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 > 10.3 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） > Video
同学们好
这一节我们开始一个
新的内容的讨论
也就是
影响电极电势的因素
为大家一起分享
在电化学当中
一个重要的理论模型
也就是
能斯特方程
讲到能斯特方程
他研究的起因
主要是为了讨论
浓度和分压
对于电池的电动势的影响
能斯特方程
有多种的推导方式
最初在19世纪末
能斯特在研究
大量的水溶液当中
电对的电极电势基础上
建立起来的电解质的浓度
与电极电势之间的关系
这样的关系变化
到底是怎么样一种规律呢
我们不妨还是从刚才的
铜锌原电池的实验当中
找到基本的实验现象
加以理论分析和
更深入的讨论
在铜锌原电池的反应过程当中
同学们观察了
我们在不同的容器当中
加入相应的
离子溶液以后
这时候
电压表上的数值
并没有显示
实际有意义的数字
但是
当我们把相应离子的溶液
加入到
对应电极的容器当中
并且放上
我们重要的一个环节
也就是构成内电路的
盐桥以后
这时候同学们发现
我们的原电池的电动势
变成了1.10V
从内电路和外电路的构成上
我们可以发现
在外电路当中
电压表实际上反映的是
两个电极之间的电动势
细心的同学
不知是否注意到
如果我们观察这样一个
电动势的变化
发现在1.10V后面的数字
却在随着时间的推移
在不断的下降
这样一个下降的趋势
难道意味着
实验过程当中呢
某种特殊现象的规律
还需要我们揭示吗
答案是肯定的
因为在形成这样一个
闭合的电路过程当中
随着时间的推移
反应的进展
整个反应的状态
从最初的标准状态
不断地随着时间的推移
而发生相应的变化
Cu2+一端
溶液当中的离子浓度
不断的减少
而Zn的一端呢
Zn2+的浓度
却在不断的增加
这样的一个
线性减小的
这样的一个趋势
预示着反应的进程
在不断的变化
那么接下来我们就要用
能斯特从实践当中总结
相应的数学规律的方法
来讨论
我们的原电池电动势的
变化规律
对于我们刚才讨论的
铜锌原电池来讲
从它的电池符号当中
我们可以看到
在标准状态下
这时候
起始的电池的电动势
是1.10V
随着时间的推移
这当中Cu2+的浓度
会逐渐的减小
而Zn2+的浓度呢
会逐渐的增加
而我们观察到的
在外电路上面的
电压表的
相对的电动势的变化
却发现
它随着时间的变化
而呈现逐渐下降的趋势
这样的下降的趋势
如果我们从
数学模型上去讨论的话
就可以建立起
关于我们的离子反应方程的
一个反应商
通过反映商的规律呢
我们可以找到
这样一个下降的数学方程
实际上是以纵坐标
为原电池的电动势
横坐标为反应商的对数值
它的变化规律是一个线性
减小的过程
如果我们把这样的一个
线性过程
用一个代数方程来描述的话
那么原电池的电动势呢
就等于这样一个线性方程
其中横坐标
代表我们反应商的对数值
A和B呢
分别是针对
原电池的反应过程的
相对独立的参数
也就是我们实验的常数
经过研究发现
A就是标准电动势
对于铜锌原电池来讲
等于1.10V
而B是一个组成结构
相对复杂的参数
描述起来大体是
-2.303RT/nF
RT和nF分别代表
什么样的物理含义呢
进一步的
能斯特通过细致的研究
给相关的参数
命名了物理含义
比如说n
就是在氧化还原反应过程当中的
转移的电子的数量
T不用吾言
这就是
我们的开尔文温度当中的
绝对温度
R呢 是普适气体常数
F在这里引入的
是法拉第常数
如果我们把已经求得的
A,B两个参数
代回到
原来的线性方程当中
就得到了原电池电动势的
能斯特方程
在这样一个方程当中
为我们揭示了
原电池的电动势
随着浓度和分压的变化
与标准的
原电池的电动势
之间的关系
它们的纽带
就是反应商的对数值
而这当中的反应商
我们通过具体的原电池的
氧化还原反应
可以迅速的确定
反应商在反应进程的
某一时刻
它的具体的数值
随着反应商的变化
我们就可以直接的推导出
原电池的
电动势的变化规律
如果我们是对一个
电极反应而言
在我们电极反应过程当中
我们尊重IUPAC
对于还原电势的规定
氧化态物质得电子以后
变成还原态物质
那么把这样一个
氧化还原反应的过程
带入到我们原电池的
电动势的能斯特方程当中
我们同样可以得到
氧化还原电对的电极反应的
电势的变化
与相应的电极反应的
反应商
它的对数值之间的关系
直接的联系的桥梁呢
也要依赖于
电极电势的标准值
特别要注意的是
无论对于电极电势
还是我们原电池的电动势
这当中最重要的一个参数
就是n
n代表了
在电极电对的
氧化还原反应
和原电池的
氧化还原反应过程当中
电子的转移总数
这一点
一定要引起同学们的重视
如果n我们能够准确的把握
一个氧化还原反应过程的
它的内涵和实质
就会被我们清晰的了解
如果n我们判断有误的话
我们有可能就会错误的
把氧化和还原反应
它的进程呢
变成了另外一种形式
这时候我们就不能够得到
准确的电极电势
或者是原电池的电动势
如果在室温条件下
我们确定了温度是
电化学的标准态的时候
这时候电极电势的能斯特方程
还可以进一步的简化成
一个特殊的数值
也就是0.0592/n
在这种情况下
反应商的对数值
与相应的常数的乘积
比上在反应过程当中
氧化还原反应
得失电子的数目
就可以很方便的
从电极的标准电极电势
和这样一个数值的差值当中
获得相应的
电极电势的变化规律
掌握了这些规律
就为我们后续
利用能斯特方程
来研究浓度、分压
对于电极电势的影响
提供了便利的条件
同学们
课后还可以通过
不断的练习呢
来加深对于电极电势
和原电池的电动势
对温度影响
和分压影响的
响应规律的学习
有了这些知识的储备啊
我们后续的
电化学问题的讨论
就会变得
更加容易更加方便
那么接下来
我们跟大家讨论一个
新的问题
在上一节当中
跟大家介绍了
对于氧化还原反应的
电极电势而言
当我们改变
氧化性和还原性物质的
化学计量比系数的时候
电极电对的电势
并没有发生相应的变化
什么原因呢
我们从电极电对的
能斯特反应入手
来讨论这个问题的实质
比如说
我们对于上面这样一个
反应的离子方程式
由氧化态变成还原态
如果整个的转移
是n个电子的话
代入电极电势的
能斯特方程
我们可以写出
第一种表达方式
如果我们把
上述的方程给它加倍
这时候相应的
化学计量比系数加倍了
那么转移的电子数
也会相应的加倍
而代入到我们的反应商
当中去的时候
它们的幂指数相应的加倍了
而在这里的分母呢
也被加倍了
回顾我们中学已经掌握的
数学工具
对于对数与
层级之间的关系
我们就可以把
相应的幂指数
移到我们的对数的前端
这时候幂指数上面的2
和分母上面的2
正好互相是抵消的
那么我们就可以发现
改变了化学计量比系数
它的电极电势
并没有发生相应的改变
所以从这个层面上
我们可以更加深刻的理解
电化学反应过程当中
电极电势
是电极电对的
本征的物理性质
它会受到相应的浓度变化
分压变化的影响
但是
却与方程式当中的
化学计量比无关
这就是我们要跟大家
延伸的一个知识点
希望同学们
通过后续的练习
再来印证
我们这样一个观点
并且利用这样的观点呢
为大家找到更多的
关于电化学问题的答案
有关这节的内容
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
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-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
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-4.2 共价键理论—共价键的性质
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-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
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
--Video
-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
--Video
-4.6 分子间作用力-分子的极性
--Video
-4.6 分子间作用力-分子间作用力
--Video
-4.7 氢键
--Video
-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
--Video
-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)
--Video
-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
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-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
