高中化學_選修化學IV_標準還原電位_基礎探索(上)_周芳妃林克修

大家好,我是阿飛老師 我是小柯老師 那我們今天要談的主題是標準還原電位 那我們先來看看生活情境裡面會出現什麼畫面呢? 科學老師,您看 哇,好多各式各樣不同的金屬棒 還有一個是碳棒 哇,還有一個很特別的地方,我以前沒看過的 天啊,銀棒耶 那一支不便宜喔 那支銅棒也不便宜 我猜碳棒應該電池裡面常常看到 那其他這些跟今天的教學有什麼關係呀? 我們在教學生的時候 從國中不是會先教給學生說 這個金屬他們有一些排行榜嗎? 啊,活性 是的 國中講的是活性,高中也是這樣子教嗎? 對啊,高中還是要繼續把這個活性的部分做擴充的介紹 那事實上科學家發現把這些金屬跟它的離子水溶液呢 組合在一起的時候 是發明瞭一個方法可以來測量這個活性的大小 那這個就利用到電學上面的標準還原電位 我們今天就來學習這個課程 一定很好玩 標準還原電位,模擬試題這個部分 也是請同學們點選模擬試題的影片 會由高貫周老師為大家詳細的解題 那這個部分呢,我們就看一下模擬試題的題目是這樣 有兩題 那這個影片我們就從這個連結知識的部分開始做說明 在前面我們學習過呢,這一個 化學電池的原理裡面是兩套半電池就會組合成一套電池 那例如畫面裡面的新銅電池就是由新半電池和銅半電池所組合而成 那這兩套半電池裡面呢 組合之後會測到他們的電位差,也就是他們的電壓 在一個特殊的條件下是1.10伏特 那我們從這個陽極半電池跟陰極半電池的 這個競爭電池的過程中 科學家就想到說,那我可不可以用這一種 測量到的電池電位差 來表達這些不同半電池裡面物質的活性 也就是說能不能用這個電學上面的測量來表達 還原劑的強度和這個氧化劑的強度他們定量的關係 因此就慢慢發展出所謂的化學半電池的電位這個觀念 來看看,對一個新銅電池來講 它是新半電池和銅半電池組裝的 那對新半電池才 畫面上面有一個小小的卡通 這裡有一個我要代表新半電池 那當它跟銅半電池組合在一起之後呢 整個電池就會從新半電池這裡透過導線流到銅半電池 那以往傳統的想法是說 新就發生了這個氧化反應變成新離子 銅離子呢就得到了電子發生還原反應變成銅 但事實上化學家就提出另外一個想法 在這兩套半電池競爭電子的過程中 是銅半電池的銅離子得到電子 而新半電池裡面的新離子卻沒有得到電子 那如果以得電子這個能力來講的話呢 那我們就可以比較出 銅離子跟新離子這兩種離子它的氧化力 就是氧化劑的能力的高低 也就是說這兩種離子它得電子的能力 那化學家就把這個新銅電池的電位差 來表達成是這一個兩套半電池它們的還原電位的差 也就是說把一個電池裡面測量到的電壓 也就是測量到的電位差 想像成是陽極陰極兩套半電池的還原電位的差 好那這樣講還是有點抽象我們往下再多做一點點解釋 那為了要把這些氧化劑還原劑 它們競爭電子的這個能力呢 定出一個標準 所以化學家他們就發展出一個叫做標準氫電極 就是希望不同的半電池都來跟這個標準氫電極呢 來做相對的比較 看看它們到底是得失電子的能力是如何 那我們往下看一點點動畫 這裡是一個標準氫電極工作時候的示意圖 在EM的氫離子酸性水溶液中放入白金電極 那這個白金電極我們常俗稱為薄黑 因為它的表面的白金做的顆粒非常小 因此看起來是黑黑的 好那除此之外我們一直持續通入一大氣壓的氫氣 這樣就做成是一個標準氫電極 那我們簡稱為SH1或NH1 那標準狀態呢在電化學上的規定是 25度C一大氣壓各物質的濃度是EM 那有了這個標準氫電極之後 化學家就可以來測量不同半電池它的電位的高低 這個做個比喻很像就是說 我們好像在量這個身高是代表要量一枚電池的電位差的概念 就是說量頭頂跟這個腳底之間的高度差是多少 但是我現在想要定出一個相對的高度的話 就像在地面上面有很多不同的建築物高高低低 我想要定出它們這一個真正的高度是多少的時候 我們就會去找這個海平面作為標準 那就可以把不同建築物的高度定出海拔多少多少 所以電化學就學習這樣的一個方式 我們使用這個氫標準電極來作為一個電位0的位置 那我們就利用不同的半電池來跟它組裝 那例如畫面裡面是利用銅半電池來跟氫半電池連接 那測到它的伏特劑的毒素呢是0.34 那電子流是由這個氫半電池流到銅半電池 也就是說氫半電池它是發生氧化反應 它是氧極 而銅半電池呢它是發生還原反應是氫極 那我們來比較這一個它們的活性的話 以丟電子的能力來講 放出電子能力是氫比銅活潑 但是呢我們如果翻過來講的話呢 以得電子的能力來講 就是氧化劑的這個能力是銅離子 大於這一個氫離子 那所以透過這一個銅半電池來跟氫半電池銜接的結果 我們就可以把銅半電池的標準還原電位呢 定義為0.34伏特 也就是說跟氫半電池來比的話 氫半電池的電位規定為0 那銅半電池它得電子能力高於氫半電池 而且高出0.34伏特 我們就用一個數字來把這個活性呢可以做量化 那我們再看看其他的例子 如果把氫半電池跟氫半電池連接組裝成一個氫氫電池的時候 這伏特劑的毒素是0.76伏特 就是這一套電池的電位差 但是我們觀察它的電子流的話是從氫半電池 透過導線呢電子流到這個氫的半電池 那這個過程中代表氫就是畫面裡面的右邊這個哨邊 這個氫半電池它是陽極 它失去電子的能力比較好 而畫面裡面左邊的這個哨邊這個氫電極呢這個標準氫半電池呢 它得電子的能力比較好 所以我們如果在比較這個兩套半電池的活性的時候呢 我們可以說放出電子的傾向是氫比氫氣活潑 也就是說這個還原力的部分氫是比較活潑的還原劑 而氫氣是比較弱的還原劑 但是如果比較得電子能力的話我們剛剛畫面裡面是 左邊這一杯氫半電池得到電子 所以氫離子它得電子能力是比氫離子還要好 也就是氫離子是比較強的氧化劑 而氫離子是比較弱的氧化劑 那綜合這樣的結果因為他們的電位差是零點七六伏特 所以既然比較得電子的能力是氫半電池優於氫半電池 那我們就會說氫半電池的電位是零的話 那氫半電池的電位是負零點七六伏特 所以利用這樣的每一套半電池都來跟氫標準電極 就是氫標準半電池去連接然後去測他們的電位差 我們就可以把不同的半電池的電位慢慢測量出來 那我們來看看這個剛剛組合我們剛剛的內容 氫半電池就是標準氫電極我們把它定為是電位零的地方 那同半電池得電子的能力呢優於這個氫半電池 所以同半電池的電位就是零點三四伏特 而氫半電池得電子的能力弱於這個氫半電池 所以氫半電池的這個電位呢是負零點七六 那這樣的電位我們叫做還原電位 因為是以每個半電池要得電子要發生還原反應的這樣的一個能力來比較 那透過這樣的電位高高低低把它定出他們的數量之後 我們再回頭就可以推論 氫銅半電池呢就是零點三四伏特跟零伏特之間的差值 所以這一套這兩套半電池組合之後的電池電位差是零點三四伏特 那同理呢氫氫電池的電位差呢就是會是零點七六伏特 它是來自於零減掉負零點七六 那這段影片裡面先介紹了標準還原電位裡面 我們如何利用兩套半電池組合成電池測量他們的電位差 以及設定氫半電池作為一個標準電位零的位置 然後就可以測量出其他的不同半電池他們得電子能力的還原電位 這樣的課程希望你會喜歡 那謝謝我們整個製作團隊 也謝謝這個提供動畫的學科中心團隊