物理化学武汉大学可逆电池的电动势及其应用PPT课件

1、2021-11-21原电池( (galvanic cell) )阴极，正极：阳极，负极：电解质溶液，阴极与阳极对应的电解质溶液可能相同也可能不同。隔膜或盐桥第1页/共49页2021-11-21净反应：2+2+Zn(s)Cu(aq)Cu(s)Zn()aq原电池-22+-( )Zn(s)2eZn()( )Cu(aq)2eCu(s)aq电池的书面表示法电池的表示2+2+) Zn(s) Zn(aq) Cu()( ) (+aq Cu s第2页/共49页2021-11-21原电池-2-2( ) ( )22()( ) ( )22()HgeHaqClgeClaq净反应：22H (g)Cl (g)2()2()H

2、aqClaq电池的书面表示法电池的表示22) Pt,H ( ) HCl()( ), (+gaq ClgPt第3页/共49页2021-11-21电池的书面表示法1. 左边为负极，起氧化作用； 右边为正极，起还原作用。2.“|”表示相界面，有电势差存在。3.“|”表示盐桥，使液接电势降到可以忽略不计。4.“”表示半透膜。5. 要注明温度，不注明就是298.15 K；要注明物态， 气体要注明压力；溶液要注明浓度。6. 气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性电极， 通常是铂电极。第4页/共49页2021-11-21电池基本性能 电池电动势 电功 ewnFE等温等压下errwGnEFG 对可逆电池rrm

3、nFEGzEFG 第5页/共49页2021-11-21电化学与热力学的联系r, ,f,maxrm, ,()()T P RT P RGWnEFnEFGzEF 第6页/共49页2021-11-218.18.1 可逆电池和可逆电极(电化学与热力学的联系(组成可逆电池的必要条件(可逆电极的类型第7页/共49页2021-11-21组成可逆电池的必要条件化学反应可逆 能量变化可逆原电池 电解池第8页/共49页2021-11-21组成可逆电池的必要条件净反应：2ZnCl2Ag(s)2AgCl(s)Zn(s)原电池-22Cl2Ag(s)2e2AgCl(s)(2eZnZn(s)(总反应：2AgCl(s)Zn(s

4、)ZnCl2Ag(s)2电解池-22e2AgCl(s)2Cl2Ag(s)Zn(s)2eZn阴极：阳极：第9页/共49页2021-11-21组成可逆电池的必要条件可逆电池还应满足能量可逆要求：流过电池的电流无限小，I 0严格的说，可逆电池中不应有任何不可逆过程。所以凡具有两个不同电解质溶液接界的电池均不可逆。第10页/共49页2021-11-21从化学反应设计电池(1)Zn(s)+H2SO4(aq)H2(p)+ZnSO4(aq)验证：(-) Zn(s) Zn2+2e-(+) 2H+2e-H2(p)Zn(s)|ZnSO4|H2SO4|H2(p),Pt净反应：Zn(s)+2H+Zn2+H2(p)第1

5、1页/共49页2021-11-21从化学反应设计电池(2)AgCl(s)Ag+Cl-验证：(-) Ag(s) Ag+e-(+) AgCl(s)+e-Ag(s)+Cl-Ag(s)|Ag+(aq)|HCl(aq)|AgCl(s)|Ag(s)净反应：AgCl(s)Ag+Cl-第12页/共49页2021-11-21可逆电极的类型a. 金属与其阳离子组成的电极 汞齐电极 b. 氢电极 氧电极 卤素电极金属-难溶盐及其阴离子组成的电极金属-氧化物电极氧化-还原电极第一类电极第二类电极第三类电极第13页/共49页2021-11-21第一类电极及其反应Na+(a+)|Na(Hg)(a) Na+(a+)+nHg

6、+e- Na(Hg)n(a)电极 电极反应Mz+(a+)|M(s)Mz+(a+)+ze- M(s)第14页/共49页2021-11-21第一类电极及其反应电极 电极反应H+ (a+)|H2(p),Pt2H+(a+)+2e- H2(p)OH-(a-)|H2(p),Pt 2H2O+2e- H2(p)+2OH-(a-)H+(a+)|O2(p),PtO2(p)+4H+(a+)+4e- 2H2OOH-(a-)|O2(p),Pt O2(p)+2H2O+4e- 4OH-(a-) Cl- (a-)|Cl2(p),Pt Cl2(p)+2e- 2Cl-(a-)第15页/共49页2021-11-21第二类电极及其反

7、应电极 电极反应Cl-(a-)|AgCl(s)|Ag(s)AgCl(s)+e- Ag(s)+Cl-(a-)OH-(a-)|Ag2O|Ag(s)Ag2O(s)+H2O+2 e- 2Ag(s)+2OH-(a-)H+(a+)|Ag2O(s)|Ag(s)Ag2O+2H+(a+)+2e- 2Ag(s)+H2O第16页/共49页2021-11-21第三类电极及其反应电极 电极反应Fe3+(a1), Fe2+(a2)|PtFe3+(a1)+e- Fe2+(a2)Cu2+(a1), Cu+(a2)|PtCu2+(a1)+e- Cu+(a2)Sn4+(a1), Sn2+(a2)|PtSn4+(a1)+2e- S

8、n2+(a2)第17页/共49页2021-11-218.2 电动势的测定$对消法测电动势的原理$对消法测电动势的实验装置$标准电池$电动势与温度的关系$为什么标准电池有稳定的电势值第18页/共49页2021-11-21对消法测定电动势的原理图调节可变电阻，使得Ew在可变电阻上产生的电压与标准电池以及待测电池相同，于是通过电池的电流为0,s cxxs cA HEEA BA CEEA BA CEEA H第19页/共49页2021-11-21对消法测电动势的实验装置工作电源电位计检流计标准电池待测电池第20页/共49页2021-11-21标准电池结构图电池反应：(-) Cd(Hg)Cd2+Hg(l)

9、+2e-(+)Hg2SO4(s)+2e-2Hg(l)+SO42-净反应：Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2OCdSO48/3H2O(s)+Hg(l)第21页/共49页2021-11-21标准电池结构图第22页/共49页2021-11-21问题 为什么在一定温度下，含Cd的质量百分数在514%之间，标准电池的电动势有定值？答：从Hg-Cd的相图可知，在室温下，镉汞齐中镉含量在514%之间时，体系处于熔化物和固溶体两相平衡区，镉汞齐活度有定值。而标准电池电动势只与镉汞齐的活度有关，所以也有定值。第23页/共49页2021-11-21标准电池电动势与温度的关系ET/V=1.01845

10、-4.0510-5(T/K-293.15)- 9.510-7(T/K-293.15)2+110-8(T/K-293.15)3ET/V=E(293.15K)/V-39.94(T/K-293.15)+0.929(T/K-293.15)2- 0.009(T/K-293.15)3+0.00006(T/K-293.15)410-6我国在1975年提出的公式为：通常要把标准电池恒温、恒湿存放，使电动势稳定。第24页/共49页2021-11-21可逆电池电动势的取号rGm=-zEF自 发 电 池 ：rGm0例如：Zn(s)|Zn2+|Cu2+|Cu(s) Zn(s)+Cu2+Zn2+Cu(s) rGm0非自

11、发电池：rGm0，E0，E1rppEEQzFTTT当时，电池吸热，第42页/共49页2021-11-21（2 2） 判断氧化还原的方向已知：32(Ag |Ag)(Fe|Fe)0.799 V0.771 V$试判断下述反应向哪方进行？23FeAgFeAg(s) 排成电池：设活度均为1Ag(s)|Ag|Fe,Fe|Pt32正向进行。0.799V-0.771V0EE$应用：(2)判断氧化还原的方向第43页/共49页2021-11-21（3 3） 求 ( (不稳定) )应用：(3)求apw,KKK不稳定$A.求AgCl(s)的apK$设计电池，使电池反应为AgClAgCl(s)Ag ()Cl ()aa

12、AgClAg(s)|Ag ()|Cl ()|AgCl(s)|Ag(s)aa(Cl |AgCl|Ag)(Ag |Ag)0.2224V0.7991V0.5767VE $apwKKK，$10apexp1.76 10zE FKRT$第44页/共49页2021-11-21（3 3） 求 ( (不稳定) )B.求水的wK$设计电池，使电池反应为： H2OH+OH-22122H(H |H )1222OH(OH |H )( )H ()H ()e 0( )H OeH ()OH ()0.828Vpapa $电池:-22HOHPt|H ()|H ()|OH ()|H ()|Ptpaap$14W0.828Vexp1.

13、004 10EzE FKRT $apwKKK，$2HOH H OH ()OH ()aa 净反应第45页/共49页2021-11-21（3 3） 求 ( (不稳定) )22112224(H |O )112242(OH |O )( ) H OOH e 1.229V( ) OH O + eOH 0.401V $电池:22HOHPt|O ()|H ()|OH ()|O ()|Ptpaap$14Wexp1.004 10zE FKRT$apwKKK，$2 H OHOH 净反应0.401V1.229V0.828VE $第46页/共49页2021-11-21（3 3） 求 ( (不稳定) )-12W2OH-Cl-122(-)HH (/)e( )AgCl(s)eAg(s)Cl ()HAgCl(s)Ag(s)HClKaa 净反应电池:22122Pt|H ()|Ba(OH) (),BaCl ()|AgCl|Agpmm$-wCl(Cl |AgCl,Ag)OHwClOHln,K aRTEFaEaaEK已知，测定 可计算。$apwKKK，$第47页/共49页2021-11-21（4 4） 测离子平均活度系数 应用：(4)测离子平均活度系数