有關原電池電極電勢的注意事項

1、.有關原電池電極電勢的本卷須知無機化學是四大根底化學之一,是理工、農(nóng)林、海洋等學科的一門根底必修課,一般在大學一年級開設,為大學生學好專業(yè)課做準備。通過對根底化學知識的學習,便于大學生將化學的理論和方法應用于專業(yè)的學習和解決相關的問題。然而無機化學的知識點很多,包含有根本原理的化學熱力學,關于微觀粒子的物質構造,以及酸堿和氧化復原反響和電化學。氧化復原和電化學在無機化學是很重要一章1。而這章中主要討論的是電化學,電化學是研究電能和化學能之間的互相轉化的科學,它是化學的一個重要領域。在本章的教學中發(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致學生混亂。本文針對這章中同學們容易混淆和犯錯

2、的幾個知識點進展分析,以便能更好地掌握和理解,從而到達知識點的融會貫穿。一、電化學與熱力學的關系G為吉布斯自由能,是狀態(tài)函數(shù),表達體系的量度性質,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)進展的方向1。根據(jù)熱力學吉布斯自由能在恒溫恒壓情況下:dG=dU+pdV-TdS 1由熱力學第一定律得: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平衡的條件下進展。也就是說,一個自發(fā)的氧化復原反響產(chǎn)生電流放電之后,可以在外接直流電源的作用下,進展原電池的逆向反響,系統(tǒng)和環(huán)境都能復原?？赡骟w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假設轉移的電子是1摩爾對應的電量那么為,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當電池反響中轉移的電子數(shù)為n摩爾時,它的電量q,為q=nF那么當恒溫恒壓下體系的自

4、由能減少全部用來轉化為電功是:rG=-nFE假設均為標準情況下,那么:rGm=-nFE 3式中n為可逆電池反響即氧化復原反響中轉移的電子數(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,我們可以通過計算一個氧化復原反響的吉布斯自由能來預測這樣的氧化復原反響是否可以組裝成原電池放電,當然利用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準摩爾吉布斯自由能。二、標準電極電勢與標準摩爾吉布斯自由能的區(qū)別體系的狀態(tài)函數(shù)按照其性質可以分為兩類。一類是容量性質,它的大小與體系中物質的數(shù)量成正比,具有加和性。如:內能、焓、熵和吉布斯自由能等均為容量性質。另一類是強度性質,它的大

5、小與所含物質的多少沒有關系,比方溫度、壓力和標準電動勢等都是強度性質?？梢娛?是聯(lián)絡一個容量性質標準摩爾吉布斯自由能,和一個強度性質標準電動勢的關系式,他們之間的區(qū)別又是如何表達的呢,我們以一個例子來說明。  可見這兩個不同的電對,他們的標準電極電勢是相等的,公式中通過兩個電對中轉移的電子數(shù)的變化,將一個容量性質和一個強度性質相聯(lián)絡。所以我們在使用標準電極電勢的時才會強調它強度性質的特點,即給定電對標準電極電勢的值只與氧化態(tài)和復原態(tài)的物質是什么有關,而與系數(shù)無關。而且從式3我們可以看到電動勢是與吉布斯自由能相關,所以利用電極電勢討論出來的是熱力學上的可能性而與動力學沒有直接關系,即標

6、準電極電勢與化學反響速率無關3。根據(jù)熱力學數(shù)據(jù)可以計算得出rG m=-687.48kJmol-1,根據(jù)標準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際中是要進展處理的,這是因為該自發(fā)反響的速率很慢。可見熱力學的可能性與動力學沒有直接關系。而作為與熱力學相關的標準電極電勢,一個主要的作用是可以表示氧化復原態(tài)的相對強弱,即電極電勢越大,氧化態(tài)的氧化才能越強,而電極電勢越小復原態(tài)的復原才能越強?？芍?一個原電池的標準電動勢與該反響能否在標準狀態(tài)下自發(fā)進展的方向有關,還有該氧化還有反響進展的程度有關,但是與該氧化復原于反響的速率沒有直接關系。三、如何確定電極的正負在學習中好多同學發(fā)現(xiàn)沒有方法確定正負極,針對這種情況我們詳細介紹確定正負極的方法。分為兩種情況:一種情況下給出一個可以將化學能轉化為電能的氧化復原反響,如何確定正負極。這個時候首先要將一個氧化復原反響分為兩個半反響,氧化半反響做負極,復原半反響做正極5;四、結論本文通過詳細的分析電化學中的重點和難點,分析電化學中的標準電極電勢與熱力學的聯(lián)