物理化学课件物化习题课第九、十章 可逆电池的电动势
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物化课件第九章_可逆电池的电动势及其应用
可逆电池必须同时满足上述两个条件。
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2014-3-8
电池Ⅰ
放电：E>V
V
A
充电：加外加电压V>E
V
A
盐桥
Cu
CuSO4
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
Zn
ZnSO4
Cu极电势高为正 Cu极 Cu2++2e- Cu Zn极 Zn 2e- Zn2+ Cu2++Zn Cu +Zn2+
电池表示式和电池反应的“互译”
由电池反应写电池表示式（设计电池）： 先写出电极反应，确定电极——确定电解质溶液——复核 (1)氧化还原反应
Zn(s)+H2SO4(aq)→H2(p)+ZnSO4(aq) 电池：Zn(s)|ZnSO4(a)||H2SO4 (a)|H2(p),Pt 验证： (-) Zn(s) →Zn2++2e(+) 2H++2e-→H2(p)
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2014-3-8
（3）氧化还原反应（没有离子参加）： H2(p)+1/2O2(p)→H2O(l)
H2 (p) -2e- 2H+ (aH+)
1/2O2 (p) +2H+ (aH+) +2e- H2O
Pt |H2 (p) | H+ (aH+) | O2 (p) |Pt H2 (p) +2OH- (aOH－) -2e- 2H2O 1/2O2 (p) +H2O+2e- 2OH- (aOH－)
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物理化学---可逆电池电动势
9.3 可逆电池及电动势
1 2
可逆电池和可逆电极 电动势产生的机理
9.3 可逆电池及电动势
将化学能转化为电能的装置称为电池，若此转化是 以热力学可逆方式进行的，则称为“可逆电池”。 在可逆电池中 (ΔrGm)T,p,=Wr’ =－nFE 其中E: 电池两电极间的电势差，在可逆条件下， 达最大值，称为电池的电动势。 (ΔrGm)T,p=Wr’=－nFE ——热力学与电化学联系的桥梁
可逆电池必须同时满足上述两个条件
9.3 可逆电池及电动势
电池Ⅰ:
放电：E>V V
A
充电：加外加电压V>E V
A
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
Cu极电势高为正 Cu极 Cu2++2e Cu Zn极 Zn 2e Zn2+
Cu 2e Cu2+ Zn2++2e Zn Zn2++Cu Zn+Cu2+
(a=1) (a 1)
金属汞齐－金属离子电极：
Na+|Na–Hg Na+ + e Na(Hg齐) (a) Cd2+|Cd –Hg Cd2+ + 2e Cd(Hg齐)(a)
气体电极： 酸性氢电极
碱性氢电极
Pt(s) H2(P)H+(c) Pt(s) H2(P)OH-(c) 2H+ + 2e- H2
“盐桥”中电解质的采用原则：
* 正负离子的运动速率及迁移数很接近，如KCl, NH4NO3， 保证液接电势差非常小。 * 盐桥物质的浓度要高，且不能 与电解质溶液发生反应。
1 2
可逆电池和可逆电极 电动势产生的机理
9.3 可逆电池及电动势
将化学能转化为电能的装置称为电池，若此转化是 以热力学可逆方式进行的，则称为“可逆电池”。 在可逆电池中 (ΔrGm)T,p,=Wr’ =－nFE 其中E: 电池两电极间的电势差，在可逆条件下， 达最大值，称为电池的电动势。 (ΔrGm)T,p=Wr’=－nFE ——热力学与电化学联系的桥梁
可逆电池必须同时满足上述两个条件
9.3 可逆电池及电动势
电池Ⅰ:
放电：E>V V
A
充电：加外加电压V>E V
A
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
Cu极电势高为正 Cu极 Cu2++2e Cu Zn极 Zn 2e Zn2+
Cu 2e Cu2+ Zn2++2e Zn Zn2++Cu Zn+Cu2+
(a=1) (a 1)
金属汞齐－金属离子电极：
Na+|Na–Hg Na+ + e Na(Hg齐) (a) Cd2+|Cd –Hg Cd2+ + 2e Cd(Hg齐)(a)
气体电极： 酸性氢电极
碱性氢电极
Pt(s) H2(P)H+(c) Pt(s) H2(P)OH-(c) 2H+ + 2e- H2
“盐桥”中电解质的采用原则：
* 正负离子的运动速率及迁移数很接近，如KCl, NH4NO3， 保证液接电势差非常小。 * 盐桥物质的浓度要高，且不能 与电解质溶液发生反应。
教学课件：第九章可逆电池的电动势及其应用资料
电解槽
用于提供电解液， 使电池能够进行充 电和放电。
电池
可逆电池，如 Ag/AgCl电池。
电流表
用于测量通过电池 的电流。
导线
用于连接电池和测 量仪器。
实验操作步骤
1. 准备实验器材
确保电池、电压表、电流表、电解槽和导线 都已准备好，并检查其完好性。
2. 连接电路
使用导线将电池、电压表、电流表和电解槽连 接起来，形成完整的电路。
化学反应催化
利用可逆电池的电动势，可以控制 化学反应的条件，实现催化剂的作 用。
在能源领域的应用
电池储能系统
核能发电
可逆电池的电动势可以实现电能的储 存和释放，用于电动汽车、无人机等 储能系统。
核能发电过程中，可逆电池的电动势 可以实现核反应的控制和调节。
太阳能发电
太阳能电池板可以将光能转化为电能， 而可逆电池的电动势可以实现光能的 储存和释放。
3. 充电过程
开启电源，使电池开始充电，并记录电压表和电 流表的读数。
4. 放电过程
当电池充满电后，断开电源，使电池开始放电，并 再次记录电压表和电流表的读数。
5. 数据记录
将实验过程中测量的数据记录在实验报告中。
6. 实验结束
断开电路，整理实验器材。
实验结果分析
误差分析
分析实验过程中可能产生的误差来源，如测量误差、电路连接误差等。
在环境保护中的应用
污水处理
可逆电池的电动势可以用于污水 处理过程中的电化学反应，如电
化学氧化、电化学还原等。
大气污染控制
可逆电池的电动势可以用于控制 大气污染物的排放，如利用电化 学方法处理烟气中的有害物质。
土壤修复
在土壤修复过程中，可逆电池的 电动势可以用于电化学生物修复 技术，如电化学氧化还原、电化
物理化学(下)课件 第9章
Zn(s)+CuSO4(a=1)Cu(s)+ZnSO4(a=1)
设上述温度范围内Ｅ随Ｔ的变化率保持不变，求丹尼尔电池在 298K时反应的rGm, rHm, rSm，可逆热效应QR。
解：
E E2 E1 1.09611.1030 4.6104 VK-1
T p T2 T1
313 298
rGm zEF 21.1030 96500 212 .9 kJmol-1
Na+(a+) |Na(Hg)(a) 汞齐电极 Na+(a+)+nHg+e- →Na(Hg)n(a)
注：汞可以溶解多种金属（如金、银、钾、钠、锌等）， 溶解以后便形成了汞和这些金属的合金，被称为汞齐。
§9.1 可逆电池和可逆电极
第二类电极: （1）金属表面覆盖一薄层该金属的难溶盐,浸入含该 难溶盐的负离子溶液, 也称难溶盐电极。 (Metal/insoluble salt)
)
净反应： H2(p1)+Cl2(p2)→2H+(aH+)+ 2Cl-(aCl- )
化学反应等温式：
r Gm
r Gm
RT
ln
a2 H
.a 2 Cl
aH2 .aCl2
（1）
又 rGm zFE
rGm zFE
故
E
E
RT
ln
a2 H
a2 Cl
zF aH2 aCl2
E ：为所有参加反应的组分都处于标准状态时的电动势
Chapter 9 可逆电池的电动势及其应用
等温等压下, 体系发生变化时, 体系Gibbs自由能的减少等于 对外所作的最大非膨胀功(电功)
电
物理化学课件物化习题课第九、十章 可逆电池的电动势
例4. 如溶液中有Ag+, Cu2+, Cd2+三种离子存在，浓度均为
1mol·kg-1，计算判断银、铜、镉三种金属是否能分离完全
？
已知
(Ag)
=
0.799V，
(Cu)=0.337V，
(Cd)
=
-
0.403V
解：
(Ag)>
(Cu)>
(Cd)
，Ag先析出。
当铜开始析出时，银离子的浓度？
= (Ag) +0.0591 lg a(Ag+ ) 0.337=0.799 + 0.0591 lg c(Ag+) c(Ag+)= 1.5 10-8 mol·kg-1
由于 (Cl2)> (Br2)> (I2)，所以阳极反应中，I-优先 反应，其次是Br-，最后是Cl-。
20
三、例题
(1) [I-] = 0.1000(1-99%)=0.0010 molkg-1 (阳)= (I2) = (I2) (RT/F) ln a(I-) =0.5362 0.0591 lg 0.0010= 0.714V 电解电压V=0.714+0.793=1.507V
11
三、例题
（8）用铜电极电解CuCl2水溶液时，不考虑超电势，在 铜阳极上会发生下面哪个反应（已知ºCu= 0.337V， ºO2 = 1.230V，ºCl2 =1.360V）( D) (A)析出O2 (B)析出Cl2 (C)析出铜 (D)Cu极溶解
（9）298K时，H2(g) 在Zn（s）上的超电势为0.70V，已 知ºZn= -0.763V。现在电解一含有Zn2+(aZn2+ =0.01)的 溶液，为了使H2(g)不与Zn（s）同时析出，溶液的pH应 至少控制在（>2.06 ）
物理化学第九章可逆电池的电动势及其应用
rHm
=
Δ
r Gm
+TΔ
r Sm
=
− zEF
+
zFT
⎛ ⎝⎜
∂E ∂T
⎞ ⎟⎠ p
QR
= TΔ
r Sm
=
zFT
⎛ ⎜⎝
∂E ∂T
⎞ ⎟⎠ p
(1) 求298K时，下列电池的温度系数：
Pt H（2 pθ）H2SO（4 0.01mol ⋅ kg-1) O2(pθ ) Pt
已知该电池的电动势E = 1.228V , H2O(l )的标准摩尔
Δ
G（\ 1）=
rm
1 2
Δ
G（\ 2）
rm
E1\
=
E
\ 2
,
E 1
=
E2
ΔrG（m\ 1）=-RTlnK\a (1)
Δ
r
G（\ 2）=-RTlnK m
\ a
(
2)
K\a (1) = K\a (2)
三、由电动势E及其温度系数求反应的ΔrHm和ΔrSm
Δ
r Sm
=
zF
⎛ ⎜⎝
∂E ∂T
⎞ ⎟⎠ p
Δ
Hg(l )
电池反应：
(阳极， -) Cd(Hg) -2e- →Cd2++Hg(l)
(阴极， +) Hg2SO4(s)+2e-→2Hg(l)+SO42-
净反应：
Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O→CdSO4·8/3H2O(s)+3Hg(l)
或 Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a) →Cd2++ SO42- +3Hg(l)
《可逆电动势》课件
详细描述
在风力发电过程中，发电机在风力作用下转动，通过可逆电 动势控制技术，可以调节发电机的输出电压和频率，确保风 电系统稳定运行，同时提高风能的利用率和发电效率。
案例三：工业自动化设备的可逆电动势应用
总结词
工业自动化设备中，可逆电动势的应用可以 实现设备的精确控制和高效节能。
详细描述
在工业自动化设备中，如传送带、泵和压缩 机等，电机作为驱动装置运行。通过可逆电 动势控制技术，可以精确控制电机的转速和 方向，实现设备的精确控制和高效节能。同 时，可逆电动势控制技术还可以提高设备的 稳定性和可靠性，降低维护成本。
感应电流产生的磁场与原 磁场相互作用，产生可逆 电动势。
可逆电动势的大小与导体 材料、磁场强度、导体长 度、磁通量变化率等因素 有关。
可逆电动势的计算方法
可逆电动势的计算公式为：E = n*dΦ/dt，其中E为可逆电动势 ，n为导体单位长度内的自由电 子数，dΦ/dt为磁通量变化率。
可逆电动势的计算需要综合考虑 磁场强度、导体长度、磁通量变 化率等因素，通过测量或计算得
对电流的影响
总结词
可逆电动势对电路的电流产生影响，具体影响取决于电路的阻抗和电源的特性。
详细描述
可逆电动势的存在会改变电路中的电流大小和方向。当可逆电动势与电源电动势同向时，电流可能会增大；反之 ，当可逆电动势与电源电动势反向时，电流可能会减小。此外，可逆电动势还可能导致电路中的电流方向发生变 化。
对功率的影响
总结词
可逆电动势对电路的功率产生影响，具体影响取决于电路的阻抗和电源的特性。
详细描述
功率是电压和电流的乘积。由于可逆电动势可以改变电路中的电压和电流，因此它也会影响电路的功 率。在某些情况下，可逆电动势可能导致功率增大，而在另一些情况下，它可能导致功率减小。此外 ，可逆电动势还可能改变电路中功率的方向。
在风力发电过程中，发电机在风力作用下转动，通过可逆电 动势控制技术，可以调节发电机的输出电压和频率，确保风 电系统稳定运行，同时提高风能的利用率和发电效率。
案例三：工业自动化设备的可逆电动势应用
总结词
工业自动化设备中，可逆电动势的应用可以 实现设备的精确控制和高效节能。
详细描述
在工业自动化设备中，如传送带、泵和压缩 机等，电机作为驱动装置运行。通过可逆电 动势控制技术，可以精确控制电机的转速和 方向，实现设备的精确控制和高效节能。同 时，可逆电动势控制技术还可以提高设备的 稳定性和可靠性，降低维护成本。
感应电流产生的磁场与原 磁场相互作用，产生可逆 电动势。
可逆电动势的大小与导体 材料、磁场强度、导体长 度、磁通量变化率等因素 有关。
可逆电动势的计算方法
可逆电动势的计算公式为：E = n*dΦ/dt，其中E为可逆电动势 ，n为导体单位长度内的自由电 子数，dΦ/dt为磁通量变化率。
可逆电动势的计算需要综合考虑 磁场强度、导体长度、磁通量变 化率等因素，通过测量或计算得
对电流的影响
总结词
可逆电动势对电路的电流产生影响，具体影响取决于电路的阻抗和电源的特性。
详细描述
可逆电动势的存在会改变电路中的电流大小和方向。当可逆电动势与电源电动势同向时，电流可能会增大；反之 ，当可逆电动势与电源电动势反向时，电流可能会减小。此外，可逆电动势还可能导致电路中的电流方向发生变 化。
对功率的影响
总结词
可逆电动势对电路的功率产生影响，具体影响取决于电路的阻抗和电源的特性。
详细描述
功率是电压和电流的乘积。由于可逆电动势可以改变电路中的电压和电流，因此它也会影响电路的功 率。在某些情况下，可逆电动势可能导致功率增大，而在另一些情况下，它可能导致功率减小。此外 ，可逆电动势还可能改变电路中功率的方向。
9章_可逆电池的电动势及其应用分析
3。有两个电极和与电极建立电化学平衡的相应 电解质
4。有其他附属设备，组成一个完整的电路
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返回池
Pt
Pt
H2
Pt
H+
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AgCl+Ag
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2020/10/18
常见电池的类型
双液电池 用素烧瓷分开
Zn
+
Cu
ZnSO4 (aq) 素瓷烧杯
物理化学电子教案—第九章
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2020/10/18
第九章 可逆电池的电动势及其应用
主要内容
可逆电池和可逆电极 电动势的测定 可逆电池的书写方法及电动势的取号 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 浓差电池和液体接界电势的计算公式 电动势测定的应用 生物电化学
组成可逆电池的必要条件
Zn(s)|ZnSO4||HCl|AgCl(s) | Ag(s)
作原电池 () Zn(s) Zn2 2e
() 2AgCl(s) 2e 2Ag(s) 2Cl
净反应 Zn(s) 2AgCl(s) 2Ag(s) 2Cl Zn2
作电解池 阴极： Zn2 2e Zn(s)
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2020/10/18
可逆电极的类型
⑴第一类电极
金属与其阳离子组成的电极 氢电极 氧电极 卤素电极 汞齐电极
⑵第二类电极
金属-难溶盐及其阴离子组成的电极 金属-氧化物电极
⑶第三类电极
氧化-还原电极
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2020/10/18
第一类电极及其反应
电极
电极反应
Mz+(a+)|M(s) H+ (a+)|H2(p),Pt OH-(a-)|H2(p),Pt H+(a+)|O2(p),Pt OH-(a-)|O2(p),Pt Cl- (a-)|Cl2(p),Pt
4。有其他附属设备，组成一个完整的电路
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返回池
Pt
Pt
H2
Pt
H+
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AgCl+Ag
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常见电池的类型
双液电池 用素烧瓷分开
Zn
+
Cu
ZnSO4 (aq) 素瓷烧杯
物理化学电子教案—第九章
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第九章 可逆电池的电动势及其应用
主要内容
可逆电池和可逆电极 电动势的测定 可逆电池的书写方法及电动势的取号 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 浓差电池和液体接界电势的计算公式 电动势测定的应用 生物电化学
组成可逆电池的必要条件
Zn(s)|ZnSO4||HCl|AgCl(s) | Ag(s)
作原电池 () Zn(s) Zn2 2e
() 2AgCl(s) 2e 2Ag(s) 2Cl
净反应 Zn(s) 2AgCl(s) 2Ag(s) 2Cl Zn2
作电解池 阴极： Zn2 2e Zn(s)
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可逆电极的类型
⑴第一类电极
金属与其阳离子组成的电极 氢电极 氧电极 卤素电极 汞齐电极
⑵第二类电极
金属-难溶盐及其阴离子组成的电极 金属-氧化物电极
⑶第三类电极
氧化-还原电极
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第一类电极及其反应
电极
电极反应
Mz+(a+)|M(s) H+ (a+)|H2(p),Pt OH-(a-)|H2(p),Pt H+(a+)|O2(p),Pt OH-(a-)|O2(p),Pt Cl- (a-)|Cl2(p),Pt
中南大学物理化学PPT第9章
当电池放电时：
负极
Cd(Cd-Hg齐)→Cd2++2e
正极
Hg2SO4+2e→2Hg(1)+SO2-4
电池反应 Cd(Cd-Hg齐)+Hg2SO4(s)＝CdSO4(s)+2Hg(1)
韦斯顿电池的电动势随温度的变化关系式可用下式表示： ET＝1.01845－4.05×10-5(T－293.15)－9.5×10-7 (T－293. 15)2+1×10-8(T－293.15)3／V
如果该可逆电池按电池反应式进行，当反应进度ξ=1mol 时,其吉布斯自由能变化值应为：
△rGT,P＝－nEF/ξ=－zEF z表示电极的氧化或还原反应式中电子的计量系数。
热力学量与电化学量联系起来的重要公式
如已知某反应的△G，并将其设计成可逆原电池，即可求此 可逆原电池的电动势；相反地，如能测出可逆原电池的电动 势，便可算出该电池反应的吉布斯自由能变化值。
△G值与z有关，即与反应式量有关
1/2Cu+Ag+=1/2Cu2++Ag z=1 △rGm,1=-1×EF=-EF
Cu+2Ag+=Cu2++2Ag
z=2
△rGm,2=-2×EF=-2EF
若此二反应式中各种离子浓度均未变化,只是反 应式量变化,则△rGm,2=2△rGm,1
2.2 原电池的电动势与浓度的关系
1.3.4 电动势的产生
原电池的电动势等于构成原电池各相间界面上所形成电势 差的代数和。或者说，它就是原电池的开路电压。“开路” 条件的实质就是没有电流通过电池。
为了表示出接触电势差，原电池表示符号的两边应表示为相
同的金属，这样图2.2
物理化学课件09章 可逆电池的电动势及其应用
§9.1 可逆电池和可逆电极
可逆电池 可逆电极和电极反应
电化学与热力学的联系
重要公式:
( r G)T , p,R Wf,max nEF
( r Gm )T , p,R
nEF
zEF
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，或包含有氧化 还原的过程
2。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 3。有两个电极和与电极建立电化学平衡的相应 电解质 4。有其他附属设备，组成一个完整的电路
第九章 可逆电池的电动势及其应用
§9.1 可逆电池和可逆电极 §9.2 电动势的测定 §9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号 §9.4 可逆电池的热力学 §9.5 电动势产生的机理 §9.6 电极电势和电池的电动势 §9.7 电动势测定的应用 §9.8 内电位、外电位和电化学势
2020/12/11
Cu2 (a1) e Cu (a2 )
§9.2 电动势的测定
对消法测电动势 标准电池
对消法测定电动势的原理图
Ew
A
H
Es.c
K D
R
E (Ro Ri )I C B U RO I
G
U RO
E RO Ri
Ex
Ex
Es.c
AC AH
RO
E U
对消法测电动势的实验装置
标准电池 待测电池
ET/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)4}×10-6
标准电池的温度系数很小
§9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号
物理化学下课件：第9章-可逆电池-2016
1、 能斯特方程
p69
1889年，Nernst提出著名的经验方程。 对于一个一般的电池反应：
aA＋bB＋···＝gG＋hH＋··· Nernst方程为：
E E RT ln aGg aHh ... nF aAa aBb ...
1、 能斯特方程
例 计算如下电池的电动势（设离子活度因子为1， 标准电动势为1.36V）
第九章 可逆电池的电动势 及其应用
第九章 可逆电池
§9.1 可逆电池与可逆电极 §9.2 电动势的测定 §9.3 可逆电池的书写方式 §9.4 可逆电池热力学 §9.5 电动势产生的机理 §9.6 电极电势与电池的电动势 §9.7 电动势测定的应用
§ 9.1 可逆电池和可逆电极
1. 可逆电池 2. 可逆电极
10%Cd
(Hg)
CdSO4
•
8 3
H
2O(s)饱和溶液
Hg2
SO（4 s）,Hg
§9.4 可逆电池热力学
可逆热力学建立了可逆电池电动势与该电池 的电池反应的热力学函数变（ ΔG 、ΔH等）之间 的关系。 所以可以通过测量电动势来确定热力学函数变化。
§9.4 可逆电池热力学
1. 可逆电池的能斯特方程 2. 电动势与热力学函数的关系
1
2
3
4
E电池 = 1 + 2 + 3 + 4
注意：
(1) E可测，1 、2、3 、 4 绝对值不可知 (2) 1和3可消除或忽略， E只与2和4有关
即： E只和2个电极电势有关
§ 9.6 电极电势和电池的电动势
(1) 标准氢电极 (2) 任意电极电势的计算 (3) 电池电动势的计算
(1) 标准氢电极
物理化学课件09章_可逆电池的电动势及其应用
Zn(s)|ZnSO4||HCl|AgCl(s) | Ag(s)
作原电池 净反应
() 1Zn(s) 1Zn2+e
2
2
( ) A g C l( s ) e A g ( s ) C l
1 Z n (s ) A g C l(s ) 1 Z n 2 C l A g (s )
2
2
作电解池
阴极： 1Zn2e 1Zn(s)
⑶第三类电极
氧化-还原电极
第一类电极的电极反应
电极
电极反应（还原）
Mz(a ) M(s)
H(a )| H(g)| Pt
2
OH(a)| H(g)| Pt
2
H(a )| O(g)| Pt
2
OH(a)|O(g)| Pt
2
Mz(a)ze M(s)
2H(a)2e H(g)
2
2H O 2e H(g)2O H (a)
9.5107K T293.152
1108K T 293.153
通常要把标准电池恒温、恒湿存放，使电动势稳定。
我国在1975年提出的公式为：
ET/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)4]×10-6
因为 G zEF rm
G zE F rm
代入上式得
EE
RT
ln
a2 H
a2 Cl
zF a a H2 Cl2
E
RT ln
zF
B
aB B
这就是计算可逆电池电动势的 Nernst 方程。
物理化学课件9可逆电池的电动势及其应用9(2014, Initial Edition)
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 为什么标准电池有稳定的电势值 电动势与温度的关系
一. 电池电动势不能直接用伏特计测量
原因有二：
（1）伏特计与电池接通后，必须有一定电流通过，伏特计才能显示。这时电 池中会发生化学反应，溶液浓度变化，电动势相应变化。而且，电流不是 非常小，电池不可逆。
第三类电极及其反应
电极
电极反应
Fe3+(a1), Fe2+(a2)|Pt Cu2+(a1), Cu+(a2)|Pt Sn4+(a1), Sn2+(a2)|Pt
Fe3+(a1)+e- →Fe2+(a2) Cu2+(a1)+e- →Cu+(a2) Sn4+(a1)+2e- →Sn2+(a2)
9.2 电池电动势的测定
通常是铂电极。
2. 补充规则（与上述书写规则相配合）
（1） 对只有正负两个电极组成，没有不同溶液接界或采用“||”已消 除液接电势的电池，
E ＝ φ + － φ- ＝ φ 右 － φ左 （2） 对于一个电池表示式，按规则（1）计算出E，若E >0, 则表明 该表示式真实代表一个电池；若E <0, 则表明该表示式并不真实地代
▲ 玻璃电极 ▲ 晶体膜电极 ▲ 液体膜电极 ▲ 气敏电极 ▲ 酶电极
特点：应用广泛；使用寿命短、稳定性差，商品化程 度不高。
第一类电极及其反应
电极
电极反应
Mz+(a+)|M(s)
H+ (a+)|H2(p) |Pt OH-(a-)|H2(p) | Pt H+(a+)|O2(p) | Pt OH-(a-)|O2(p) | Pt Cl- (a-)|Cl2(p) | Pt
一. 电池电动势不能直接用伏特计测量
原因有二：
（1）伏特计与电池接通后，必须有一定电流通过，伏特计才能显示。这时电 池中会发生化学反应，溶液浓度变化，电动势相应变化。而且，电流不是 非常小，电池不可逆。
第三类电极及其反应
电极
电极反应
Fe3+(a1), Fe2+(a2)|Pt Cu2+(a1), Cu+(a2)|Pt Sn4+(a1), Sn2+(a2)|Pt
Fe3+(a1)+e- →Fe2+(a2) Cu2+(a1)+e- →Cu+(a2) Sn4+(a1)+2e- →Sn2+(a2)
9.2 电池电动势的测定
通常是铂电极。
2. 补充规则（与上述书写规则相配合）
（1） 对只有正负两个电极组成，没有不同溶液接界或采用“||”已消 除液接电势的电池，
E ＝ φ + － φ- ＝ φ 右 － φ左 （2） 对于一个电池表示式，按规则（1）计算出E，若E >0, 则表明 该表示式真实代表一个电池；若E <0, 则表明该表示式并不真实地代
▲ 玻璃电极 ▲ 晶体膜电极 ▲ 液体膜电极 ▲ 气敏电极 ▲ 酶电极
特点：应用广泛；使用寿命短、稳定性差，商品化程 度不高。
第一类电极及其反应
电极
电极反应
Mz+(a+)|M(s)
H+ (a+)|H2(p) |Pt OH-(a-)|H2(p) | Pt H+(a+)|O2(p) | Pt OH-(a-)|O2(p) | Pt Cl- (a-)|Cl2(p) | Pt
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8
三、例题
(3) 有两个电池的电动势, 正确的是（ C ） H2(p)|KOH(0.1mol·kg-1)|O2(p) E1 H2(p)|H2SO4(0.01mol·kg-1)|O2(p) E2 (A)E1<E2 (B) E1>E2 (C) E1=E2 (D) 不能确定 (4) 下列电池E=( -0.118)V。（电解质溶液的均为1） Pt|H2(p)|HI(0.01mol·kg-1)|AgI|Ag - Ag|AgI | HI (0.0 01mol·kg-1)| H2(p)|Pt (A)0.118 (B) -0.059 (C)0.059 (D)-0.118
（1）写出电极反应和电池反应 （2）计算电池的 Eº值 （3）计算可逆电池有1个电子得失的反应进度为1mol时 的热效应。 （4）求0.1mol HBr溶液的平均活度因子（用电动势法）
13
三、例题
解：(1) 负极：1/2H2 – e → H+ 正极：AgBr(s) + e →Ag(s) + Br -
7
三、例题
例题1. 选择填空 (1) 已知电池 Cu|Cu2+(a2)||Cu2+(a1 )|Cu E1 Pt|Cu2+(a2),Cu+(a’)||Cu2+(a1),Cu+(a’) |Pt E2=( 2E1 ) (A) E2=2E1 (B) E1=2E2 (C)E1=E2 (D) E1E2 (2) 已知 Cu2++2e Cu 1 = 0.337V Cu+ + e Cu 2 = 0.521V Cu2+ + e Cu+ 的3=( 0.153 )V
9
三、例题
(5) 下列电池中，电动势与Cl-的活度无关的是（ C ） (A) Zn(s) |ZnCl2(a）| Cl2（pº)|Pt (B) Zn(s) |ZnCl2(a1）|| KCl（a2)|AgCl(s) |Ag(s) (C) Ag(s) |AgCl(s) | KCl（a) |Cl2( pº) |Pt (D) Pt|H2(pº)|HCl(a) | Cl2( pº) |Pt
12
三、例题
例题2. 下列电池在298K时的电动势E=0.165V： Pt|H2(1.0kPa)|HBr(0.1mol.kg-1)|AgBr(s)|Ag(s)
有1个电子得失的电池反应的ΔrHm=50kJ.mol-1，已知 AgBr(s)的Kaº=1.0×10-12，ºAg+|Ag= 0.799V。
已知298K时，H2O(l)的标准摩尔生成焓ΔfHmº= - 286.90 kJ.mol-1，标准摩尔生成Gibbs自由能为ΔfGmº= - 237.14 kJ.mol-1。 （1）写出电池的电极反应和电池反应。 （2）计算298K时电池的电动势和电动势温度系数。 （3）若电动势温度系数可看作与温度无关，计算该电池 在273K时的电动势。
11
三、例题
（8）用铜电极电解CuCl2水溶液时，不考虑超电势，在 铜阳极上会发生下面哪个反应（已知ºCu= 0.337V， ºO2 = 1.230V，ºCl2 =1.360V）( D) (A)析出O2 (B)析出Cl2 (C)析出铜 (D)Cu极溶解
（9）298K时，H2(g) 在Zn（s）上的超电势为0.70V，已 知ºZn= -0.763V。现在电解一含有Zn2+(aZn2+ =0.01)的 溶液，为了使H2(g)不与Zn（s）同时析出，溶液的pH应 至少控制在（>2.06 ）
EE RTln
zF
B
aB B
RT ln aR zF aO
6. 电池反应热力学函数变化值计算
rGm zFE
rGmzFE
r Sm
zF
E T
p
E
RT zF
ln
Ka
QR
zFT
E T
p
rHmzFEzFTT Ep
3
一、基本概念及公式
7. 液接电势 产生原因；减小液接电势的方法
E j (t t )R F Tlnm m ' (2 t 1 )R F Tlnm m '
(6) 在等温等压条件下，原电池可逆放电，电池反应的焓 变ΔrHm与等压可逆热效应Qp的关系为（ B ） (A) ΔrHm>Qp (B) ΔrHm<Qp (C) ΔrHm=Qp (D) 不能确定
10
三、例题
（7）将铁粉、镉粉丢入含Fe2+(0.1molkg-1)和Cd2+ (0.001molkg-1)的溶液中,已知(Fe2+/Fe)= 0.44V, (Cd2+/Cd)= 0.40V，正确答案为（ D） (A)铁粉、镉粉皆会溶解； (B)铁粉、镉粉皆不会溶解； (C)铁粉溶解，镉粉不溶； (D)镉粉溶解，铁粉不溶。
12. 电极析出电势及析出顺序 阳，析出= 阳，可逆 + 阳 阴，析出= 阴，可逆 - 阴 阳极：析出电势越低越先放电 阴极：析出电势越高越先放电
13. 金属的腐蚀与防腐
6
二、电动势测定及应用
1. 对消法测定可逆电动势
2. 电动势测定的应用 （1）计算电池反应热力学函数变化值及可逆热效应 （2）求化学反应的平衡常数 （3）求难溶盐的活度积 （4）求电解质溶液的平均活度因子 （5）求未知电极的标准电极电 （6）计算离子的迁移数 （7）测定溶液的pH值
物理化学课件物化习题课第九、十章 可逆电池的电动势
一、基本概念及公式
1. 可逆电池 必备的两个条件：化学反应可正反两个方向进行； 工作时电流无限小。
2. 可逆电极 三类电极：第一类电极、第二类电极、第三类电极
3. 标准电池 电池的组成，电池反应
4. 标准氢电极、标准电极电势
2
一、基本概念及公式
5. 电池电动势及电极电势的Nernst方程
电池反应：1/2H2 (g) + AgBr(s) → Ag(s) + HBr (2) 设计电池，计算出Ag(s)-AgBr(s)|Br-的标准电极电势 （3）根据热力学公式，计算出Qr 。 （4） 根据能斯特公式计算平均活度系数。
14
三、例题
例题3. 298K时，有一燃料电Pt|H2(p)|H2SO4(aq)|O2(p) |Pt
Ej
zt
t z
RFTlnm m12
4
一、基本概念及公式
8. 分解电压
E分解=E可逆+ΔE不可逆+IR 9. 极化作用
浓差极化，电化学极化 阳极电极电势升高，阴极电极电势降低
10. 超电势 阴 = 可逆 - 不可逆
阳 = 不可逆 - 可逆
5
一、基本概念及公式
11. 氢超电势—Tafel公式 = a + blnj
三、例题
(3) 有两个电池的电动势, 正确的是（ C ） H2(p)|KOH(0.1mol·kg-1)|O2(p) E1 H2(p)|H2SO4(0.01mol·kg-1)|O2(p) E2 (A)E1<E2 (B) E1>E2 (C) E1=E2 (D) 不能确定 (4) 下列电池E=( -0.118)V。（电解质溶液的均为1） Pt|H2(p)|HI(0.01mol·kg-1)|AgI|Ag - Ag|AgI | HI (0.0 01mol·kg-1)| H2(p)|Pt (A)0.118 (B) -0.059 (C)0.059 (D)-0.118
（1）写出电极反应和电池反应 （2）计算电池的 Eº值 （3）计算可逆电池有1个电子得失的反应进度为1mol时 的热效应。 （4）求0.1mol HBr溶液的平均活度因子（用电动势法）
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三、例题
解：(1) 负极：1/2H2 – e → H+ 正极：AgBr(s) + e →Ag(s) + Br -
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三、例题
例题1. 选择填空 (1) 已知电池 Cu|Cu2+(a2)||Cu2+(a1 )|Cu E1 Pt|Cu2+(a2),Cu+(a’)||Cu2+(a1),Cu+(a’) |Pt E2=( 2E1 ) (A) E2=2E1 (B) E1=2E2 (C)E1=E2 (D) E1E2 (2) 已知 Cu2++2e Cu 1 = 0.337V Cu+ + e Cu 2 = 0.521V Cu2+ + e Cu+ 的3=( 0.153 )V
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三、例题
(5) 下列电池中，电动势与Cl-的活度无关的是（ C ） (A) Zn(s) |ZnCl2(a）| Cl2（pº)|Pt (B) Zn(s) |ZnCl2(a1）|| KCl（a2)|AgCl(s) |Ag(s) (C) Ag(s) |AgCl(s) | KCl（a) |Cl2( pº) |Pt (D) Pt|H2(pº)|HCl(a) | Cl2( pº) |Pt
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三、例题
例题2. 下列电池在298K时的电动势E=0.165V： Pt|H2(1.0kPa)|HBr(0.1mol.kg-1)|AgBr(s)|Ag(s)
有1个电子得失的电池反应的ΔrHm=50kJ.mol-1，已知 AgBr(s)的Kaº=1.0×10-12，ºAg+|Ag= 0.799V。
已知298K时，H2O(l)的标准摩尔生成焓ΔfHmº= - 286.90 kJ.mol-1，标准摩尔生成Gibbs自由能为ΔfGmº= - 237.14 kJ.mol-1。 （1）写出电池的电极反应和电池反应。 （2）计算298K时电池的电动势和电动势温度系数。 （3）若电动势温度系数可看作与温度无关，计算该电池 在273K时的电动势。
11
三、例题
（8）用铜电极电解CuCl2水溶液时，不考虑超电势，在 铜阳极上会发生下面哪个反应（已知ºCu= 0.337V， ºO2 = 1.230V，ºCl2 =1.360V）( D) (A)析出O2 (B)析出Cl2 (C)析出铜 (D)Cu极溶解
（9）298K时，H2(g) 在Zn（s）上的超电势为0.70V，已 知ºZn= -0.763V。现在电解一含有Zn2+(aZn2+ =0.01)的 溶液，为了使H2(g)不与Zn（s）同时析出，溶液的pH应 至少控制在（>2.06 ）
EE RTln
zF
B
aB B
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6. 电池反应热力学函数变化值计算
rGm zFE
rGmzFE
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RT zF
ln
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一、基本概念及公式
7. 液接电势 产生原因；减小液接电势的方法
E j (t t )R F Tlnm m ' (2 t 1 )R F Tlnm m '
(6) 在等温等压条件下，原电池可逆放电，电池反应的焓 变ΔrHm与等压可逆热效应Qp的关系为（ B ） (A) ΔrHm>Qp (B) ΔrHm<Qp (C) ΔrHm=Qp (D) 不能确定
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三、例题
（7）将铁粉、镉粉丢入含Fe2+(0.1molkg-1)和Cd2+ (0.001molkg-1)的溶液中,已知(Fe2+/Fe)= 0.44V, (Cd2+/Cd)= 0.40V，正确答案为（ D） (A)铁粉、镉粉皆会溶解； (B)铁粉、镉粉皆不会溶解； (C)铁粉溶解，镉粉不溶； (D)镉粉溶解，铁粉不溶。
12. 电极析出电势及析出顺序 阳，析出= 阳，可逆 + 阳 阴，析出= 阴，可逆 - 阴 阳极：析出电势越低越先放电 阴极：析出电势越高越先放电
13. 金属的腐蚀与防腐
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二、电动势测定及应用
1. 对消法测定可逆电动势
2. 电动势测定的应用 （1）计算电池反应热力学函数变化值及可逆热效应 （2）求化学反应的平衡常数 （3）求难溶盐的活度积 （4）求电解质溶液的平均活度因子 （5）求未知电极的标准电极电 （6）计算离子的迁移数 （7）测定溶液的pH值
物理化学课件物化习题课第九、十章 可逆电池的电动势
一、基本概念及公式
1. 可逆电池 必备的两个条件：化学反应可正反两个方向进行； 工作时电流无限小。
2. 可逆电极 三类电极：第一类电极、第二类电极、第三类电极
3. 标准电池 电池的组成，电池反应
4. 标准氢电极、标准电极电势
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一、基本概念及公式
5. 电池电动势及电极电势的Nernst方程
电池反应：1/2H2 (g) + AgBr(s) → Ag(s) + HBr (2) 设计电池，计算出Ag(s)-AgBr(s)|Br-的标准电极电势 （3）根据热力学公式，计算出Qr 。 （4） 根据能斯特公式计算平均活度系数。
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三、例题
例题3. 298K时，有一燃料电Pt|H2(p)|H2SO4(aq)|O2(p) |Pt
Ej
zt
t z
RFTlnm m12
4
一、基本概念及公式
8. 分解电压
E分解=E可逆+ΔE不可逆+IR 9. 极化作用
浓差极化，电化学极化 阳极电极电势升高，阴极电极电势降低
10. 超电势 阴 = 可逆 - 不可逆
阳 = 不可逆 - 可逆
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一、基本概念及公式
11. 氢超电势—Tafel公式 = a + blnj