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物理化学
蒙延峰
化学与材料科学学院
Physical Chemistry
Ch9 可逆电池的电动势及其应用
作业: 17、 27
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主要内容
§ 可逆电池和可逆电极
§ 可逆电池的书写方法及电动势的取号
§ 电动势的测定
§ 可逆电池的热力学
§ 电动势产生的机理
§ 电极电势和电池的电动势
§ 电动势测定的应用
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§ 引言
桥梁公式:
4
可见电池(1)的充放电反应互为逆反应
当
E
>
E
外
电池放电时
Zn
极:
Zn Zn
2+
+2e
-
Cu
极:
Cu
2+
+ 2e
-
Cu
放电反应:
Zn + Cu
2+
Zn
2+
+ Cu
Zn2+
Cu2+
Cu
Zn
E外
(1)
§ 可逆电池和可逆电极
----可逆电池
可逆电池必须具备的条件
电池在放电和充电时的反应互为逆反应
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但把 Zn 和 Cu 插入中构成的电池(2)情况就不一样
该电池的充、放电反应并非互为逆反应,因此不是可电池。
§ 可逆电池和可逆电极
----可逆电池
H2SO4
(2)
Cu
Zn
E外
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§ 可逆电池和可逆电极
----可逆电池
电池在放电和充电时所通过的电流必须非常小,此时电池可在接近平衡状态下工作。
可逆电池放电或充电时,不仅物质的转变是可逆的而且能量的转化也是可逆的。凡是不能同时满足上述两个基本条件的电池称为不可逆电池。原则上,任何工业上可用的一次电池和二次电池(即可多次充、放电的电池)都是不可逆电池,如锌-二氧化锰干电池是不可逆电池,因为它不满足物质转变可逆的条件;将锌片和铜片同时插入稀硫酸溶液中构成的电池也是物质转变不可逆的电池。二次电池虽然能满足物质转变可逆的条件,但在正常的工作状态下无法满足能量转变可逆的条件。
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§ 可逆电池和可逆电极
----可逆电极的种类和电极反应
可逆电极主要有如下三种类型:
第一类电极:这类电极一般是将某金属或吸附了某种气体的惰性金属置于含有该元素离子的溶液中构成的。包括金属电极、汞齐电极和气体电极(氢电极、氧电极、卤素电极)。
例如:Zn(s)插在ZnSO4溶液中,
作负极 Zn(s)|ZnSO4(aq); 作正极 ZnSO4(aq)| Zn(s)
氧化反应Zn(s) Zn 2+ +2e -; 还原反应 Zn 2+ +2e - Zn(s)
气体电极要借助于铂或其它惰性物质起导电作用将气体冲击铂片,铂片浸入含该气体所对应的离子的溶液中。
钠汞齐电极 Na +(a+) | Na(Hg)(a)
Na + (a+) + Hg(l)+ e- Na(Hg)(a)
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§ 可逆电池和可逆电极
----可逆电极的种类和电极反应
Na+(a+)|Na(Hg)(a) Na+(a+)+nHg+e- →Na(Hg)n(a)
电极电极反应
Mz+(a+)|M(s) Mz+(a+)+ze- →M(s)
H+ (a+)|H2(p)|Pt 2H+(a+)+2e- →H2(p)
OH-(a-)|H2(p)|Pt 2H2O+2e- →H2(p)+2OH-(a-)
H+(a+)|O2(p)|Pt O2(p)+4H+(a+)+4e- →2H2O
OH-(a-)|O2(p)|Pt O2(p)+2H2O+4e- →4OH-(a-)
Cl- (a-)|Cl2(p)|Pt Cl2(p)+2e- →2Cl-(a-)
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§ 可逆电池和可逆电极
----可逆电极的种类和电极反应
第二类电极:金属难溶盐电极由金属表面覆盖一层该金属的难溶盐,然后浸入含有该难溶盐的负离子的溶液中构成。
难溶氧化物电极在金属表面覆盖一层该金属的氧化物,然后浸在含有H+或HO-的溶液中构成电极。
如Ag-AgCl电极 Cl-(a-) | AgCl(s)| Ag(s)
电极反应: AgCl(s) + e- Ag(s) +Cl- (a-)
Ag-Ag2O电极 OH- (a-) | Ag2O(s) |Ag(s)
电极反应: Ag2O(s) + H2O +2e- 2Ag(s) + 2OH–(a-)
Ag-Ag2O电极 H+ (a+) | Ag2O(s) |Ag(s)
电极反应 Ag2O(s) + 2H+ (a+) +2e- 2Ag(s) + H2O
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