上海交通大学物理化学D类课件09章可逆电池的电动势
物化9(可逆电池)

此反应为热力学上的非自发反应,其Δ rGm > 0, E值为-0.2224 V。
电池表示式与电池反应的“互译” 由电池表示式写出电池反应
写出电池所对应的反应:只要写出左侧负极所发生的氧 化反应,右侧正极所发生的还原反应,然后两者相加, 即为电池反应。(注意:得失电子数;反应物态) 例1 (Pt)H2(g)|H2SO4(a)|Hg2SO4-Hg(l)
§ 9.2
电池电动势的测定
电池电动势:可逆电池无电流通过时,两电极
间电势差。 电动势的测量:对消法或补偿法,而不用伏特计 (为什么)。 所用仪器称为电势差计,其原理线路图如下。
设E为电池电动势,U为两极间电势差,R0为导线电 阻(外阻),Ri为电池内阻,I为电流。 根据Ohm定律
E ( R0 Ri ) I
据相图知:在室温下,镉汞齐镉含量在5~14%时,系统处 两相平衡区(熔化物和固溶体),镉汞齐活度有定值。而
标准电池电动势只与镉汞齐活度有关,所以有定值。
Weston标准电池 负极反应: C d (H g )( a ) C d 2 n H g (l) 2 e _
2正极反应: H g 2 S O 4 (s) 2e - 2 H g(l) S O 4
0.929(T / K 293.15)
2
0.009(T / K 293.15)
3
6
0.00006(T / K 293.15) ] 10
4
韦斯顿标准电池的电动势与温度的关系很小。
电池表示法
§9.3电池表示法与电池反应
为电池书写规定一套科学而方便的表达方法。电池书 写常用惯例如下:
第三类电极-氧化还原电极 是由惰性金属(如铂片)插入含有某种离子不同氧化
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
可逆电池电动势及其应课件

精选ppt
) Pt , H2 ( P)HCl (0.06m) || HCl (0.001m)Cl2 (0.05P) , Pt (+
精选ppt
四、构成可逆电极的条件
1)反应(物质)可逆; 2)电极上正、逆反应速度相当(正、逆
反应难易程度相当),从实用角度看 ,充、放电过程难易相当。
精选ppt
例如电池: Pt,H2 HCl(m)AgCl Ag (单液电池)
为热力学上严格的可逆电池:
1)H+、H2 在 Pt 上的氧化、还原反应的 难易程度相当;
精选ppt
若采用盐桥法可消除 液接电势,近似地当 作可逆电池。
但严格地说:双液电 池肯定有液接电势, 热力学不可逆。
所以说丹尼尔电池不是可逆电池。
前面介绍的几个电池中Leabharlann 只有铅蓄电池在 i 0 时为可逆电池。
精选ppt
例:单液的可逆电池
放电: Pt ) ½ H2 e H+ Ag +)AgCl + e Ag + Cl
总反应:Pb + PbO2+ 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
充电:阴)Pb:PbSO4 + 2e Pb + SO42
阳)PbO2:PbSO4 + 2H2O PbO2 + SO42 + 4H+ + 2e
总反应:2PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2+ 2H2SO4
电极反应、总反应完全化学可逆。
例如:
物理化学课件9可逆电池的电动势及其应用9(2014, Initial Edition)

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
09章_可逆电池的电动势及其应用解析

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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物理化学(B)II
第一类电极的电极反应
电极
电极反应(还原)
Mz (a )ㅣM(s)
H (a )ㅣH (p)ㅣPt
2
OH (a )ㅣH (p)ㅣPt
2
H (a )ㅣO (p)ㅣPt
2
OH (a )ㅣO (p)ㅣPt
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Cl (p) 2e 2Cl (a )
2
Na+ (a ) nHg(l) e Na(Hg)(a)
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物理化学(B)II
第二类电极的电极反应
电极
电极反应(还原)
Cl (a )ㅣAgCl(s)ㅣAg(s)
AgCl(s) e Ag(s) Cl (a )
Cl
(a
)ㅣHg
2
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物理化学(B)II
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
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物理化学(B)II
组成可逆电池的必要条件
1.电池在放电时所进行的反应与充电时的反应必须互为可逆反应
例如:其中E外为一可调节的外加电动势 当E>E外放电时: 负极(Zn极) Zn 2e Zn2
只有同时满足上述两个条件的电池才是 可逆电池。
12
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物理化学(B)II
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
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

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

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
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
第9章_可逆电池电动势及其应用

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2013-5-21
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第二类电极及其反应
电极
Cl-(a-)|AgCl(s)|Ag(s) OH-(a-)|Ag2O|Ag(s) H+(a+)|Ag2O(s)|Ag(s)
电极反应
AgCl(s)+e- →Ag(s)+Cl-(a-) Ag2O(s)+H2O+2 e→2Ag(s)+2OH-(a-) Ag2O+2H+(a+)+2e→2Ag(s)+H2O
过的电流必须十分微小,电池在几乎平衡态下工
作。此时,作为电池,可以对外做出最大有用功, 作为电解池所消耗的电能最小(即外电源所做电 功最小)。
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2013-5-21
可逆电池的构成条件
• 换言之,如果把电池放电时所放出能量储存起 来,则用这些能量充电,恰好可以使体系与环
8.314 298.15 2.303 v EE lg a j j n 96485 j
0.05917 vj E lg a j n j
• 由标态下的化学反应等温方程式可知:
G RT ln (a j j ) e RT ln K a
v j
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第九章-可逆电池的电动势及其应用

( r G)T , p , R Wf,max nEF
对任一化学反应:aA+bB = yY+zZ,等温、等压下 对一微小过程:Q=zF ξ 电池对外做功,为负: dG= δ W’ =-(zF dξ)E 摩尔吉布斯函数变为反应吉布斯函数随反应进度的变化率
( r Gm )T , p , R
§9.3
可逆电池的书写方法及电动势的取号
Zn
Cu
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。
2. “|” 表示相界面,有电势差存在。 “┊” 表示半透膜。
ZnSO4 (aq)
素瓷烧杯
CuSO4 (aq)
3. “‖”或“┊┊”表示盐桥,使液
接电势降到忽略不计 4. 要注明温度,不注明就是298.15 K; 要注明物态;气体要注明压力和依附的 惰性金属;溶液要注明浓度或活度。 5. 电池的电动势等于右边正极的还原 电极电势减去左边负极的还原电极电势
8 8 电池总反应:Cd(汞齐) Hg2SO 4 (s) H 2O(l) 2Hg(l)+CdSO 4 H 2O(s) 3 3
Cd(Hg)(a) 中含镉
w(Cd) = 0.05~0.14
25℃时, Es = 1.01832 V
20 ℃时, Es = 1.01845 V
标准电池不允许晃动、侧放,并避免剧烈震动或倒置,否则会引起不可 逆的变化,甚至损坏。标准电池不能作为输出电功率的原电池,在使用 时通过标准电池的电流一般不能超过 1 微安,过大的电流将使电动势 产生不可恢复的改变。 用途:配合电位计测定原电池电动势
双液电池:用盐桥分开
1. 可逆电池
可逆电池: 充 电 放 电 体系复原 环境复原
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。
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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物理化学--第九章HOMEWORK OF CHAPTER 9• 1(1)-(4); 2(1)-(6); 5; 9; 12; 13; 15; 23; 32; 33.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§9.1 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Voltaic CellsIn spontaneous oxidation-reduction (redox) reactions, electrons are transferred and energy is released.重要公式: 重要公式:(Δ r G )T , p = Wf,max = − nEF(Δ r Gm )T , p = − nEFξ= − zEF1Voltaic Cells• We can use that energy to do work if we make the electrons flow through an external device. • We call such a setup a voltaic cell.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本章只讨论可逆 电极,WHY?只有可逆电池的电动势才能和热力学相联系Electromotive Force (emf)•Water only spontaneously flows one way in a waterfall.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• Likewise, electrons only spontaneously flow one way in a redox reaction—from higher to lower potential energy.Electromotive Force (emf)• The potential difference between the anode and cathode in a cell is called the electromotive force (emf). • It is also called the cell potential, and is designated Ecell.Electromotive Force (EMF) • It’ It’s the force causing electron motion可逆电池 在等温等压的条件下, 体系吉布斯自由能的减少等于体 系对外所作的最大非体积功. 即 -(ΔG)T.p=-Wf (可逆过程) -(ΔG)T.p>-Wf (不可逆过程) 对于原电池, 非体积功只有电功时. -Wf =nEF < 不可逆电池 所以 (ΔrG)T.P≤-nEF = 可逆电池 式中: n---电池输出电荷的物质的量(mol) E---原电池的电动势(V) ; F---法拉第常数1 volt = 1 Joule / 1 coulomb Coulomb = electrical charge 1 mole of electrons = 96500 coulomb = 1 FaradayCell potential is measured in volts (V).1 V = 1 J C2氧化态 + ze- = 还原态 还原态 = 氧化态 + ze -(ΔrG)T.P≤-nEF 不可逆电池 可逆电池组成可逆电池的必要条件Zn(s)|ZnSO4||HCl|AgCl(s) | Ag(s) 作原电池 净反应 作电解池当反应进度为1mol时, (ΔrGm)T.P<-zEIRF (ΔrGm)T.P=-zERF(−) Zn(s) ⎯⎯ → Zn 2+ + 2e −(+) 2AgCl(s) + 2e− ⎯⎯ → 2Ag(s) + 2Cl− Zn(s) + 2AgCl(s) ⎯⎯ → 2Ag(s) + 2Cl− + Zn 2+由于始、终态相同, ΔrGm相同, 所以 ER>EIR 即 可逆电池的电动势一定大于不可逆电池的电动势. •可逆电池的2 个基本条件: •1、可逆电池放电时反应与充电时反应互为逆反应。
•2、电池在工作时所通过的电流必须无限小,此时电池 可在接近平衡状态下工作。
阴极: Zn 2+ + 2e − ⎯⎯ → Zn(s) 阳极2Ag(s) + 2Cl− ⎯⎯ → 2AgCl(s) + 2e −→ Zn(s) + 2AgCl(s) 净反应: 2Ag(s) + ZnCl 2 ⎯⎯组成可逆电池的必要条件可逆电极的类型 ⑴第一类电极Ù金属与其阳离子组成的电极 Ù氢电极 Ù氧电极 Ù卤素电极 Ù汞齐电极原电池电解池⑵第二类电极•可逆电池的2 个基本条件: •1、可逆电池放电时反应与充电时反应互为逆反应。
化学反应可逆 能量变化可逆 •2、电池在工作时所通过的电流必须无限小,此时电池 可在接近平衡状态下工作。
Ù金属-难溶盐及其阴离子组成的电极 Ù金属-氧化物电极⑶第三类电极Ù氧化-还原电极第一类电极的电极反应 电极反应(还原) 电极M (a+ )ㅣM(s)z+可逆电极的类型 ⑴第一类电极Ù金属与其阳离子组成的电极 Ù氢电极 Ù氧电极 Ù卤素电极 Ù汞齐电极M (a+ ) + ze → M(s) 2H (a+ ) + 2e → H 2 (p ) 2H 2 O + 2e → H 2 (p ) + 2OH (a− ) O 2 (p ) + 4H (a+ ) + 4e → 2H 2 O(l) O 2 (p ) + 2H 2 O + 4e → 4OH (a− ) Cl 2 (p ) + 2e → 2Cl (a− ) Na+− − − − − − + −z+−H (a+ )ㅣH 2 (p )ㅣPt OH (a− )ㅣH 2 (p )ㅣPt H (a+ )ㅣO 2 (p )ㅣPt OH (a− )ㅣO 2 (p )ㅣPt Cl (a− )ㅣCl 2 (p )ㅣPt Na (a+ )ㅣNa(Hg)(a )+ − − + −++−⑵第二类电极Ù金属-难溶盐及其阴离子组成的电极 Ù金属-氧化物电极(a+ ) + nHg(l) + e − → Na(Hg)(a )⑶第三类电极Ù氧化-还原电极3第二类电极的电极反应 电极Cl (a− )ㅣAgCl(s)ㅣAg(s) Cl (a− )ㅣHg 2 Cl 2 (s)ㅣHg(l) H (a+ )ㅣAg 2 O(s)ㅣAg(s) OH (a− )ㅣAg 2 O(s)ㅣAg(s)− + − −可逆电极的类型 ⑴第一类电极−电极反应(还原)AgCl(s) + e → Ag(s) + Cl Hg 2 Cl 2 (s) + 2e+ − −(a− )⎯⎯ → 2Hg(l) + 2Cl − (a− )Ag 2 O(s) + 2H (a+ ) + 2e Ag 2 O(s) + 2H 2 O + 2e−−Ù金属与其阳离子组成的电极 Ù氢电极 Ù氧电极 Ù卤素电极 Ù汞齐电极⑵第二类电极Ù金属-难溶盐及其阴离子组成的电极 Ù金属-氧化物电极⎯⎯ → 2Ag(s) + H 2 O(l)⑶第三类电极−⎯⎯ → 2Ag(s) + 2OH (a− )Ù氧化-还原电极第三类电极的电极反应 电极Fe 3+ (a1 ), Fe 2 + (a2 ) | Pt电极反应(还原)Fe (a1 ) + e → Fe (a2 ) Sn4+3+−§9.2电动势的测定对消法测电动势2+Sn 4 + (a1 ), Sn 2 + (a2 ) | Pt Cu 2 + (a1 ), Cu + (a2 ) | Pt(a1 ) + 2e → Sn−−2+(a2 )标准电池Cu2+(a1 ) + e → Cu (a2 )+可逆电池的书写方法 Zn(s)|ZnSO4||HCl|AgCl(s) | Ag(s)§9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号 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。
2. “|” 表示相界面,有电势差存在。
“┆” 表示半透膜。
┊ ┊”表示盐桥,使液接电势降到忽略不计。
3. “ || ”或“可逆电池的书写方法 可逆电池电动势的取号4. 要注明温度,不注明就是298.15 K; 要注明物态; 气体要注明压力和依附的惰性金属;溶液要注 明浓度或活度。
5. 电池的电动势等于右边正极的还原电极电势减 去左边负极的还原电极电势4ZnCuPt│H 2 (p\ )│HCl(a )│AgCl(s)│Ag(s)Zn盐桥Cu左氧化,负极H 2 (p\ ) ⎯⎯ → 2H +(aH+ )+ 2e−ZnS O 4 (aq )素瓷烧杯右还原,正极C uS O 4 (aq )ZnSO 4 (aq)CuSO 4 (aq)2AgCl(s) + 2e − ⎯⎯ → 2Ag(s) + 2Cl−(aCl− )净反应(1)(2)(1)Zn(s)│ZnSO 4 (aq)│CuSO 4 (aq)│Cu(s)或H 2 (p\ ) + 2AgCl(s)(2) Zn(s)│ZnSO 4 (aq)‖CuSO 4 (aq)│Cu(s)⎯⎯ → 2Ag(s) + 2H +(aH+ )+ 2Cl−(aCl− ) ⎯⎯ → 2Ag(s) + 2HCl(a)从化学反应设计电池(1) Zn(s)+H2SO4(aq)→H2(p)+ZnSO4(aq) Zn(s) | ZnSO4 (aq)|| H2SO4 (aq)| H2(p) | Pt 验证: (−) Zn(s) → Zn 2+ (aZn 2+ ) + 2e−从化学反应设计电池(2)Ag + (aAg + ) + Cl−(aCl− )⎯⎯ → AgCl(s)Ag ( s ) | AgCl ( s ) | HCl ( aq ) || AgNO3 ( aq ) | Ag ( s )验证:(−) Ag(s) + Cl − ( aCl− ) → AgCl(s) + e −(+) 2H + ( aH+ ) + 2e − → H 2 (p )净反应: Zn(s) + 2H+→Zn2+ + H2(p)(+) Ag + (aAg+ ) + e − → Ag(s)净反应:Ag + (aAg+ ) + Cl −(aCl− )⎯⎯ → AgCl(s)可逆电池电动势的取号Δ r Gm = − zEF自发电池 非自发电池可逆电池电动势的取号 Ag(s)| AgCl(s)| HCl ( a = 1) | H 2 ( p\ ) | PtH2PtPtΔ r Gm < 0 Δ r Gm > 0E>0 E<0ΔrGm<0,E > 0 ΔrGm> 0,E < 0写出正极、负极和净反应式(−) Ag(s) + Cl− (aCl− ) → AgCl(s) + e −\ (+ ) H + (aH + ) + e − → 1 2 H2 ( p )Pt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+H+ AgCl Ag\ 净反应:Ag(s) + HCl ( a = 1) = AgCl(s) + 1 2 H2 ( p )非自发电池Δ r Gm > 0E<0E \ = −0.2224 V5可逆电池review在等温等压的条件下, 体系吉布斯自由能的减少等于体 系对外所作的最大非体积功. (可逆过程) 即 -(ΔG)T.P=-Wf -(ΔG)T.P>-Wf (不可逆过程) 对于原电池, 非体积功只有电功时. -Wf =nEF < 不可逆电池 所以 (ΔrG)T.P≤-nEF = 可逆电池 式中: n---电池输出电荷的物质的量(mol) E---原电池的电动势(V) ; F---法拉第常数§9.4Nernst 方程可逆电池的热力学从标准电动势E\求反应的平衡常数 由电动势E及其温度系数求反应 的 Δ r H m 和 Δ r SmNernst 方程 Pt | H 2 (p1 ) | HCl (a )| Cl2 (p2 )| Pt负极,氧化 正极,还原 净反应Nernst 方程因为Δ r Gm = Δ r Gm + RT ln\2 2 aH +a − ClaH2 aCl2H 2 (p1 ) → 2H + (aH + ) + 2e − Cl 2 (p2 ) + 2e − → 2Cl − (aCl− )+ −Δ r Gm = − zEF Δ G\ = − zE\ F r mE=E\代入上式得− RT zF lnH 2 (p1 ) + Cl 2 (p2 ) = 2H (aH + ) + 2Cl (aCl− )2 2 aH +a − Cl2 2 aH +a − Cl化学反应等温式为aH2 aCl2lnΔ r Gm = Δ r Gm\+ RT lnaH2 aCl2E=E −\RT zF∏ aνBBB计算可逆电池电动势的 Nernst 方程从E\求电池反应平衡常数K\\ Δ r Gm = − zE \ F平衡常数与化学方程式的关系\ \ Δ r Gm (T ) = − RT ln K a\ \ Δ r Gm = − RT ln K aRT \ ln K a E = zF\dD + eE +g→ gG + hH +hK\ E \与 K \所处的状态不同, E \处于标准态,\ 处于平衡态,只是 Δ r Gm 将两者从数值上联系在\ Ka =一起。