物理化学傅献彩第9章 可逆电池的电动势及其应用

1、第九章 可逆电池电动势及其应用2022-1-1第第九章九章 可逆电池的电动势及其应用可逆电池的电动势及其应用9.1 9.1 可逆电池和可逆电极可逆电池和可逆电极9.2 9.2 电动势的测定电动势的测定9.3 9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号可逆电池的书写方法及电动势的取号9.4 9.4 可逆电池的热力学可逆电池的热力学9.5 9.5 电动势产生的机理电动势产生的机理9.6 9.6 电极电势和电池的电动势电极电势和电池的电动势9.7 9.7 电动势测定的应用电动势测定的应用9.1 可逆电池和可逆电极可逆电池和可逆电极1. 可逆电池可逆电池2. 可逆电极和电极反应可逆电极和电极反应1.1

2、电化学与热力学的联系电化学与热力学的联系1.2 如何把化学反应转变成电能？如何把化学反应转变成电能？1.3 组成可逆电池的必要条件组成可逆电池的必要条件1.1.可逆电池可逆电池将化学能转化为电能的装置称为电池，若此转化将化学能转化为电能的装置称为电池，若此转化是以是以热力学可逆热力学可逆方式进行的，则称为方式进行的，则称为“可逆电池可逆电池”。l 在可逆电池中在可逆电池中 (rG)T,p=Wf=nFE 其中其中E: 电池两电极间的电势差，在可逆条件下，电池两电极间的电势差，在可逆条件下，达最大值，称为达最大值，称为电池的电动势电池的电动势。 r, ,f,max()T p RGWnEF rm,

3、,()T p RnEFGzEF 1.1 电化学与热力学的联系电化学与热力学的联系1.2 如何把化学反应转变成电能？如何把化学反应转变成电能？(1) 该化学反应是氧化还原反应，或包含有该化学反应是氧化还原反应，或包含有氧化氧化还原的过程还原的过程(2) 有适当的装置，使化学反应分别通过在电极有适当的装置，使化学反应分别通过在电极上的反应来完成上的反应来完成(3) 有两个电极和与电极建立电化学平衡的相应有两个电极和与电极建立电化学平衡的相应电解质电解质(4) 有其他附属设备，组成一个完整的电路有其他附属设备，组成一个完整的电路常见电池的类型常见电池的类型单液电池单液电池2HPt+HPtPtAgCl

4、+Ag常见电池的类型常见电池的类型双液电池双液电池用素烧瓷分开用素烧瓷分开ZnCu+4CuSO (aq)4ZnSO (aq)素瓷烧杯常见电池的类型常见电池的类型双液电池双液电池用盐桥分开用盐桥分开4ZnSO (aq)4CuSO (aq)ZnCu+盐桥化学反应可逆化学反应可逆原电池原电池 电解池电解池1.3 组成可逆电池的必要条件组成可逆电池的必要条件能量变化可逆能量变化可逆1.3 可逆电池的必要条件可逆电池的必要条件(1) 可逆电池充放电时的反应必须互为逆反应可逆电池充放电时的反应必须互为逆反应化化学反应可逆学反应可逆; (2) 可逆电池中所通过的电流必须为无限小可逆电池中所通过的电流必须为无

5、限小能量变化可逆能量变化可逆。可逆电池必须同时满足上述两个条件可逆电池必须同时满足上述两个条件.Cu极电势高为正极电势高为正Cu极极 Cu2+2e- Cu Zn极极 Zn Zn2+ + 2e- Cu2+Zn Cu +Zn2+充电：加外加电压充电：加外加电压VE放电：放电：EV Cu Cu2+ + 2e- Zn2+2e- ZnZn2+Cu Zn+Cu2+电池电池ZnCuZnSO4CuSO4AVZnCuZnSO4CuSO4AV放电：放电：EV充电：充电：VECu极极: 2H+2e- H2 Zn极极: Zn Zn2+ + 2e- Cu Cu2+ + 2e- 2H+2e- H22H+Zn H2 +Zn

6、2+2H+Cu H2+Cu2+电池电池CuZnH2SO4AVCuZnH2SO4AV显然电池显然电池不是可逆电池不是可逆电池(rGm)T,p= Wf = -zFE如：如：Cu2+Zn Cu +Zn2+ z=2, E= 1.1V, (rGm)T,p= -212.3 kJmol-1当电池可逆放电时：当电池可逆放电时：Wf= - 212.3 kJ当电池同时满足上述两个条件时当电池同时满足上述两个条件时凡是不能同时满足上述两个条件的电池均不是可凡是不能同时满足上述两个条件的电池均不是可逆电池。不可逆电池两电极之间的电势差逆电池。不可逆电池两电极之间的电势差E将随将随工作条件而变化，且恒小于该电池的电动势

7、。工作条件而变化，且恒小于该电池的电动势。此时：此时： (rGm)T,p 0表示电池可真实存在表示电池可真实存在; E0该电池表达式该电池表达式并不真实代表电池，真实情况相反。并不真实代表电池，真实情况相反。例如：例如：Zn(s)|Zn2+|Cu2+|Cu(s) Zn(s)+Cu2+Zn2+Cu(s) rGm0Cu(s)|Cu2+|Zn2+|Zn(s) Zn2+Cu(s)Zn(s)+Cu2+ rGm0，E0rmGzEF 2.可逆电池电动势的取号可逆电池电动势的取号 自发电池自发电池rm0G 非自发电池非自发电池rm0G0E 0E 2HPt+HPtPtAgCl Ag2Ag(s)| AgCl(s)

8、| HCl1 | H| PtapyCl( ) Ag(s)Cl ()AgCl(s)ea122H( ) H ()eH ()apy净反应：净反应：212Ag(s)HCl1AgCl(s)H ()apy0.2224 VE y左氧化,负极2PtHHCl( )AgCl(s)Ag(s)()apy2HHH()22epa ()y右还原,正极Cl2AgCl(s)2e2Ag(s)2Cla ()净反应2H2AgCl(s)()pyHClH2Ag(s)22Claa ()()或H2Ag(s)2 Cl a ( )3.电池表达式与电池反应的电池表达式与电池反应的“互译互译”3.1 由电池表达式写出电池反应由电池表达式写出电池反应

9、负极负极|电解质溶液电解质溶液1|电解质溶液电解质溶液2|正极正极 左为负极即阳极左为负极即阳极 氧化反应氧化反应 右为正极即阴极右为正极即阴极 还原反应还原反应 +) 电池反应电池反应例例1.H2(p)+1/2O2(p) = H2O(l)H2(p)+Hg2SO4(s) = 2Hg(l)+H2SO4(m)Pt|H2(p)|H2SO4(m)|Hg2SO4(s) |Hg(l) ( ) H2(p) 2H+(mH+) +2e- (+) Hg2SO4(s)+2e- 2Hg(l) + SO42-(mSO42- ) 例例2 Pt|H2 (p)|NaOH(m)| O2(p) |Pt ( ) H2(p) +2O

10、H 2H2O +2e- (+) 1/2O2(p)+H2O+2e- 2OH 有时并不直观，一般抓住三个环节有时并不直观，一般抓住三个环节1)1)确定电极（前述三类电极）；确定电极（前述三类电极）；2)2)确定电解质溶液，特别是电池反应式中没确定电解质溶液，特别是电池反应式中没有离子出现的反应；有离子出现的反应；3)3)复核（十分重要，以免出错）复核（十分重要，以免出错）3.2 由电池反应设计电池由电池反应设计电池例例1、 Zn(s)+Cd2+ = Zn2+ + Cd(s)设计设计: Zn(s)|Zn2+ |Cd2+|Cd(s)复核复核: () Zn(s) Zn2+ + 2e- (+) Cd2+

11、+ 2e- Cd(s) Zn(s)+Cd2+= Zn2+Cd(s)电极电极电解质电解质电极直观：金属氧化物电极，其中电极直观：金属氧化物电极，其中Pb-PbO为负极，为负极，因为反应中因为反应中Pb氧化为氧化为PbO。Pb(s)+HgO(s) = PbO(s)+Hg(l)例例2、Pb(s)+HgO(s) = PbO(s)+Hg(l)设计设计: Pb(s)|PbO(s)|OH|HgO(s)|Hg(l)复核：复核：() Pb(s)+2OH PbO(s)+H2O(l) + 2e- (+) HgO(s)+H2O(l)+2e- Hg(l)+2OH 电极电极氧化物电极对氧化物电极对OH可逆，所以电解质可选

12、择可逆，所以电解质可选择OH反应式中有离子，电解质溶液易确定，但没有氧化反应式中有离子，电解质溶液易确定，但没有氧化还原变化，电极选择不直观，从反应式看出，还原变化，电极选择不直观，从反应式看出，两电两电极必须相同。极必须相同。对对H+，OH可逆的电极有氢电极，氧可逆的电极有氢电极，氧电极，氧化物电极。电极，氧化物电极。2H+2OH= 2H2O(l)例例3、H+OH= H2O (l)设计设计: Pt|H2(p)|OH |H+|H2(p) |Pt复核：复核： () H2(p)+2OH 2H2O(l) + 2e- (+) 2H+2e- H2(p) 电极明显，氢、氧气体电极对电极明显，氢、氧气体电极

13、对H+，OH均可逆均可逆设计设计: Pt|H2(p)| H |O2(p)|Pt 或或 Pt|H2(p)| H |OH |O2(p)|PtH2(p)+1/2O2(p)=H2O(l)例例4、H2(p)+1/2O2(p) = H2O(l)复核：复核： () H2(p) 2 H + 2e- (+) 1/2O2(p)+ 2H +2e- H2O(l) H2(p)+1/2O2(p)=H2O(l)复核：复核： () H2(p) 2H + 2e- (+) 1/2O2(p)+H2O(l)+2e- 2OH 练习练习1 1：从化学反应设计电池：从化学反应设计电池Zn(s)+H2SO4(aq)H2(p)+ZnSO4(a

14、q)验证：验证：Zn(s) | ZnSO4 (aq)| H2SO4 (aq)| H2(p) | Pt净反应：净反应：Zn(s)+2H+Zn2+H2(p)2+2+Zn( ) Zn(s)Zn()2ea2H( ) 2H ()2eH ( )ap练习练习2 2：从化学反应设计电池从化学反应设计电池净反应：净反应：AgClAg ()ClAgCl(s)aa ()验证：验证：Cl( ) Ag(s)Cl ()AgCl(s)eaAg( ) Ag ()eAg(s)a 3Ag s | AgCl s | HCl aq | AgNOaq | Ag sAgClAg ()ClAgCl(s)aa () 9.4 可逆电池的热力学

15、可逆电池的热力学1. Nernst 方程方程2. 从从标准电动势标准电动势E求反应的平衡常数求反应的平衡常数 3. 由电动势由电动势E及其温度系数求反应及其温度系数求反应 的的 和和rmSrmH反映了电池电动势与参反映了电池电动势与参加反应各组分的性质、加反应各组分的性质、浓度、温度等的关系浓度、温度等的关系 1. Nernst 方程方程1222Pt HHCl ( ) ClPt()()app|12+22HClHClH () ()()()22Claapp22ClCl2e ()()2Clap负极负极, ,氧化氧化正极正极, ,还原还原净反应净反应21HH ()2e( )2Haprm2222HClH

16、Clln yGaaRTaa化学反应等温式为化学反应等温式为rmrmBBBln yGGRTa因为因为rmGzEF rmGzE F yy代入上式得代入上式得BBBln yRTEzFa这就是计算可逆电池电动势的这就是计算可逆电池电动势的 Nernst 方程方程2222HClHCllnyRTEEzFaaaa 1. Nernst 方程方程 E为所有参加反应的组分都为所有参加反应的组分都处于标准态时的电动势；处于标准态时的电动势； z为电极反应中电子的计量为电极反应中电子的计量系数；系数； 当涉及纯液体或纯固体物质当涉及纯液体或纯固体物质时，其活度为时，其活度为1，当涉及气体，当涉及气体时时af / p，

17、若为理想气体，若为理想气体，则则ap / plnaRTEKzFyyrmlnaGRTK yyrmGzE F yy 与与 所处的状态不同，所处的状态不同， 处于标准态，处于标准态， 处于平衡态，只是处于平衡态，只是 将两者从数值上联系在将两者从数值上联系在一起一起。EyKyEyrmGyKy 2. 从从E求电池反应平衡常数求电池反应平衡常数K p70 例题例题rm1rm2(1) (2)2 GE FGE F( )( )rmrm1122GG1122ln ln2yyyyRTRTEKEKFF12yyKK22111 21 2HClln yaaRTEEFaa1212 yyEEEEE, Kyy 和和 的值与电池反

18、应的关系的值与电池反应的关系rmG+2122HCl(2) HClH () ()()()22Claapp+2122HClHClH () ()11(1) ()()Cl22aapp2222222HCllnya aRTEEFaa rm m rmr pEHzEFzFTTGTSddd GS TV p rm() pzEFST rmRpEQTSzFTT pGST() pGST rmpESzFT3. 从从E及其温度系数求反应的及其温度系数求反应的 和和 rmHrmSp71 例例1、2例例2 300K、pyy, 一反应在一般容器中进行，放热一反应在一般容器中进行，放热60 kJ，若在可逆电池中进行，吸热，若在可逆

19、电池中进行，吸热6 kJ，求能，求能作出最大电功多少？作出最大电功多少？ S, H, U？请将下列变化设计为电池：请将下列变化设计为电池：22(2)()(0.1)(0.01)HpHpHaHa 9.5 电动势产生的机理电动势产生的机理 1. 电极与电解质溶液界面间电势差的形成电极与电解质溶液界面间电势差的形成 2. 接触电势接触电势 3. 液体接界电势液体接界电势4. 电池电动势的产生电池电动势的产生4142( ) Cu | Zn | ZnSO () CuSO () | Cu )| (aa 接接触触散散 E扩散接触 1. 电极与电解质溶液界面间电势差的形成电极与电解质溶液界面间电势差的形成在极性

20、较大的水分子的吸引作在极性较大的水分子的吸引作用下，用下，Zn2进入溶液，在电极进入溶液，在电极表面留下负电荷；表面留下负电荷；正离子受到电极表面负电荷的正离子受到电极表面负电荷的吸引，排列在电极表面附近；吸引，排列在电极表面附近；正离子的聚集阻碍了金属的继正离子的聚集阻碍了金属的继续溶解，电极表面负电荷不再续溶解，电极表面负电荷不再增加，增加，Zn Zn2,和和Zn2 Zn达动态平衡；达动态平衡；部分正离子由于热运动而分散部分正离子由于热运动而分散在电极表面附近。在电极表面附近。1.1 双电层形成（双电层形成（Zn电极为例）电极为例）+-+d ：紧密层厚度：紧密层厚度 10-10m ：分散层

21、厚度分散层厚度10-10 10-6m 与溶液的浓度有关，与溶液的浓度有关， 浓度越大，浓度越大， 越小越小 M l 1 2d 1.2 双电层的结构双电层的结构 M：电极电势：电极电势 l：本体溶液电势：本体溶液电势 ： 界面电势差。与电极界面电势差。与电极的种类，温度，离子浓的种类，温度，离子浓度有关。度有关。 = | M - l |= 1+ 2 2. 接触电势接触电势不同金属相互接触时，由于电子的逸出功不同不同金属相互接触时，由于电子的逸出功不同，相互渗入的电子不同，在界面上电子分布不，相互渗入的电子不同，在界面上电子分布不均匀，由此产生的电势差称为均匀，由此产生的电势差称为接触电势接触电势

22、。电子逸出功电子逸出功 电子从金属表面逸出时电子从金属表面逸出时, ,为了克服表面势垒必须做的功。为了克服表面势垒必须做的功。逸出功的大小既与金属材料有关，又与金属的逸出功的大小既与金属材料有关，又与金属的表面状态有关。表面状态有关。 在两个含在两个含不同溶质不同溶质的溶液的界面上，或溶质相同的溶液的界面上，或溶质相同而而浓度不同浓度不同的界面上，由于的界面上，由于离子迁移的速率不同而离子迁移的速率不同而产生的电势差产生的电势差液接电势很小，一般在液接电势很小，一般在0.03 V以下以下。离子扩散是不可逆的，所以有液接电势存在的离子扩散是不可逆的，所以有液接电势存在的电池也是不可逆的，且液接电

23、势的值很不稳定。电池也是不可逆的，且液接电势的值很不稳定。用盐桥可以使液接电势降到可以忽略不计。用盐桥可以使液接电势降到可以忽略不计。3. 液体接界电势液体接界电势 (液接电势液接电势,liquid junction potential) 3.1 液接电势差液接电势差 扩散扩散形成形成的原因：的原因：离子迁移速率不同离子迁移速率不同稀稀HCl |浓浓HCl +H+Cl-当界面两侧荷电后，由于静电作用，使扩散快的当界面两侧荷电后，由于静电作用，使扩散快的离子减速，而使扩散慢的离子加速，最后达平衡离子减速，而使扩散慢的离子加速，最后达平衡状态，状态，两种离子以等速通过界面，两种离子以等速通过界面，

24、界面两侧荷电界面两侧荷电量不变，形成液接电势差。量不变，形成液接电势差。AgNO3 | HNO3+H+Ag+H+Cl-H+Ag+ 液接电势差的存在使电池可逆性遭到破坏，另液接电势差的存在使电池可逆性遭到破坏，另外液接电势差目前既难于测量，又不便于计算，外液接电势差目前既难于测量，又不便于计算，因此，人们尽可能消除液接电势差。通常采用因此，人们尽可能消除液接电势差。通常采用“盐桥盐桥”（salt bridge）3.2 液接电势差的消除液接电势差的消除3.3 “盐桥盐桥”中电解质的采用原则：中电解质的采用原则：(1) 正负离子迁移速率很接近，正负离子迁移速率很接近，如如KCl, NH4NO3 保保

25、证液接电势差非常小；证液接电势差非常小；(2) 盐桥物质不能与电解质溶液发生反应。盐桥物质不能与电解质溶液发生反应。44( ) Cu | Zn | ZnSO CuSO | Cu (|) 4.电池电动势的产生电池电动势的产生 扩扩散散接接触触 E扩散接触9.6 电极电势和电池的电动势电极电势和电池的电动势 1. 标准电极电势标准电极电势标准氢电极标准氢电极 2. 电池电动势的计算电池电动势的计算1.1 标准氢电极标准氢电极1.2 氢标还原电极电势氢标还原电极电势1.3 电极电势计算通式电极电势计算通式1.4 二级标准电极甘汞电极二级标准电极甘汞电极注意以下几个问题注意以下几个问题 什么是标准氢电

26、极？什么是标准氢电极？ 如何测量电极的氢标电极电势？如何测量电极的氢标电极电势？ 如何判断电动序？如何判断电动序？ 电极电势的电极电势的Nernst公式如何书写？公式如何书写？2HPt | H () | H (1)pay规定：规定：2(H |H )0y1.1 标准氢电极标准氢电极用镀铂黑的金属铂导电用镀铂黑的金属铂导电212HH ()H (1)epay1H1.0 mol kgm,H1.0m,H1.0ma 1. 标准电极电势标准电极电势标准氢电极标准氢电极1 molkg-11.2 氢标还原电极电势氢标还原电极电势以标准氢电极为阳极，待测电极为阴极，因为以标准氢电极为阳极，待测电极为阴极，因为 为

27、零，所测电动势即为待测电极的为零，所测电动势即为待测电极的氢标还原电极电势氢标还原电极电势。2H |Hy(Ox|Red)1953年年 (International Units of Pure and Applied Chemistry)统一规定：电池统一规定：电池 Pt|H2(g, pyy)|H+(a=1) | 待定电极待定电极的电动势的电动势 E 即为即为 待定电极的电极电势待定电极的电极电势 如如: Pt|H2(g, pyy)|H+(a=1) | Cu2+|Cu(s) E= 0.342V Cu2+|Cu= 0.342V(1)(1)电极电势的大小反映了电极上可能发生反应的次序电极电势的大小反

28、映了电极上可能发生反应的次序( (即氧化还原能力大小的次序，电动序）即氧化还原能力大小的次序，电动序）电极电势越小，越容易失去电子，越容易氧化，电极电势越小，越容易失去电子，越容易氧化，是较强的还原剂；反之是较强的氧化剂。是较强的还原剂；反之是较强的氧化剂。(2)(2)利用标准电动序，在原电池中，可以判断哪个做正利用标准电动序，在原电池中，可以判断哪个做正极，哪个为负极。电势小者氧化为负极极，哪个为负极。电势小者氧化为负极(3)(3)在电解池中，可以判断电极上发生反应的次序，阳在电解池中，可以判断电极上发生反应的次序，阳极上小者先氧化，阴极上大者先还原极上小者先氧化，阴极上大者先还原说明：说明

29、：2322 K | K(s)Ca | Ca(s) Al | Al(s)Zn | Zn(s)Pb | Pb(s)2 H () | PtpyE增大（非自发电池）（非自发电池）（自发电池）（自发电池）+2HPt| H () | H (=1)| pay| 标标准准氢氢电电极极 给给定定电电极极Ox | Red0y1.3 电极电势计算通式电极电势计算通式Red(Ox|Red)(Ox|Red)OxlnaRTzFay这是计算电极还原电极电势的这是计算电极还原电极电势的 Nernst 方程方程BOx|RedBBlnRTazFyez 氧氧化化态态还还原原态态ROxedeaaz 2HE ZzMMHMzHMaazF

30、RTaaaazFRTElnln2 ZMMaazFRTln )1()()()(2 HZazHsMaMpHClAgCl(s)eAg(s)+Cl ()aAgClCl |AgCl|AgCl |AgCl|AgAgCllna aRTzFayClCl ()|AgCl(s)|Ag(s)a例如有电极例如有电极电极的还原反应为电极的还原反应为电极电势的计算式为电极电势的计算式为Cl |AgCl|AgCllnRTaFy1.3 电极电势计算通式电极电势计算通式222ClPt H () H (1) | Cl () Hg Cl (s) Hg(l)paay22(Cl |Hg Cl (s)|Hg)E0.10.33371.00

31、.2801饱和饱和0.2412氢电极使用不方便，用有确定电极电势的甘汞电氢电极使用不方便，用有确定电极电势的甘汞电极作二级标准电极。极作二级标准电极。1.4 二级标准电极二级标准电极甘汞电极甘汞电极22Cl (Cl |Hg Cl (s)|Hg)a222HCu(1) Pt(s) H () H (1) | Cu() Cu(s)paay|电池反应分别为电池反应分别为2. 电池电动势的计算电池电动势的计算222HZn(2) Pt(s) H () H (1) | Zn() Zn(s)paay|2222ZnCu(3) Zn(s) Zn() | Cu() Cu(s)aa|222CuH(1) H ()Cu()

32、Cu(s)2H (1)paay222ZnHH (Zn()Zn(s)2H (1)(2) )paay2222CuZn(3) Zn(s) Cu()Cu(s)Zn()aarmrmrm(3)3) (1)(2)(1)(2 ) GGG2.1 从电极电势计算电池的电动势从电极电势计算电池的电动势2rm11CuCu(s)(1)2 GE FE |2rm22ZnZn(s)(2)2 GE FE |1rm322(3)2)2 E FEE FFG 223CuCu(s)ZnZn(2s1)EEE|Ox RedOx Red(R)(L)E|电池电动势计算通式电池电动势计算通式2.1 从电极电势计算电池的电动势从电极电势计算电池的电

33、动势2222ZnCuZn(s)|Zn()|Cu()|Cu(s)aa22Zn( ) Zn(s)Zn()2ea 22Cu( ) Cu()2eCu(s)a 2222CuZnCu|CuZn|ZnCuZn ln l n22aRTRTaFaFayyOx|Red ( )Ox|Red ( )E2.1 从电极电势计算电池的电动势从电极电势计算电池的电动势2222Cu |CuZn |ZnCuZn11ln ln22RTRTEFaFayy2222ZnCu|CuZn|ZnCuln2aRTEFa（）yy注意事项注意事项1. 电极反应和电池反应都必须物量和电荷量平衡电极反应和电池反应都必须物量和电荷量平衡2. 电极电势都必

34、须用还原电极电势，电动势等于电极电势都必须用还原电极电势，电动势等于正极正极的还原电极电势的还原电极电势减去负极减去负极的还原电极电势的还原电极电势3. 要注明反应温度，不注明是指要注明反应温度，不注明是指298 K要注明电极的物态，气体要注明压力，溶液要注要注明电极的物态，气体要注明压力，溶液要注明浓度明浓度2.1 从电极电势计算电池的电动势从电极电势计算电池的电动势2222ZnCuZn(s)|Zn()|Cu()|Cu(s)aa净反应净反应: :2222CuZnZn(s)Cu()Cu(s)Zn()aaBBBlnaRTEEzFy两种方法结果相同两种方法结果相同22ZnCuln2aRTEFay2

35、2Cu|CuZn|ZnEyyy2.2 从电池的总反应式直接用从电池的总反应式直接用Nernst方程计算电池的电动势方程计算电池的电动势P82 例例1) 1() 1()(21) 1(32322 FeIFeaFeaIsIaFePtsIaIaFeaFePtIFeFe)() 1() 1(),1(213232 解解：设设计计如如下下电电池池：例例2 2用电动势用电动势E E的数值判断，在的数值判断，在298K298K时亚铁离子时亚铁离子FeFe2+2+能否按下式使碘（能否按下式使碘（I I2 2）还原为碘离子（）还原为碘离子（I I- -）: : V0.235V0.771)(0.536EE 左右 上述反

36、应为非自发反应上述反应为非自发反应 CueCusCueCusCueCu22)3()3()2()1()()2( )(2)1( 2 22223,r2,r1 ,rFGFGFGCuCuCuCuCuCuCuCuCuCuCuCummm 例例3 3 同一种金属同一种金属CuCu，找出其不同氧化态，找出其不同氧化态CuCu+ +和和CuCu2+2+的标的标准还原电极电势之间的关系。准还原电极电势之间的关系。 CuCuCuCuCuCummmGGG 2222 ,r1 ,r3 ,r 9.7 电动势测定的应用电动势测定的应用2. 求电解质溶液的平均活度因子求电解质溶液的平均活度因子 3. 求难溶盐的活度积求难溶盐的活

37、度积 4. pH 的测定的测定 5. 电势电势pH 图及其应用图及其应用 6. 细胞膜与膜电势细胞膜与膜电势 7. 离子选择性电极和化学传感器简介离子选择性电极和化学传感器简介1. 判断氧化还原的方向判断氧化还原的方向已知：已知：32(Ag |Ag)(Fe|Fe)0.799 V0.771 Vyy试判断下述反应在标准状态下向哪方进行？试判断下述反应在标准状态下向哪方进行？23FeAgFeAg(s) 排成电池：排成电池：23Pt|Fe ,Fe |Ag |Ag(s)正向进行正向进行0.799V0.771V0EEy1.判断氧化还原的方向判断氧化还原的方向阴极（氧化能力）阴极（氧化能力）阳极极（还原能力

38、）阳极极（还原能力）2PtH ()HCl( )AgCl(s)Ag(s)pmy2Cl |AgCl|AgH|HHCllnRTEaaFyy和和m已知，测定已知，测定E，可求出，可求出 y2.求电解质溶液的平均活度因子求电解质溶液的平均活度因子122H( )H ()H ()epa yCl( )AgCl(s)eAg(s)Cl ()a 122ClHH ()AgCl(s)Ag(s)Cl () + H ()paa y22Cl |AgCl|AglnRTmFmyyCl |AgCl|Ag22lnlnRTmRTEFmFyy已知平均活度因子求标准电极电势已知平均活度因子求标准电极电势根据德拜-休克尔公式：mAIAln-

39、(Cl |AgCl,Ag)22lnRTmRTAEEmFmFyy-以22lnRTmRTAEmFmFy对 作图m图见下页：-y3.1 求求AgCl(s(s) )的的spyK设计电池，使电池反应为设计电池，使电池反应为AgClAgCl(s)Ag ()Cl ()aa AgClAg(s)|Ag ()|Cl ()|AgCl(s)|Ag(s)aaCl |AgCl|AgAg |AgEyyy10spexp1.76 10yyzE FKRTspwyyKK，3.求难溶盐的活度积和水解离常数求难溶盐的活度积和水解离常数0.2224V0.7991V0.5767V 3.2 求水的求水的wKy设计电池设计电池的的反应为反应为：2122H(H |H )( )H ()H ()e 0 yypa电池电池22HOHPt|H ()|H ()|OH ()|H ()|Ptpaapyy0.828 VE y2HOH H OH ()OH ()aa 净反应2HOHH OH ()OH ()aa21222OH(OH |H )( ) H OeH ()OH () 0.828V yypa15wexp9.9 10zE FKRTyy2112224(H |O )(