就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。有时根据需要可将其改为分子方程式。此法用于 配平在溶液中进行的氧化还原反应。 二电化学电池 1原电池的构造 能使氧化还原反应中转移的电子流过外电路的装置叫做电化学电池。原电池是电化学电池 的一种，将自发氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。原电池用原电池符号表示。 书写原电池符号的规则： (1)负极”在左边，正极“+”在右边，盐桥用“”表示。 (2)半电池中两相界面用“|”分开，同相不同物种用，”分开，溶液、气体要注明Q,P%。 (3)纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“，”分开。 2原电池电动势的测定 当通过原电池的电流趋于零时，两电极间的最大电势差被称为原电池的电动势。可有电压 表米测定电池的电动势，以EM表示。 3原电池的最大功与Gibbs函数 原电池能做的最大功为：Wm=-ZFEG 热力学证明，在恒温恒压下：△，Gm=W 所以，氧化还原反应的自由能变等于原电池能做的最大电功。 即：△，Gm=-ZFEe,△，G2=-ZFEF 式中，Z为电池反应中转移的电子的物质的量： F为法拉弟常数96485Cmo: E为电池的电动势。 三电极电势 1标准氢电极和甘汞电极 当金属在溶液中形成双电层时，会使金属与溶液之间产生一个电势差，这个电势差称为金 属电极的电极电势。由于单个电极的电极电势是无法测量的，所以实际测量时以一个标准的氢 电极（标准氢电极的电极电势为0.00V)为参考进行测量。将镀有铂黑的铂片浸入到含有1m©L 的氢离子的酸溶液中，并不断的通入纯净的饱和氢气，这就构成了标准氢电极，氢电极的图示 为：Pt|H(g)Hr(aq),其电极反应为： 2H(aq)+2e=Ha(g) 氢电极的电极电势随温度变化改变的很小，这是它的优点。但是它对使用条件却要求的十
就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。有时根据需要可将其改为分子方程式。此法用于 配平在溶液中进行的氧化还原反应。 二 电化学电池 1 原电池的构造 能使氧化还原反应中转移的电子流过外电路的装置叫做电化学电池。原电池是电化学电池 的一种,将自发氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。原电池用原电池符号表示。 书写原电池符号的规则： （1）负极“-”在左边，正极“+”在右边，盐桥用“‖”表示。 （2）半电池中两相界面用“∣ ”分开，同相不同物种用“,”分开，溶液、气体要注明 cB，pB 。 （3）纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“,”分开。 2 原电池电动势的测定 当通过原电池的电流趋于零时，两电极间的最大电势差被称为原电池的电动势。可有电压 表来测定电池的电动势，以 EMF 表示。 3 原电池的最大功与 Gibbs 函数 原电池能做的最大功为： Wmax = −ZFEMF 热力学证明，在恒温恒压下: r Gm = Wmax 所以，氧化还原反应的自由能变等于原电池能做的最大电功。 即： r Gm = −ZFEMF ， r Gm = −ZFEMF 式中，Z 为电池反应中转移的电子的物质的量； F 为法拉弟常数 96485 C·mol-1 ； EMF 为电池的电动势。 三 电极电势 1 标准氢电极和甘汞电极 当金属在溶液中形成双电层时，会使金属与溶液之间产生一个电势差，这个电势差称为金 属电极的电极电势。由于单个电极的电极电势是无法测量的，所以实际测量时以一个标准的氢 电极（标准氢电极的电极电势为0.00V）为参考进行测量。将镀有铂黑的铂片浸入到含有1 mol·L -1 的氢离子的酸溶液中，并不断的通入纯净的饱和氢气，这就构成了标准氢电极，氢电极的图示 为：Pt∣H2(g)∣H+ (aq)，其电极反应为： 2H+ (aq) + 2e- H2(g) 氢电极的电极电势随温度变化改变的很小，这是它的优点。但是它对使用条件却要求的十
分严格，既不能用在含有氧化剂的溶液中，也不能用在含有汞或砷的溶液中。因此，在实际应 用中往往采用其它电极作为参比电极。参比电极中最常用的是甘汞电极。 甘汞电极是金属一难溶盐电极，它的图示为：Pt,Hg01gC2(S)1C(aq,电极反应为： Hg:Cla(s)+2e2Hg(g)+2Cl(aq) 以标准氢电极的电极电势为基准，可测得饱和甘汞电极（简写为$C正）的电极电势为 0.2415V 2标准电极电势 使被测电极均处于标准态下，将其与标准氢电极相联接组成原电池，测得的电动势即称为 被测电极的标准电极电势。电极电势高的电对为正极，电极电势低的为负极：两电极的标准电 极电势之差等于原电池的标准电动势。即： Etr =E-E 3 Nernest方程 3.l.Nernest方程 实际体系中各物质不可能都处于标准态浓度，用非标准态条件下的电动势为判据才能得到 正确的结论。能斯特方程Nernst equation)表达了浓度对电动势（包括电池电动势和电极电势）的 影响。浓度对电池电动势的影响： EMF(T)=ERF(T)- 0.0592 在电电势发.与。限 g 浓度对电极电势的影响为： ET)-E“(D+=n氯化 E(298K)=E”(298K)+0.0592gC氧化型) C(还原型) 3.2影响电极电势的因素 溶液pH值，沉淀的生成，配合物的生成，弱电解质的生成都会引起反应中离子浓度的变 化，从而使电极电势发生变化。氧化型离子的浓度或气体的分压降低，电极电势降低：还原型 离子的浓度或气体的分压降低，电极电势升高。根据能斯特方程可以计算出相关的电极电势。 四电极电势的应用 1判断氧化剂、还原剂的相对强弱 在比较氧化剂或还原剂相对强弱的过程中，标准电极电势是很有用的。标准电极电势小的电 对对应的还原型物质还原性强：标准电极电势大的电对对应的氧化型物质氧化性强：
分严格，既不能用在含有氧化剂的溶液中，也不能用在含有汞或砷的溶液中。因此，在实际应 用中往往采用其它电极作为参比电极。参比电极中最常用的是甘汞电极。 甘汞电极是金属－难溶盐电极，它的图示为：Pt，Hg(l)∣Hg2Cl2(s)∣Cl- (aq)，电极反应为： Hg2Cl2(s) + 2e- 2Hg(g) + 2Cl- (aq) 以标准氢电极的电极电势为基准，可测得饱和甘汞电极（简写为 SCE）的电极电势为 0.2415V。 2 标准电极电势 使被测电极均处于标准态下，将其与标准氢电极相联接组成原电池，测得的电动势即称为 被测电极的标准电极电势。电极电势高的电对为正极，电极电势低的为负极；两电极的标准电 极电势之差等于原电池的标准电动势。即： 3 Nernest 方程 3.1.Nernest 方程 实际体系中各物质不可能都处于标准态浓度, 用非标准态条件下的电动势为判据才能得到 正确的结论。能斯特方程(Nernst equation)表达了浓度对电动势(包括电池电动势和电极电势)的 影响。浓度对电池电动势的影响： 在电极电势表中，电极反应写为：氧化型 + Ze- 还原型 浓度对电极电势的影响为： 3.2 影响电极电势的因素 溶液 pH 值，沉淀的生成，配合物的生成，弱电解质的生成都会引起反应中离子浓度的变 化，从而使电极电势发生变化。氧化型离子的浓度或气体的分压降低，电极电势降低；还原型 离子的浓度或气体的分压降低，电极电势升高。根据能斯特方程可以计算出相关的电极电势。 四 电极电势的应用 1 判断氧化剂、还原剂的相对强弱 在比较氧化剂或还原剂相对强弱的过程中，标准电极电势是很有用的。标准电极电势小的电 对对应的还原型物质还原性强；标准电极电势大的电对对应的氧化型物质氧化性强； lnJ RT ( ) (T) ZF EMF T = EMF − lgJ 0.0592 (298 ) (298K) Z EMF K = EMF − C( ) C( ) ln RT ( ) (T) 还原型 氧化型 ZF E T = E + C( ) C( ) lg 0.0592 (298 ) (298K) 还原型 氧化型 Z E K = E + EMF = E+ − E−
2判断氧化还原进行的方向 氧化还原反应是争夺电子的反应，即强的氧化剂和强的还原剂反应生成弱的氧化剂和弱的还 原剂。即：EM>O,反应正向自发进行：EM<0,反应逆向自发进行。根据经验，提 出Er>0.2V,反应正向进行：Er<-0.2V反应逆向进行：0,2V<E8<0.2V反应可能正 向进行也可能逆向进行，此时必须考滤浓度的影响 3确定氧化还原进行的限度 电化学的最重要的研究结果之一是原电池的电动势、Gbs函数变和标准平衡常数之间的 关系。因此利用电池的电动势还可以确定氧化还原反应进行的限度，即： In K=ZFERE R ,18时.电K0=00592 根据氧化还原反应的平衡常数与原电池的标准电动势的定量关系，可以用测定原电池电动 势的方法来推算弱酸的离解常数、水的离子积、难溶电解质的溶度积常数和配离子的稳定常数 4元素电势图 当某种元素可以形成三种或三种以上氧化值的物种时，这些物种可以组成不同的电对，各 电对的标准电极电势可用图的形式表现出来，这种图叫元素电势图。画元素电势图时，按元素 的氧化值由高到低的顺序，把各物种的化学式从左到右写出来，各不同氧化值之间用横线连接 起来，在直线上标明两物种所组成电对的标准电极电势。元素电势图对于了解元素的单质及化 合物的性质是很有用的 1判断歧化反应 判断歧化反应是否发生的一般规则：E>E需，中间物种即是电极电势大的电对的氧化型， 可作氧化剂，又是电极电势小的电对的还原型，也可作还原剂，中间物种的歧化反应能够发生。 反之，若E左<E看，中间物种的歧化反应不能发生。 2计算标准电极电势 根据元素电势图，可以用己知某些电对的标准电极电势很简便的计算另一电对的未知标准 电极电势，即： Eg=3E9+ZEg+3E型 Z. 所以，在电势图上没有必要把所有的标准电极电势值都表示出来，只要在电势图上把最基本 的最重要的标准电极电势值表示出来即可。 作业：思考题2：习题：3(1、3、4(2、7)、12、20、21、23
2 判断氧化还原进行的方向 氧化还原反应是争夺电子的反应，即强的氧化剂和强的还原剂反应生成弱的氧化剂和弱的还 原剂。即：EMF ＞ 0 ，反应正向自发进行； EMF ＜ 0 ，反应逆向自发进行。根据经验，提 出 EMF ＞0.2V，反应正向进行； EMF ＜-0.2V 反应逆向进行；-0.2V＜ EMF ＜0.2V 反应可能正 向进行也可能逆向进行，此时必须考滤浓度的影响。 3 确定氧化还原进行的限度 电化学的最重要的研究结果之一是原电池的电动势、Gibbs 函数变和标准平衡常数之间的 关系。因此利用电池的电动势还可以确定氧化还原反应进行的限度，即： ，T=298K 时， 根据氧化还原反应的平衡常数与原电池的标准电动势的定量关系，可以用测定原电池电动 势的方法来推算弱酸的离解常数、水的离子积、难溶电解质的溶度积常数和配离子的稳定常数 等。 4 元素电势图 当某种元素可以形成三种或三种以上氧化值的物种时，这些物种可以组成不同的电对，各 电对的标准电极电势可用图的形式表现出来，这种图叫元素电势图。画元素电势图时，按元素 的氧化值由高到低的顺序，把各物种的化学式从左到右写出来，各不同氧化值之间用横线连接 起来，在直线上标明两物种所组成电对的标准电极电势。元素电势图对于了解元素的单质及化 合物的性质是很有用的。 1 判断歧化反应 判断歧化反应是否发生的一般规则： E左 > E右 ，中间物种即是电极电势大的电对的氧化型， 可作氧化剂，又是电极电势小的电对的还原型，也可作还原剂，中间物种的歧化反应能够发生。 反之，若 E左 < E右 ，中间物种的歧化反应不能发生。 2 计算标准电极电势 根据元素电势图，可以用已知某些电对的标准电极电势很简便的计算另一电对的未知标准 电极电势，即： 所以，在电势图上没有必要把所有的标准电极电势值都表示出来，只要在电势图上把最基本 的最重要的标准电极电势值表示出来即可。 作业：思考题 2；习题：3（1、3）、4（2、7）、12、20、21、23 RT ZFE K MF ln = V ZE K MF 0.0592 lg = x x Z z E Z E z E E 1 1 + 2 2 + 3 3 =
第八章原子结构 ·了解原子结构的波尔理论。 ·了解微观粒子运动的基本特征。 ,掌握波函数、能级的概念、四个量子数的物理意义、S、P、原子轨道的形状和伸展 方向、原子轨道能级图、原子基态的核外电子排布规律。 ·掌握原子的电子层结构和元素周期系的关系、理解元素性质的周期性。 一原子结构的Bohr理论 三点假设： ①核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动，且不辐射能量： ②通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低，处于基态：原子获得能量后，电子被激 发到高能量轨道上，原子处于激发态： ③从激发态回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。 hv=E,-E v=5-E h E:轨道能量，h:Planck常数 二徽观粒子运动的基本特性 1微观粒子的波粒二象性 电子的衍射实验是电子波存在的确实证据。 2不确定原理与微观粒子运动的统计规律 海森堡测不准原理：对运动中的微观粒子来说，不能同时准确确定它的位置和动量。其关 三氢原子结构的量子力学描述 1 Schrodinger方程与波函数 薛定谔方程可以作为处理原子、分子中电子运动的基本方程，它的每一个合理的解W。m都 描述该电子运动的某一稳定状态，与这个解相应的E值就是粒子在此稳定状态下的能量，E的
第八章 原子结构 •了解原子结构的波尔理论。 •了解微观粒子运动的基本特征。 •掌握波函数、能级的概念、四个量子数的物理意义、s、p、d 原子轨道的形状和伸展 方向、原子轨道能级图、原子基态的核外电子排布规律。 •掌握原子的电子层结构和元素周期系的关系、理解元素性质的周期性。 一 原子结构的 Bohr 理 论 三点假设： ① 核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动，且不辐射能量； ② 通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低，处于基态；原子获得能量后，电子被激 发到高能量轨道上，原子处于激发态； ③ 从激发态回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。 E：轨道能量，h：Planck 常数 二 微观粒子运动的基本特性 1 微观粒子的波粒二象性 电子等微观粒子具有波粒二象性， p h m h = = 。 电子的衍射实验是电子波存在的确实证据。 2 不确定原理与微观粒子运动的统计规律 海森堡测不准原理：对运动中的微观粒子来说，不能同时准确确定它的位置和动量。其关 系式为： 4 h x p 三 氢原子结构的量子力学描述 1 Schrödinger 方程与波函数 薛定谔方程可以作为处理原子、分子中电子运动的基本方程，它的每一个合理的解 n,l,m 都 描述该电子运动的某一稳定状态，与这个解相应的 E 值就是粒子在此稳定状态下的能量，E 的 h E E h E E 2 1 2 1 − = = −
大小由量子数，1所决定，因此能量也是量子化的。 2量子数 每个波函数都是由三个量子数来确定，即每条原子轨道必须由三个量子数来描述。量子数 不同，原子轨道不同。这三个量子数分别为主量子数，角量子数1以及磁量子数m ()主量子数：代表电子离核的远近和电子层能量高低的参数，即为电子层数 与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决定于： E=-2.179×10 不同的n值，对应于不同的电子层： n=l,2,3,4,5,分别用K,L,M,N,0表示。 (2)角量子数1：代表电子在空间角度上出现的几率，即决定原子轨道形状，简称电子亚层。 1的取值受主量子数n的限制，1=0,1,2.n-l,在光谱学中分别称s,p,d,f亚层。 如：当n=1时，1=0，代表的是1s亚层： 当n=2时，1-0，代表的是2s亚层： 1=1,代表的是2印亚层： 当n=3时，1=0，代表的是3s亚层 1=1,代表的是3p亚层： 1=2,代表的是3d亚层 对于多电子原子来说，各轨道能量除了与主量子数有关外，还与角量子数有关 当n相同时，1越大的原子轨道能量越高。 E、<Ep<E3d (3)磁量子数m:与轨道的空间伸展方向有关，即代表轨道数。m的取值受到1的限制，m=0, 1,2,±1。 如：1=0，m=0,即表示s亚层只有一条轨道： 1=1,m=0,士山，即表示p亚层有三条轨道： 1=2,m=0,±1，士2，即表示d亚层有5条轨道： 同一层中，磁量子数不同的各轨道能量相同，称为简并轨道。如：d,de,d三，d-,d: 为简并轨道，能量相同， (4)自旋量子数m: m:±1/2 3概率密度和电子云 概率：电子在空间出现的机会
大小由量子数 n，l 所决定，因此能量也是量子化的。 2 量子数 每个波函数都是由三个量子数来确定，即每条原子轨道必须由三个量子数来描述。量子数 不同，原子轨道不同。 这三个量子数分别为主量子数 n，角量子数 l 以及磁量子数 m。 (1) 主量子数 n：代表电子离核的远近和电子层能量高低的参数，即为电子层数。 与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决定于 n； 不同的 n 值，对应于不同的电子层； n=1，2，3，4，5.，分别用 K，L，M，N，O.表示。 (2) 角量子数 l：代表电子在空间角度上出现的几率，即决定原子轨道形状，简称电子亚层。 l 的取值受主量子数 n 的限制，l = 0，1，2.n-1，在光谱学中分别称 s，p，d，f 亚层。 如：当 n=1 时, l =0 ，代表的是 1s 亚层； 当 n=2 时， l =0，代表的是 2s 亚层； l =1，代表的是 2p 亚层； 当 n=3 时， l =0，代表的是 3s 亚层； l =1，代表的是 3p 亚层； l =2，代表的是 3d 亚层。 对于多电子原子来说，各轨道能量除了与主量子数有关外，还与角量子数有关。 当 n 相同时，l 越大的原子轨道能量越高。 E3s < E3p <E3d (3) 磁量子数 m：与轨道的空间伸展方向有关，即代表轨道数。m 的取值受到 l 的限制，m=0， ±1，±2，.± l。 如：l = 0，m=0，即表示 s 亚层只有一条轨道； l = 1，m=0，±1，即表示 p 亚层有三条轨道； l = 2，m=0，±1，±2，即表示 d 亚层有 5 条轨道； 同一层中，磁量子数不同的各轨道能量相同，称为简并轨道。如： , , , 2 2 , 2 x y z dxy dxz d yz d d − 为简并轨道，能量相同。 (4) 自旋量子数 ms ms =±1/2 3 概率密度和电子云 概率：电子在空间出现的机会 J 2.179 10 2 18 n E − = −