有關(guān)原電池電極電勢的注意事項(xiàng)

1、.有關(guān)原電池電極電勢的本卷須知無機(jī)化學(xué)是四大根底化學(xué)之一,是理工、農(nóng)林、海洋等學(xué)科的一門根底必修課,一般在大學(xué)一年級開設(shè),為大學(xué)生學(xué)好專業(yè)課做準(zhǔn)備。通過對根底化學(xué)知識的學(xué)習(xí),便于大學(xué)生將化學(xué)的理論和方法應(yīng)用于專業(yè)的學(xué)習(xí)和解決相關(guān)的問題。然而無機(jī)化學(xué)的知識點(diǎn)很多,包含有根本原理的化學(xué)熱力學(xué),關(guān)于微觀粒子的物質(zhì)構(gòu)造,以及酸堿和氧化復(fù)原反響和電化學(xué)。氧化復(fù)原和電化學(xué)在無機(jī)化學(xué)是很重要一章1。而這章中主要討論的是電化學(xué),電化學(xué)是研究電能和化學(xué)能之間的互相轉(zhuǎn)化的科學(xué),它是化學(xué)的一個重要領(lǐng)域。在本章的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)假如不能很好地解決原電池的根本理論的介紹和分析會導(dǎo)致學(xué)生混亂。本文針對這章中同學(xué)們?nèi)菀谆煜头稿e

2、的幾個知識點(diǎn)進(jìn)展分析,以便能更好地掌握和理解,從而到達(dá)知識點(diǎn)的融會貫穿。一、電化學(xué)與熱力學(xué)的關(guān)系G為吉布斯自由能,是狀態(tài)函數(shù),表達(dá)體系的量度性質(zhì),具有加和性。在恒溫恒壓過程中,體積所做的非體積功的最大限度,是自由能的減少值,且只有在可逆過程中,這種非體積功的最大值才得以實(shí)現(xiàn)。也就是說自由能減少的方向是恒溫恒壓下,無非體積功的反響自發(fā)進(jìn)展的方向1。根據(jù)熱力學(xué)吉布斯自由能在恒溫恒壓情況下:dG=dU+pdV-TdS 1由熱力學(xué)第一定律得:dU=QR-Wm=TdS-pdV-Wf 2將2式代入1式得:dG=-Wf即:體系的吉布斯自由能減少等于體系在恒溫恒壓下所做的最大的非體積功,假設(shè)非體積功只有可逆電

3、池的電功一種,這里的可逆電池需要具備兩個條件:第一,電極必須是可逆的;第二,要求通過電極的電流無限小,電極反響在接近電化學(xué)平衡的條件下進(jìn)展。也就是說,一個自發(fā)的氧化復(fù)原反響產(chǎn)生電流放電之后,可以在外接直流電源的作用下,進(jìn)展原電池的逆向反響,系統(tǒng)和環(huán)境都能復(fù)原。可逆體系所做的電功等于電路中通過的電量與電勢差之積2,即:W電=qE假設(shè)轉(zhuǎn)移的電子是1摩爾對應(yīng)的電量那么為,1摩爾中電子的數(shù)目N=6.02 1023,一個電子所帶電量e=1.60210-19C:q=6.0210231.60210-19=96500Cmol-1當(dāng)電池反響中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為n摩爾時,它的電量q,為q=nF那么當(dāng)恒溫恒壓下體系的自

4、由能減少全部用來轉(zhuǎn)化為電功是:rG=-nFE假設(shè)均為標(biāo)準(zhǔn)情況下,那么:rGm=-nFE 3式中n為可逆電池反響即氧化復(fù)原反響中轉(zhuǎn)移的電子數(shù),F為法拉第常數(shù),E為原電池的電動勢。通過上面的分析可以看出,我們可以通過計(jì)算一個氧化復(fù)原反響的吉布斯自由能來預(yù)測這樣的氧化復(fù)原反響是否可以組裝成原電池放電,當(dāng)然利用3式,也可以利用通過測定原電池的電動勢的方法來測定某些離子的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能。二、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢與標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能的區(qū)別體系的狀態(tài)函數(shù)按照其性質(zhì)可以分為兩類。一類是容量性質(zhì),它的大小與體系中物質(zhì)的數(shù)量成正比,具有加和性。如:內(nèi)能、焓、熵和吉布斯自由能等均為容量性質(zhì)。另一類是強(qiáng)度性質(zhì),它的大

5、小與所含物質(zhì)的多少沒有關(guān)系,比方溫度、壓力和標(biāo)準(zhǔn)電動勢等都是強(qiáng)度性質(zhì)?？梢娛?是聯(lián)絡(luò)一個容量性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能,和一個強(qiáng)度性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)電動勢的關(guān)系式,他們之間的區(qū)別又是如何表達(dá)的呢,我們以一個例子來說明。  可見這兩個不同的電對,他們的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢是相等的,公式中通過兩個電對中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)的變化,將一個容量性質(zhì)和一個強(qiáng)度性質(zhì)相聯(lián)絡(luò)。所以我們在使用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的時才會強(qiáng)調(diào)它強(qiáng)度性質(zhì)的特點(diǎn),即給定電對標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的值只與氧化態(tài)和復(fù)原態(tài)的物質(zhì)是什么有關(guān),而與系數(shù)無關(guān)。而且從式3我們可以看到電動勢是與吉布斯自由能相關(guān),所以利用電極電勢討論出來的是熱力學(xué)上的可能性而與動力學(xué)沒有直接關(guān)系,即標(biāo)

6、準(zhǔn)電極電勢與化學(xué)反響速率無關(guān)3。根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)可以計(jì)算得出rG m=-687.48kJmol-1,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能可知,該可逆反響在給定條件是正向自發(fā)的4,但是我們知道NO、CO這兩種有害氣體在實(shí)際中是要進(jìn)展處理的,這是因?yàn)樵撟园l(fā)反響的速率很慢?？梢姛崃W(xué)的可能性與動力學(xué)沒有直接關(guān)系。而作為與熱力學(xué)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢,一個主要的作用是可以表示氧化復(fù)原態(tài)的相對強(qiáng)弱,即電極電勢越大,氧化態(tài)的氧化才能越強(qiáng),而電極電勢越小復(fù)原態(tài)的復(fù)原才能越強(qiáng)?？芍?一個原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢與該反響能否在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下自發(fā)進(jìn)展的方向有關(guān),還有該氧化還有反響進(jìn)展的程度有關(guān),但是與該氧化復(fù)原于反響的速率沒有直接關(guān)系。三、如何確定電極的正負(fù)在學(xué)習(xí)中好多同學(xué)發(fā)現(xiàn)沒有方法確定正負(fù)極,針對這種情況我們詳細(xì)介紹確定正負(fù)極的方法。分為兩種情況:一種情況下給出一個可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的氧化復(fù)原反響,如何確定正負(fù)極。這個時候首先要將一個氧化復(fù)原反響分為兩個半反響,氧化半反響做負(fù)極,復(fù)原半反響做正極5;四、結(jié)論本文通過詳細(xì)的分析電化學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn),分析電化學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢與熱力學(xué)的聯(lián)