可逆电池的电动势测定及其应用相关知识
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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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2020/10/24
电动势的测定
1、测量原理：
电池开路电压为电池电动势,即 I = 0 时的 E
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
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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
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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
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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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
总反应： 2Ag(s) ZnCl2 Zn(s) 2AgCl(s)
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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：
（－）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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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
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
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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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
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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
Na+(a+)|Na(Hg)(a)
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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-
电池的电动势不能用电压表测量
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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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
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)
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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
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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
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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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电动势的测定
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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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
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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
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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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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
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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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
总反应： 2Ag(s) ZnCl2 Zn(s) 2AgCl(s)
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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：
（－）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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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
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
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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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
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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
Na+(a+)|Na(Hg)(a)
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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-
电池的电动势不能用电压表测量
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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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
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)
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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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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
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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