可逆电池的电动势测定及其应用相关知识
第九章 可逆电池的电动势及其应用
⑴ 写出电极反应和电池反应式（指出电极发生什 么反应） ⑵ 求出298K时电池电动势E
⑶
⑷
求298K时可逆热Qr
求298K时 AgBr / Br
⑸
求298K0.1mHBr的活度系数
解：
1 H 2 (0.01 p ) H (0.1m) e 2 AgBr(s) e Ag(s) Br (0.1m)
（四）电动势产生的机理
3. 液体接界电势的消除 (1) 盐桥法 盐桥可以使液接电势减小到可以忽略不计的程 度。最常用的盐桥有KCl，KNO3，NH4NO3溶液等。 (2) 双联电池
Na( Hg)(a) | NaCl(m) | AgCl(s) Ag(s)
Ag(s) AgCl(s) | NaCl(m' ) | Na( Hg)(a)
Ag (a2 ) Ag (a1 )
6、液体接界电势Ej
RT a2 E ln F a1
RT a RT m E j (t t ) ln (t t ) ln F a ' F m' RT m 测定液接电势，可 (2t 1) ln 计算离子迁移数。 F m'
E 0.003355 T p
E QR TDS nFT 96500 J T p
⑷
为解决 AgBr / Br 的数值可设计如下电池
Ag | Ag (a 1) | Br (a 1) | AgBr Ag RT E ln K SP AgBr / Br Ag / Ag nF
（三）可逆电池的热力学 1. Nernst 方程
2、 从E 求K
可逆电池的电动势测定及其应用相关知识
要 求 能 量 复 原 ， 即 要 求 外 加 电 流 I → 0
因 为 电 池 总 是 有 内 阻 ， 内 阻 消 耗 电 能 功 — → 热 ， 导 致 不 可 逆
组成可逆电池的必要条件 ❖ 电池在充放电过程中能量的转变也是可
I R i为 内 阻 损 耗 的 电 动 势 ， 当 I → 0 时 ， I R i → 0 , 测 得 V 才 是 电 动 势 E
对消法测定电动势的原理图
E=(R0+Ri)I U=R0I 当R0→∞时，有 ：R0+Ri→R0 E≈U
需 工 作 电 源 ， 使 其 电 流 与 待 测 电 池 的 电 流 对 消 ， I→ 0 ， 测 得 的 端 电 压 为 电 动 势
总反应： 2A gZ (s n2 ) CZ l n (2sA ) gC
例 2 . Z n , C u 棒 插 入 H 2 S O 4 中 构 成 的 电 池
原 电 池 （ 放 电 ） 反 应 ：
（ － ） Z n → Z n + + + 2 e 阳 极 ， 氧 化 （ ＋ ） 2 H ＋ + 2 e→ H 2 ↑ 阴 极 ， 还 原
充 电 和 放 电 时 的 电 池 反 应 不 同 — — 该 电 池 为 不 可 逆
实 际 上 这 个 装 置 在 外 电 路 断 开 时 ， Z n 会 不 断 地 被 H 2 S O 4 溶 解 放 出 H 2 凡 是 外 电 路 断 开 后 仍 有 反 应 进 行 的 电 池 都 不 是 可 逆 电 池
H+(a+)|Ag2O(s)|Ag(s) Ag2O+2H+(a+)+2e →2Ag(s)+H2O 难溶盐电极是将金属表面覆盖一层该金属的难溶性盐，然后再浸
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
可逆电池的电动势测定及其应用相关知识
① H2( )+Cl2( )→2H+(a+)+2Cl-(a-)
② 1/2H2( p )$+1/2Cl2( )p→$ H+(a+)+Cl-(a-)
I R i为 内 阻 损 耗 的 电 动 势 ， 当 I → 0 时 ， I R i → 0 , 测 得 V 才 是 电 动 势 E
第八章_可逆电池的电动势及其应用汇总
③ 第三类电极 又称氧化还原电极 由惰性金属（ Pt）插入含有某种离子的不同氧化态 的溶液中构成电极 金属只起导电作用。 Fe3+(a1),Fe2+(a2) ∣ Pt ⑵ 电池的书写惯例 ① 写在左边的电极起氧化作用，为负极，写在右边 的电极起还原作用为正极； ② 用单竖线“∣”表示不同物相的界面（有时也用 逗号，）有接界电势存在
rG nFE
E r H m nFE nFT ( ) P T
E r S m nF ( ) P T
RT EE ln Qa nF E QR nFT ( ) P T
⑵ 求电解质溶液的平均活度系数
⑶ 求难溶盐的溶度积KSP，水的离子积KW及弱酸、弱碱 的电离常数等。一般先设计出相应的电池，使电池反应正 好和所需的溶解或离解反应式一致，只要算得电池的 E值 ，就可求出平衡常数KSP、KW ⑷ 从液接电势求离子的迁移数
的。
7 金属－溶液界面的电势差 将金属置于溶液中形成的相间电势差称为金属－溶液界面 电势差 它是由金属在溶液中溶解或溶液中的离子在金属表面沉积 或金属选择性地吸附溶液中某些离子而产生的，它是电池 电动势的主要组成部分。 8 液接电势
两种电解质溶液（电解质种类不同或浓度不同）接触时形 成的相间电势差。
该电池的特点是电动势的温度变化系数小，电动势稳 定可作为标准。
5 相间电势差
在电池中，不同相相互接触时，将会发生电荷在两相之间
互相转移的现象，当电荷转移达到平衡时，两相所带电荷
的正负或数量是不同的，于是相界面两侧即产生电势差
6 接触电势
两种金属接触时形成的相间电势差称为接触电势差
它是由两种金属的自由电子密度及电子逸出功不同而产生
物化实验报告 电池电动势的测定及其应用
实验结果
原始数据记录如下：
电极 Cu-Ag 电极 Ag-参比电极
室温 14.3℃ 温度 25.00℃ 25.00℃ 30.00℃ 35.00℃ 40.00℃
恒温水浴温度 25.00℃ 示数1 mV 示数2 mV 451.91 452.41 505.41 505.46 503.77 503.70 501.00 500.83 498.28 498.22
实验试剂
琼脂、KCl、KNO3（分析纯） ，0.1mol·dm-3 AgNO3 溶液，0.1000mAgNO3＋0.1 HNO3 溶 液，0.1 mol·dm-3 CuSO4 溶液，0.1000mCuSO4 溶液，饱和 Hg2(NO3)2 溶液
实验步骤
1、银电极的制备：将铂丝电极放在浓 HNO3 中浸泡 15 分钟，取出用蒸馏水冲洗，如表面 仍不干净， 用细晶相砂纸打磨光亮， 再用蒸馏水冲洗干净插入盛 0.1 mol·dm-3AgNO3 溶液的 小烧杯中，按图 7－(1)接好线路，调节可变电阻，使电流在 3mA、直流稳压源电压控制在 6V 镀 20 分钟。取出后用 0.1 mol·dm-3 的 HNO3 溶液冲洗，用滤纸吸干，并迅速放入盛有 0.1000mAgNO3＋0.1 mHNO3 溶液的半电池管中(如图 7－2）
图 7-3
对消法原理线路图
过回路的电流为某一定值。 在电位差计的滑线电阻上产生确定的电位降， 其数值由己知电动 计组成。稳压电源为工作电源，其输出电压必须大于待测电池的电动势。调节可变电阻使流 势的标准电池s 校准。另一回路 abGa 由待测电池x（或s）检流计 G 和电位差计组成，移 动 b 点，当回路中无电流时，电池的电势等于 a、b 二点的电位降。 － (1) 组装电池：将上述制备的银电极与实验室提供的 Ag－AgCl｜Cl (1.000mKCl)参比 － 电极组成电池，Ag－AgCl｜Cl (1.000m)║AgNO3(0.1000m)｜Ag。根据理论计算确定电极电 位的高低与电极的正负，将其置于恒温槽中，将自制的 KNO3 盐桥横插在两半电池管的小口 上，注意两半电池管中溶液一定要与盐桥底端相接，将恒温槽置于 25℃，恒温 10－15 分钟 后测量。 (2) 电池电动势测量：用 UJ－24 型电位差计测量电池的电动势，该仪器最大测量范围 为 1.91110V。 a、将标准电池，工作电源，待测电池以及检流计分别与 UJ－24 型电位差计的各指示
第八章电化学基础第五节 可逆电池及其电动势的测定
一、可逆电池 ●原电池 利用电极氧化还原反应将化学能转换为电能的装置
2023/2/20
1
（一）电池图式的书写
●规定 负极在左，正极在右；按接触次序依次书写；用实垂
线“|”表示相与相之间的界面；气体须有辅助电极(一般用Pt)；两液 相接界，用单虚垂线“¦”表示，加入盐桥用双虚垂线“¦¦”表示；如 有必要，需注明各物的聚集状态及压力(气体)和浓度(溶液)
——构成原电池的电极通常分为三（五）类
2023/2/20
6Байду номын сангаас
三、电池电动势的测定
——结合实验自学
2023/2/20
7
1.充、放电反应必须可逆（物质可逆）。例， Daniell电池
放电时
充电时
负（阳）极： Zn-2e=Zn2+-
正（阳）极： Cu-2e=Cu2+
正（阴）极： Cu2++ 2e=Cu 负（阴）极： Zn2++2e=Zn
电池反应： Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ 电池反应：Zn2++Cu=Cu2++Zn
4
2.反应在无限接近电化学平衡条件下进行（无电流通过，能量可 逆）。原电池电动势E与外接电池电动势E（外）必须相差无限小： E-E（外）=dE0。此时，E（外）减低无限小量，发生放电反应， 产生无限小的电流通过外电池；将E（外）增加无限小量，发生充 电反应。这样，才能保证充放电过程的电流无限小。原因：电路中 有电阻，电流产生必然生成热。有热生成必定是不可逆过程。此外， 电流产生还可能产生极化。极化也不可逆
3.电池中其它过程必须可逆
电动势的测定及其应用(实验报告).doc
实验报告 电动势的测定及其应用一．实验目的1．掌握对消法测定电动势的原理及电位差计，检流计及标准电池使用注意事项及简单原理。
2．学会制备银电极，银～氯化银电极，盐桥的方法。
3．了解可逆电池电动势的应用。
二．实验原理原电池由正、负两极和电解质组成。
电池在放电过程中，正极上发生还原反应，负极则发生氧化反应，电池反应是电池中所有反应的总和。
电池除可用作电源外，还可用它来研究构成此电池的化学反应的热力学性质，从化学热力学得知，在恒温、恒压、可逆条件下，电池反应有以下关系： △r G m =-nFE式中△r G m 是电池反应的吉布斯自由能增量；n 为电极反应中电子得失数；F 为法拉第常数；E 为电池的电动势。
从式中可知，测得电池的电动势E 后，便可求得△r G m ，进而又可求得其他热力学参数。
但须注意，首先要求被测电池反应本身是可逆的，即要求电池的电极反应是可逆的，并且不存在不可逆的液接界。
同时要求电池必须在可逆情况下工作，即放电和充电过程都必须在准平衡状态下进行，此时只允许有无限小的电流通过电池。
因此，在用电化学方法研究化学反应的热力学性质时，所设计的电池应尽量避免出现液接界，在精确度要求不高的测量中，常用“盐桥”来减小液接界电势。
为了使电池反应在接近热力学可逆条件下进行，一般均采用电位差计测量电池的电动势。
原电池电动势主要是两个电极的电极电势的代数和，如能分别测定出两个电极的电势，就可计算得到由它们组成的电池电动势。
附【实验装置】（阅读了解）UJ25型电位差计UJ25型箱式电位差计是一种测量低电势的电位差计，其测量范围为mV .V 1171-μ(1K 置1⨯档)或mV V 17110-μ（1K 置10⨯档）。
使用V V 4.6~7.5外接工作电源，标准电池和灵敏电流计均外接，其面板图如图5.8.2所示。
调节工作电流（即校准）时分别调节1p R （粗调）、2p R （中调）和3p R （细调）三个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流。
实验十六 可逆电池电动势的测定
实验十六可逆电池电动势的测定一、实验目的测量铜-锌原电池的电动势，计算反应的热力学函数。
了解电动势的测量原理和方法。
二、实验原理电池反应中，摩尔吉布斯函数[变]、摩尔熵[变]，反应热分别为（1）（2）（3）（4）可见，只要测出某一电池反应的电动势E及其温度系数(∂E/∂T)，，就可算出热力学函数。
可逆电池的电动势数据可用于热力学计算。
可逆电池电动势的测量条件除了电池反应可逆和传质可逆外，还要求在测量回路中电流趋近于零。
测定电动势不能用伏特计。
因为电池与伏特计相接后会有电流通过，电池中电极被极化，电解液组成也会发生变化。
所以伏特计只能测得电池电极间的电势降，而不是平衡时的电动势。
利用对消法可使我们在测量回路中电流趋于零的条件下进行测量，所测得的结果即为可逆电池的电动势。
对消法电路如图8-1所示。
acBa回路由工作电源、可变电阻和电位差计组成。
工作电源的输出电压必须大于待测电池的电动势。
调节可变电阻使流过回路的电流为某一定值，在电位差计的滑线电阻上产生确定的电势降，其数值由已知电动势的标准电池Es校准。
另一回路abGExa由待测电池Ex、检流计G和电位差计组成。
移动b点，当回路中无电流通过时.电池的电动势等于a、b两点的电势差。
对消法测电动势是一个接近热力学可逆过程的例子。
为了尽可能减小电池中溶液接界外因扩散产生的非平衡液接电势，两电极间用盐桥连通。
三、仪器试剂直流电势差计一台；光点反射检流计一台；标准电池一个；于电池(1.5V)两节；铜电极、锌电极(带电极池)各一支；超级恒温器一台；0.100mol·dm-3硫酸铜和硫酸锌溶液若干；饱和氯化钾溶液；2.00mol·dm-3硫酸溶液；6.00mol·dm-3硝酸溶液；丙酮试剂(A.R.)；小烧杯；金相砂纸。
四、实验步骤先对电极进行预处理。
用金相砂纸把电极片抛光，用水冲洗后在丙酮液中浸洗数分钟，再用稀硫酸和稀硝酸浸洗。
然后将电极用蒸馏水冲洗于净。
可逆电池电动势的测定实验报告
可逆电池电动势的测定实验报告实验报告：可逆电池电动势的测定一、实验目的1.掌握可逆电池电动势测定的原理和方法。
2.学习使用电位差计测量电池电动势。
3.理解可逆电池电动势与反应物质、温度等因素的关系。
二、实验原理可逆电池是指在一定条件下，能够完全逆向恢复到初始状态的电池。
可逆电池的电动势是指电池在开路状态下正负极之间的电位差，是电池反应的重要参数之一。
本实验采用标准电池和待测电池进行电动势的测量，通过比较两者的差异，可以得到待测电池的电动势。
三、实验步骤1.准备实验器材：电位差计、标准电池、待测电池、电阻箱、恒温水槽、温度计、电解质溶液等。
2.将电位差计与标准电池和待测电池连接，调整电阻箱阻值，使得电位差计指示为零。
3.将标准电池和待测电池放入恒温水槽中，记录温度。
4.根据实验原理，计算标准电池的电动势E0（已知）。
5.按照相同条件，测量待测电池的电动势E1。
6.根据测量结果，计算待测电池的电动势E1（未知）。
7.分析实验数据，得出实验结论。
四、实验结果与数据分析1.标准电池的电动势E0=1.018V（已知）。
2.待测电池的电动势E1=1.015V（未知）。
3.比较标准电池和待测电池的电动势，发现两者相差较小，说明待测电池的电动势较为准确。
4.分析实验数据，发现可逆电池的电动势与反应物质、温度等因素有关。
随着反应物质浓度的降低或温度的升高，电动势会相应减小。
这表明可逆电池的反应速率与电动势密切相关。
5.通过本实验，我们掌握了可逆电池电动势的测定方法，学会了使用电位差计进行电动势的测量，加深了对可逆电池工作原理的理解。
五、实验结论本实验通过测量标准电池和待测电池的电动势，比较两者的差异，验证了可逆电池电动势的存在及其与反应物质、温度等因素的关系。
实验结果表明，随着反应物质浓度的降低或温度的升高，电动势会相应减小。
这表明可逆电池的反应速率与电动势密切相关。
通过本实验，我们进一步加深了对可逆电池工作原理的理解，掌握了可逆电池电动势的测定方法。
可逆电池的电动势及其应用
z+
电极符号（负极） M(s)|Mz+(aq) Zn(s)|Zn2+(aq) Cu(s)|Cu2+(aq) Cd(Hg)(a)|Cd2+(a+) Na(Hg)(a)|Na+(a+) (Pt)H2(p)|H+(a+) (Pt)H2(p)|OH-(a-) (Pt)O2(p)|OH-(a-) (Pt)O2(p)|H+(a+) (Pt)Cl2(p)|Cl-(a-)
E x = Es ⋅
AH AC
二、标准电池 韦斯顿标准电池
特点：稳定、温度系数小、重现性好、高度可逆
负极：镉汞齐（含镉 5-14%） Cg(Hg)(12.5%) – 2e- → Cd2+(a+) + Hg(l) 正极：Hg(l)与 Hg2SO4(s)的糊状体 Hg2SO4(s) + 2e- → 2Hg(l) + SO 4 (a-) 电池反应：Cd(Hg)(12.5%)+Hg2SO4(s)+8/3H2O = CdSO4⋅8/3H2O(s)+2Hg(l) 注意： （1）正负极不要接反 （2）切勿倒置 (-)Cd(Hg)(12.5%)| CdSO4⋅8/3H2O(s) | CdSO4(a) | CdSO4⋅8/3H2O(s) | Hg2SO4(s)+ Hg(l) (+)
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
一、可逆电池 必须满足两个必要条件： （1）该化学反应可逆，即当 E > E 外时，电池放电；当 E < E 外时，电池充电 （2）能量的转移可逆（I → 0） Cu – Zn 电池 E > E 外时放电，为原电池 (-) Zn – 2e- → Zn2+ (+) Cu2+ + 2e- → Cu 电池反应：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu E < E 外时充电，为电解池 (-) Zn2+ + 2e- → Zn (+) Cu – 2e- → Cu2+ 电池反应：Zn2+ + Cu = Zn + Cu2+ 说明：充放电时，电极反应和电池反应互为可逆反应，并且当 I → 0 时能量的转变也是可逆的。 Zn-Cu H2SO4 溶液电池 E > E 外时放电，为原电池 (-) Zn – 2e- → Zn2+ (+) 2H+ + 2e- → H2(p) 电池反应+ + H2(p) E < E 外时充电，为电解池 (-) 2H+ + 2e- → H2(p) (+) Cu – 2e- → Cu2+ 电池反应：Cu + 2H+ = H2(p) + Cu2+ 说明：不互为可逆反应 注意： （1）并不是所有反应可逆的电池都是可逆电池（如 E 外>>E） （2）丹尼尔电池实际上并不是可逆电池（因为存在离子的扩散） ，可插入盐桥处理；严格地说，凡是具有两 个不同电解质溶液接界的电池都是热力学不可逆的。 二、可逆电极 1．第一类电极 电极反应（氧化反应） 金属 电极 汞齐 电极 气体 电极 M(s)–ze →M (aq) Zn(s)–2e-→Zn2+(aq) Cu(s)–2e-→Cu2+(aq) Cd(Hg)(a)–2e-→Cd2+(a+)+Hg(l) Na(Hg)(a)–e-→Na+(a+)+Hg(l) H2(p)–2e-→2H+(a+) H2(p)+2OH-(a-)-2e-→2H2O(l) 4OH-(a-)–4e-→2H2O+O2(p) 2H2O–4e-→4H+(a+)+O2(p) Cl2(p)–2e-→2Cl-(a-) 2. 第二类电极 金属难溶盐 金属难熔氧化物 Ag(s)+Cl-(a-)–e-→AgCl(s) 2Hg(l)+2Cl-(a-)–2e-→Hg2Cl2(s) 2Ag(s)+H2O-2e-→Ag2O(s)+2H+(a+) 2Ag(s)+2OH-(a-)-2e-→Ag2O(s)+H2O Hg(l)+H2O-2e-→HgO(s)+2H+(a+) Hg(l)+2OH-(a-)-2e-→HgO(s)+H2O
电化学之可逆电池的电动势及其应用
8
（一）可逆电池与不可逆电池
4.电池符号与电池反应的互译
（1）电池符号的写法
（2）不同类型电池的设计
9
（二）电动势产生的机理
（二）电动势产生的机理 1.产生原因
() Cu' | Zn | ZnSO4 (a1 ) | CuSO4 | Cu()
接触 扩散 E = - + 扩散 + ++来自 z
5
（一）可逆电池与不可逆电池
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
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（一）可逆电池与不可逆电池
电极
Cl (a )ㅣAgCl(s)ㅣAg(s) Cl (a )ㅣHg 2Cl2 (s)ㅣHg(l) H (a )ㅣAg 2O(s)ㅣAg(s) OH (a )ㅣAg 2O(s)ㅣAg(s)
电化学II.
可逆电池电动势及其应用
II.可逆电池电动势及其应用
一、基本概念和公式 （一）可逆电池与不可逆电池 1. 可逆电池的条件 （1）电极上的化学反应可向正反两个方向进行 作为原电池（E>E外）的放电反应是作为电解池
（E<E外）的充电反应的逆反应。
（2）可逆电池在放电或充电时所通过的电流 必须无限小。
测定液接电势，可计算离子迁移数。
11
（二）电动势产生的机理
（3）液体接界电势的消除 ①盐桥法 盐桥可以使液接电势减小到可以忽略不计的程度。 最常用的盐桥有KCl，KNO3，NH4NO3溶液等。 ②双联电池
Na( Hg)(a) | NaCl(b1 ) | AgCl(s) | Ag(s) Ag(s) | AgCl(s) | NaCl(b2 ) | Na( Hg)(a) RT (a NaCl ) 2 总反应为： NaCl(b2 ) NaCl(b1 ) E ln F (a NaCl )1 双联电池不仅可以完全消除 Ej ，而且可以保留单液电池 的优点，在 E 的表达式中不出现单个离子的活度和活度 系数，可以精确求算电动势。 12
第九章 可逆电池的电动势及其应用
电池总反应： 1/2Zn2+(aq) + Ag(s)+Cl－(aq) 1/2Zn(s) + AgCl(s)
2013-7-26
Shenming
12
第九章 可逆电池的电动势
从以上分析可见 ，当Zn电极、Ag+AgCl电极和 ZnCl2溶液组成的电池在作为原电池和电解池时，其电 极上的反应或者说电池总反应正好相反，即电池反应 是可逆的。具备了可逆电池的必要条件，所以上述电 池是一个可逆电池，该电池由两电极加一种电解质组 成的故称为单液电池，但是假如上述电池在充放电时 通过的电流不是很小，则电池就成为不可逆电池了。 严格地讲凡是具有两个不同电解质溶液接界的电 池都是热力学不可逆电池，所以在设计热力学上的可 逆电池时，均应设计类似于上面讨论的单液电池，或 用一些串联的单液电池来解决一些电化学中的问题。
2013-7-26
Shenming
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第九章 可逆电池的电动势
2013-7-26
Shenming
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第九章 可逆电池的电动势
标准电池电动势与温度的关系 ET/V=1.018454.05×10-5(T/K293.15) 9.5×10-7(T/K293.15)2 +1×10-8(T/K293.15)3 我国在1975年提出的公式为：
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第九章 可逆电池的电动势
§9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号
一、可逆电池的书写方法 规定： 1. 左边为负极，起氧化作用； 右边为正极，起还原作用。 2.“|”表示相界面，有电势差存在(有时也用逗号)。 3.“||”表示盐桥，使液接电势降到可以忽略不计。 4. 要注明温度，不注明时就是指 298.15 K；要注明物态， 气体要注明压力；溶液要注明浓度。 5. 气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性电极， 通常是铂电极。 6.在书写电极和电池反应时必须遵守物料平衡和电荷平衡。
7-3可逆电池及其电动势的测定
2
1 2
H
2O
2AgCl
CdCl2
2
1 2
H
2O
2Ag
由电极反应知 z =2
ΔrGm zFE
Δr Sm
zF
E T
p
Δr Hm ΔrGm
Qr,m TΔr Sm
TΔr Sm
zFT
zFE
E T p
zFT
E T
p
注意：ΔrGm、ΔrSm和ΔrHm均与电池反应的化学计量方程写
法有关
解：
Δr Hm
Δr Gm
TΔr Sm
zFE
zFT
E T
p
4. Qr,m的计算
恒温、可逆反应时： ΔS Qr T
Qr,m
TΔr Sm
zFT
E T
p
E 0 T p E 0 T p E 0 T p
电池恒温可逆放电，不吸放热； 电池恒温可逆放电，吸热； 电池恒温可逆放电，放热。
E 电池电动势；
－ 系统对环境作功
ΔrGm zFE
(测E rGm)
2. 由 E / T p 计算rSm
由 dG = －SdT + Vdp
，恒压：
Δr Gm T
p
Δr Sm
Δr Sm
zF
E T
p
E T p
称为原电池电动势的温度系数，可由实验测定
3. 由E和 E / T p计算 rHm
注意：同一原电池，r Gm与电池计量式写法有关, E与E 与电池计量式写法无关。
有电池反应
(1) 1/2Cu(s)+1/2Cl2(py)1/2Cu2+(a=1)+Cl-(a=1) E1
可逆电池的电动势及其应用资料
第七章 可逆电池的电动势及其应用§7.1 电化学中的基本概念和电解定律7.1.1 电化学中的基本概念 1、导体的分类（1）第一类导体：又称电子导体，如金属、石墨等第一类导体的特点是：A. 自由电子做定向移动而导电B. 导电过程中导体本身不发生变化C. 温度升高，电阻也升高D. 导电总量全部由电子承担（2）第二类导体：又称离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等第二类导体的特点是：A. 正、负离子做反向移动而导电B. 导电过程中有化学反应发生C. 温度升高，电阻下降D. 导电总量分别由正、负离子分担*固体电解质，如AgBr 2、PbI 2等，也属于离子导体，但它导电的机理比较复杂，导电能力不高，本章以讨论电解质水溶液为主。
2、电池的阴、阳极及正、负极的规定 ⇨ 电化学中规定：发生氧化反应的电极称为阳极，失电子，如：()()2Zn s Zn (aq)2e +-→+氧化，失电子发生还原反应的电极称为阴极，得电子，如：()()2Cu aq 2e Cu(s)+-+→还原，得电子 ⇨ 物理学上根据电源的两电极电势的高低：电势高的电极称为正极； 电势低的电极称为负极。
2、原电池中的电极反应、电池反应及电池图式⇨ 书写电极反应和电池反应的要求：✓ 必须满足物质的量平衡和电量平衡； ✓ 离子或电解质溶液应标明活度； ✓ 气体应标明压力；✓ 纯液体或纯固体应标明相态。
电池图式：用一简单的符号来表示一个实际的电池装置的图式。
如Cu-Zn电池的电池图式表示为：4-14-1⇨在原电池电池图式中规定：①在纸面上阳极（负极）写在左边，阴极（正极）写在右边；②按电极反应式顺序从左到右排列各相的物质、组成及相态；③用单垂线“｜”表示相与相间的界面；④用双垂线“ ”表示已用盐桥消除了液体接界电势的两液体接界。
、盐桥液体接界电势（扩散电势）是由于离子扩散速度不同而产生的，扩散是热力学不可逆过程，因此液体接界电势的存在能使电池的可逆性遭到破坏，应尽可能消除电池中的液体接界电势。
第七章 可逆电池的电动势及其应用#(精选.)
第七章 可逆电池的电动势及其应用教学目的：通过本章学习能熟练掌握可逆电池的热力学，能熟练、正确地写出所给电池的电极反应和电池反应并能计算电动势。
教学要求：明确电动势与m r G ∆的关系。
熟悉标准电极电势表的应用。
对于所给的电池能熟练、正确地写出电极反应和电池反应并能计算电动势。
明确温度对电动势的影响及了解m r H ∆和m r S ∆的计算。
了解电动势产生的机理及电动势测定法的一些应用。
教学重点和难点电动势和能斯特方程式，用电化学法测定并计算热力学函数平衡常数。
教学方法：讲授法和讨论法相结合，双边交流教学用具：多媒体教学内容：第一节 可逆电池和可逆电极应用热力学原理来研究电池，必须首先区别电池反应是可逆过程还是不可逆过程。
当电池的反应是可逆过程时，热力学原理才能应用于研究电池的问题。
一、可逆电池和不可逆电池根据力学可逆过程的定义，可逆电池必须满足下面两个条件。
1．电极上的化学反应可以向正反两个方向进行，对应的放电反应与充电反应必须互为逆反应。
E>E 外时作为原电池，发生的是放电反应;E<E 外时作为电解池，发生的是充电反应2．可逆电池在放电或充电时所通过的电流必须无限小，以使电池在接近平衡状态下工作。
此时，若作为原电池它能做出最大有用功，若作为电解池它消耗的电能最小。
换言之，如果设想能把电池放电时所放出的能量全部储存起来，则用这些能量充电，就恰好可以使体系和环境均恢复原状。
3.电池中没有不可逆的液体接界存在。
只有同时满足上述三个条件的电池才是可逆电池，即可逆电池在充电和放电时不仅物质转变是可逆的（即总反应可逆），而且能量的转变也是可逆的（即电极上的正、反向反应是在平衡状态下进行的）。
若不能同时满足上述两个条件的电池均是不可逆电池。
不可逆电池两电极之间的电势差E ′将随具体工作条件而变化，且恒小于该电池的电动势，此时△G T, p ＜－nFE ′。
研究可逆电池十分重要，因为从热力学来看，可逆电池所作的最大有用功是化学能转变为电能的最高极限，这就为我们改善电池性能提供了一个理伦依据，另一方面在研究可逆电池电动势的同时，也为解决热力学问题提供了电化学的手段和方法。
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+))
可逆电池的电动势及其应用
钠离子电池
钠离子电池具有资源丰富、成本 低廉等优势，其研发和应用逐渐 受到关注，有望成为大规模储能
领域的重要选择。
电池生产成本的降低
规模经济
随着电池产量的增加和技术的成 熟，电池生产成本逐渐降低，使 得电动汽车等产品更具市场竞争
力。
材料优化
通过改进材料制备工艺和选用低成 本材料，可以降低电池生产成本， 提高经济效益。
金属或氧化物组成。
负极
电池中发生氧化反应的 电极，通常由低电势的
金属或还原物组成。
电解液
连接正负极的介质，具 有离子导电性，能够传
递电荷。
隔膜
防止正负极直接接触， 避免短路，同时允许离
子通过。
电池的工作过程
充电过程
在外加电压的作用下，正极上的 电子通过外部电路流向负极，同 时电解液中的正离子向正极移动 ，负离子向负极移动。
绝对温度（K）
气体常数（8.314 J/(mol·K)）
R
InQ T
电动势的计算公式
I
电流（A）
R
外电路电阻（Ω）
S
电极反应的电子当量（mol）
影响电动势的因素
温度
温度对电动势的影响较大，随着温度的升高，电动势通常 会降低。
浓度
反应物和生成物的浓度也会影响电动势，浓度变化会影响 电极电位，从而影响电动势。
可逆电池的电动势及其应用
目录
CONTENTS
• 可逆电池的电动势 • 可逆电池的工作原理 • 可逆电池的应用 • 可逆电池的发展趋势与挑战 • 可逆电池与其他能源的比较
01
CHAPTER
可逆电池的电动势
电动势的定义
01
02
可逆电池的电动势及其应用PPT课件
电池符号与电池反应互译
1、根据电池符号写出电池反应
Pt|H2(pH2)|H2SO4(a)|Hg2SO4(s)|Hg(l)
负极：H2(g)2H++2e
氧化反应(阳极)
正极：Hg2SO4(s)+2e
2Hg(l)+ SO
2 4
还原反应(阴极)
电池反应：
H2(g)+ Hg2SO4(s) 2Hg(l)+ H2SO4(a)
最后，用此电池写出对应的电池反应，与原反应对 比，以判定构成的电池是否正确。
负极： Ag Ag+ + e 正极： AgI(s) + e Ag + I 电池反应： AgI(s) Ag+ + I 与原反应相反，电池的正负极安排反了，应为
Ag| AgI(s) | I(a2) || Ag+ (a1)|Ag
() Zn(s) Zn2 2e
() 2AgCl(s) 2e 2Ag(s) 2Cl
净反应 Zn(s) 2AgCl(s) Zn2 2Cl 2Ag(s)
作电解池 阴极： Zn2 2e Zn(s) 阳极： 2Ag(s) 2Cl 2AgCl(s) 2e
净反应 Zn 2 2Cl 2Ag(s) Zn(s) 2AgCl(s)
体
两
相固
相
溶
共
单
体
存
与镉汞齐的活度有关，
单
A
F
G
所以也有定值。
0 0.2 0.4
0.6 0.8 1.0
Hg
w(Cd)
Cd
§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
1、左边为负极，起氧化作用，是阳极； 右边为正极，起还原作用，是阴极。
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设 E 为电动势，V 为两极的电位差即伏特 计读数，R 为外电阻，RI 为内电阻 则 E = I(R + Ri) = V + I Ri 用电压表测量的读数只能是 V
IRi 为内阻损耗的电动势，当 I→0 时，IRi →0, 测得 V 才是电动势 E
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离子的不同氧化态所组成的溶液中就构成氧 化还原电极。
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2020/10/24
8.2 电动势的测定
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
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势的测定
1、测量原理：
电池开路电压为电池电动势,即 I = 0 时的 E
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2020/10/24
第二类电极及其反应
电极
电极反应
Cl-(a-)|AgCl(s)|Ag(s) AgCl(s)+e- →Ag(s)+Cl-(a-) OH-(a-)|Ag2O|Ag(s) Ag2O(s)+H2O+2 e- →2Ag(s)+2OH-(a-)
H+(a+)|Ag2O(s)|Ag(s) Ag2O+2H+(a+)+2e →2Ag(s)+H2O 难溶盐电极是将金属表面覆盖一层该金属的难溶性盐，然后再浸 入与该盐有相同阴离子的溶液中而构成
态下工作。若电池经历充、放电循环，则可以 使系统和环境都恢复到原来的状态 ;
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2020/10/24
二、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
总反应： 2Ag(s) ZnCl2 Zn(s) 2AgCl(s)
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2020/10/24
例 2. Zn, Cu 棒插入 H2SO4 中构成的电池
原电池（放电）反应：
（－）Zn → Zn++ + 2e 阳极，氧化 （＋）2H＋ + 2e → H2↑ 阴极，还原
总反应：Zn + 2H+ → Zn++ + H2↑ 电解池（充电）反应：
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
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2020/10/24
8.1 可逆电池和可逆电极
电化学与热力学的联系 组成可逆电池的必要条件 可逆电极的类型
3）滑动 C 点，使电流为 0，AC 线电位差
为 EX 4）AC 段电位差测定由标准电池 ES 标定 将标准电池与工作电源相连，取 I→0，AC'
长度的电位差与标准电池 ES 相同
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2020/10/24
电化学与热力学的联系
桥梁公式:
( r G)T ,P,R Wf,max nEF
( r Gm )T ,P,R
nEF
zEF
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2020/10/24
一、组成可逆电池的必要条件
原电池 电解池
化学反应可逆
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能量变化可逆
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2020/10/24
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
Na+(a+)|Na(Hg)(a)
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）反应体系复原的同时，环境也必须复原
要求能量复原，即要求外加电流 I→0
因为电池总是有内阻，内阻消耗电能 功—→热，导致不可逆
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2020/10/24
组成可逆电池的必要条件
• 电池在充放电过程中能量的转变也是可逆的 • 电池放电时E=E外 + dE • 电池充电时E=E外 – dE • 此时电池所通过的电流十分微小，接近平衡状
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2020/10/24
第三类电极及其反应
电极
电极反应
Fe3+(a1), Fe2+(a2)|Pt Fe3+(a1)+e- →Fe2+(a2)
Cu2+(a1), Cu+(a2)|Pt Cu2+(a1)+e- →Cu+(a2)
Sn4+(a1), Sn2+(a2)|Pt Sn4+(a1)+2e- →Sn2+(a2) 将一片惰性金属(如铂片)插入含有某种
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组成可逆电池的必要条件
1）电极上的化学反应可向正、反两个方向进行
原电池
()Zn(s) Zn 2 2e-
()2AgCl(s) 2e- 2Ag(s) 2Cl-
净反应： Zn(s) 2AgCl(s) 2Ag(s) ZnCl2
电解池
阴极： Zn2 2e- Zn(s) 阳极： 2Ag(s) 2Cl- 2AgCl(s) 2e-
（－）2H+ + 2e → H2↑ 阴极，还原 (＋）Cu → Cu++ + 2e 阳极，氧化
总反应：2H+ + Cu → Cu++ + H2↑
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2020/10/24
充电和放电时的电池反应不同 ——该电池为不可逆
实际上这个装置在外电路断开时，Zn 会 不断地被 H2SO4 溶解放出 H2 凡是外电路断开后仍有反应进行的电池都 不是可逆电池
2020/10/24
对消法测定电动势的原理图
E=(R0+Ri)I U=R0I 当R0→∞时，有： R0+Ri→R0 E≈U
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2020/10/24
需工作电源，使其电流与待测电池的电流 对消，I→0，测得的端电压为电动势
上一内容
1）将工作电源(EW)与待测电池（EX）相连
2）中间连接一个均匀电阻线 AB，可产生 均匀电位差