噴霧干燥機還原反應
然后比較相關兩個電對的電極電位值的大小，就可判斷氧化還原反應的方向：總是由電極電位高的一個電對中的氧化態物質做氧化劑，電極電位低的一個電對中的還原態物質做還原劑，進行氧化還原反應。 例３１６ ①判斷下列反應在標準狀態下進行的方向：ＭｎＯ２（ｓ）＋４ＨＣｌＭｎＣｌ２＋Ｃｌ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ ②試說明為什么實驗室中可用濃鹽酸加ＭｎＯ２制備氯氣？ 解：①查標準電極電位表可知： ＭｎＯ２＋４Ｈ＋＋２ｅＭｎ２＋＋２Ｈ２Ｏ； Ｅ砓（ＭｎＯ２／Ｍｎ２＋）＝１．２２ＶＣｌ２（ｇ）＋２ｅ２Ｃｌ；Ｅ砓（Ｃｌ２／Ｃｌ）＝１．３６Ｖ 因為Ｅ砓（Ｃｌ２／Ｃｌ）＞Ｅ砓（ＭｎＯ２／Ｍｎ２＋），所以在標準狀況下Ｃｌ２（ｇ）是比ＭｎＯ２更強的氧化劑，而Ｍｎ２＋是比Ｃｌ更強的還原劑。則在標準狀況下，題述氧化噴霧干燥機還原反應只能從右向左進行。即Ｃｌ可將Ｍｎ２＋氧化成ＭｎＯ，而ＭｎＯ不能將Ｃｌ氧化成Ｃｌ。故在標準狀況下，不能用鹽酸 ２２２２ 與ＭｎＯ２作用制備氯氣。
②在實驗室用鹽酸與ＭｎＯ２作用制備氯氣，關鍵在于使上述反應不在標準狀態下進行。這里用的鹽酸是濃鹽酸，即ｃ（Ｈ＋）＝ｃ（Ｃｌ）＝１２ｍｏｌ·ｄｍ３，ｐ（Ｃｌ２）＝１０００ｋＰａ，按能斯特方程可計算在此狀態下ＭｎＯ２／Ｍｎ２＋與Ｃｌ２／Ｃｌ兩個電對的實際電極電位： １１０第三章 溶液中的化學平衡 Ｅ（ＭｎＯ２／Ｍｎ２＋）＝Ｅ砓（ＭｎＯ２／Ｍｎ２＋）＋０．０５９Ｖｌｇ［Ｈ＋２＋］４２［Ｍｎ］＝１．２２Ｖ＋０．０５９Ｖｌｇ（１２）４２（０．１）＝１．２２Ｖ＋０．１６Ｖ＝１．３８Ｖｐ（Ｃｌ）／ｐ Ｅ（Ｃｌ／Ｃｌ）＝Ｅ砓（Ｃｌ／Ｃｌ）＋０．０５９Ｖｌｇ２砓 ２２２［Ｃｌ］ ０．０５９Ｖ１＝１．３６Ｖ＋２ｌｇ（１２）２ ＝１．３６Ｖ０．０６Ｖ＝１．３０Ｖ所以在指定條件下Ｅ（ＭｎＯ２／Ｍｎ２＋）＞Ｅ（Ｃｌ２／Ｃｌ），可知在此條件下，ＭｎＯ２的氧化能力變得 比Ｃｌ２（ｇ）更強了。因而ＭｎＯ２能將Ｃｌ氧化成Ｃｌ２（ｇ）。即在實驗室中，可用ＭｎＯ２加濃鹽酸以制備氯氣。 砓 三、氧化還原反應的吉布斯自由能變 ΔＧ及標準平衡常數Ｋ ｒｍ １．氧化還原反應的吉布斯自由能變與電池電動勢的關系 原電池能將化學能直接轉換成電能并用其做功。
電池做了功，則體系吉布斯自由能減少，以維持總能量守恒。假定電池除對外界做電功外，不做其它功，則在恒溫恒壓下，原電池所做的最大電功應等于電池反應的吉布斯自由能變化。即電池所做的功：Ｗ＝ＣＥ＝ ΔＧ 電池電池ｒ 式中，Ｅ為原電池的電動勢，Ｃ為該原電池通過外電路（負載）由正極輸往負極 電池 的電荷量， ΔＧ為電池（體系）對外做功Ｗ而造成的自身吉布斯自由能變化。 ｒ電池 由于電池反應總是自發反應，按熱力學原理其 ΔＧ必為負值，而電學規定電池 ｒ 的電動勢總為正值。因此在原電池所做電功與其相應的吉布斯自由能變化的關系式中要加一個負號。 假定在電池反應中有１ｍｏｌ電子通過外電路由負極到達正極，這就相當于 １ 電池把１Ｆ（法拉，即９６４８５Ｃ ·ｍｏｌ）的電量通過外電路由正極傳送到負極。這時原電池所做的最大電功是： Ｗ＝ＦＥ 電池電池 對于指定的電池反應而言，假定當其反應進度為 ξ＝１ｍｏｌ時，有ｎｍｏｌ的電子流過外電路，則相當于把ｎＦ的電量輸送通過外電路。此過程中原電池所做的最大電功為：Ｗ＝ｎＦ·Ｅ。而在此過程中，由于反應進度正好是１ｍｏｌ，故對 電池電池 應的吉布斯自由能變化應該是反應的摩爾吉布斯自由能變 ΔＧ。由此可得： ｒｍ Ｗ電池＝ｎＦＥ電池＝ΔｒＧｍ（３１４） 第四節 溶液中的電化學平衡及其應用１１１１ 式（３１４）表示了原電池的電動勢Ｅ及所做的最大電功Ｗ與電池反應 電池電池 （即相應的氧化還原反應）的摩爾吉布斯自由能變 ΔＧ之間的關系式。它是一 ｒｍ 個用途很廣的關系式。式中Ｅ＝Ｅ＋Ｅ，可以由實驗直接測量，也可以由能 電池 斯特方程間接算出。式中ｎ等于電池反應中，氧化態物質與還原態物質間轉移的電子的物質的量，亦即能斯特方程式中的ｎ。
２．電池反應的標準吉布斯自由能變與電池的標準電動勢的關系 若電池反應中所有相關物質都處于標準狀態下，則該電池的電動勢即為標準電動勢，相應的電極電位為標準電極電位。而此時電池反應的摩爾吉布斯自由能變也就成了電池反應的標準摩爾吉布斯自由能變。這時式（３１４）就變成： ΔｒＧ砓ｍ（Ｔ）＝ｎＦＥ砓
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