第五節(jié)電極電位和電池電動(dòng)勢(shì)的演示文稿

第五節(jié)電極電位和電池電動(dòng)勢(shì)的演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)優(yōu)選第五節(jié)電極電位和電池電動(dòng)勢(shì)的目前二頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)ΔrGm<0,

E>0,

反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行

ΔrGm=0，E=0,

反應(yīng)達(dá)到平衡ΔrGm>0，E<0,

反應(yīng)逆向自發(fā)

標(biāo)準(zhǔn)態(tài)-ΔrGmθ

=nFEθ目前三頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)qj

=

0.771Vqj=

0.3419V例：計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)的電池電動(dòng)勢(shì)，并判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向。寫出電池組成式。2Fe2++Cu2+=Cu+2Fe3+Fe2+Fe3++eCu2++2eCuqE<0,反應(yīng)逆向自發(fā)qE=j+-j-

=

0.3419-0.771=-

0.4291Vqqq

(-)Cu|Cu2+(1.0mol.L-1)||Fe2+(1.0mol.L-1),Fe3+(1.0mol.L-1)|Pt(+)解：設(shè)反應(yīng)正向自發(fā)目前四頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)例：判斷氧化還原反應(yīng)在298.15K及下列條件下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向：（1）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

(2)當(dāng)時(shí)目前五頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)負(fù)極,氧化：Sn＝Sn2+＋2e正極,還原：Pb2+＋2e＝Pb解：(1)假設(shè)反應(yīng)按所寫方程式正向進(jìn)行，則

Pb2+是氧化劑，Sn是還原劑，組成電池時(shí)，

E

﹥0,反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行。目前六頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)(-)Pt︱Pt2+(0.100mol?L-1)‖Sn2+(C)︱Sn(+)反應(yīng)將逆向自發(fā)進(jìn)行目前七頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)

由上例可知，非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，濃度的改變,可以導(dǎo)致氧化還原反應(yīng)改變方向。故應(yīng)正確認(rèn)識(shí)下列關(guān)系：

Nernst方程中，E

θ

是決定原電池電動(dòng)勢(shì)的主要因素，計(jì)算項(xiàng)(0.0592/n)lgQ的影響較小，因此，可用E

對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的氧化還原反應(yīng)方向進(jìn)行粗略判斷。目前八頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)

Eθ

＞+0.3V，反應(yīng)正向進(jìn)行；通常Eθ

＜-0.3V，反應(yīng)逆向進(jìn)行；

Eθ

=-0.3V～+0.3V，濃度改變可能引起反應(yīng)方向的改變。

但是，當(dāng)濃度變化很大或物質(zhì)前的系數(shù)很大時(shí)，對(duì)E值影響顯著。應(yīng)用該狀態(tài)下的E

值判斷反應(yīng)方向。目前九頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)二、判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度氧化還原反應(yīng)平衡常數(shù)的求算：根據(jù)式：△rGm=-nFE又根據(jù)式：△rGm=-RTlnK即得：RTlnK=nFE在298.15K下，將R=8.314J·K-1·mol–1,F=96485C·mol–1,代入上式(8-7)得：該式說(shuō)明：在一定溫度下(一般為298.15K),氧化還原反應(yīng)的平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的電池電動(dòng)勢(shì)（氧化劑、還原劑本性）和電子轉(zhuǎn)移數(shù)有關(guān)，而與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)。目前十頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)例8-5

求298.15K下Zn+Cu2+Cu+Zn2+反應(yīng)的平衡常數(shù)解:

將以上反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池,電極反應(yīng)為:正極反應(yīng)：Cu2

++2e-→Cu負(fù)極反應(yīng)：Zn→Zn2++2e-查表得φ

(Cu2+/Cu

)=0.3419Vφ

(Zn2+/

Zn)=-0.7618V

E

=φ(Cu2+/Cu

)–φ

(Zn2+/Zn)=0.34192V–(-0.7618V)=1.1037V電池反應(yīng)中n=2,

K=2.503×1037目前十一頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)討論：運(yùn)用電池電動(dòng)勢(shì)可以計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù),而平衡常數(shù)又能表示反應(yīng)進(jìn)行的程度,因此用電池電動(dòng)勢(shì)的大小也可表示反應(yīng)進(jìn)行的程度。

這種進(jìn)行程度是指熱力學(xué)上的可能性，實(shí)際上能否發(fā)生，還應(yīng)考慮動(dòng)力學(xué)的因素。

一般認(rèn)為當(dāng)電池反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)n=2時(shí),E﹥0.2V,或n=1時(shí),E﹥0.4V,均有K﹥106,此平衡常數(shù)已較大,反應(yīng)進(jìn)行得比較完全了。目前十二頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)[補(bǔ)例]

求KMnO4與H2C2O4的反應(yīng)平衡常數(shù)K(溫度298.15K)。解：反應(yīng)方程式為：拆成半反應(yīng)：配平了的氧化還原反應(yīng)方程式得失電子數(shù)為10。K=1.0×10338目前十三頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)例8-6

已知:Ag++e-AgAgCl+e-Ag+Cl-φ=0.7996Vφ=0.22233V求AgCl的pKsp。Ag++e-Ag（1）AgCl+e-Ag+Cl-（2）把它們組成原電池。根據(jù)電極電位的高低,確定(1)為正極,(2)為負(fù)極,電池反應(yīng)式為：Ag++Cl-

AgCl(s)該反應(yīng)的逆反應(yīng)為AgCl溶解平衡,電池反應(yīng)的平衡常數(shù)即為AgClKsp的倒數(shù)。解：目前十四頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)目前十五頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)四、

電位分析法

根據(jù)Nernst方程，電極電位和溶液中離子濃度(或活度)有一定關(guān)系，可通過(guò)電極電位的測(cè)定，對(duì)物質(zhì)的含量進(jìn)行定量分析，叫電位測(cè)定法(電動(dòng)勢(shì)法)目前十六頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)目前十七頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)電位法是通過(guò)測(cè)定原電池電動(dòng)勢(shì)來(lái)確定被測(cè)離子濃度的方法。通常是將兩個(gè)不同電極插入被測(cè)溶液中組成電池，利用其電動(dòng)勢(shì)與離子濃度之間的定量關(guān)系測(cè)得離子濃度。兩個(gè)不同電極，一個(gè)電極的電極電位是已知的，且不受試液組成變化影響。這個(gè)電極稱為參比電極（referenceelectrode）目前十八頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)另一個(gè)電極的電極電位與被測(cè)離子濃度有關(guān)，它們之間有Nernst響應(yīng)，該電極稱為指示電極（indicationelectrode）。由參比電極和指示電極（Mn+/M）組成電池為（-）M︱Mn+（c）‖參比電極（+）目前十九頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)在一定溫度下，和都是常數(shù)只要測(cè)得電池電動(dòng)勢(shì)，即可求出待測(cè)離子濃度C（Mn+/M）。這就是電勢(shì)法的基本原理目前二十頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)

要測(cè)定電極電位，必須組成一個(gè)原電池，測(cè)定它的電動(dòng)勢(shì)。其中一個(gè)電極的電位必須是已知的和穩(wěn)定的，另一個(gè)電極必須能指示待測(cè)物質(zhì)的濃度。前者叫參比電極（referenceelectrode），后者叫指示電極(indicatorelectrode)。目前二十一頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)一、參比電極（一）參比電極（referenceelectrode）：電極電位已知并且性能穩(wěn)定的電極

1．

飽和甘汞電極（saturatedcalomelelectrode，簡(jiǎn)寫為SCE）電極組成：Pt，Hg，Hg2Cl2|KCl（飽和）電極反應(yīng)：Hg2Cl2+2e=2Hg+2Cl-

c(Cl-)=2.8molL-1(KCl飽和溶液)

(Hg2Cl2/Hg)=0.2415V目前二十二頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)甘汞電極:c(Cl-)=1.0molL-1

(Hg2Cl2/Hg)=0.2628V目前二十三頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)目前二十四頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)2．氯化銀電極電極組成：Cl-|AgCl,Ag298.15K時(shí)的電極電位AgCl/Ag電極屬于金屬-金屬難溶鹽-陰離子電極。制作簡(jiǎn)單，但價(jià)格較高。方法：在Ag絲上鍍上一層純Ag后，再鍍上一薄層AgCl。目前二十五頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)AgCl(s)+e=Ag(s)+Cl-(aq)298.15時(shí)的電極電位若KCl溶液為飽和溶液、(AgCl/Ag)=0.1971VKCl溶液為1mol·L-1,(AgCl/Ag)=0.222VKCl溶液為0.1mol·L-1時(shí),(AgCl/Ag)=0.288V。此電極對(duì)溫度變化不敏感。可以在80°C以上使用。目前二十六頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)（二）、指示電極

指示電極（indicatorelectrode）：用以指示待測(cè)物質(zhì)濃度（或活度）的電極。這種電極的電極電位對(duì)待測(cè)物濃度（活度）變化敏感，而且其變化符合Nernst方程。

測(cè)定H+濃度（活度）的常用電極為玻璃電極。目前二十七頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)目前二十八頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)2、玻璃電極(Glasselectrode)：

結(jié)構(gòu)（如圖）：1.玻璃球膜：用SiO2

、Na2O、CaO制成，厚度約為0.1mm，電阻大，約10-500M。2、1mol·L-1的HCl溶液，（或一定濃度NaCl的pH=4或7的緩沖液)。3、鍍有AgCl的Ag絲，即AgCl-Ag電極，稱為內(nèi)參比電極。4、7、電極導(dǎo)線。5、玻璃管。6、9、靜電隔離層。8、10、高絕緣塑料。目前二十九頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)玻璃電極電位的產(chǎn)生不是由于電子的得失，而是由于玻璃膜內(nèi)外氫離子濃度不等造成的，這種電位差叫膜電位。玻璃電極的電極電位也符合Nernst方程：目前三十頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)

工作原理：將玻璃電極插入待測(cè)溶液中,當(dāng)玻璃膜內(nèi)外兩側(cè)的氫離子濃度不等時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電位差,這種電位差稱為膜電位。由于膜內(nèi)側(cè)H+活度固定,膜電位就隨外側(cè)H+活度而改變，即隨待測(cè)溶液的pH值的改變而變化。αH+已知膜內(nèi)溶液|溶脹層|干玻璃層|溶脹層|待測(cè)溶液

α’H+

α’H+αH+未知玻璃球膜：目前三十一頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)復(fù)合電極(combinationelectrode)將玻璃電極和參比電極組裝在一起就構(gòu)成復(fù)合電極。結(jié)構(gòu)（見(jiàn)玻璃電極）。目前三十二頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)（三）、電位法測(cè)定溶液的pH（-）玻璃電極|待測(cè)pH溶液||SCE（+）目前三十三頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)T一定時(shí),φSCE為一常數(shù)，令KE=φSCE－K玻目前三十四頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)

在實(shí)際應(yīng)用中，為消去未知數(shù)KE，常進(jìn)行如下的操作：

①先將電極浸入到pH值為pHs的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，測(cè)其電動(dòng)勢(shì)

Es，則:目前三十五頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)②再將電極浸入到待測(cè)溶液中，測(cè)其電動(dòng)勢(shì)為E，則：兩式相減并整理得：目前三十六頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)測(cè)定pH的操作定義（operationaldefinitionofpH）:

式中，Es為用已知準(zhǔn)確pHs值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液測(cè)定的電池電動(dòng)勢(shì)，E為用待測(cè)液測(cè)定的電池電動(dòng)勢(shì)。

目前三十七頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)

上式中pH與E為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。應(yīng)用這一原理設(shè)計(jì)出的測(cè)定溶液pH值的儀器叫pH計(jì)或酸度計(jì)。目前三十八頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)目前三十九頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)目前四十頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)目前四十一頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)目前四十二頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)

有一含有Cl-

、Br-

、I-的混合溶液，欲使I-氧化為I2，而B(niǎo)r-和Cl-不發(fā)生變化.在常用的氧化劑H2O2、Fe2(SO4)3和KMnO4中選擇哪一種合適？

查標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表得：選擇合適的氧化劑和還原劑目前四十三頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)2Ag+Cu2+(0.1mol/L)=2Ag+(0.1mol/L)+CuE=0.3123-0.7404=-0.4281v(-)Cu|Cu2+(0.1mol/L)‖Ag+(0.1mol/L)|Ag(+)目前四十四頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)本章小結(jié)一、氧化還原反應(yīng)1、氧化值2、氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。一個(gè)氧化還原反應(yīng)可以拆成兩個(gè)半反應(yīng)，氧化半反應(yīng)或還原半反應(yīng)中都含有一個(gè)氧化還原電對(duì)。3、氧化還原方程式的配平。目前四十五頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)二、原電池

1.原電池的概念電池反應(yīng)、半電池反應(yīng)、電極反應(yīng)

2.電極類型及原電池的組成式(規(guī)則)3.電極電位的產(chǎn)生

4.標(biāo)準(zhǔn)電極電位表及其應(yīng)用三、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下氧化還原反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)。

E＞0，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行；

E＜

0，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行；

E=0，反應(yīng)達(dá)到平衡。目前四十六頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)四、Nernst方程式

電極電位的Nernst方程式目前四十七頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)五、電位法測(cè)定溶液的pH值參比電極：甘汞電極和AgCl/Ag電極指示電極：玻璃電極IUPAC確認(rèn)的pH的操作定義是：目前四十八頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)15.Fe2++Ag+=Fe3++Ag(-)Pt︱Fe2+,Fe3+‖Ag+︱Ag(+)\目前四十九頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)電化學(xué)和生物傳感器概述

傳感器是一個(gè)非?；钴S的研究和工程技術(shù)領(lǐng)域，它與化學(xué)、物理、生物信息學(xué)、生物芯片、生物控制論、仿生學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科一起，處在生命科學(xué)和信息科學(xué)的交叉區(qū)域。目前五十頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)作為生物，最基本特征之一就是能夠?qū)ν饨绲母鞣N刺激作出反應(yīng)。其所以能夠如此，首先是由于生物能感受外界的各類刺激信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成體內(nèi)信息處理系統(tǒng)所能接收并處理的信號(hào)。例如，人能通過(guò)眼、耳、鼻、舌、身等感覺(jué)器官將外界的光、聲溫度及其它各種化學(xué)和物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成人體內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)等信息處理系統(tǒng)能夠接收和處理的信號(hào)。目前五十一頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件傳感器由兩部分組成1.直接感知被測(cè)量信號(hào)部分2.初始信號(hào)處理傳送的電路部分目前五十二頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

臨床上用免疫傳感器等生物傳感器來(lái)檢測(cè)體液中的各種化學(xué)成分，為醫(yī)生的診斷提供依據(jù)；生物傳感器已應(yīng)用于監(jiān)測(cè)多種細(xì)菌、病毒及其毒素。生物傳感器還可以用來(lái)測(cè)量乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各種氨基酸，以及各種致癌和致變物質(zhì)。

目前五十三頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)食品工業(yè)

生物傳感器可以用來(lái)檢測(cè)食品中營(yíng)養(yǎng)成分和有害成分的含量、食品的新鮮程度等。如已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的酶電極型生物傳感器可用來(lái)分析白酒、蘋果汁、果醬和蜂蜜中的葡萄糖含量，從而衡量水果的成熟度目前五十四頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)家用醫(yī)療保健類生物傳感器

手掌型血糖分析器

研究者最初沿著干化學(xué)試劑條測(cè)定尿糖濃度的思路，采用酶法葡萄糖分析技術(shù)、并結(jié)合絲網(wǎng)印刷和微電子技術(shù)制作的電極，以及智能化儀器的讀出裝置，三者完美地組合成微型化的血糖分析儀。它們大多數(shù)是價(jià)位在500-1800元之間的簡(jiǎn)易型儀器，適于家用和病人自己使用。

目前五十五頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)胰島素泵

現(xiàn)有皮下型和植入型。目前這類廣泛應(yīng)用的胰島素泵還是開(kāi)環(huán)式的，從嚴(yán)格的意義來(lái)說(shuō)，它只是一種智能式的注射裝置，不是一種生物傳感器，但是它離不開(kāi)血糖的分析，況且，30多年來(lái)研制與血糖分析器偶聯(lián)的閉環(huán)式人工胰島的努力一直沒(méi)有停止，這種目標(biāo)終究會(huì)實(shí)現(xiàn)。

目前五十六頁(yè)\總數(shù)七十一頁(yè)\編于八點(diǎn)高端不破皮血糖分析儀包括手表式血糖分析儀和用紅外傳感器原理的食指按壓式血糖分析儀。該裝置像一塊戴在腕部的手表，使用低電流無(wú)痛地將血糖抽取到自耗式經(jīng)皮透滲貼片(自動(dòng)傳感器)。該自動(dòng)傳感器內(nèi)置一個(gè)生物傳感器，安放在手表式血糖監(jiān)測(cè)儀的背面，緊貼在皮膚上。收集到的血糖在自動(dòng)傳感器內(nèi)引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電子。生物傳感器測(cè)量電子數(shù)目，而ASLC芯片使電子發(fā)射值與血液中的葡萄糖濃度值相等。手表式血糖監(jiān)測(cè)儀可在頻繁地間隔內(nèi)測(cè)量血糖值。這種手表式