当前课程知识点：大学化学 > 第十章 氧化还原反应与电化学基础 > 10.2 原电池与电极电势—原电池 > Video
同学们好
这一节我们将在
上节的基础上
跟大家讨论
原电池
与电极电势的相关内容
在上一节当中
我们从氧化还原反应的
组成开始
跟大家介绍了
氧化剂和还原剂
在氧化还原反应当中的作用
那么
由我们的氧化还原反应
所构成的原电池
它的结构特征
又有什么特点呢
我们首先来看一个
简单的置换反应的实验
中学里边
老师跟大家介绍过
如果把一个Zn棒放在
CuSO4溶液当中
这时候会出现什么现象呢
同学们会毫不犹豫的回答
这时候会产生
Zn棒的溶解
并且在表面
会被深色的Cu呢
会逐渐的覆盖
原因是什么呢
是Zn具有比Cu
更高的活泼性
所以当Zn的单质
放在含Cu的溶液当中时
这时候Zn就会失掉电子
而变成离子
而Cu2+呢
则会得到电子
而以单质的形式吸出到
相应的Zn棒的表面
同时
细心的同学还会讲
随着反应的进程
由于Zn2+本身是
不带有颜色的
所以
含有两价Cu2+的溶液呢
会由于Cu2+的减少
颜色逐渐的变淡
如果
我们这里再问大家
除了上述
两个过程的发生以外
伴随着刚才的置换反应
还会有什么样的现象呢
同学们或许经过思考
就会发现
除了刚才的颜色的变化
和物质的变化以外
溶液可能还会有
相应的热量
向环境当中散失
原因是什么呢
是因为
我们的Zn和Cu
两种单质物质
它们的晶格会有不同
同时呢
Zn2+和Cu2+
它们的水和热
也有不同
这种种的不同
就造成了
由单质的Zn
变成单质的Cu的过程当中
能量的不均衡
这种能量差异呢
最终以热量的方式
散失到环境当中
如果我们考察这样一个
氧化还原反应的
离子方程式
我们就不难发现
这实际上是由一个
单质和离子之间
发生氧化还原反应
变成Zn的离子
和Zn的单质的过程
如果仅仅把Zn棒
放在溶液当中
那么就伴随着
溶液颜色的变浅
单质Cu的量的增加
还有散热现象
这是整个反应过程当中
我们能够观察到的
所有的现象和物理参量
变化的规律
但是
如果我们把同样的
氧化还原反应
把它放置在
一个新的环境当中
这时候我们把Cu棒
放在含Cu2+的一端
这一端呢我们注入的是
含Cu2+的溶液
而在另一端呢
我们把Zn棒放在
含Zn溶液的
这样一个体系当中
并且通过外围的导线
把Cu棒和Zn棒
作为两个电极
把它们串联起来
同时
含有Cu2+
和Zn2+的溶液呢
我们通过一个饱含
氯化钾离子的
这样一个盐桥
来进行电路的沟通
这时候我们就形成了
由盐桥形成的
溶液体系的一个内电路
和由导线
与电极之间连接
形成的一个外电路
这时候就组成了
我们的原电池的结构
原电池
从它的结构特征上
需要有一个
氧化还原反应
并且这个氧化还原反应
要发生在不同的电极上
在刚才
我们把Zn棒直接放在
含Cu2+的溶液当中
这时候的氧化还原反应
实际上就发生在
Zn棒的表面
所以 和现在的
Zn的电路结构相比
和刚才的置换反应
就有了本质的差异
在这样一个新的结构当中
由于
氧化还原反应过程当中
所释放的电子
将不再由Zn棒表面
直接传递给Cu
而是通过
这样的一个外电路
再传递到我们的Cu的一极
同时呢溶液当中的
电荷的平衡呢
又通过我们盐桥当中的离子
在不同方向上的分离
而达到整个体系的
电荷转移的平衡
这样就构成了我们
原电池的最基本的结构
借助氧化还原反应呢
我们可以通过这样的
外电路和内电路的构造
将化学能呢
转变为相应的电能
能够实现这样功能的装置
就是我们在这一节当中
要讨论的原电池
如果要构成一个原电池
首先
我们必须要有一个
能自发进行反应的
这样一个氧化还原过程
同时呢
氧化还原反应
还要分别在
两个电极上同时进行
如果在同一个电极上
那么这时候
就会发生类似于
我们前述讨论的置换反应
它的能量差异呢
会以热量的方式
散失到环境当中
而不会以电能的方式
向外输出
同时呢
这样的一个装置呢
需要构成一个通路
如果系统构成了通路
就会形成
原电池的反应
如果构不成通路呢
这个反应要不然
就不能够开动
要不然呢
称量差异呢
会以热量或其它形式
而散失到环境当中
而不会形成我们的
这样一个原电池的结构
和原电池的反应
为了使大家能够
更准确的把握
原电池的构成
和工作的机制呢
我们通过下面的典型实验呢
跟大家作以具体的介绍
同学们请看
这是一个
铜锌原电池的反应
首先我们把
相应的两个电极
通过打磨以后
放置在不同的容器当中
通过外电路的连接呢
构成了我们的
外电路的回路
我们分别把盛有
ZnSO4溶液和CuSO4溶液
注入到
相应的电极容器当中
那么这时候呢
只构成了我们的回路的一半
其中最关键的部分
盐桥的插入
同学们马上可以看到
我们的原电池开始工作了
原电池工作的原理
就是当Cu棒和Zn棒
分别插入相应的
离子的溶液当中以后
通过导线连接起了
我们的外电路的回路
而我们的盐巧呢
又沟通了我们的
内电路的回路
这时候我们可以看到
在电压表当中
已经显示出来
我们整个铜锌原电池的
电动势呢
是在1.1伏左右
从刚才的实验当中
同学们看到了
当Cu和Zn分别在
不同的容器当中
通过外电路
和内电路的连接
最后形成了
我们相应的原电池结构以后
我们更希望了解
原电池反应的实质
通过对氧化还原反应的解析
同学们就不难了解
原电池反应的实质
它实际上是
在原电池当中
正极当中的
氧气型的物质
氧化负极当中的
还原型的物质
而氧化型的物质
和还原型的物质
它们在
氧化还原反应过程当中
到底充当了什么样的角色呢
那么后续的讨论当中
我们会跟大家
一一的揭开
它们之间的联系
这里首先
我们要跟大家分享的是
关于原电池的表达方式
也就是
原电池符号的标准写法
对于刚才我们讨论的
铜锌原电池
我们可以了解到
在负极实际上是Zn
失去电子的一个氧化反应
在正极呢
是Cu2+得到电子的
一个还原反应
如果用IUPAC规定的
原电池符号
来表达我们的
这样一个铜锌原电池的
它的标准的写法的话
我们首先
要在这样的一个结构当中
在正中的部位
画上一个双竖线
这代表了
我们的内电路的盐桥
同学们注意
原电池构成当中
无论是哪种类型的原电池
盐桥的位置
一定是处在最中间
而且是最显眼的位置
大家一定不要把它忘记了
而在我们的两个电极上
分别由两个竖线
表示的是
我们的电极
和参与反应的物质
Cu和Zn
这里它们既形成了
电池反应的电极
同时又是电池反应的
直接参与者
但是由于溶液和我们的
固项的金属之间
是不同的项
所以要用单一的竖线
来表示我们的项的界面
同时由于溶液的
当中的离子的形态
和离子的浓度的不同
我们还要把相应的浓度呢
表示在
相应的电池的一侧
由于氧化和还原反应
是发生在不同的电极上
所以在标准的
原电池写法当中
我们把负极呢是写在
整个电池符号的左边
也就是Zn的这一侧
把正极呢
写在整个符号的右边
也就是Cu的这一侧
所以在原电池的标准符号
写法当中呢
既有左和右的
这样一种
常规的分裂方法
同时为了更清晰的表达
我们电极的正和负
我们在左边和右边
还要在括号内
分别注明
我们的电极的类型
这就是IUPAC规定的
原电池的标准的
符号的写法
接下来
我们来看
如果这样的一个反应当中
它的正极不再是Cu2+
和相应的Cu之间的构成
而是变成了
氢离子和氢气
大家都知道
氢气本身是不能够导电的
它来作为直接的电极
显然是不现实的
这时候就需要我们增加
外在的不参与反应的
比如像铂
这样的导电金属
来作为我们的
电池的正极
要注意的是
氢离子是在溶液当中的
氢气呢 是气态的
气液之间会有单一竖线的
项界面
而作为不参与反应的铂电极呢
它和我们的反应物之间
用逗号来隔开
这是表示两者之间
没有参与化学反应的
一个典型关系
而总的电池反应呢
就是Zn与酸当中的
氢离子反应
最后变成Zn2+和氢气
这样一个氧化还原反应
如果我们给它构建一个
原电池的回路的话
一样可以从置换反应
变成原电池的反应
那么同样
我们还可以
在整个的原电池当中
利用不同的离子的价态
和不同浓度之间的变化
来构建氧化还原反应的
原电池反应
不同的是
由于我们的离子都是处在
液态的状态
那么这时候
我们需要
导电的电极的时候呢
电极是固态
所以它和液态的离子之间
也要有一个单一竖线的
一个项线
原电池
由于电极的形式的不同
而分为不同的类型
比如说
我们可以
直接由金属和其离子
形成的金属电极
还可以由相应的非金属
及其离子
形成的电极反应
当然
还有在不同的离子之间
价态变化时
我们引入导电的材料
作为电极
那么当然
也还有我们不常见的
也就是难溶电解质
与金属所构成的电极
有关电极
和电极反应类型呢
我们在后续的介绍当中
还会给大家介绍许多例子
这一节呢
我们就介绍到这
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
