第九章可逆电池的电动势及其应用

第九章可逆电池的电动势及其应用

（12学时）

物理化学教研室

第九章 可逆电池的电动势及其应用（教学方案）

章节名称 第九章 可逆电池的电动势及其应用 备 注

授课方式 理论课（√）；实验课（ ）；实习

（ ）

教学时数12

教学目的及要求1、掌握形成可逆电池的必要条件、可逆电极的类型和电池的书面表示方法，

2、了解对消法测电动势的基本原理和标准电池的作用

3、学会所给电池、电极写出有关的化学反应方程，以及根据所给化学反应设计原电池。

4、掌握热力学与电化学之间的联系，了解电动势产生的原因。

5、熟悉电极电势的一套惯用符号和掌握标准电极电势表的应用。

6、掌握能斯特方程及其应用.熟悉电动势测定的主要应用

7、理解浓差电池产生的机理及盐桥的作用。

教学内容提要 时间分配

9.1、可逆电池和可逆电极

9.2、电动势的测定： 对消法测电动势、标准电池

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：能斯特方程、可逆电池热力学 9.5、电动势产生的机理

9.6、电极电势和电池的电动势

标准氢电极与参比电极 可逆电池电动势的计算

9.7、电动势测定的应用： 电解质平均活度系数的计算、微溶盐的活度积、溶液PH值的测定、电势滴定、电势-pH图的绘制及应用

1 1.5

2 2 1 2.5

2

重点 难点 重点：1.可逆电池的条件；2.电极反应、电池反应与电池表示式的互译

3.电极电势、电池电动势的数值、符号的规定，标准电极电势、标准电池电动势的意义；

4.能斯特方程；

5.电动势测定的应用 难点：1.电池电动势和电极电势的符号；2.双电层理论

讨论 思考 作业 讨论题目：1、可逆电池的条件是什么？为什么要提出可逆电池来讨论？

2、电池反应与电池表示式之间的互相转化？

3、可逆电池的设计方法？

思考题目：为什么不能用伏特计直接测量电池的电动势？

练习作业：习题：1（2、4、6、8）、2（2、4、6、8、10）、5、6、8（1、3、5）、9、11、13、14、16、21、（2、4、6）、25、26、28、29、32、34、37、38

教学手段 课堂讲授

参考 文献 1.王绪。物理化学学习指导。陕西人民教育出版社，1992

2.物理化学——概念辨析解题方法。中国科学技术大学出版社.2002

第九章 可逆电池的电动势及其应用

引言：

在这一章中的电池指的是原电池，使电解质和电极自发的反应向外放电，如果是在等温，等压时，该体系的吉布斯自由能的减少等于体系对外作的最大非体积功：即

x F r ,,f,ma ()T p R

G W Δ≤ =表示自发过程

表示自发性可逆

表示不可能发生的过程

<>如果该非体积功只有电功的情况下，有：r ,f,max ()T p G W nE Δ≤=− E Δ≤−当反应进度为1摩尔时： r ,()m T p G z F n

z =

ξ

可见：当电池中的反应为可逆过程（热力学可逆）时 r ,()m T p G zEF Δ=− 当电池中的反应为不可逆过程（热力学不可逆）时 r ,()m T p G zEF Δ−<

电化学与热力学的联系

虽然实际工作的电池并不可能是可逆的，但是只有可逆时E 与△G 有直接相等的关系，因此，研究可逆电池和可逆电极是很重要的，为了从理论上弄清楚它的重要性，必须了解可逆电池，可逆电极、电动势及产生的原理、理论计算方法和他们在实际中的应用。

重要公式：EF r ,,f,max ()T p R G W n Δ==−

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。

本章基本要求

1、明确掌电动势与△r G m 的关系，掌握电极电势、电池的书面表示的一套符号；

2、熟悉标准电极电势表的应用；

3、掌握写出所给电池的电极反应和电池反应，能根据所给化学反应设计原电池；

4、熟悉热力学与电化学之间的联系；

5、熟练掌握能斯特方程及其应用以及电动势的计算；

6、明确温度对电动势的影响，了解△r H m 和△r S m 的计算；

7、了解电动势产生的原因及电动势测定的一些应用。

§9.1 可逆电池和可逆电极

一、可逆电池和不可逆电池

热力学指出，体系经过某一变化后，当沿着相反方向回到原来到状态，环境也同时恢复到原态，则原过程是热力学可逆过程否则就是不可逆过程，根据这一性质，电池可分为可逆电池和不可逆电池两种。如电池：是与一个外电源并联。

当外加电势V 比电池的电动势E 小δV 时，电池放电，反应为：

在Zn 极上：22Zn e Zn +−→

在AgCl-Ag 极上：2()22()2AgCl s e Ag s Cl −

+→+ 总反应： 22()2()2AgCl s Zn Ag s Cl Zn −

++→++

当外加电势V 比电池的电动势E 大δV 时，电池充电，反应为： 在Zn 极上：22Zn e Z ++→n )

在AgCl-Ag 极上： 2()222(Ag s Cl e AgCl s −

+−→总反应： 22()22()Ag s Cl Zn

AgCl s Zn −

++

+→+

化学反应可逆 能量变化可逆 Zn(s)|ZnSO 4||HCl|AgCl(s) | Ag(s) 作原电池 2() Zn(s)Zn

2e +

−−⎯⎯→+

() 2AgCl(s)2e 2Ag(s)2Cl −−++⎯⎯→+

净反应 2Zn(s)2AgCl(s)2Ag(s)2Cl Zn −

+

+⎯⎯→++

作电解池 阴极：

2Zn

2e Zn(s)+

−+⎯⎯→阳极

2Ag(s)2Cl 2AgCl(s)2e −

−

+⎯⎯→+净反应：

22Ag(s)ZnCl Zn(s)2AgCl(s)+⎯⎯→+