08章_可逆电池的电动势及其应用解析
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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
可逆电池的电动势及其应用
1 1 Zn (s) → Zn 2+ + e − 2 2
正极（Ag＋AgC1 极, 阴极） ： AgCl (s) + e − → Ag (s) + Cl− 总反应为
1 1 Zn (s ) + AgC1(s ) → Zn 2 + C1− + Ag(s ) 2 2
( 8–1 )
(2) 若E外＞E，且E外－E＝δE，电池内的反应恰(s) + Cl− → AgCl (s) + e − 阳极（Ag+AgC1 极） ： 总反应为
1 2+ 1 Zn + Ag ( s ) + C1− → Zn ( s ) + AgC1( s ) 2 2
( 8–2 )
1 1 Zn 2+ + e − → Zn ( s ) 2 2
由于以上两个总反应互为逆反应，且在充放电时电流均很小，所以为一可逆电池。 又如，丹尼尔电池 正极：Cu电极（电解液：CuSO4） 负极：Zn电极（电解液：ZnSO4） 作为原电池 E＞E外（电池放电）
△GT, 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。 例如，某一电化学装置 电极：Zn (s) 和 Ag (s)＋AgCl (s)
6
陕西师范大学物理化学精品课程
图 8.2 韦斯顿标准电池简图 电极反应为 负极（Cd极） ：Cd（汞齐）→ Cd2+＋2e正极（Hg极） ：Hg2SO4(s)＋2e- → 2Hg(l)＋SO42− 电池反应
正极（Ag＋AgC1 极, 阴极） ： AgCl (s) + e − → Ag (s) + Cl− 总反应为
1 1 Zn (s ) + AgC1(s ) → Zn 2 + C1− + Ag(s ) 2 2
( 8–1 )
(2) 若E外＞E，且E外－E＝δE，电池内的反应恰(s) + Cl− → AgCl (s) + e − 阳极（Ag+AgC1 极） ： 总反应为
1 2+ 1 Zn + Ag ( s ) + C1− → Zn ( s ) + AgC1( s ) 2 2
( 8–2 )
1 1 Zn 2+ + e − → Zn ( s ) 2 2
由于以上两个总反应互为逆反应，且在充放电时电流均很小，所以为一可逆电池。 又如，丹尼尔电池 正极：Cu电极（电解液：CuSO4） 负极：Zn电极（电解液：ZnSO4） 作为原电池 E＞E外（电池放电）
△GT, 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。 例如，某一电化学装置 电极：Zn (s) 和 Ag (s)＋AgCl (s)
6
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图 8.2 韦斯顿标准电池简图 电极反应为 负极（Cd极） ：Cd（汞齐）→ Cd2+＋2e正极（Hg极） ：Hg2SO4(s)＋2e- → 2Hg(l)＋SO42− 电池反应
第八章可逆电池的电动势及其应用讲解
2.1 第一类电极
金属-金属离子电极：
(a=1)
电极
电极反应
Mz+|M Mz++ze- → M
Cu2+|Cu Cu2++2e- → Cu (a 1)
金属汞齐-金属离子电极：
Na+ |Na-Hg Na+ + e- →Na (a) Cd2+|Cd-Hg Cd2+ + 2e- → Cd(a)
2019/7/5
２、OH－, Cl－虽有对应的第一类电极，但也常制 成第二类电极，因为制备容易，使用方便。
2019/7/5
2.3 第三类电极：氧化还原电极
电极
电极反应（还原）
Fe3 (a1 ), Fe2 (a2 )|Pt Sn4 (a1 ), Sn2 (a2 )|Pt Cu2 (a1), Cu (a2 )|Pt
在可逆电池中 (ΔrG)T,p＝Wf＝－nFE 其中E: 电池两电极间的电势差，在可逆条件下，达最 大值，称为可逆电池的电动势。 n：电池输出电荷的物 质的量。
2019/7/5
电化学与热力学的联系
重要公式:
( r G)T , p,R Wf,max nFE
( r Gm )T , p,R
常见电池的类型
单液电池
Pt
Pt
H2
Pt
2019/7/5
H+ AgCl+Ag
常见电池的类型
双液电池
Zn
用素烧瓷分开
+
Cu
2019/7/5
ZnSO4 (aq) 素瓷烧杯
CuSO4 (aq)
常见电池的类型
双液电池
用盐桥分开
金属-金属离子电极：
(a=1)
电极
电极反应
Mz+|M Mz++ze- → M
Cu2+|Cu Cu2++2e- → Cu (a 1)
金属汞齐-金属离子电极：
Na+ |Na-Hg Na+ + e- →Na (a) Cd2+|Cd-Hg Cd2+ + 2e- → Cd(a)
2019/7/5
２、OH－, Cl－虽有对应的第一类电极，但也常制 成第二类电极，因为制备容易，使用方便。
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2.3 第三类电极：氧化还原电极
电极
电极反应（还原）
Fe3 (a1 ), Fe2 (a2 )|Pt Sn4 (a1 ), Sn2 (a2 )|Pt Cu2 (a1), Cu (a2 )|Pt
在可逆电池中 (ΔrG)T,p＝Wf＝－nFE 其中E: 电池两电极间的电势差，在可逆条件下，达最 大值，称为可逆电池的电动势。 n：电池输出电荷的物 质的量。
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电化学与热力学的联系
重要公式:
( r G)T , p,R Wf,max nFE
( r Gm )T , p,R
常见电池的类型
单液电池
Pt
Pt
H2
Pt
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H+ AgCl+Ag
常见电池的类型
双液电池
Zn
用素烧瓷分开
+
Cu
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ZnSO4 (aq) 素瓷烧杯
CuSO4 (aq)
常见电池的类型
双液电池
用盐桥分开
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
精选ppt
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：
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
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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
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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。
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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：
章可逆电池的电动势与其应用PPT学习教案
验证： () Zn(s) Zn2+ (aZn2+ ) 2e
() 2H (aH ) 2e H2(p)
净反应： Zn(s)+2H+→Zn2++H2(p)
第26页/共117页
从化学反应设计电池(2)
Ag (aAg ) Cl(aCl )AgCl(s)
Ags| AgCls| HClaq || AgNO3 aq| Ags
Fe3 (a1 ) e Fe2 (a2 ) Sn4 (a1) 2e Sn 2 (a2 )
Cu 2 (a1 ) e Cu (a2 )
第13页/共117页
§9.2 电动势的测定
*对消法测电动势 标准电池
第14页/共117页
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
章可逆电池的电动势与其应用
会计学
1
§9.1 可逆电池和可逆电极
可逆电池 可逆电极和电极反应
第2页/共117页
电化学与热力学的联系
重要公式:
( r G)T , p Wf,max nEF
( r Gm )T , p
nEF
zEF
第3页/共117页
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反应平衡的 相应电解质。 4.有其他附属设备，组成一个完整的电路。
G
U RO
E RO Ri
Ex
Ex
Es.c
AC AH
RO
E U
() 2H (aH ) 2e H2(p)
净反应： Zn(s)+2H+→Zn2++H2(p)
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从化学反应设计电池(2)
Ag (aAg ) Cl(aCl )AgCl(s)
Ags| AgCls| HClaq || AgNO3 aq| Ags
Fe3 (a1 ) e Fe2 (a2 ) Sn4 (a1) 2e Sn 2 (a2 )
Cu 2 (a1 ) e Cu (a2 )
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§9.2 电动势的测定
*对消法测电动势 标准电池
第14页/共117页
对消法测定电动势的原理图
Ew
A
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Es.c
K D
R
E (Ro Ri )I C B U RO I
章可逆电池的电动势与其应用
会计学
1
§9.1 可逆电池和可逆电极
可逆电池 可逆电极和电极反应
第2页/共117页
电化学与热力学的联系
重要公式:
( r G)T , p Wf,max nEF
( r Gm )T , p
nEF
zEF
第3页/共117页
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反应平衡的 相应电解质。 4.有其他附属设备，组成一个完整的电路。
G
U RO
E RO Ri
Ex
Ex
Es.c
AC AH
RO
E U
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。
第八章 可逆电池的电动势及其应用.
复习巩固 电化学与热力学的桥梁公式是什么？ 什么是可逆电池？ 组成可逆电池的必要条件是什么？ 可逆电极有哪些，写出电极表达式和电极反应？ 对消法测定可逆电池电动势的原理？ 标准电池？
8.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号
可逆电池的书面表示法
可逆电池电动势的取号
从化学反应设计电池
可逆电池的书面表示法
AgCl(s)→Ag++ClAg(s)|Ag+(aq)||HCl(aq)|AgCl(s)|Ag(s) 验证： (-) Ag(s) →Ag++e(+) AgCl(s)+e-→Ag(s)+Cl净反应： AgCl(s)→Ag++Cl-
练习：设计成电池
Fe (aFe2 ) Ag (a Ag ) Fe (aFe3 ) Ag ( s )
桥梁公式:
(ΔrG)T , p nFE
(Δ r Gm)T , p
当反应进度ξ=1mol时：
Δ r G ( )T , P zFE ξ
（z为电极的氧化或还原反 应式中的电子的计量系 数）
讨论：
(ΔrGm )T , p zFE
（1）式中z为ξ=1mol时参与反应的电子的量，由于ξ 与反应计量方程式的写法有关，z亦与反应计量方程 式的写法有关。
可逆电池电动势的取号
DrGm=-zEF
自发电池： DrGm<0，E>0 例如： Zn(s)|Zn2+||Cu2+|Cu(s) Zn(s)+Cu2+→Zn2++Cu(s) DrGm<0，E>0， 电池才能做有用功 非自发电池： DrGm>0，E<0 Cu(s)|Cu2+||Zn2+|Zn(s) Zn2++Cu(s)→Zn(s)+Cu2+ DrGm>0，E<0， 不可能对外做电功
可逆电池电动势及其应用
+1
-1
0
(-)
Ag│Ag+(aq) I－ (aq)│AgI(s)│Ag
四 电池电动势的测定——对消法
E ( R R ) I o i
Ro Ri E U Ro
Ro ; U E
U I Ro
E Ri 1 U Ro
有电流通过电极时，极化作用的存 在将无法测得可逆电池电动势。
波根多夫对消法(Poggendorff’s counteraction method)
正极氧化还原对
H2(g) + HgO(s) → Hg + H2O
元素的氧化数 0 +2 -2 0 负极氧化还原对 +1 -2
Pt │ H2(g) │OH- (aq) │HgO(s) │ Hg(l)
(2)非氧化还原反应
(+) Ag + AgI(s) → Ag+ + I- +Ag
元素的氧化数
0
+1 -1
由于温度系数很小（10-4V/K），因此，在常温 时， ΔrHm与 ΔrGm相差很小。即电池将大部分化学能 转变成了电功。所以，从获取电功的角度来说，利 用电池获取功的效率是最高的。 另外，由于电动势可以精确测量，因此，用电 化学方法得到的热力学数据往往比量热法测得的数 据更为准确。
三 设计原电池 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 极反应。 （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、 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。
(1)氧化还原反应 将下列反应设计成可逆电池：
可逆电池的电动势及其应用
答：从Hg-Cd的相图可知，在室温下， 镉汞齐中镉含量在5～14%之间时，体 系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。
Weston标准电池电动势与温度的关系:
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
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
本章总结复习 典型例题
§ 7.6 可逆电池和可逆电极
(Reversible cells and reversible electrodes)
对消法测定电动势的原理图（自学）
E = (R0 + Ri) I U = R0 I 当 R0→∞ 时，有： R0 + Ri → R0 E≈U
对消法测电动势的实验装置
待测电池
标准电池
工作电源
检流计
物理化学基础实验!!!
电位计
标准电池:
电池反应： (-) Cd(Hg)→Cd2++Hg(l)+2e(+)Hg2SO4(s)+2e-→2Hg(l)+SO42-
处于平衡态，只是 rGm 将两者从数值上联系在
一起。
问题： ① H2 (p) + Cl2 (p) → 2H+ (a+) +2Cl- (a-) ② 1/2H2 (p) +1/2Cl2 (p) → H+ (a+) + Cl- (a-)
Weston标准电池电动势与温度的关系:
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
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
本章总结复习 典型例题
§ 7.6 可逆电池和可逆电极
(Reversible cells and reversible electrodes)
对消法测定电动势的原理图（自学）
E = (R0 + Ri) I U = R0 I 当 R0→∞ 时，有： R0 + Ri → R0 E≈U
对消法测电动势的实验装置
待测电池
标准电池
工作电源
检流计
物理化学基础实验!!!
电位计
标准电池:
电池反应： (-) Cd(Hg)→Cd2++Hg(l)+2e(+)Hg2SO4(s)+2e-→2Hg(l)+SO42-
处于平衡态，只是 rGm 将两者从数值上联系在
一起。
问题： ① H2 (p) + Cl2 (p) → 2H+ (a+) +2Cl- (a-) ② 1/2H2 (p) +1/2Cl2 (p) → H+ (a+) + Cl- (a-)
08章-可逆电池电动势及应用1分析
Fe3+(a1)+e- →Fe2+(a2) Cu2+(a1)+e- →Cu+(a2) Sn4+(a1)+2e- →Sn2+(a2)
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2020/10/17
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
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
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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2020/10/17
金属-难溶盐及其阴离子组成的电极
第二类电极及其反应 金属-氧化物电极
电极
电极反应
Cl-(a-)|AgCl(s)|Ag(s) OH-(a-)|Ag2O|Ag(s)
H+(a+)|Ag2O(s)|Ag(s)
AgCl(s)+e- →Ag(s)+Cl-(a-)
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2020/10/17
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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2020/10/17
对消法测电动势的实验装置
可逆电池的电动势及其应用
要发展方向。
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
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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2020/10/9
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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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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2020/10/9
第二类电极及其反应
电极
电极反应
Cl-(a-)|AgCl(s)|Ag(s) OH-(a-)|Ag2O|Ag(s)
H+(a+)|Ag2O(s)|Ag(s)
AgCl(s)+e- →Ag(s)+Cl-(a-)
Ag2O(s)+H2O+2 e→2Ag(s)+2OH-(a-)
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
通常要把标准电池恒温、恒湿存放，使电动势稳定。
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2020/10/9
zEF
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2020/10/9
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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2020/10/9
组成可逆电池的必要条件
原电池 ()Zn(s) Zn2 2e-
()2AgCl(s) 2e- 2Ag(s) 2Cl-
净反应： Zn(s) 2AgCl(s) 2Ag(s) ZnCl 2
Ag2O+2H+(a+)+2e→2Ag(s)+H2O
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2020/10/9
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)
电解池 阴极： Zn2 2e- Zn(s)
阳极： 2Ag(s) 2Cl- 2AgCl(s) 2e-
总反应：2Ag(s) ZnCl 2 Zn(s) 2AgCl(s)
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2020/10/9
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
物理化学电子教案—第八章
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2020/10/9
第八章 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
4.“┆”表示半透膜。
5. 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；溶液要注明浓度。
6. 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。
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2020/10/9
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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2020/10/9
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
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2020/10/9
标准电池电动势与温度的关系
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
我国在1975年提出的公式为：
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2020/10/9
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
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电位计
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2020/10/9
标准电池结构图
电池反应： (-) Cd(Hg)→Cd2++Hg(l)+2e(+)Hg2SO4(s)+2e-→2Hg(l)+SO42净反应： Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O
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)
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2020/10/9
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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2020/10/9
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
8.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号
可逆电池的书面表示法 可逆电池电动势的取号 从化学反应式设计电池
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2020/10/9
可逆电池的书面表示法
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。
3.“||”表示盐桥，使液接电势降到可以忽略不计。
→CdSO4·8/3H2O(s)+Hg(l)
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2020/10/9
标准电池结构图
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2020/10/9
问题
为什么在一定温度下，含Cd的质量百分数在5～14% 之间，标准电池的电动势有定值？
答：从Hg-Cd的相图可知，在室 温下，镉汞齐中镉含量在5～14% 之间时，体系处于熔化物和固溶 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。