2015年電氣工程師考試普通化學(xué)知識(shí)點(diǎn)原電池

　　原電池及電極電勢(shì)

　　一、原電池及氧化還原電對(duì)

　　燒杯中的氧化還原反應(yīng)，如Zn與H2SO4水溶液直接接觸：

　　Zn (s) +2H+ (aq) =Zn2+ (aq) +H2 (g)

　　燒杯中不能形成有序的電子流，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液溫度升高，即化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能。

　　如果將該反應(yīng)的氧化和還原兩個(gè)半反應(yīng)，在電池中分別控制進(jìn)行，化學(xué)能將有可以轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生有回路的電流：電極及導(dǎo)線(xiàn)中的有電子遷移; 電解質(zhì)溶液中有離子遷移;電極-溶液界面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

　　電極和電池反應(yīng)

　　鋅電極：Zn(s) Zn2+(aq)+2e ……半反應(yīng)為氧化反應(yīng)，是陽(yáng)極，也是負(fù)極;

　　氫電極： 2H+(aq)+2e H2(g)……半反應(yīng)為還原反應(yīng)，是陰極，也是正極;

　　電池反應(yīng)： Zn(s)+ 2H+(aq)  Zn2+(aq)+ H2(g)

　　電池裝置用電池圖示表示為：

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

　　將正極用Cu 板及CuSO4溶液替代，得到銅鋅原電池(丹尼爾電池)：

　　電池反應(yīng)： Zn(s)+Cu2+(aq)  Zn2+(aq)+ Cu (s)

　　原電池電極反應(yīng)正極-還原反應(yīng)( 陰極);負(fù)極-氧化反應(yīng)( 陽(yáng)極)

　　以通式表示為：氧化態(tài)+ne- 還原態(tài)

　　氧化還原電對(duì)：如：Zn2+/Zn; H+/ H2 等;

　　對(duì)應(yīng)的電極符號(hào)： Zn | Zn2+ ; Pt | H2 | H+ ;

　　另如： Fe3+/ Fe2+ ; MnO4-/ Mn2+ ;

　　對(duì)應(yīng)的電極符號(hào)：Pt | Fe3+,Fe2+ ;Pt | MnO4- , Mn2+ ,H+;

　　二、電極電勢(shì)j

　　1、電極電勢(shì)的產(chǎn)生——雙電層理論(德，Nernst)

　　產(chǎn)生雙電層電勢(shì)——電極電勢(shì)j

　　顯然，金屬愈活潑，溶解傾向愈大金屬愈不活潑，沉積傾向愈大。不同電極的溶解或沉積能力不同，產(chǎn)生的電極電勢(shì)“j”不同，造成電池兩電極間的電勢(shì)差——電池電動(dòng)勢(shì)。

　　2、電極電勢(shì)的測(cè)量

　　至今人們尚無(wú)法測(cè)得電極電勢(shì)的絕對(duì)值。現(xiàn)在測(cè)量電極電勢(shì)是以標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢(shì)為零作基準(zhǔn)的。

　　(1)標(biāo)準(zhǔn)氫電極(“NHE”：)

　　將鍍有鉑黑的鉑片，放入m(H+)=1mol·kg-1 的鹽酸溶液中，不斷以壓力為100kPa的純氫氣使鉑黑吸附達(dá)飽和。表示為：

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

　　簡(jiǎn)寫(xiě)為：Pt | H2(100kPa) | H+(1mol·kg-1)

　　反應(yīng)為： 2H+(aq, 1mol·kg-1 )+2e- H2(g, 100kPa)

　　人為規(guī)定其標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)： jè(H+/H2)=0V

　　(2)電極電勢(shì)的測(cè)量：

　　(-)標(biāo)準(zhǔn)氫電極‖待測(cè)電極(+)——組成可逆電池

　　由： jθ(H+/H2)=0V 測(cè)量可逆電池電動(dòng)勢(shì)：E=j +- j -= j待測(cè)

　　可逆電池電動(dòng)勢(shì)(平衡電動(dòng)勢(shì))E 的測(cè)量：對(duì)消法。

　　一般快速測(cè)量，可用pH 計(jì)進(jìn)行(其 I <10-9A)。

　　(3)參比電極

　　具有穩(wěn)定電勢(shì)的電極，當(dāng)它們與標(biāo)準(zhǔn)氫電極構(gòu)成電池測(cè)得其電極電勢(shì)后，可取代標(biāo)準(zhǔn)氫電極進(jìn)行一系列的測(cè)量。如以下介紹的兩種常用參比電極：

　　甘汞電極： Pt | Hg (l)| Hg2Cl2 | Cl-

　　電極反應(yīng)為： Hg2Cl2 (s )+2e- 2Hg(l)+2Cl-(aq)

　　氯化銀電極： Ag | AgCl , Cl-

　　電極反應(yīng)為： AgCl (s )+e- Ag(s)+Cl-(aq)

　　還原電勢(shì)：以氫電極為負(fù)極條件下

　　例，測(cè)得25℃時(shí)，如下電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：

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

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

　　3、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表

　　利用原電池裝置可以測(cè)得一系列電極的電極電位，還可以利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算某些不能直接測(cè)量的電極的電極電位，將這些數(shù)據(jù)排列成表得到“標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表”。

　　(1)表的結(jié)構(gòu)：分成3個(gè)部分

　　電對(duì)、電極反應(yīng)平衡式、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)值

　　(2)表的特點(diǎn)：代數(shù)值從上到下依次增大;

　　電對(duì)左邊的物質(zhì)(高價(jià)態(tài)，用作氧化劑)、右邊的為低態(tài);

　　電勢(shì)代數(shù)值越小，還原態(tài)物質(zhì)的還原能力越強(qiáng)。

　　(3)注意：jθ只是強(qiáng)度性質(zhì)，與反應(yīng)式中物質(zhì)的計(jì)量數(shù)無(wú)關(guān)

　　點(diǎn)對(duì)無(wú)論用作氧化劑還是還原劑電勢(shì)的值不變

　　表分為“酸表”和“堿表”