4.4氧化还原反应和能源的开发与利用
上一节我们讲了根据氧化还原反应可以制作原电池，并讲了氧化还原反应和原电池的相关定义，这一节我们讲原电池的能量关系
4.4.2原电池中的能量变化
先来看见最简单的原电池(铜锌电池)的的能量关系
文章插图
铜锌电池的标准摩尔吉布斯函数变
一个氧化还原反应，无论氧化和还原是同时进行（氧化还原反应），还是分开进行（原电池），其能量变化是相同的 。
原电池反应都是自发反应进行的（即是吉布斯函数变小于零），原电池必须是氧还还原反应自发进行的方向 。
原电池是将化学能转变为电能的反应，其吉布斯函数变等于其电能变化 。
W电=nFE
n—物质的量，mol
F—法拉第常数，96485C?mol-1（阿伏伽德罗常数乘以一个电子的带电量，一般可以简写成96500C?mol-1）
E—原电池的电动势，V
吉布斯函数变的数值等于做的电功
ΔG=- W电
ΔG =-nFE
（电动势与吉布斯函数变的联系）
范特霍夫方程在电化学中的变形
文章插图
氧化还原反应的标准平衡常数与原电池电动势之间的关系
上述最后公式，要在温度是298.15K时才能使用，切记
这就提供了一种思路：根据物质的标准摩尔生成焓和标准摩尔熵，计算出标准摩尔吉布斯函数变，再根据上面这个公式，算出其改装成的原电池的标准电池电动势 。
4.4.3电极电势的产生、计算和应用
4.4.3.1标准电极电势
原电池能够产生电流，表明原电池两极间存在电势差（即是中学所学的电压），即每个电极有一个电势，称为电极电势 。
原电池的电动势（E）
E=正极电动电势 – 负极电极电势
标准状态下的电极电势称为标准电极电势，用φ?(氧化态/还原态）表示
4.4.3.2两种典型电极的电极电势
1）标准氢电极
标准氢电极：将镀有一层疏松铂黑的铂片插入c(H+)=1 mol/L的酸溶液中，在298.15K下通入p(H2)=100kPa的纯氢气流，在溶液中达到H+/H2达到平衡，其可逆程度很高，这样组成的电极叫做标准氢电极 。
Pt｜H2(g)｜H+(c)
电极反应:2H+(aq)+2e-?H2(g)
电对：H+/H2
电极电势：E?(H+/H2)=0.000V（IUPAC的人为规定）（还记得IUPAC的具体含义吗）
文章插图
标准氢电极
标准电极的测定
原理：利用参比电极组成原电池，测定其他电极的标准电极电势 。
方法：标准氢电极与待测电极组成原电池，测其电池反应的电动势
下面是测定Zn2+/Zn电极的电极电势的方法：
文章插图
Zn2+/Zn电极的电极电势的测定
例：Zn-H2在标注条件下组成电极，Zn为负极，在25℃时测定电池的电动势为E=0.7168V，求E?(Zn2+/Zn)的大小 。
解：根据E=φ（正极）-φ（负极）
0.7168=0.000- φ?(Zn2+/Zn)
φ?(Zn2+/Zn)=-0.7168V
上述讨论的电极电势，是在电对的氧化态物质与还原态物质处于可逆平衡状态，且在整个原电池无电流通过的条件下测得的 。这种电极电势称为可逆电势或平衡电势
2）甘汞电极（常用参比电极）
因为标准氢电极的使用不便，要随时补充氢离子和氢气，才能使得标准氢电极的浓度和压强控制在指定数值，使用起来相当的不方便 。为了使得测定其他电极的电极电势时，比较简单，使用更多的是甘汞电极 。
文章插图
甘汞电极
当KCl为浓度为2.8mol/L时(饱和溶液），其电极电势为φ(Hg2Cl2/Hg)=0.2412V 。（这是的电极电势不是标准电极电势） 。由于在溶液有沉淀的KCl固体，当KCl被消耗时，沉淀在电极底部的KCl固体就会溶解，使得KCl溶液的浓度保持恒定 。从而使得电极电势不随着KCl溶液消耗而发生改变
4.4.3.3电极电势的注意点
文章插图
电极电势的特点（备注：图中3）的电极电势忘写单位了）
条件电极电势与反应方程式的写法无关，与物质的状态、介质和聚集性态相关 。一定要标注清楚物质状态 。
【如何计算原电池的标准电动势 原电池电动势计算公式】
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