第5章电化学基础……问题
1. 什么是氧化还原的半反应式？原电池的电极反应与氧化还原反应式有何关系？
答：任何一个氧化还原反应都可以分写成两个半反应：一个是还原反应，表示氧化剂被还原；一个是氧化反应，
表示还原剂被氧化。即：
还原反应：氧化态 ＋ ne → 还原态； 氧化反应：还原态 － ne → 氧化态 这两个式子称为氧化还原的半反应式。
原电池的总反应是一个氧化还原反应，原电池的两个电极反应各乘以一个适当的系数后再加和起来，即得原电池总反应式……氧化还原反应式。
2. 原电池由那些部分组成？试分别叙述每一部分的作用 。
答：原电池主要由以下几个部分组成：E正极得到电子，发生还原反应；? 负极提供电子，发生氧化反应；?
在双液电池中盐桥也必不可少，其作用是通过离子扩散来保持溶液的电中性，消除电极反应产生的过剩电荷的阻力，导通电流； ? 导线是导通电流，确保反应持续进行。
3. 如何将一个在溶液中进行的氧化还原反应设计成原电池 ？
答：E先将氧化还原反应分写成两个半反应：一个是还原反应，表示氧化剂被还原；一个是氧化反应，表示还
原剂被氧化；? 根据两个半反应的电对特点将其设计成电极，并用符号表示电极的组成；? 确定正负极：氧化反应对应于阳极，即负极；而还原反应对应于阴极，即正极；? 不同的电解质间要用盐桥连接以减小液接电势。
例如：将反应2KMnO4＋5Na2SO3＋3H2SO4＝2MnSO4＋5Na2SO4＋K2SO4＋3H2O设计成原电池。 E氧化反应；SO32 － ne → SO42
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??电极组成：(－) Pt| Na2SO4，Na2SO3
还原反应： MnO4 ＋ ne → Mn2+ (+) Pt| KMnO4，MnSO4，H2SO4
? 电池符号：(－)Pt| Na2SO4，Na2SO3‖KMnO4，MnSO4，H2SO4| Pt(+)
4. 如何用符号表示一个原电池？写出原电池：Pt|H2|H+||Cl|AgCl|Ag的电极反应及电池反应式。
答：用符号表示一个原电池的一般规则为：E负极在左，正极在右；?用“|”表示两相之间的相界面，用“||”表示
盐桥；? 溶液应注明浓度(mol?L1)，气体应注明分压(kPa)；? 从负极开始沿着电池内部依次书写到正极。 原电池：Pt|H2|H+||Cl|AgCl|Ag的电极反应及电池反应如下：
负极反应： H2 － 2e → 2H+
阳极反应： AgCl ＋ e → Ag ＋ Cl 电池反应： H2 + 2AgCl = 2Ag + 2Cl
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5. 何谓电极电势?怎样用这一概念解释原电池产生电流的原因？
答：电极与溶液形成双电层达到动态平衡时，金属的电势E(金属)与溶液的电势E(溶液)之差称为电极电势，以符
号E(Mn+/M)表示。即：E(Mn+/M)= E(金属)－E(溶液)。Mn+/M表示组成该电极的氧化还原电对，如 E(Zn 2+/Zn), E(Cu 2+/Cu)和 E(Cl 2／C1 )等。
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将两个电极电势不同的电极组成原电池时，原电池的电动势E≠0，电就会从电极电势高的电极（正极）自动
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地流向电极电势低的电极(负极)，从而产生电流。
6. 什么叫标准氢电极？是否在所有温度下，其电极电势都为零？
答：在298.15K时，把镀有铂黑的铂片插入含有1 mol?L1H +的溶液中，并不断用压力为100kPa纯H2气流通过
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Pt片,使之吸附H2达到饱和并发生电极反应。如此构成的氢电极叫标准氢电电极。标准氢电极的符号记为：H +(1 mol?L1)| H2(100kPa)|Pt。目前国际上将标准氢电极作为标准参比电极，将其电极电势值规定为零，即：
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E ? (H+/H 2) = 0.000V。此值是在298.15K的条件下的规定值，当温度发生变化时其电极电势就不等于零。具体数值可由能斯特公式求得，。
7. 怎样测定电极的标准电极电势？其符号和大小有何物理意义？
答：标准电极电势E ? (氧化态/还原态)数值的大小表示了反应：氧化态 + ne
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还原态，在标准状态下进行
的趋势，反映了电极的氧化态及还原态的氧化还原能力或倾向，即标准电极电势数值越大，氧化态得电子能力越强，是强的氧化剂；标准电极电势数值越小，还原态失电子能力越强，是强的还原剂；反之亦然。 标准电极电势的测定方法主要有两种：E氢标法： 将待测标准电极与标准氢电极组成原电池，测定该原电池的电动势即标准电动势 E ?，由E ? = E ?(正)—E ?(负)和E ? (H+/H 2) = 0.000V可求得待测电极的标准电极电势 E ? (氧化态/还原态)的值。例如，实验测E ?（Zn2+/Zn）所用的标准原电池如下：
（－）Zn|ZnSO4（1 mol?L1）|| H+（1 mol?L1）|H2(100kPa)| Pt (+)
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测得的标准电动势为 E ? = 0.7628V，由E ? ＝ E ?(正)—E ?(负)＝ E ?（H+/H2）－E ?(Zn2+/Zn)得：
0.7628 ＝ 0.000 －E ?(Zn2+/Zn)
则得： E ?(Zn2+/Zn)＝ －0.7628（V）
? 参比电极法：标准电极电势也可用饱和甘汞电极作为参比电极来测量。测量时将待测标准电极与饱和甘汞电极组成原电池，测定该原电池的电动势E，由E = E(正)—E(负)和E(Hg2Cl2/H g，饱和) = 0.2415V可求得待测电极的标准电极电势 E ? (氧化态/还原态)值。
8. 怎样利用电极电势来决定原电池的正、负极？计算原电池的电动势？判断氧化还原反应的方向？
答：?比较两电对电极电势的代数值，电极电势代数值大的为正极，小者为负极。?原电池的电动势由E ＝
E(正)—E(负)求得。?按照反应方程式书写方式，在反应物一侧找出氧化剂和还原剂，令氧化剂对应的电对作原电池的正极，还原剂对应的电对作原电池的负极，若：E(氧化剂)＞E(还原剂),则氧化还原反应从左→右自发进行；E(氧化剂)＜E(还原剂),则氧化还原反应从右→左自发进行；E(氧化剂)＝E(还原剂),则氧化还原反应达到了平衡态。
9. 在电化学中E?有那些应用？试分别说明之。
答：E判断在标准状态下氧化还原反应进行的方向；? 判断氧化还原反应进行的程度。
10. Nernst方程式中有哪些影响因素？它与氧化态及还原态中的离子浓度、气体分压和介质的关系如何？ 答：浓度对电极电势的影响可由Nernst方程式表示：
式中，n为电极反应中得失的电子数（摩尔）；R = 8.314J?mol1?K 1；F＝96500 C?mol1（Faraday常数）， [氧化态]、[还原态]表示电极反应中氧化态及还原态物质的相对浓度(c/c ?)或相对分压(P/p ?)，并以电极反应中对应物质的系数为指数。从该式可以看出，影响电极电势的主要因素有氧化态、还原态物质的浓度及反应系统的温度等。[氧化态]越大，电极电势越高；[还原态]越大，电极电势越低；当电极反应中有氢离子
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H+或氢氧根离子OH出现时，则介质的pH值对电极电势亦有影响，pH值越大，电极电势越低。
11. 查阅标准电极电势时，为什么既要注意物质的价态，又要注意物质的聚集状态和介质条件（酸碱性）。 答：因为物质的价态 、聚集状态和介质条件（酸碱性）对电极电势都有影响，当其不同时，电极电势的值亦
不同的。
12. 实验室中，为了保证FeSO4溶液不变质常给溶液中加入无锈铁钉。试从有关电对的电极电势说明理由。 答：E?(Fe3+/ Fe2+)= 0.771，E?(O2/ H2O)= 1.229, E?(Fe3+/ Fe)= － 0.037。
∵E?(O2/ H2O)＞ E?(Fe3+/ Fe2+)，∴水溶液中的溶解氧能将Fe2+氧化成Fe3+而使FeSO4溶液变质。
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又∵E?(Fe3+/ Fe2+)＞ E?(Fe3+/ Fe)∴当给溶液中加入无锈铁钉时，Fe能将Fe3+还原成Fe2+，从而保证了
FeSO4溶液不变质。
13. 由标准锌半电池和标准铜半电池组成原电池：
(－)Zn|ZnSO4 (1mol?L1)||CuSO4(1mol?L1)|Cu(+)
（1） 改变下列条件对原电池电动势有何影响？（a）增加ZnSO4溶液的浓度；（b）在ZnSO4溶液中加入过
量的NaOH；（c）增加铜片的电极表面积；（d）在CuSO4溶液中加入Na2S溶液。 （2） 当铜锌原电池工作半小时以后，原电池的电动势是否会发生变化？为什么？ 答：（1）由Nernst方程式知：
（a）增加ZnSO4溶液的浓度, E(Zn2+/Zn)增大，即E（负）增大。又由E = E(正)—E(负)，其他条件不变
时，E（负）增大，使E减小。
（b）在ZnSO4溶液中加入过量的NaOH，则发生如下反应：Zn2+＋ 4OH ＝ ZnO22 ＋2H2O，使溶液
中c(Zn2+)减小，E(负)减小，使E增大。
（c）增加铜片的电极表面积，对E(Zn2+)无影响，故E保持不变。
（d）在CuSO4溶液中加入Na2S溶液，则发生如下反应：Cu2+＋ S2 ＝ CuS(↓)，使溶液中c(Cu2+)减小，
E(正)减小，使E减小。
（2）当铜锌原电池工作半小时以后，原电池的电动势会降低。因为随着电池反应的进行，正极电解质溶
液中的c(Cu2+)减小，使E(正)减小；同时负极电解质溶液中的c(Zn2+)增大，使使E(负)增大，这两个方面产生的结果都使原电池的电动势E减小。
14. 什么叫浓差电池？它与一般化学电池有何不同？
答：由不同浓度的同类电极组成的原电池称为浓差电池。电池(—)Ag|AgNO3 (0.01 mol?L1)||AgNO3 (1 mol?L
1)|Ag(+)就是一个例子。该电池的正、负极均由
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Ag+/Ag电对组成，两电极的化学本性相同，只是c(Ag+)不
同。
浓差电池与一般的化学电池相比有如下几点不同：
?浓差电池的正、负极均由同一电对组成，两电极的化学本性相同，只是某一物质的浓度或分压不同；而一般的化学电池，两极由不同电对组成，两电极的化学本性就不相同；
?浓差电池的电池反应即电池过程是浓度扩散过程，而一般的化学电池的电池反应是一个氧化还原反应； ?浓差电池的标准电动势等于零，而一般的化学电池的标准电动势则等于零；
?浓差电池的电动势只与两极有关物质的浓度或分压有关；而一般化学电池的电动势则不但与两极有关物质的浓度或分压有关，而且还与两极的标准电极电势有关；
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西安交大 大学化学 第五章 课后答案
