5.5可逆电池

Na+(a+)∣Na（Hg）(a)
可逆电极的类型
（2）吸附了某气体的惰性金属插入含有该元素离子的溶液中 构成的电极是气体电极。 氢电极（碱性溶液中） 电极表示 OH(aq)H2(g)Pt 电极反应 2H2O +2e H2 (g)+ 2OH (a) 氧电极 电极表示 H+ (a)O2(g)Pt 电极反应 O2 (p) + 4H+ (a) + 4e 2H2O Pt 卤素电极 电极表示 Cl(aq)Cl2(g)Pt 含Az-溶液 电极反应 Cl2 (l) +2e 2Cl
极必须相同。对H+，OH－可逆的电极有氢电极，氧
化物电极。
设计:
复核：
(Pt)H2(g)|OH－||H+|H2(g)(Pt)
(–) H2(g)+2OH－ 2e = 2H2O(l) (+) 2H++2e=H2(g) 2H++2OH－= 2H2O(l)
例4、H2(g)+1/2O2(g) = H2O(l)
惰性金属在这里不仅起导电作用，还有促进电极平衡 建立的作用，使用最多的金属是铂
可逆电极的类型
2．第二类电极 包括金属－难溶盐电极和金属－难溶氧化物电极。 （1）金属-难溶盐电极：在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溶液中构成。
如银-氯化银电极 电极组成 Cl(a)｜AgCl (s)｜Ag (s) 电极反应 AgCl (s)+ e Ag (s) + Cl (a) 如甘汞电极 电极组成 Cl (a)｜Hg2Cl2 (s)｜Hg (l) 电极反应 Hg2Cl2 (s)+ 2e 2Hg (l)+ 2Cl (a) 甘汞电极制作简单，电势稳定，使用方便， 常用作参比电极。
正极反应 + H2 负极反应 Zn 2e Zn2+ 电池反应 Zn + 2H+ Zn2+ + H2 2H+ 2e
E’
Zn
Cu
当E < E’ ，电池将充电 正极反应 Cu－2e → Cu2+ H2SO4 负极反应 2H＋ ＋2e → H2 电池反应 Cu＋2H+ → Cu2+＋ H2 由此可见，该电池的电极不可逆，是不可逆电池。
Zn(s)+Cd2+= Zn2++Cd(s)
例2、Pb(s)+HgO(s) = PbO(s)+Hg(l)
电极
电极直观：金属氧化物电极，其中Pb-PbO为负极， 因为反应中Pb氧化为PbO。 氧化物电极对OH－可逆，所以电解质为OH－
设计: Pb(s)-PbO(s)|OH－|HgO(s)-Hg(l)
五、根据化学反应设计电池
1. 由电池表达式写出电池反应
负极| 电解质溶液1||电解质溶液2|正极
左为负极即阳极 氧化反应 +) 还原反应 电池反应
右为正极即阴极
例1.(Pt)H2(g)|H2SO4(m)|Hg2SO4(s)-Hg(l) () H2(g) 2e = 2H+
(+) Hg2SO4(s)+2e = 2Hg(l) + SO4-2
三、电池的书写方式
电池的组成和结构可以方便地用电池符号来表示。规定如下 （ 1）负极（发生氧化反应）写在左边，正极（发生还原反 应）写在右边。 （2）不同相间界面用 “｜”表示；若液体接界电势已经用 盐桥消除，用“‖”表示盐桥。 （ 3）注明电池中各物质所处的相态，气体要标明压力，溶 液要标明浓度或活度。 （ 4）不能直接作为电极的气体和液体，必须吸附在惰性金 属（如Pt、Au）上，一般也应标明。 （5）注明电池工作的温度和压力。若不写明，则通常为298 K，100 kPa。
可逆电极的类型
3．第三类电极
这类电极由惰性金属（如Pt）插入含有某种离子 的两种不同氧化态的溶液中构成。 如Fe3+与 Fe2+构成的电极 电极表示 Fe3+ (a1) ，Fe2+ (a2) ∣Pt 电极反应 Fe3+ (a1) ＋ e →Fe2+ (a2) Sn4+与Sn2+构成的电极 电极表示 Sn4+ (a1) ，Sn2+(a2)∣Pt 电极反应 Sn4+(a1) ＋2e → Sn2+ (a2) 这类电极中的惰性金属仅起导电作用。由于电极反应只涉 及到组成电极的溶液中离子间的氧化-还原反应，故又称氧化还 原电极。
铜锌电池 Zn (s)｜ZnSO4 (a1)‖CuSO4 (a2)｜Cu (s)
四、可逆电极的类型
1. 第一类电极 主要包括金属电极和气体电极 （1）将金属插入含有该金属离子的溶液中，构成的电极为 金属电极。 如Cu (s)插在CuSO4溶液中构成的金属电极 当电极作为正极时 电极表示 CuSO4(aq)∣Cu (s) Cu 2+ 电极反应 Cu (aq) + 2e Cu (s) 当电极作为负极时 CuSO4 电极表示 Cu (s) ∣CuSO4(aq) 电极反应 Cu (s) Cu2+(aq) + 2e 一些活泼的金属，可以把金属溶于汞，做成汞齐电极
阳 极
CuSO4溶液
可以看出，铜锌电池的化学反应可逆 （2）能量的转换必须可逆，即电池充放
素烧瓷
铜-锌电池示意图
电时电流无限小。
（3）其它过程可逆。 同时满足以上条件的电池即是可逆电池，构成可逆电 池的电极都是可逆电极。
2. 不可逆电池 若电池充、放电时，反应不可逆，则为不可逆电池。如 将金属铜和锌插入稀硫酸中构成的电池就不是可逆电池。 当E >E’，电池将放电
电极明显，氢、氧气体电极对H+，OH－均可逆 设计: (Pt)H2(g)| H＋ |O2(g)(Pt) 或 (Pt)H2(g)| H＋ ||OH－ |O2(g)(Pt)
复核： (–) H2(g) 2e = 2 H＋ (+) 1/2O2(g)+ 2H＋ +2e = H2O(l) H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) 复核： (–) H2(g) 2e = 2H＋ (+) 1/2O2(g)+H2O(l)+2e = 2OH－ H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)
H2(g)+Hg2SO4(s) = 2Hg(l)+H2SO4(m)
例2 (Pt)H2(g)|NaOH(m)| O2(g)(Pt)
() H2 2e+2OH－= 2H2O (+) 1/2O2+H2O+2e = 2OH－ H2(g)+1/2O2(g) = H2O(l)
2. 由电池反应设计电池
有时并不直观，一般抓住三个环节
eZn
E’
eCu
负 极
ZnSO4溶液
正 极
CuSO4溶液
素烧瓷
铜-锌电池示意图
二、可逆电池的条件
当E<E’，电池将充电
eZn
E’
eCu
阴极反应 Zn + Zn 阳极反应 Cu Cu 2+ + 2e 电池反应 Cu + ZnSO4 Zn + CuSO4
2+
2e
阴 极
ZnSO4溶液
第五节 可逆电池
一、可逆电池的意义
可逆电池的概念十分重要，因为只有可逆电池才能进 行严格的热力学处理。
1. 可逆电池的Biblioteka Baidu个条件 (1) 化学反应可逆，即电池充、放电反应互为逆反应
如电动势为E的铜锌电池，将 一外加电动势E’与之相联。 当E >E’，电池将放电
负极反应 Zn Zn2+ + 2e 正极反应 Cu2+ + 2e Cu 电池反应 Zn + CuSO4 Cu + ZnSO4
1)确定电极（前述三类电极）；
2)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；
3)复核（十分重要，以免出错）
电解质
例1、 Zn(s)+Cd2+ = Zn2+ + Cd(s)
电极
设计:
Zn(s)|Zn2+||Cd2+|Cd(s)
复核:
(–) Zn(s) – 2e = Zn2+
(+) Cd2+ + 2e = Cd(s)
复核：(–) Pb(s)+2OH－ – 2e = PbO(s)+H2O(l) (+) HgO(s)+H2O(l)+2e = Hg(l)+2OH－ Pb(s)+HgO(s) = PbO(s)+Hg(l)
例3、H++OH－= H2O (l)
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，两电
Hg Hg2Cl2 KCl
可逆电极的类型
（2）金属-难溶盐电极：在金属表面覆盖一层该金属的氧化 物，然后浸在含有H+或OH－的溶液中构成的 。 例如汞-氧化汞电极 在碱性溶液中 电极表示 OH(a)｜HgO (s)｜Hg (l) 电极反应 HgO (s) + H2O + 2e Hg (l) + 2OH (a) 在酸性溶液中 电极表示 H+(a)｜HgO (s)｜Hg (l) 电极反应 HgO (s)+ 2H+ (a) + 2e Hg (l) + H2O
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