可逆电池
物理化学---可逆电池电动势
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。
可逆电池
电极组成 Cl (a)｜Hg2Cl2 (s)｜Hg (l) 电极反应 Hg2Cl2 (s)+ 2e 2Hg (l)+ 2Cl (a)
Hg Hg2Cl2
KCl
甘汞电极制作简单，电势稳定，使用方便， 常用作参比电极。
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
(–) Zn(s) – 2e = Zn2+
(+) Cd2+ + 2e =
Cd(s) 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－
当E >E’，电池将放电
E’
正极反应 2H+ + 2e H2 负极反应 Zn 2e Zn2+
电池反应 Zn + 2H+ Zn2+ + H2
Zn
Cu
当E < E’ ，电池将充电
正极反应 Cu－2e → Cu2+ 负极反应 2H＋ ＋2e → H2
H2SO4
电池反应 Cu＋2H+ → Cu2+＋ H2
2. 由电池反应设计电池
有时并不直观，一般抓住三个环节 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）
可逆电池电动势及应用
可逆电池电动势及应用可逆电池是指在一定条件下，电池的氧化还原反应既可以正向进行，也可以逆向进行，进而可以通过外加电势来实现电能的存储和释放。
可逆电池的电动势是指在电池没有电流通过时，测得的产生的电动势。
可逆电池的电动势主要是由电极反应引起的。
在可逆电池中，每一个电极都有自己的电对，可以分别写出其电对的反应方程式。
例如，在可逆电池中，如果正极是铜，负极是锌，则其电对可以写作：Cu2+ + 2e- -> Cu （正极反应）Zn -> Zn2+ + 2e- （负极反应）在可逆电池中，正极与负极之间既可以发生正极反应，也可以发生负极反应。
当外加电势为正极时，正极反应发生；当外加电势为负极时，负极反应发生。
当外加电势为零时，正负极反应同时发生，而且它们的速率相等。
因此，在可逆电池中，电化学动力学状态迅速达到平衡状态，电池的电动势不会因为正负极反应到达平衡而发生变化。
应用方面，可逆电池具有以下几个方面的重要应用。
1. 电能存储和释放：可逆电池是一种可充放电电池，可以通过外加电势电化学反应的正向和逆向来在化学能和电能之间进行转换。
电池在充电状态下将电能转化为化学能，而在放电状态下将化学能转化为电能。
可逆电池被广泛应用于手机、笔记本电脑、电动车等各种移动设备中，能够实现电能的高效存储和释放。
2. 电源备份：可逆电池的典型例子是蓄电池，它们能够储存电能并在需要时释放出来。
蓄电池被应用于各种场合，如UPS电源、太阳能和风能储能系统、汽车启动电池等。
蓄电池的高可逆性和长寿命使得它们成为电力系统的备用电源，确保供电的稳定性和可靠性。
3. 温度控制：可逆电池也被应用于温度控制的设备中，如恒温器和温度计。
可逆电池在恒温器中起到稳定温度的作用，通过测量温度引起的电动势差，来调整继电器的工作状态，从而实现恒定的温度控制。
4. 电化学分析：可逆电池的电动势在电化学分析中也具有重要的应用价值。
通过测量可逆电池的电动势变化，可以对溶液中的阳离子或阴离子进行定量分析。
物理化学第9章可逆电池
物理化学第9章可逆电池第九章可逆电池本章从化学热力学的角度讨论了电极反应的可逆行为。
主电池是一种将化学能转化为电能的装置。
双电极和电解质溶液是电池最重要的组成部分。
电极电位是本章的主要概念之一。
它是相对于标准氢电极的电位。
它是一个相对值，即电极和标准氢电极形成一个消除了液体连接电位的原电池，其电动势是给定电极的标准电极电位。
对于可逆化学电池，电极两极之间的电位差称为电池的电动势，可通过电池反应的能斯特方程计算。
由于电池电动势和热力学量之间有着密切的关系，所以本章主要讨论电动势。
一、基本内容（一）什么？rgm=－zfe式中?rgm为电池反应的摩尔吉布斯自由能变；z是电池反应的电子的物质的量；e为电池的电动势。
此式运用于等温等压的可逆过程，所以e为可逆电池的电动势。
此式表明，在可逆电池中，化学反应的化学能（?rgm）全部转变成了电能zfe。
该式将化学反应的性质与电池的性质联系起来，是电化学的基本公式之一。
若参与电池反应的所有物质均处于各自的标准态，则上式成为=－ zfe？？RGM e在哪里？它被称为电池的标准电动势。
对于指定的电池，e？这只是温度的函数。
（2）能量电池的反应式若电池反应为aa+bb＝gg+hhghrtag？ahe=e-rabzfaa？ab？此式表明，电池的电动势取决于参加反应的各物质的状态，它对如何改变电池电动势具有指导的意义，计算时首先要正确写出电池反应式。
(三)电极反应的能斯特公式如果电极反应为AA+BB+Ze-=GG+HHghrtag?ahe=e-rabzfaa?ab?一式中e和e?分别为该电极的电极电势和标准电极电势。
此式表明，一个电极的电势取决于参与电极还原的各物质的状态。
计算的关键是要正确写出电极上的还原反应。
（4） E=E正-E负，E=E正-E负？？E和E在哪里？它们分别是可逆电池的电动势和标准电动势；E阳性（E阳性）和E阴性（E阴性）分别为正极和负极的电极电势（标准电极电势）。
第九章-可逆电池的电动势及其应用
常见电池的类型
单液电池
Pt
Pt
H2
Pt
H+
AgCl+Ag
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
CuSO4 (aq)
常见电池的类型
双液电池
用盐桥分开
Zn
盐桥
+
Cu
ZnSO4 (aq)
CuSO4 (aq)
组成可逆电池的必要条件
原电池 电解池
化学反应可逆
能量变化可逆
Ew
A
H
Es.c
K D
R CB G
步骤： 1 校正:调节R, 使G为 零 对消: I0RN= ES.C
2 测量：调节RX 对消 :Ex= I0Rx =(RX/RN)ES.C
Ex
AC Ex Es.c AH
对消法测电动势的实验装置
标准电池 待测电池
工作电源
检流计
电位计
注意事项：
1.无论是校正还是测量，都必须使检流计G指零，即 电池中无电流通过，否则，就失去电池的可逆性 。这也是不能用伏特计测量的原因。
问题
为什么在定温度下，含Cd的质量分数在0.05～0.14 之间，标准电池的电动势有定值？
从Hg-Cd相图可知，在室温 下，镉汞齐中镉的质量分数在 0.05～0.14之间时，系统处于熔化 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。
RT
标准电池的电动势与温度的关系
净反应：
Zn(s)+2H+→Zn2++H2(p)
从化学反应设计电池(2)
可逆电池的焓变
可逆电池的焓变可逆电池是指能够在充放电过程中，所有过程都以准确相等的速率进行反向转化的电池。
焓变是热力学中描述化学反应放热或吸热程度的物理量。
本文将探讨可逆电池的焓变过程及其相关特性。
在可逆电池中，电化学反应在充电和放电过程中都可以逆转。
这意味着电子和离子在两个电极之间的移动是可逆的，从而实现了电能和化学能的相互转换。
在这一过程中，焓变是一个重要的热力学量，用来描述反应过程中的能量变化。
可逆电池的焓变与反应物质的初始状态和最终状态有关。
在充电过程中，反应物质被还原，电化学反应吸收了能量，焓变为正值。
而在放电过程中，反应物质被氧化，电化学反应释放了能量，焓变为负值。
这种能量的转化是可逆的，因此焓变的大小对于可逆电池的充放电效率具有重要影响。
值得注意的是，可逆电池的焓变与温度密切相关。
根据热力学第一定律，焓变等于系统对外界做的功加上系统吸收的热量。
而由热力学第二定律可知，在可逆过程中，系统对外界的功等于系统从外界吸收的热量。
因此，在可逆电池中，焓变等于零，可以表示为ΔH = 0。
这意味着可逆电池的充放电过程在热力学上是完全平衡的，没有能量的净增减。
除了焓变为零之外，可逆电池的充放电过程还具有其他特点。
首先，电池在封闭系统中工作，不会与外界交换质量和能量，保持系统的完整性。
其次，可逆电池具有高效的电能转换效率，能够充分利用化学能转化为电能，并将电能转化为化学能以实现储能。
最后，可逆电池的充放电速度较快，反应物质在电极表面的吸附和解离过程较快，使得电池的输出性能更加稳定可靠。
综上所述，可逆电池的焓变是描述电池充放电过程中能量变化的重要物理量。
它与反应物质的状态和温度密切相关，而在可逆电池中，焓变为零，体现了电池充放电过程的热力学平衡性。
可逆电池具有高效的电能转换效率、快速的充放电速度和可靠的性能输出，对于能源储存和利用具有重要意义。
通过深入研究可逆电池的焓变过程与相关特性，可以进一步提升电池技术在能源领域的应用价值。
物化下册09章_可逆电池
Zn
Cu
+
ZnSO4 (aq)
素瓷烧杯
CuSO4 (aq)
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可逆电池 组成可逆电池的必要条件
原电池
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标准电池电动势与温度的关系
T E (T ) / V 1.018 45 4.05 10 293.15 K
5
T 9.5 10 293.15 K 3 8 T 110 293.15 K
7
化学反应可逆
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能量变化可逆
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可逆电池
可逆电池必须满足二个条件：
（1）电极反应必须是可逆的。 即电极上的化学反应可以 向正、反两个方向进行。 当电流方向改变时， 电极反应随之逆向进行。
Zn
ZnCl2(aq)
AgCl+Ag
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第二类电极及其反应
电极
Cl-(a-)|AgCl(s)|Ag(s)
电极反应（还原）
AgCl(s)+e- →Ag(s)+Cl-(a-)
Cl-(a-)|Hg2Cl2(s)|Hg(l) Hg2Cl2(s)+2e- →2Hg(l)+2Cl-(a-) OH-(a-)|Ag2O|Ag(s) Ag2O(s)+H2O+2e- →2Ag(s)+2OH-(a-)
9章可逆原电池
第 九 章 可逆原电池§1 可逆原电池电动势一、可逆电池和不可逆电池条件：条件：(1) (1) (1) 电池反应必须可逆电池反应必须可逆H 2 + Cl 2 2HCl 放电充电原电池电解池(2) (2) 电池反应条件必须可逆电池反应条件必须可逆 在近平衡的条件下进行反应，即工作电流在近平衡的条件下进行反应，即工作电流无限小，或充、放电的电势差无限小，或充、放电的电势差||E – U 外|→0。
丹尼尔（锌铜）电池：丹尼尔（锌铜）电池：Zn -+ CuZnSO 4CuSO 4多孔隔膜铜锌电池示意图ZnZn (-)极反应为: Zn → Zn 2+(m 1) + 2e - Cu (+)极反应为: Cu 2+(m 2) + 2e - → Cu电池反应为:Zn + Cu 2+(m 2) → Cu + Zn 2+(m 1) ZnZn (阴)极反应为: Zn 2+(m 1) + 2e - → Zn Cu (阳)极反应为:Cu → Cu 2+(m 2) + 2e - 电池反应为: Cu + Zn 2+(m 1) → Zn + Cu 2+(m 2)充电放电金属铜和锌片同时插入硫酸水溶液所组成的电池Cu 片ZnZn 片多孔隔膜硫酸水溶液 放电过程(原电池)Zn(-)极 : Zn - 2e - → Zn 2+ Cu(+)极: 2H + + 2e -→ H 2电池反应: Zn + 2H +＝Zn 2++H 2 充电过程(电解池)Zn(阴)极 : 2H + + 2e -→ H 2 Cu(阳)极: Cu - 2e - → Cu 2+电池反应: Cu+ 2H + ＝ Cu 2++H 2不符合条件(1)，不是可逆电池；充电电池寿命：不符合条件(2)，也不是可逆电池二、原电池的表示法（原电池符号）原电池—→（两个）电极—→金属类导体|电解质（溶液）或电解质（溶液）|金属类导体金属类导体|电解质(溶液)+电解质(溶液)|金属类导体负极正极规定：★产生电势差的相界面以“|”表示；★负极在左边，正极在右边，电解质在中间；★注明物质的存在形态、温度、压强、活度；★ 以“ǁ”代表连接两种电解质溶液的盐桥；★ 气体电极必须写明载（导）体金属（惰性）。
可逆电池名词解释
可逆电池名词解释嘿，朋友们！今天咱来唠唠可逆电池呀！你说这可逆电池，就像是个神奇的小盒子，里面装着好多让人惊叹的玩意儿。
它就好像是一个能随时变身的超级英雄！在充电的时候，它就像个勤劳的小蜜蜂，拼命地把能量储存起来；而在放电的时候呢，又像个活力四射的运动员，把能量释放出来，为各种设备提供动力。
咱就拿手机电池来说吧，你每天用手机，没电了就充，充好了又能用，这就是可逆电池在默默工作呀！它能让你的手机随时保持活力，就像你的好朋友一样，随时陪伴着你。
可逆电池又像是一个聪明的小精灵，它懂得什么时候该吸收能量，什么时候该释放能量，把一切都安排得妥妥当当。
你想想看，要是没有它，那我们的生活得变成啥样啊？手机用一会儿就没电了，电动汽车跑不了多远就得趴窝，那可太不方便啦！它也像一个不知疲倦的舞者，在充电和放电的舞台上尽情舞动。
而且可逆电池的种类还挺多呢，就像不同风格的舞者一样，各有各的特点和优势。
有的体积小，携带方便；有的能量密度高，能提供更持久的动力。
可逆电池的工作原理呢，其实也不难理解。
就好像是一场能量的接力赛，这边把能量传过来，那边再送出去，来来回回，永不停歇。
它的正负极就像是接力赛的起点和终点，电解质就像是跑道，让能量能顺利地传递。
再想想我们的生活中，到处都有可逆电池的身影啊！从小小的电子手表到大大的电动汽车，从各种便携设备到大型的储能系统，它都在发挥着重要的作用。
它不就是我们生活中的小魔法师吗？把能量变来变去，让我们的生活变得更加便利和丰富多彩。
可逆电池的发展也是日新月异呢！科学家们一直在努力研究，让它的性能越来越好，寿命越来越长，就像是在不断地给这个小魔法师升级装备一样。
说不定未来的某一天，我们会有更加神奇的可逆电池出现，能让我们的生活发生翻天覆地的变化呢！所以说呀，可逆电池可真是个了不起的东西！它虽然小小的，却蕴含着巨大的能量和潜力。
我们可真得好好感谢它，感谢它为我们的生活带来的便利和改变。
你说是不是呢？。
可逆电池的电动势及其应用new
（—）H2(pH2) + 2OH-(m) - 2e- → 2H2O(l) （+） H2O(l) + 1/2O2 (pO2 ) + 2e- → 2OH- (m) Cell: H2(pH2) + 1/2O2 (pO2 ) → H2O(l)
E ＝ φ + － φ- ＝ φ 右 － φ左
（2） 对于一电池体现式，按规则（1）计算出E，若E >0, 则表白该体现式真实代表一种电池；若E <0, 则表
白该体现式并不真实地代表一种电池，要正确体现电 池，需将体现式中左右两极互换位置。
为何？
二. 电池体现式与化学反应式“互译”
1. 由电池体现式写出电极和电池反应
2. 由电池反应设计成电池
抓住三个环节（三点原则）：
（1）拟定电解质溶液 （2）拟定电极 （3）复核反应
2. 由电池反应设计成电池
例1. H2(pH2) + 1/2O2 (pO2 ) → H2O(l) 例2. Ag(s) + 1/2Hg2Cl2 (s) → AgCl(s) +Hg(l) 例3. Fe2+(a(Fe2+)) +Ag+ (a(Ag+)) → Fe3+(a(Fe3+)) +Ag (s) 例4. AgCl (s) → Ag+ (a(Ag+)) + Cl- (a(Cl- ))
例1. H2(pH2) + 1/2O2 (pO2 ) → H2O(l)
（—） Pt(s)|H2(pH2) | H+ ( a (H+))
可逆电池的两个必要条件
可逆电池的两个必要条件可逆电池是指具有可逆性能的电池，即在充放电过程中能够反复循环使用并保持稳定性能的电池。
然而，要实现可逆电池，有两个必要条件必须满足。
首先，电化学反应过程必须是可逆的。
电池内部的电化学反应会导致电荷在电极之间的转移，而这个过程应该能够在充放电过程中反向进行，以保持电池的可逆性。
具体来说，正极和负极的反应都必须是可逆的。
正极的反应通常是氧化反应，而负极的反应则是还原反应。
这些反应需要以一种平衡的方式发生，以确保在充放电过程中不会发生严重的极化现象。
其次，电池的电极反应与电解质之间的相互作用应该是可逆的。
电池中的电解质起着电荷传递的重要角色，它可通过导电的方式连接正负极并维持电荷平衡。
然而，电解质必须具有足够的可逆性以支持充放电过程。
具体来说，当电池处于充电状态时，电解质应当能够将正电荷与负电荷分离，使正负电荷能够流动；而在放电状态下，电解质应当能够重新结合正负电荷，以维持电荷平衡。
要实现可逆电池，我们需要采取一些措施。
首先，优化电极材料的选择和设计。
合适的电极材料能够提供更好的氧化和还原反应效果，从而确保电极反应的可逆性。
其次，我们需要选择合适的电解质。
一种好的电解质应该具有良好的导电性能，同时也应该能够与电极材料相互作用，促进电荷传递的可逆性。
可逆电池的研究对于推动电池技术的发展具有重要意义。
可逆电池不仅可以在能源存储领域应用广泛，还可以在可再生能源的利用以及电动汽车等领域发挥重要作用。
因此，探索满足可逆电池所需的条件，并加强相关研究对于实现可持续发展具有重要意义。
总而言之，要实现可逆电池，必须满足两个必要条件：电化学反应过程可逆以及电解质与电极反应之间的相互作用可逆。
通过优化电极材料的选择和设计，并选择合适的电解质，我们可以提高电池的可逆性能。
这将有助于推动电池技术的发展，促进清洁能源的利用，以及实现更可持续的能源未来。
可逆电池1
电极反应
Mz+(a+)+ze- →M(s)
2H+(a+)+2e- →H2(p) 2H2O+2e- →H2(p)+2OH-(a-) O2(p)+4H+(a+)+4e- →2H2O O2(p)+2H2O+4e- →4OH-(a-) Cl2(p)+2e- →2Cl-(a-) Na+(a+)+nHg+e- →Na(Hg)n(a)
(2) 可逆电池电动势的取号 rGm= - zEF
自发电池： 非自发电池：Βιβλιοθήκη E = j+ j-
rGm< 0，E >0 rGm >0，E < 0
例如： Zn(s)|Zn2+||Cu2+|Cu(s) Zn(s)+Cu2+→Zn2++Cu(s)
Cu(s)|Cu2+||Zn2+|Zn(s) Zn2++Cu(s)→Zn(s)+Cu2+
韦斯顿标准电池
电池反应：
(-) Cd(Hg) - 2e- →Cd2++Hg(l)
(+)Hg2SO4(s)+2e-→2Hg(l)+SO42净反应： Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O →CdSO4· 8/3H2O(s)+Hg(l)
ET/V= 1.01845-4.05×10-5(T/K-293.15) - 9.5×10-7(T/K-293.15)2+1×10-8(T/K-293.15)3
第二类电极的应用意义：
可逆电池的三个条件
可逆电池的三个条件
可逆电池是指在特定条件下，可以在正向和反向方向上进行电化学反应，从而实现电能的转化和储存。
要实现可逆电池，必须满足以下三个条件：
1. 反应物和产物的化学势相等
可逆电池中正反两个方向上的电化学反应都要达到平衡状态，即反应物和产物的化学势相等。
这意味着在正反两个方向上，化学反应都是完全可逆的。
只有当系统达到平衡状态时，才能保证电池在正反两个方向上都能够工作。
2. 无内阻
内阻是指电池内部存在的阻力。
如果存在内阻，则会导致能量损失和热量产生，并且会降低电池的效率。
因此，在可逆电池中，必须尽可能地减小内阻，以提高电池效率。
3. 无过渡态
过渡态是指在反应中出现的不稳定中间体或离子。
如果存在过渡态，
则会导致能量损失和热量产生，并且会降低电池效率。
因此，在可逆电池中，必须尽可能地避免过渡态的产生，以提高电池效率。
总之，可逆电池是一种高效的电化学能量转化和储存方式。
要实现可逆电池，必须满足反应物和产物的化学势相等、无内阻和无过渡态三个条件。
未来，随着科技的不断发展和创新，可逆电池将成为一种重要的能源储存方式，为人类创造更加美好的未来。
可逆电池
可逆电池电动势的取号
在实验中使用电位差计来测定可逆电池的 电动势E，实验结果的读数总是正值。 E与ΔG联系式 ΔrGm= –zFE
自发电池 ： ΔrGm< 0，E > 0 非自发电池： ΔrGm > 0，E < 0
可逆电池电动势的取号
$ |Pt 例如：电池 Ag(s)|AgCl(s)|HCl(a 1)|H2( p )
（G） T G H T
将ΔrGm = –zFE代入上式，得 E zFT zFE r H m T p
E r H m zFE zFT ( ) p T
已知 ΔrHm = ΔrGm + TΔrSm 代入ΔrHm和ΔrGm的表达式，得 E r Sm zF T p 在等温条件下，可逆反应的热效应
一个电动势为已知的并且稳定
不变的辅助电池，此电池称为 标准电池。常用的标准电池是
Weston标准电池。电池的负极
为镉汞齐(含Cd的质量分数为 0.05 0.14)，正极是Hg(l)与
Weston标准电池示意图
Hg2SO4(s)的糊状体。
Weston标准电池
负极反应：Cd(Hg)(a) Cd2 nHg(l) 2e_
E $ 为所有参加反应的组分都处于标准态时的电动势，
在给定温度下有定值。上式表明了电池的电动势与参 与反应的组分活度之间的关系，称为电池反应的
Nernst方程。
从 E $ 求反应的平衡常数
若电池反应中各参加反应的物质均处于标准状态
$ rGm zFE$
rG RT ln K
$ m
$ a
难溶氧化物电极
银-氧化银电极：
可逆电池
不使用盐桥，两电极插在同一种电解质溶
Pt | H2(g , p) | HCl(b) |AgCl(s)|Ag
2. 电极反应与电池反应
当外电路沟通后，原电池放电，两电极上分别发生氧化反 应与还原反应，称为电极反应。 电极反应的总和即为电池反应。 两种电池的电极反应与电池反应为：
Cu-Zn 双液电池
Zn电极为负极：Zn → Zn2+ + 2e Cu电极为正极：Cu2+ + 2e → Cu
在电池充放电的过程中，电极反应、化学反应均不 一样，故不是可逆电极。
2) I0，电势差无限小 即：E＝E外 dE
因为只有在电流无限小的条件下，电极反应才是在
接近化学平衡的条件下进行的。
3) 无其它不可逆过程 (如液接不可逆扩散等)
2) I0，电势差无限小 即：E＝E外 dE
因为只有在电流无限小的条件下，电极反应才是在
待测电池的电动势为：
对消法测电动势的实验装置
标准电池 待测电池 工作电源
检流计
电位计
接近化学平衡的条件下进行的。
3) 无其它不可逆过程 (如液接不可逆扩散等)
三. 电池电动势的测定
可逆电池电动势的测定必须在电流无限接近于零 的条件下进行。 常采用对消法 测量电池的电动势 原理：是用一 个方向相反但数值 相同的电动势，对 抗待测电池的电动 势，使电路中并无 电流通过
※闭合双向开关，改变滑 动接触点的位置，找到C点， 使检流计中无电流通过， 则待测电池的电动势恰为 AC段的电势差完全抵消。 ※为了求得AC段的电势差， 可换用标准电池与双向开关 相连。标准电池的电动势E 已知且保持恒定。用同法找 出检流计中无电流通过的另 一点C′，A C′段的电势差 就等于E。
可逆电池的三个条件
可逆电池的三个条件
可逆电池，也称为可充电电池，是一种能够反复充电和放电的电池类型。
它具有循环使用性、安全性、经济性和环保性等优点。
要想构建可逆电池，需要满足一定的条件：
1. 必须使用可逆容量的电极材料。
可逆电池必须使用同时具有充电和放电功能的电极材料。
这种材料需要在充电和放电过程中，其内禀能量能够反复传递，而不会出现永久性的性质变化或结构破坏。
2. 必须符合可逆电池的电解质要求。
电解质是可逆电池的重要组成部分，对于一个可逆电池，它的电解质必须足够稳定，在充放电过程中不会出现化学变化，
3. 必须有有效的电池保护系统。
可逆电池由于多次充电放电，容易出现过放和过充等情况。
为了有效的保护电池，可逆电池需要有一个有效的电池保护系统，可以在过充过放发生时自动断开电池负载，以保护电池的安全使用。
- 1 -。
物理化学-第6章 可逆电池
E (Cu2 | Cu)
(Zn2 | Zn)
[
RT 1 - 2F ln a ] [ (Cu2 | Cu)
Cu 2
RT 1 - 2F ln a ] (Zn2 | Zn)
Zn 2
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方法二
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6.3 电化学与热力学的联系
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电化学与热力学的联系
热力学第二定律：
吉布斯自由能变化的物理意义：在等温等压下，体系的吉布斯自由能的降低 等于它对外所做的可逆的非体积功。
• 若非膨胀功 Wf 仅电功一种，即对于可逆电池反应： W Pt EIt QE nEF
总反应：PbCl2 (s) + SO42 (a1) PbSO4 (s) + 2 Cl (a2)
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2 、从化学反应设计电池
（1）氧化还原反应
Zn(s)+H2SO4(a)→H2(p)+ZnSO4(a’)
(-) Zn(s) →Zn2+(a’)+2e(+) 2H+(a)+2e-→H2(p)
εc
ε-
εj
ε+
E = εc + ε - + εj + ε+
上一内容
若用盐桥 “ ”，则消除 j
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• 事实上，无论是实验测定还是理论计算，都无法确 定单个电极的电极电势 绝对值。
• 实际工作中我们只能知道电池的电动势 E，即正、 负电极的电极电势之差 值（其相对大小）
可逆电池必须具备的三个条件
可逆电池必须具备的三个条件1. 高能量密度首先，咱们得聊聊高能量密度。
想象一下，如果一块电池像个大胖子，能量全在肚子里，根本没法跑，怎么办？所以，电池得瘦点，得把能量装得紧紧的，这样才能让它在小小的空间里，发挥出大大的能量。
简单来说，高能量密度就像是在比赛中，能让你在小小的时间内跑出最佳成绩，让你的设备续航更久。
这就像你用尽全力一口气把一整杯水喝下去，结果发现杯子里还有水。
你会想：“这水怎么这么神奇？”就是这个道理！高能量密度的电池，让你随时随地都能保持充沛的动力。
1.1. 快速充放电接下来，我们得提一下快速充放电。
谁不想要一块电池，几分钟就能充满电，立马就能用？这就像上班迟到了，赶上了最后一班车，坐下来就可以大松一口气。
快速充放电可不仅仅是方便，还能提高咱们的生活质量。
想象一下，等车的那种无聊，这时电池就像个小精灵，给你来一发超速充电，让你不再苦等！当然，这个技术也并不简单，电池的材料、设计都得跟上，才能让它既快又稳。
就像炒菜，火候掌握不好，菜就容易焦。
1.2. 循环寿命最后，不得不提的就是循环寿命。
大家都知道，电池总是要充放电，就像人一天要吃三顿饭。
循环寿命就是电池在不断的充放电中，保持健康的能力。
如果电池像个贪吃鬼，吃得太快反而消化不良，那就糟了！我们可不想每次充电都像在给它做“急救”。
好的电池，应该是那种能吃得多，还能好好消化，结果满血复活的。
所以，选择循环寿命长的电池，就像挑一个能一起去旅行的伙伴，越久越靠谱。
2. 安全性安全性可是一块电池的重中之重！想象一下，如果电池在你口袋里突然炸了，那可真是惨痛的教训啊！所以，电池的设计必须得稳妥，材料要选得好。
就像咱们平常用的锅，不能随便用个不锈钢的，得选择质量过硬的，这样才能保证安全。
电池的化学反应也得控制好，别让它闹脾气，随便冒烟。
安全性就像是你家里的防火墙，不怕一万，只怕万一，做好了万无一失，才能安心使用。
2.1. 温度控制再者，温度控制也是个关键因素。
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五、根据化学反应设计电池
1. 由电池表达式写出电池反应
2. 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
右为正极即阴极 +) 还原反应
电池反应
例1.(Pt)H2(g)|H2SO4(m)|Hg2SO4(s)-Hg(l) () H2(g) 2e = 2H+
含Az-溶液
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)
当E >E’，电池将放电
E’
正极反应 2H+ + 2e H2 负极反应 Zn 2e Zn2+
电池反应 Zn + 2H+ Zn2+ + H2 当E < E’ ，电池将充电
Zn
Cu
正极反应 Cu－2e → Cu2+
H2SO4
负极反应 2H＋ ＋2e → H2
电池反应 Cu＋2H+ → Cu2+＋ H2
e-
Zn
阴 极
E’
e-
Cu
阳 极
ZnSO4溶液 CuSO4溶液
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。
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
卤素电极
Pt
电极表示 Cl(aq)Cl2(g)Pt 电极反应 Cl2 (l) +2e 2Cl
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) 电极反应 Cu2+ (aq) + 2e Cu (s)
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)
由此可见，该电池的电极不可逆，是不可逆电池。
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。
e-
Zn
负 极
E’
e-
Cu
正 极
ZnSO4溶液
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 阴极反应 Zn 2+ + 2e Zn 阳极反应 Cu Cu 2+ + 2e 电池反应 Cu + ZnSO4 Zn + CuSO4 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
Cu
当电极作为负极时
电极表示 Cu (s) ∣CuSO4(aq) 电极反应 Cu (s) Cu2+(aq) + 2e
CuSO4
一些活泼的金属，可以把金属溶于汞，做成汞齐电极
Na+(a+)∣Na（Hg）(a含有该元素离子的溶液中 构成的电极是气体电极。
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3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
(+) Hg2SO4(s)+2e = 2Hg(l) + SO4-2 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)
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。
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