当溶液中存在过多的阳离子时,溶液中的阳离子又会因为带正电性而被含有过量电子的锌片吸引,这样,锌片表面和溶液中的锌离子之间就会产生电位。如下图:

4.jpg

这就是half-cell(半电池)电位的产生。

在这一点上,一种化学平衡发生了:

我们应该知道,每一只半个电池,在电位产生的同时,还会有一个化学平衡,这种化学平衡是还原反应,所以,在写半电池的方程时,要注意,要把电子写在可逆符号的左边。1个半电池也可以用化学平衡来表示。

极化势与氧化还原反应有哪些关系?

一个电池的电极电位值越高(positive),在这种情况下,阳离子获得电子的能力就是氧化性,因此阳离子的氧化性越强,相应的金属还原性就越弱(越不容易失去电子)。

拿板栗来说:电极电位=-0.76V。

电磁场=+0.34V。

Cu半电池电极电势校正,因此铜离子较易获得电子,即铜离子氧化能力强,铜金属还原性弱。

Zn半电池电极电势是负电位,因而锌离子不易获得电子,锌离子氧化能力弱,锌金属还原性强。

因此,我们可以通过电极电位来判断金属失去/获得电子的能力。

如何测量一节半电池电极电势?

一种half-cell的电势是不能单独测量的,因此(化学家们…)为便于测量由不同金属和溶液组成的半电池的电位,规定了标准的氢电极电位,即标准的氢电极电位。如下图

注:测验时常会出现这个图表。

此图要点:

1.纯净,1大气压下的hydrogengas通过管道进入溶液;

2.溶液中氢离子浓度为1mol/L;

3.黑色的是白片,作用是让氢与氢离子更好的接触,迅速达到化学平衡;

上述标准条件包括:既1大气压,1毫摩尔每升,白金片剂。该标准氢气半电池的电位为零。用这种方法,当我们把另外一只半电池与标准的氢气半电池连接在一起,就能用电压计测出这个半电池的电位。用这一方法,在标准条件下,用标准的氢气半电池作为参照物,测得的电极电位称为标准电极电位。

此图要点:

1.这个图表是连接两个半电池的一般方法,需要记住。

2.要记住,所有的溶液都是1mol/L。

3.盐桥(saltbridge)通常是用硝酸钾制成的,也可能是其他材料。这样两个半电池里的离子就能通过,注意,是离子,电子不能通过。

根据这个图表,我们知道了连接两个半电池的方法,需要注意的是,半电池可以是金属/金属离子,非金属/非金属离子,离子/离子。以下是各种半电池画法:

如上图所示,半电池Cu2+/Cu为金属离子。

例如,非金属/金属离子:氢半电池也可以是Cl-/Cl。图示类似于氢半电池。

离子型:例如Fe3+/Fe2+,如图:

接下来我们来看看如何计算原电池的电压。

有一种这样的原电池:

判断2,2,1,2个电池。

2.查找databooklet,查找相应的电极电位。

3.根据上文所述,根据电极电位,判断正、负极,电极电位越正,阳离子越容易得到电子,因此金属还原性越弱,接受电子的正极越容易。反之,电极电位越负,金属还原性越强,就越容易失去电子,而失去电子为负极。

4.判断完正、负极后,可以用计算出原电池的电势,用正电极的电位减去负极的位置。

也可根据电极电势,通过判断一个原电池中的电子流向,判断出已完成的、负极,然后通过电子从负极流向正极。这里是考点哟。

总结判断的技巧:

正极化发生还原,负极发生氧化(与电解池相反)

焊条电位越正时,阳离子越易得到电子,即氧化程度越高,相应元素的还原能力越弱,反之亦然。

电池正电的半电池做正极,负极越做负极。


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