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—电极电势（一） > Video
同学们好
这一节我们继续
原电池
与电极电势的学习
在上一节当中
我们跟大家
通过氧化还原反应
构建了原电池的结构
那么这一节呢
我们将重点讨论
原电池的电极电势
那么
原电池当中
为什么会在回路当中
产生相应的电流呢
从已有的物理学知识
我们就知道
在原电池当中
能够产生电流
它的内在原因一定是
存在着相应的电极电势
而电极之间的电势差呢
就是构成电流产生的
主要原因
而我们电极反应
如何形成电势差
不同的电极反应
它们的电极电势的差异
到底以什么样为标准
来进行量度呢
那么接下来
我们就要跟大家讨论
电极电势产生的
理论模型
也就是
双电层理论
对于一个由金属
变为相应的离子
或由离子
变成金属单质的
这样一个溶解
或沉淀的过程来讲
中间的电子的得失
是氧化还原反应过程当中的
内在规律
而电子的得失呢
又与金属的单质
失去电子
变成相应的离子
和水溶液当中的离子
得到电子
再变成单质的金属
两者之间的变化过程
密切相关
但是
什么时候失去电子
什么时候得到电子呢
这却与金属的活泼性
直接相关
当金属处在
相应的溶液当中时
针对活泼金属
这时候单质金属
就具有失去电子
而变成相应的离子
进入到相应的溶液当中的
这样一个趋势
适当的电子呢
会富集在金属的表面
而在溶液与金属
相靠近的位置
形成了正电荷的堆积
并且
正电荷的堆积的密度呢
会随着界面向
溶液当中的扩展呢
而逐渐的降低
这种由于活泼金属
失去电子
而以离子状态进入溶液
在溶液和金属表面形成
正负电荷堆积的状态
我们就称为双电层的状态
而不同的金属
它们进入溶液的能力呢
也是不同的
对于活泼金属来讲
不同的活泼金属
它们丢掉电子
进入溶液的能力
就标识着
它们的溶解能力
和沉淀能力
两者之间的差异
一般对于活泼金属来讲
它的溶解能力会大于
它的沉积能力
所以
在活泼金属的内部呢
往往是以负电富集的方式
来形成表面电荷
而在溶液当中呢
是以正离子堆积的方式
也就是正电荷富集的方式
而形成它的
电势梯度的变化
那么这样一个变化过程呢
就可以用这么一张图
来形象的表示
与之相对的
对于非活泼金属来讲
当它处在相应的
离子溶液当中时
这时候
它的沉积的趋势呢
要大于它的溶解的趋势
活泼金属
是失去电子而进入
溶液变成离子
非活泼金属呢
则是与之相反
这时候
非活泼金属的离子呢
会得到电子
而进入到
这样的一个金属的
沉积过程当中
这时候在溶液当中
是以负电荷沉积的方式
来存在的
并且随着
界面到溶液内部的
距离的变化呢
负电荷分布的
这样一个范围呢
也会逐渐逐渐的减弱
对比活泼金属
在固液界面上面
所形成的双电层结构
非活泼金属
正好与之相反
它的内在机制就在于
活泼金属在其相应的
离子溶液当中
它的溶解的趋势会大于
沉积的趋势
而非活泼金属呢
在相应的离子的溶液当中
它的沉积趋势呢
会大于相应的
溶解趋势
这种沉淀与溶解趋势的不同
就造成了活泼金属
与非活泼金属的
界面处双电层结构的不同
同时呢 即使对
不同种类的活泼金属
和非活泼金属
它们的双电层所形成的
电极电势也会也本质的差异
有了这样的一个
基本的概念以后呢
那么我们再来看
金属的电极电势
它实际上是由金属和
溶液之间
由于形成了双电层
而产生的电势差
这种电势差
就和我们所形成的
这样一个双电层的
它的物质的结构有关
当然
也与我们的离子的浓度
和离子的价态有关
一般我们用这样的方式
来表示
双电层所形成的金属
与溶液之间的电极电势
在这样一个
符号的下标当中
一般我们要把
相应的氧化态
放在斜线的上方
而把它的还原态呢
放在斜线的下方
用于表示
不同价态之间的变化时
所产生的双电层
而导致的电极电势
IUPAC规定
还原电势
为标准的电极电势
什么是还原电势呢
也就是在刚才的符号当中
我们符号的下标
当中的斜线上方
是物质的氧化态
斜线的下方呢
是还原态
那么我们怎么样去把握
还原电势它的
氧化还原反应本质呢
这个方程当中
就给出了还原电势的
它的测量依据
在还原电势的测试过程当中
我们需要把氧化型的物质
得到电子的
变成还原型物质的
这样一个过程
作为我们考察
电极电势的反应类型
而同学们一定会产生疑问
对于活泼金属来讲
在大多数的反应过程当中
活泼金属都是失去电子的
那么我们怎么样考察它的
氧化型到还原型的过程呢
这样的解决方法
其实不难
同学们在后续的学习当中
只要关注我们的
标准电极电势
和标准电极之间的关系
就能够找到
通过氧化型物质
得到电子变成还原型物质的
还原电势的解决方法
什么是标准电极呢
在我们的电化学当中
最经典的标准电极
就是氢电极
它是由氢离子和氢气之间的
氧化还原反应
所制定的标准态的
反应机制
在电化学的标准状态当中
我们除了在热力学当中的
标准的分压
和标准的浓度以外
特别强调
我们的测量温度
是室温的298.15K
为什么在电化学当中
要规定标准的温度呢
因为同学们知道
电化学研究的是一种
能量的转换过程
化学能和电能的转换
在不同的温度下
会有不同的能量
和相应的大小的变化
那么这时候
我们就需要讨论
温度
对于能量转换过程的影响
规定的室温
是我们的标准态以后
我们就可以很方便的
借助热力学当中的标准态
来研究化学能和
电能之间的
转化的标准态
所以同学们
一定不要混淆
电化学的标准态
包括了温度的参数
而热力学的标准态
没有包括温度的参数
温度在热力学的
标准态的研究过程当中
只是一个参考值
接下来
我们来看
氢电极的物理构成
一般来讲
氢电极是通过
在1mol·L-1的H+当中
我们放置一个
涂了铂黑的薄片
作为电极
而在电极上呢
我们要通过
100kPa的
这样一个
流动的氢气的流量
这时候由100kPa H2
和1mol·L-1的浓度
的H+所构成的体系
我们规定
这样的体系所形成的
氢电极
在室温下
它的标准的电极电势呢
就是0V
这时候
同学们也许又产生了
新的疑问
为什么
我们的氢离子的浓度
和氢气的分压都一定了
而且在这个过程当中
我们还有
氢离子得到电子
变成氢气的
这样一个氧化还原反应的过程
但为什么它的
标准的电极电势
却是零伏呢
难道这个化学反应
没有发生吗
问题的症结不在这里
如果我们把这样一个0V
理解成氧化还原反应
没有发生
那么显然和它的实际情况
就有偏差
但是
发生了氧化还原反应
为什么还要规定
氢 它的标准电极的
电极电势是0V呢
为了解释清楚
这样一个问题
我们不妨从国家地理的
水准点的选取上
来找到参考的依据
同学们或许从过去的
学习当中已经了解了
国家地理水准点的
高度的选取
实际上
并不是选择的我们国家
在地理上最低的部分
而是选择了
在一定的年限当中
海平面最稳定的地理基准
作为我们国家水平高度的
参考点
具体来说
就是选择了
在1952年到1979年
这数十年当中
海平面的高度
作为我们的
地理水准点的一个起点
而这个起点呢
就设置在了青岛的观象山
但是它的
准确的海拔高度呢
不是0
而是72.26m
为什么要选择
这样一个特殊点呢
原因有两个
一个是
海平面的平均高度
预示着一个高度的起点
第二个
虽然这样的海拔
并不是绝对的零米
但是由于
这样一个地理位置
是处在地质结构比较稳定的
构造上
多年的地质的稳定构造
保证了
水准点的起点的准确性
所以以它为参考
人们更加关注的是
我们实际地理位置的
高度差
那么只要知道
我们实际地理位置
与这样的基准点之间的高度差
就可以为我们日常的生活
旅游、国防和工农业生产
提供地理的标准信息
所以
相对于我们的
海拔高度来讲
高度差是比选取
这样的海拔的
基准更重要的物理参数
而我们的标准电极电势
也有同样的规律
也就是说
选择在标准情况下的
这样的一个氢电极的
反应状态
并不意味着
氢离子没有变成氢气的趋势
而这样的氧化还原反应
在标准状态下的发生
恰恰意味着
氧化还原反应的
一种特殊的状态
而这种状态呢
就对应了电极电势的
“地理水准参考点”
这是一个打引号的
“地理水准参考点”
因为
这样的一个氧化还原反应
是处在我们的
最强烈的氧化剂
和最强烈的还原剂
两者之间的
一个反应的状态
它的0V
是我们人为设定的一个标准
它并不意味着
氧化还原反应没有发生
而意味着它的氧化
和还原能力
比较均衡的一个反应过程
那么接下来我们可以从
水溶液当中
不同的物质所产生的
氧化还原电势的变化规律当中
来考察氢
作为标准电极的
它的原因
我们首先会发现
从电负性最强的氟
到电负性最弱的锂
在水溶液当中
形成的不同的电极电对的
它的电极电势呢
是从最高的
正的2.87V
一直到-3.05V
而氢呢
正处在两者之间的
变化位置
所以把氢作为0V
是为了更方便的去参考
我们相应的
氟和锂之间的
电极电对的电势的变化
同时呢
氟是最强烈的
氧化型的电极电对
所以从锂到氟呢
电极电对的氧化型增强
而锂呢
是最强烈的
还原性的电对
那么接下来
从氟到锂呢
电极电对的还原性
依次的增强
那么这张表当中
电极电势的
相应的变化规律
就我们后续研究
原电池构成的电势差
以及原电池的电动势
提供了
最基本的理论依据
把握了这样一个变化规律
同学们就能够
更加自如的去运用
由电极电势而形成的
原电池的
电动势的变化规律
同时呢
同学们也许会产生疑问
常规的我们认为
电负性最强的是氟元素
那么它形成的
是氧化型最强的电极电势
我们可以理解
但是我们都知道
锂并不是电负性最小的
元素
那么锂形成的电极电势
为什么在这里却具有
最低的代数值呢
原因是
我们在这张表当中列出来的
都是水溶液当中的
标准还原电势
如果我们是在固相体系
或者是在气相
或者是溶液体系当中
那么相应的变化规律呢
也许还有新的变化机制
这也就是同学们
在刚才出现疑问的时候
老师能够告诉你的
最基本的答案
如果同学们关注
在不同体系当中
还原电势的变化规律
同学们可以找不同的参考书
来研究它们的
不同的变化趋势
那么接下来
还要跟大家介绍一点的是
由于氢电极
虽然是0V
处在氧化和还原电极的
两者变化规律之间
把它定为零呢
是一个非常方便的基准
但是由于氢气
本身的危险性
如果我们在实验过程当中
要直接选用氢的电极
作为标准电极的话
经常会给我们实验
带来不便
为了更方便我们在
电化学实验当中的
直接操作
多年的研究
人们找到了一种
以甘汞为电极电对的
一种新的电极
我们叫它
饱和甘汞电极
在这种电极当中
以KCl溶液
作为电解质溶液
那么相应的电极反应呢
是HgCl2的固相呢
与单质汞的液相
之间的电极反应
这种反应
从电极结构上来讲
非常的简单易控
我们只要
在这个结构当中
保持住KCl的
饱和溶液状态
提供相应的
Cl-的浓度
就能够保证
这样一个电极呢
是处在相应的稳定的
电极电势的工作状态
这个状态虽然不是0V
但是由于这个电极电势
与我们的
饱和KCl的浓度
是唯一相关的
只要是保证了
KCl溶液的
Cl-的浓度
这个值就是唯一确定的
所以就像我们的
地理水准点一样
虽然它的高度不是零
但是
却是一个最稳定的
地理高度的参考点
而且这样的电极呢
非常容易拆装和运输
所以在
常规的化学实验当中
研究电化学当中的
原电池的电动势
和电极电势的时候
饱和的甘汞电极的电势
是我们更方便的参考依据
所以
我们既要了解
标准的氢电极
同时也要了解
在实际过程当中
使用的参比电极
才能为我们后续学习
电化学的相关知识呢
奠定良好的基础
有关这方面的知识呢
这节课我们就介绍到这
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-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
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
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-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-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
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-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
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-2.1 物质的聚集状态—等离子体
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-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
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-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
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-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
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-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
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-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
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-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
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
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-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
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-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
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-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
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-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
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-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
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-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
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-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）
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-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）
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-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
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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-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
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-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）
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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（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
