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 > 10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度 > Video
同学们好
这一节我们继续
电极电势应用知识的学习
在上一节当中
我们和大家分享了
有关标准电极电势的大小
和电极电对的氧化还原性
以及金属材料的
相应的活泼性的问题
同时我们和大家讨论了
总反应的标准电极电势
和分步反应的
标准电极电势
之间的数学关系
帮大家找到了方便的解决
总的反应与
分步反应之间的
标准电极电势的
数学关系的
处理方法
那么这一节呢
我们将帮大家来判断
氧化还原反应的
进行程度的
有关热力学参数的
相关的讨论
谈到氧化还原反应
进行的程度
我们就不难想到
有关平衡常数Ksp
pH值以及K不稳等等
我们在前述讨论
平衡问题所涉及到的
有关的物理的参量
那么在这节当中
我们还要借助平衡的思想
来讨论相关的
平衡参量的变化规律
因为当氧化还原反应
达到平衡时
由氧化还原反应
所构成的原电池的电动势呢
就会=0
这是我们在前述讨论当中
已经得到的概念
当原电池的电动势
=0的时候
这就要我们就会发现
原电池它的标准的电动势
与平衡常数的对数值之间
形成了这样一个数学关系
通过简单的移项
我们就可以直接通过
原电池的标准电动势
来求解相应的
反应达到平衡时的
标准平衡常数
因为在这种状况下
我们的反应商就等于
标准的平衡常数值
那么接下来
如果是在298.15K的
这样一个
电化学的标准温度下
上述的式子
还可以简化成
这样一个常数
和在反应过程当中的
电子转移数的比值
那么更进一步的
通过移项我们就可以
把标准平衡常数的对数值
和氧化还原反应
原电池的标准电动势之间
形成这样一个正比的关系
比例系数呢
就是在反应过程当中
电子的转移数
与0.0592的比值
这个工具
看起来既简单
又实用
利用这样的工具
我们就可以计算
氧化还原平衡时的
标准平衡常数
也可以用它来得到
溶解沉淀平衡当中的Ksp
还可以计算
酸碱平衡当中的
pH值的变化
当然
对于配位平衡来讲
我们还可以计算出
配合物或配离子的K稳
和K不稳
所以
通过前述的讨论
我们得到了标准平衡常数
和氧化还原反应当中的
原电池的电动势
这两者之间的数学关系
会为我们解决实际的问题
带来极大的方便
不知道同学们是不是注意到
在前述我们讨论化学平衡
和动力学问题的时候
很多情况下都是我们预设的
分压、浓度
相应的变化值呢
让大家反过来来推算
平衡常数、速率常数的
相应的改变
而我们如果回归到
实际的实验和研究过程当中
分压和浓度
一般是非常难得检测的
而如果
我们的反应过程当中
可以通过氧化还原反应
组成的原电池来测量
反应过程当中
氧化还原电对之间的
原电池的电动势
这时候我们就不需要
再测量分压和浓度的变化
而可以直接得到
相应的标准平衡常数
这个标准平衡常数
根据我们研究
平衡的对象不同
就可以幻化成
K⊖,Ksp⊖
pH值和K稳⊖
或K不稳⊖
这样的解决方法
就为我们解决
复杂的化学问题
提供了极大的便利
而在实际的化学研究当中
人们也常常
来利用这样的工具
来解决那些看起来
不可能解决的复杂问题
接下来我们就来看
人们怎么样利用
这样一个有效工具呢
来解决
我们实际反应过程当中的
平衡常数的问题的
首先
我们来看
对于这样一个
水溶液当中的
离子之间的反应
氧化还原反应的
原电池的标准电动势
我们可以通过
相应的测量方式来得到
这时候我们代入了
原电池的标准电动势
就可以求到相应的
氧化还原反应的
标准平衡常数的准确值
我们对于这样复杂的
一个酸性条件下的
氧化还原反应
也可以借助同样的条件
来研究标准平衡常数
与氧化还原电对
它们的电势之间的差值
所构成的
数学方程的变化规律
同样
我们在离子与单质之间的
氧化还原反应当中
也可以利用相应的
氧化还原电对的
电极电势之差
来求取平衡常数的代数值
一般来讲
当在氧化还原反应过程当中
电子转移数等于2的时候
只要相应的氧化还原
电极电对的电势差
能够大于0.2V
这时候就认为
这样一个氧化还原反应
是可以进行的比较彻底的
原因是
对应的这样的一个电势差
在电子转移数为2的情况下
相应的平衡常数呢
会达到107的量级
也就是氧化还原反应
能够进行的
比较彻底的一个量级
当然同学们不要忘了
平衡常数只是化学反应
进行方向的判断依据之一
什么时候能够达到平衡
还需要我们综合考虑
反应的温度
还有相应的催化剂
这是一个动力学的问题
在解决化学反应的
方向和进度的问题时
人们一定不要忘了
要把热力学的判据
和动力学的条件
加以有机的结合
才能够找到这个问题
真正解决的正确方法
同时
要提醒大家注意的是
用原电池的标准的电动势
来求相应的标准的
平衡常数时
一般是不需要再写出
总的反应方程式的
只需要利用
这样一个数学方程
就可以求解出
标准平衡常数的
准确的数值
比如说
我们对于H2和O2
反应生成H2O的这样一个反应
我们只要能够测到
由这样一个氧化还原反应
所构成的原电池的
标准的电动势
就可以得到相应的反应的
标准的平衡常数
这当中
我们通过这样的计算
和这样用分压来计算
所得到的结果
是完全一致的
同样
如果我们把这样的一个结果
用到了改变了相应的
化学计量比系数的
这样一个结果当中
我们发现
标准的平衡常数的写法
发生了改变
因为它们的幂指数
是与反应化学方程当中的
化学计量比系数
直接相关的
而这时候我们发现
改变了化学计量比系数以后呢
相应的电子转移数呢
也会发生相应的改变
所以用这样的方程
来解析的标准的平衡常数
与用这样的方式
来解析的标准的平衡常数
两者之间还是会有
同样的结果
所以
标准平衡常数
虽然与方程式的写法有关
但是
我们在用这样的方式
来进行相应的
化学平衡常数的解析时
就不再需要
借助于我们的
实际的方程的
这样一个形式
而直接通过电子转移数
和氧化还原反应构成的
电池的标准电动势之间的关系
就可以得到相应的
标准平衡常数的
准确的数值
这为我们提供了
极大的方便
同时利用这样的工具呢
我们还可以计算
由不同的H+浓度
所构成的浓差电池的
电动势的变化规律
比如说
我们由两个不同的
H+浓度的溶液
所构成的原电池呢
我们称为
H+的浓差电池
这个电池 它的气相
参与的物质的标准分压
是100kPa
而反应的温度呢
是我们电化学的标准温度
298.15K
写出H+浓差电池的
标准符号
它是这样一个表达形式
在这当中
既有盐桥又有相界
还有我们插入的
不参与反应
但是具有导电特性的
铂电极
写出它的氧化还原反应的
方程式
在这当中
H+的浓度
是浓差电池
化学能量的来源
同学们也许还记得
在前述我们讨论
渗透压理论的时候
就跟大家介绍过
浓度的差异
是能量的重要来源
通过浓度的差异
可以产生渗透压
通过能量的差异
同样可以推动浓差电池
对外输出电能
接下来
我们可以用能斯特方程
来描述这样一个
H+浓差电池的
电动势与相应的反应商
之间的关系
代入相应的H+的浓度值
我们就可以计算出来
这个由不同的H+浓度
所构成的浓差电池
它的电动势呢
是0.118V
同样我们把这样的问题呢
可以归结成一类
相同的问题来解决
比如说如果我们已知
一个氢电极当中的
H+的浓度
是0.100mol·L-1
而另一个电极呢
我们并不知道
它的相关的H+的
准确浓度
这时候我们把
H+浓差电池的
标准电动势
与另一端电极的
H+的浓度之间
建立起一个pH值的
相关的方程
这时候我们只需要测量
相关原电池的电动势
就可以得到
另一端电极电对的
H+的浓度
H+的浓度
通过负的对数的变换
就可以变成相应的pH值
把pH值
和原电池的电动势
相互之间建立起的数学方程
就可以方便的来
测量反应体系当中的
电动势
和pH值之间的数学关系
在前述我们讨论
缓冲溶液的pH值的变化时
曾经遇到过一个精密的pH计
那个pH计的基本测量原理呢
就是利用已知的电极的
H+的浓度作为参照
通过求解
相应的电路当中的
原电池的电动势
与相应的pH值之间的关系
而建立起来的
这样一个数学方程
最后设计出来的
精密的pH测量仪器
通过这样的原理
还可以制造出许多类似的
测量和分析的装置和设备
供人们在研究
学习和生活当中利用
这一部分的知识呢
交给大家在课后
寻找新的参考资料
来加以拓展和分享
接下来
我们进一步讨论
另一个更为复杂的问题
也就是
如果在实验当中
我们测到了这样一个
氧化还原反应的原电池
所得到的标准的
电动势是0.577V
同时我们可以查表得到
Ag+和Ag
组成的氧化还原电对
它的标准电极电势呢
是0.799V
那么这时候
能不能通过
这样一个电池的符号
通过这两个已知的参数
来求解相应的AgCl沉淀
和Ag构成的氧化还原电对
它的标准电极电势
还有就是
AgCl的溶度积
这两个问题
都需要我们综合利用
前述讨论
氧化还原反应当中的
电极电对以及我们难溶电解质
它的溶解过程
来加以解析
那么首先我们来看
针对这样一个原电池的反应
正极反应呢
是Ag+被还原
而负极反应
是形成相应的
AgCl的沉淀
并释放出相应的电子
总的反应
就是Ag+和Cl-
形成AgCl的
沉淀的一个反应
如果用原电池的
标准电动势来解析
刚才的这样一个反应过程的话
那么这时候我们把阴极
和阳极的标准电极电势
相应代入
我们就可以求得
这样一个方程的结论
在它的左侧
是我们已经测量到的
原电池的标准的电动势
在右侧呢
第一部分
是我们已知的
标准电极电势
而第二部分
是我们所要求的
标准电极电势
再简单不过的一个数学方程
通过简单的移项
我们就可以得到
我们要求的第一个参数
也就是AgCl固体
和Ag形成的氧化还原电对的
标准电极电势
等于0.222V
解决了第一个问题
我们再来看第二个问题
也就是
氧化还原反应当中的
标准平衡常数
如果用AgCl
它的解离过程来描述的话
那么这时候
我们就可以变成相应的
这样一个数学表达式
而分母当中
这样一个表达式呢
又恰恰与AgCl的
标准的溶度积
是完全相同的数学概念
那么代入
我们对于平衡常数
与原电池的
电动势之间的关系的
数学方程
我们可以方便的算出
这样一个标准平衡常数的
对数值等于9.78
这样一个精确的代数值
那么把这样的一个数值呢
再代回到我们的Ksp⊖
与K⊖之间的关系
由于Ksp⊖与K⊖之间
是倒数的关系
所以代入对数关系以后呢
相应的代数值呢
要发生符号的转变
那么最终
我们可以确定
Ksp⊖的对数值
如果等于-9.78的话
那么标准的
AgCl的溶度积呢
就应该等于
10-9.78
也就是1.66×10-10
通过刚才我们一步一步
通过平衡常数Ksp⊖
它们相应之间的对数变换
和代数的加和
起初看起来非常复杂
似乎找不到
解决的入手点的问题呢
被我们一一解析了
这样典型的例题的解析呢
为我们更好地利用
平衡常数
和原电池之间的
电动势之间的关系
提供了极好的例证
同学们课后
一定要好好的
复习一下
刚才我们在课堂当中
跟大家一起分享的
相关例题的解析过程
这样会为我们将来
更多的利用有效的工具
去解决实际问题呢
提供极大的便利
这一节
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
--Video
-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
--Video
-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）
--Video
-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
--Video
-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)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
--Video
-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
--Video
-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
--Video
-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）
--Video
-7.1 自发过程与自发反应（二）
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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）
--Video
-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）
--Video
-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）
--Video
-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）
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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）
--Video
-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
