可逆电池的电动势及其应用-学生
09可逆电池电动势及其应用
电池反应: 电池反应:Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O→CdSO48/3H2O(s)+2Hg(l)
优点: 优点: 电动势稳定,随温度改变小. 电动势稳定,随温度改变小.
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 ×
三 设计原电池 设计电池基本思路: 设计电池基本思路: (1)根据元素氧化数的变化,确定氧还电对,写出电 根据元素氧化数的变化,确定氧还电对, 极反应. 极反应. (必要时可在方程式两边加同一物质) 必要时可在方程式两边加同一物质) (2)设计可逆电池, 写出电池简式.考虑电极材料, 设计可逆电池, 写出电池简式.考虑电极材料, 溶液浓度,相界面(双液电池必须加盐桥) 溶液浓度,相界面(双液电池必须加盐桥)等实际因 素. (3)检查所设计电池反应是否与原给反应吻合. 检查所设计电池反应是否与原给反应吻合.
丹尼尔( 丹尼尔(Daniel)电池
放电时:
A Zn (-): Zn →Zn2+ + 2e: Cu(+): Cu2+ + 2e- →Cu : 电池反应: 电池反应: Zn + Cu2+ →Zn2+ + Cu + Zn (+) : Zn2+ + 2e- → Zn Cu (-) : Cu → Cu2+ + 2e电池反应: 电池反应: Zn2+ + Cu → Zn + Cu2+
4.计算原电池可逆放电时的反应热 4.计算原电池可逆放电时的反应热 对于可逆电池, 对于可逆电池,有 rSm = QR/T
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。
可逆电池电动势及其应
2）气体-离子电极：
如：Pt, Cl2 /Cl ，Pt, O2 / OH 电极反应：
C l22e R O e /x2C l O 2 2H 2 O 4e R O e x /4OH
精选ppt
气体-离子电极条件：
由于气体无定型且非导体，需借助于 金属材料（通常用Pt）或其他导电材 料（如 C 棒），使气流冲击金属片；
GT， （ P 充电 G） T， （ P 放电
显然：
W外 > W f
精选ppt
W外 > Wf
进行这样一个（体系回复原状的）循环后， 环境所作的功大于体系（电池）对环境所 作的功；
即环境不能回复到原来状态。 所以此时过程能量不可逆。
精选ppt
结论：
当电池电流密度：i 0 时，电池反 应能量转化不可逆，电池为非可逆电池。
例如：
Fe3+, Fe2+/ Pt Sn4+, Sn2+/ Pt
Fe3+ + e Fe2+ Sn4+ + 2e Sn2+
精选ppt
电极的分类也可按电极所涉及的相 的数目来分：
1）只有一个相界面： Zn / Zn2+； Fe3+, Fe2+ / Pt；
2）有两个相界面： AgAgClCl； Pt, H2 / H+；
电极反应： A 2 O g H 2 O 2 e R O e /x 2 A g 2O A 2 O g 2 H 2 e R O e2 x /A g H 2 O H g H 2 O 2 e R O e /xH g 2O H H 2 g H O 2 e R O eH x /g H 2 O
总反应：
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
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)
第八章 可逆电池的电动势及其应用
第八章 可逆电池的电动势及其应用一、学习本章的要求：能把化学能转变成电能的装置叫原电池或电池。
本章是应用热力学的平衡理论来讨论可逆电池，因此学习中应明确：1、可逆电池的概念和构成可逆电池必备的两个条件；2、明确可逆电池电动势与电池反应的△rG m 的关系，电池电动势的测定方法，电池电动势的计算方法；3、熟悉标准电极电势、电极的类型和标准电极电势的应用；4、对于所给的电池能熟练、正确地写出电极反应和电池反应；5、能根据简单的反应来设计电池；6、明确温度对电动势的影响，了解△rH m 、△rS m 、△rG m 、Q R 与电池电动势的关系和计算方法。
二、主要公式及应用条件：1、可逆电池电动势与电池反应热力学函数间的关系：△rG m =-ZEF △rS m =ZF （T E∂∂）P△rH m =-ZEF+ZFT （T E ∂∂）P Q R =ZTF （T E∂∂）P适用于恒温恒压下的可逆电池。
2、能斯特方程：E=E θ－F RT2lnJ a 适合于恒温恒压下的可逆电池。
3、可逆电池电动势与电极电势E=φ正－φ负 φ正=φθ+－ZF RT 1n 氧还a aφ负=φθ-－ZF RT 1n 氧还a a（条件同前）4、标准电池电动势与电池反应的标准平衡常数的关系：E θ=ZF RT1nK θ三、判断、说明原因：1、1、将锌和铜插入硫酸溶液中，构成的电池是可逆电池；2、恒温、恒压下△G ＞0的反应不能进行；3、铅蓄电池是可逆电池；4、在应用电位计来测定电池电动势的实验中，通常必须用到甘汞电极；5、测定溶液PH 值最常用的指示电极为玻璃电极；6、用补偿法测电池电动势实验中，发现检流计始终偏向一边，可能的原因是被测电池的两极接反了；7、对于电池Zn/ZnSO 4(aq)//AgNO 3(aq)/Ag 其盐桥可以用饱和KCl 溶液；8、甘汞电极的电极电势与KCl 溶液的浓度无关；9、电池Zn/ZnCl 2(aq)/AgCl(S)/Ag ，在25℃时，可逆放热23.121KJ ，则电池反应的△rH θm(298K)=-23.121KJ·mol -1。
可逆电池的电动势及其应用-学生
可逆电池的电动势及其应用-学生4107原电池是指：(A)将电能转换成化学能的装置(B)将化学能转换成电能的装置(C)可以对外作电功的装置(D)对外作电功同时从环境吸热的装置4108对可逆电池，下列关系式中成立的是：(A)（）（）rGmzEF(B)rGmzEF(C)rGmzEF(D)rGmzEF04111铅蓄电池工作时发生的电池反应为：（）(A)Pb()+SO42-→PbSO4()+2e-(B)2PbSO4()+2H2O(l)→Pb()+PbO2()+2H2SO4(aq)(C)Pb()+PbO2()+2H2SO4(aq)=2PbSO4()+2H2O(l)(D)PbO2()+SO42-(aq)+4H++2e-→PbSO4()+2H2O(l)4112对应电池Ag()|AgCl()|KCl(aq)|Hg2Cl2()|Hg(l)的化学反应是：(A)2Ag()+Hg22+(aq)=2Hg(l)+2Ag+(B)2Hg+2Ag+=2Ag+Hg22+(C)2AgCl+2Hg=2Ag+Hg2Cl2(D)2Ag+Hg2Cl2=2AgCl+2Hg4113满足电池能量可逆条件的要求是：(A)电池内通过较大电流(B)没有电流通过电池(C)有限电流通过电池(D)有一无限小的电流通过电池4115下列可逆电极中，对OH–不可逆的是：(A)Pt,H2(g)|OH–(B)Pt,O2(g)|OH–(C)Hg(l)|HgO()|OH-(D)Ba()|BaSO4()|OH-4118在电极分类中，何者不属于氧化-还原电极？(A)Pt|Fe3+,Fe2+(B)Pt|Tl3+,Tl+(C)Pt,H2|H+(D)Pt|Sn4+,Sn2+4124往电池Pt,H2(101.325kPa)|HCl(1mol·kg-1)||CuSO4(0.01mol·kg-1)|Cu 的右边分别加入下面四种溶液，其中能使电动势增大的是：（(A)0.1mol·kg-1CuSO4(B)0.1mol·kg-1Na2SO4(C)0.01mol·kg-1Na2S(D)0.1mol·kg-1NH3·H2O4132测定电池电动势时，标准电池的作用是：(A)提供标准电极电势(B)提供标准电流(C)提供标准电位差(D)提供稳定的电压4134电动势不能用伏特计测量，而要用对消法，这是因为：(A)伏特计使用不方便(B)伏特计不精确(C)伏特计本身电阻太大（）（）（）（））（））（(D)伏特计只能测出端电压，不能满足电池的可逆工作条件4141在应用电位计测定电动势的实验中，通常必须用到：（）(A)标准电池(B)标准氢电极(C)甘汞电极(D)活度为1的电解质溶液4151298K时，应用盐桥将反应H++OH-=H2O(l)设计成的电池是：（）(A)Pt,H2|OH-||H+|H2,Pt(B)Pt,H2|H+||OH-|H2,Pt(C)Pt,O2|H+||OH-|O2,Pt(D)Pt,H2|H+||OH-|O2,Pt4152将反应Hg(l)+Cl–(a1Cl-=1)+Fe3+=2Hg2Cl2()+Fe2+设计成电池的表示式为：____________________________________________________________ ____。
可逆电池的电动势及其应用
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
电池表示式与电池反应“互译”
由电池表达式写出化学反应：分别写出左侧电极发生氧化反应， 右侧电极发生还原反应，然后两者相加。
通常用对消法测电池电动势.
对消法测定电池电动势
1. 校准工作电流: 开关K 打向D1.若在实验温度下 标准电池电动势为 1.01865 V, 将触点打在滑 线电阻AB上标记1.01865 V处,调节R使G中无电流 流过为止.
有: ES / VAB ＝ AC1 / AB. VAB:A,B两点间电势差. ES:标准电池的电动势.
通常要把标准电池恒温、恒湿存放，使电动势稳定。
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。
Fe3 (a1) e Fe2 (a2 ) Sn4 (a1) 2e Sn2 (a2 ) Cu2 (a1) e Cu (a2 )
不同类型的可逆电极
M(s) M+(aq)
M(s), MX(s)
X-(aq)
Pt(s)
Pt(s)
X(aq)
M+(aq), M2+(aq)
净反应：
Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O →CdSO4·8/3H2O(s)+Hg(l)
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。
第九章 可逆电池的电动势及应用.
第九章 可逆电池的电动势及应用本章要求：1.掌握构成可逆电池的必要条件，可逆电极的类型和电池的书写方法，能熟练正确地写出电极反应和电池反应。
2.了解消去测电动势的基本原理和标准电池的作用。
3.能正确写出电极和电池反应，熟练应用Nernst 方程计算电极电势和电池电动势。
4.了解电动势产生的机理和氢标准电极的作用。
5.掌握热力学和电化学之间的联系、会利用电化学所测定的数据计算热力学函数的变化值。
6.熟悉电动势测定的主要应用，并能从可逆电池测定数据计算平均活度因子，解离平衡常数和溶液PH 等。
电池：化学能转变为电能的装置可逆电池：化学能转变为电能并按热力学可逆方程进行的装置在等温等压条件下，分流吉布斯自由能的减少等于系统对外所做的最大非膨胀功，若非膨胀功只是电功（本章只讨论此种情况）则：nEF G P T r -==∆M ax .f .w )(式中n 为电池输出电荷的物质的量，E 为可逆电池的电动势，单位 V 若电池反应的反应进度ε = 1 mol 时， 则：ZEF nEFG P T r -=-=∆ε.)(Z 为电极反应中电子的计量系数当电池为不可逆电池时，两电极间的不可逆电势差一定小于可逆电池电动势E§9.1可逆电池和可逆电极①该反应为氧化还原反应或反应过程经历了氧化还原反应结合P61图9.1分析电池的构成电极②适当的装置 单液 电解质溶液 分类双液 一.可逆电池必须具备的条件1.充放电的电极反应必须互为可逆，即充放电时整个电池反应必须互为可逆→物质的转变可逆。
2.充放电时即可逆电池工作时，所有通过的电流必须无限小，只有所通过的电流无限小，才不会有电功不可逆地转化为热，才符合热力学可逆过程的条件。
由此可见，可逆电池在充放电时，不仅物质的转化可逆，而且能量的转变也必须可逆。
判断某电池是否为可逆电池主要看电极反应和电池反应是否可逆，若可逆，只要满足充放电时所通过的电流很小，则可构成可逆电池。
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+))
第九章：可逆电池的电动势及其应用
再分别找出相应的电极来实现此反应。 左阳右阴，即可构成电池。
例1:将下列化学反应设计成电池
Zn(s) + Cu2+(a2) Zn2+(a1) + Cu(s)
Zn(s) Zn2+(a1) + 2e-
氧化反应
Cu2+(a2) + 2e- Cu(s)
–e 2. 金属－氧化物 Hg HgO 作负极(-e)： H+ OH–
+e
Hg + H2O HgO + 2H+ +2eHg + 2OH– HgO + H2O +2e-
O来自H2O O来自OH–
作正极(+e)： H+ OH– HgO+ 2H+ + 2e Hg +H2O HgO + H2O +2e Hg + 2OH– O与H+结合 O与H2O结合
第一类电极：这类电极一般是将某金属或吸附了某种气体的
惰性金属置于含有该元素离子的溶液中构成的。包括金属电极、 汞齐电极和气体电极（氢电极、氧电极、卤素电极）。 例如：Zn(s)插在ZnSO4溶液中， 作负极 Zn(s)|ZnSO4(aq)； 氧化反应Zn(s) 作正极 ZnSO4(aq)| Zn(s) Zn(s)
Zn 2+ +2e -; 还原反应 Zn 2+ +2e -
气体电极要借助于铂或其它惰性物质起导电作用将气体冲击铂片， 铂片浸入含该气体所对应的离子的溶液中。 钠汞齐电极 Na +(a+) | Na(Hg)(a) Na+ (a+) + Hg(l)＋ eNa(Hg)(a)
可逆电池的电动势及其应用
两种离子扩散速率（迁移速率）不同而形成双电层 → 电势差
多孔膜
-+ -+ H+ -------+--→ -+ -+ -+ HCl - + KCl -+ -+ ←--- ---+-- K+ -&#Cl = cKCl
-+ -+ H+ -------+--→ -+ -+ -+ HCl - +HCl -+ -+ Cl--------+--→ -+
（5） 整个电池的电动势=正极的还原电极电势—负极的还原电 极电势，还有物量和电量平衡。
氢电极和 Ag ＋ AgCl(s) 电极构成的电池 Pt, H2 ( pө ) | HCl ( a＝1 ) | AgCl ( s ) + Ag ( s ) 负极： ½ H2 ( pө ) H+ ( a+ ) + e- 氧化反应 正极: ½ AgCl ( s ) + e- Ag ( s ) + Cl- ( a -) 还原反应 电池： ½ H2 ( pө ) ＋ AgCl ( s ) Ag ( s ) + H Cl ( a=1)
式中 z 为电极反应式中电子的计量系数（mol电子/mol反应），
△rGm的单位：J ·mol -1. 不可逆： (△rG ) T，P< z E’ F
E’:（不可逆电池）两极间的电势差
9.1 可逆电池和可逆电极
化学反应转变为能产生电能的电池------化学反应必须是氧化还原反应。 单液电池：图9.1（a） 双液电池：图9.1(b), 图9.1(c)
第九章 可逆电池电动势及其应用
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。
电化学之可逆电池的电动势及其应用讲解
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 + +
17
（四）可逆电池的热力学
（四）可逆电池的热力学
1、从E和
(
E T
)
p
求DrHm和DrSm
Dr Gm zEF
判据；最大有效功
D
r Sm
zF
E T
p
温度系数：单位V/K
QR D r Hm
TD D
r Sm zFT rGm T D
E T p r Sm zEF
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。 （3）电池中没有不可逆的液体接界存在。
2
Na+ (a ) nHg(l) e Na(Hg)(a)
5
（一）可逆电池与不可逆电池来自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
6
（一）可逆电池与不可逆电池
电极
电极反应（还原）
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4107 原电池是指：（ ） (A)将电能转换成化学能的装置(B) 将化学能转换成电能的装置(C) 可以对外作电功的装置(D)对外作电功同时从环境吸热的装置4108 对可逆电池，下列关系式中成立的是：（ ） (A) r m G zEF ∆=-(B) r m G zEF ∆<- (C) r m G zEF ∆>- (D) r m 0G zEF ∆=-=4111 铅蓄电池工作时发生的电池反应为： （ ）(A) Pb(s)+SO 42- → PbSO 4(s)+2e -(B) 2PbSO 4(s)+2H 2O(l) → Pb(s)+PbO 2(s)+2H 2SO 4(aq)(C) Pb(s)+PbO 2(s)+2H 2SO 4(aq) = 2PbSO 4(s)+2H 2O(l)(D) PbO 2(s)+SO 42-(aq)+4H ++2e - → PbSO 4(s)+2H 2O(l)4112 对应电池Ag(s)|AgCl(s)|KCl(aq)|Hg 2Cl 2(s)|Hg(l)的化学反应是：（ ） (A) 2Ag(s)+Hg 22+(aq) = 2Hg(l) +2Ag +(B) 2Hg+2Ag + = 2Ag +Hg 22+(C) 2AgCl+2Hg = 2Ag +Hg 2Cl 2(D) 2Ag+Hg 2Cl 2 = 2AgCl +2Hg4113 满足电池能量可逆条件的要求是：（ ） (A)电池内通过较大电流(B) 没有电流通过电池(C) 有限电流通过电池(D)有一无限小的电流通过电池4115 下列可逆电极中，对OH –不可逆的是：（ ） (A) Pt,H 2(g)|OH –(B) Pt,O 2(g)|OH –(C) Hg(l)|HgO(s)|OH -(D) Ba(s)|BaSO 4(s)|OH -4118 在电极分类中，何者不属于氧化-还原电极？（ ） (A)Pt|Fe 3+, Fe 2+ (B) Pt|Tl 3+,Tl +(C) Pt,H 2| H + (D) Pt|Sn 4+,Sn 2+4124 往电池Pt,H 2(101.325 kPa)|HCl(1 mol·kg -1)||CuSO 4(0.01 mol·kg -1)|Cu的右边分别加入下面四种溶液，其中能使电动势增大的是： （） (A) 0.1 mol·kg -1 CuSO 4(B) 0.1 mol·kg -1 Na 2SO 4(C) 0.01 mol·kg -1 Na 2S(D) 0.1 mol·kg -1 NH 3·H 2O4132 测定电池电动势时，标准电池的作用是：（ ） (A) 提供标准电极电势(B) 提供标准电流(C) 提供标准电位差(D) 提供稳定的电压4134 电动势不能用伏特计测量，而要用对消法，这是因为：（ ）(A) 伏特计使用不方便(B) 伏特计不精确(C) 伏特计本身电阻太大(D) 伏特计只能测出端电压，不能满足电池的可逆工作条件4141 在应用电位计测定电动势的实验中，通常必须用到： （ ）(A) 标准电池(B) 标准氢电极(C) 甘汞电极(D) 活度为1的电解质溶液4151 298 K 时，应用盐桥将反应H + + OH - = H 2O(l)设计成的电池是： （ ）(A) Pt,H 2|OH -||H +|H 2,Pt(B) Pt,H 2|H +||OH -|H 2,Pt(C) Pt,O 2|H +||OH -|O 2,Pt(D) Pt,H 2|H +||OH -|O 2,Pt4152 将反应Hg(l) + Cl – (a Cl - = 1) + Fe 3+ = 2212Hg Cl (s) + Fe 2+设计成电池的表示式为：________________________________________________________________。
4153 将反应Ag 2O(s) = 2Ag(s) + 12O 2(g)设计成电池的表示式为：________________________________。
4154 将反应H +(a 1)→H +(a 2)设计成电池的表示式为：___________________________________________。
4155 将反应Cl -(a 1)→Cl -(a 2)设计成电池的表示式为：__________________________________________。
4156 将反应Hg(l) + 2KOH(aq) → HgO(s) + H 2O(l) + 2K(Hg)(a am )设计成电池的表示式为：___________________________________________________________________。
4157 将反应Hg 22+ + SO 42- → Hg 2SO 4(s)设计成电池的表示式为：____________________________________________________________________。
4158 将反应H 2(g) + PbSO 4(s) → Pb(s) + H 2SO 4(aq)设计成电池的表示式为：___________________________________________________________________。
4159 将反应H 2(g) + I 2(s) → 2HI(aq)设计成电池的表示式为：__________________________________。
4160 将反应H 2(g) + Cl 2(g) → 2HCl(aq)设计成电池的表示式为：________________________________________________________________。
4165 电池短路时： （ ）(A) 电池的电动势趋于零(B) 电池所做电功要小于可逆放电时的功(C) 这时反应的热效应Q p = ∆r H m(D) 瞬间可作极大电功4167 298 K 时，某电池E = 1.00 V ，41() 4.010 V K p E T--∂=⨯⋅∂，此电池可逆提供1F 电量时 的热效应为： （ ）(A) - 96 500 J (B) 96 500 J(C) - 84 997 J (D) 11 503 J4168 使用盐桥，将反应Fe 2++Ag + = Fe 3++Ag 设计成的自发电池是： （ ）(A) Ag(s)|Ag +||Fe 3+,Fe 2+|Pt(B) Ag(s)|AgCl(s)|Cl -||Fe 3+,Fe 2+|Pt(C) Pt|Fe 3+,Fe 2+||Ag +|Ag(s)(D) Pt|Fe 3+,Fe 2+||Cl -|AgCl(s)|Ag(s)4169 电极AgNO 3(m 1)|Ag(s)与ZnCl 2(m 2)|Zn(s)组成电池时，可作为盐桥盐的是： （ ）(A) KCl (B) NaNO 3(C) KNO 3 (D) NH 4Cl4171 Ag 棒插入AgNO 3溶液中，Zn 棒插入ZnCl 2溶液中，用盐桥联成电池，其自发电池的书面表示式为： （ ）(A) Ag(s)|AgNO 3(m 1)||ZnCl 2(m 2)|Zn(s)(B) Zn(s)|ZnCl 2(m 2)||AgNO 3(m 1)|Ag(s)(C) Ag(s)|AgNO 3(m 1)|ZnCl 2(m 2)|Zn(s)(D) AgNO 3(m 1)|Ag(s)||Zn(s)|ZnCl 2(m 2)4173 一个电池E 值的正或负可以用来说明： （ ）(A) 电池是否可逆(B) 电池反应自发进行的方向和限度(C) 电池反应自发进行的方向(D) 电池反应是否达到平衡4181 在298 K 时，下述电池电动势为0.456 V ，Ag+AgI(s)|KI(0.02 mol ·kg -1 ,γ±= 0.905)||KOH(0.05 mol ·kg -1,γ±= 0.820)|Ag 2O(s)|Ag(s)当电池反应进行至电子传输量为1mol 时，这时电池反应的平衡常数为： （ ）(A) 5.16×107 (B) 1.9×10-8(C) 1.17×108 (D) 1.22×1094182 p ө和298 K 下，把Pb 和Cu(Ac)2溶液发生的反应安排为电池，当获得可逆电功为91.84 kJ 时，电池同时吸热213.6 kJ ，因此该过程有： （ ）(A) ∆r U >0, ∆r S >0 (B) ∆r U <0, ∆r S >0(C) ∆r U >0, ∆r S <0 (D) ∆r U <0, ∆r S <04194 已知 Tl ++e -=Tl(s)， E 1ө (Tl +|Tl)= - 0.34 VTl 3++3e -=Tl(s)， E 2ө (Tl 3+|Tl)= 0.72 V则 Tl 3++2e -=Tl +的E 3ө值为： （ ）(A) 1.06 V (B) 0.38 V(C) 1.25 V (D) 0.83 V4195 为求CuI(s)的K sp ，应设计的电池为：____________________________________________________。
4197 当电池的电动势E =0时，表示： （ ）(A) 电池反应中，反应物的活度与产物活度相等(B) 电池中各物质都处于标准态(C) 正极与负极的电极电势相等(D) 电池反应的平衡常数K a =14198 反应Zn(s)+H 2SO 4(aq)→ZnSO 4(aq)+H 2(p)在298 K 和p ө压力下，反应的热力学函数变化值分别为∆r H m (1)，∆r S m (1)和Q 1；若将反应设计成可逆电池，在同温同压下，反应进度与上相同，这时各变化值分别为∆r H m (2)，∆r S m (2)和Q 2。
则其间关系为： （ ）(A) r m r m r m r m 12(1)(2), (1)(2), H H S S Q Q ∆≠∆∆=∆=(B) r m r m r m r m 12(1)(2), (1)(2), H H S S Q Q ∆=∆∆≠∆=(C) r m r m r m r m 12(1)(2), (1)(2), H H S S Q Q ∆=∆∆=∆≠(D) r m r m r m r m 12(1)(2), (1)(2), H H S S Q Q ∆=∆∆=∆=4202 下列电池中哪个的电动势与 Cl - 离子的活度无关？ ( )(A) Zn │ZnCl 2(aq)│Cl 2(g)│Pt(B) Ag │AgCl(s)│KCl(aq)│Cl 2(g)│Pt(C) Hg │Hg 2Cl 2(s)│KCl(aq)‖AgNO 3(aq)│Ag(D) Pt │H 2(g)│HCl(aq)│Cl 2(g)│Pt4205 下列对原电池的描述哪个是不准确的: ( )(A) 在阳极上发生氧化反应(B) 电池内部由离子输送电荷(C) 在电池外线路上电子从阴极流向阳极(D) 当电动势为正值时电池反应是自发的4216 用补偿法（对消法）测定可逆电池的电动势时，主要为了：( )(A) 消除电极上的副反应(B) 减少标准电池的损耗(C) 在可逆情况下测定电池电动势(D) 简便易行4219 电池反应为2 Fe3+＋CH3CHO＋H2O─→2 Fe2+＋CH3COOH＋2 H+的电池是___________________________________________ .4224 用对消法测定由电极Ag(s)│AgNO3(aq) 与电极Ag,AgCl(s)│KCl(aq) 组成的电池的电动势,下列哪一项是不能采用的? ( )(A) 标准电池(B) 电位计(C) 直流检流计(D) 饱和KCl盐桥4227 某一反应，当反应物和产物的活度都等于1 时，要使该反应能在电池内自发进行，则：( )(A) E为负(B) Eө为负(C) E为零(D) 上述都不是4235 化学反应：Ni(s) + 2H2O(l) = Ni(OH)2(s) + H2(g)，可以设计成电池为：_____________________________________________4236 若算得电池反应的电池电动势为负值时，表示此电池反应是：( )(A) 正向进行(B) 逆向进行(C) 不可能进行(D) 反应方向不确定4248 某电池反应为2 Hg(l)＋O2＋2 H2O(l)＝2 Hg2+＋4 OH-,当电池反应达平衡时,电池的E必然是: ( )(A) E >0 (B) E =Eө(C) E <0 (D) E =04251 298 K 时，φө (Au+/Au) = 1.68 V，φө (Au3+/Au) = 1.50 V，φө (Fe3+/Fe2+) = 0.77 V 则反应2Fe2++ Au3+= 2Fe3++ Au+的平衡常数Kө= ( )(A) 4.33×1021(B) 2.29×10-22(C) 6.61×1010(D) 7.65×10-234259 某电池电动势与温度的关系为：E/V = 1.01845 - 4.05×10-5 (t/℃- 20) - 9.5×10-7(t/℃- 20)2298 K 时，电池可逆放电，则：( )(A) Q > 0(B) Q < 0(C) Q = 0(D) 不能确定4260 如下说法中，正确的是：( )(A) 原电池反应的∆H < Q p(B) 原电池反应的∆H = Q r(C) 原电池反应体系的吉布斯自由能减少值等于它对外做的电功(D) 原电池工作时越接近可逆过程，对外做电功的能力愈大4261 25℃时，电池反应Ag + 12Hg2Cl2= AgCl + Hg 的电池电动势为0.0193V，反应时所对应的∆r S m为32.9 J·K-1·mol-1，则电池电动势的温度系数(∂E/∂T ) 为：( )(A) 1.70×10-4 V·K-1(B) 1.10×10-6 V·K-1(C) 1.01×10-1 V·K-1(D) 3.40×10-4 V·K-14283 一个可以重复使用的充电电池以1.8 V 的输出电压放电，然后用2.2 V 的电压充电使电池恢复原状，整个过程的功、热及体系的吉布斯自由能变化为：(d U = δQ -δW) ( )(A) W < 0，Q < 0，∆G = 0(B) W > 0，Q < 0，∆G < 0(C) W > 0，Q > 0，∆G < 0(D) W < 0，Q > 0，∆G = 04287 已知298.15 K 及101325 Pa 压力下，反应A(s) + 2BD(aq) = AD2(aq) + B2(g)在电池中可逆地进行，完成一个单位的反应时，系统做电功150 kJ ，放热80 kJ，该反应的摩尔等压反应热为多少？( )(A) -80 kJ·mol-1(B) -230 kJ·mol-1(C) -232.5 kJ·mol-1(D) -277.5 kJ·mol-14288 有大小尺寸不同的两个锌锰干电池同时出厂，两者体积比是5:1，假定两个电池工作环境、工作电流和最后耗尽时的终止电压相同，若小电池初始开路电压为1.5 V，可以对外输出电能为W，则大电池的初始电压和可以对外输出的电能，理论上应该为：( )(A) 1.5 V W kJ(B) 7.5 V W kJ(C) 1.5 V 5W kJ(D) 7.5 V 5W kJ4289 25℃时，φө (Fe3+,Fe2+) = 0.771 V，φө (Sn4+,Sn2+) = 0.150 V，反应2Fe3+(a=1) + Sn2+(a=1) ＝Sn4+(a=1) + 2Fe2+(a=1) 的∆r Gm$为( )(A) -268.7 kJ·mol-1(B) -177.8 kJ·mol-1(C) -119.9 kJ·mol-1(D) 119.9 kJ·mol-14294 某电池在298 K、pө下可逆放电时，放出100 J 的热量，则该电池反应的焓变值∆r H m为: ( )(A) 100 J(B) > 100 J(C) < -100 J(D) –100 J4297 恒温、恒压下，可逆电池放电过程的：( )(A) ∆H = Q(B) ∆H < Q(C) ∆H > Q(D) ∆H与Q的关系不定4301 已知φө (Cl2,Cl-) = 1.3595 V，下列反应1 2Cl2(pө) +12H2(pө) = H+ (pH=0, γ (H+)=1) + Cl-(γ(Cl-)=1)的∆r G m值为：( )(A) -131.2 kJ·mol-1(B) 131.2 kJ·mol-1(C) -12.60 kJ ·mol -1(D) -262.4 kJ ·mol -14314 某电池反应为: Hg 2Cl 2(s)＋H 2(p ө)─→2 Hg(l)＋2 H +(a =1)＋2 Cl -(a =1)已知:E ө＝0.268 V , (∂E /∂T )p ＝-3.2×10-4 V ·K -1, 则∆r S m 为： ( )(A) -61.76 J ·K -1·mol -1 (B) -30.88 J ·K -1·mol -1(C) 62.028 J ·K -1·mol -1 (D) -0.268 J ·K -1·mol -14315 某燃料电池的反应为： H 2(g)＋12O 2(g)─→H 2O(g) 在 400 K 时的 ∆r H m 和 ∆r S m 分别为 -251.6 kJ ·mol -1和 –50 J ·K -1·mol -1,则该电池的电动势为： ( )(A) 1.2 V (B) 2.4 V(C) 1.4 V (D) 2.8 V4332 某电池在等温、等压、可逆情况下放电,其热效应为Q R ,则: ( )(A) Q R ＝0 (B) Q R ＝∆H(C) Q R ＝T ∆S (D) Q R ＝∆U4333 电池 Pt,H 2(10 kPa)│HCl(1.0 mol ·kg -1)│H 2(100 kPa),Pt 是否为自发电池?_____ E =________V 。