物理化学09章+可逆电池的电动势及其应用

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1、第九章可逆电池电动势及其应用1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2§9.1可逆电池和可逆电极1.可逆电池2.可逆电极和电极反应1.1电化学与热力学的联系1.2如何把化学反应转变成电能？1.3组成可逆电池的必要条件31.可逆电池将化学能转化为电能的装置称为电池，若此转化是以热力学可逆方式进行的，则称为“可逆电池”。在可逆电池中(ΔrGm)T,p=Wf=－nFE其中E:电池两电极间的电势差

2、，在可逆条件下，达最大值，称为电池的电动势。4重要公式:1.1电化学与热力学的联系51.2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6常见电池的类型单液电池7常见电池的类型双液电池用素烧瓷分开8常见电池的类型双液电池用盐桥分开9化学反应可逆原电池电解池1.3组成可逆电池的必要条件能量变化可逆101.3可逆电池的必要条件(1)可逆电池充放电时的反应必须互为逆反应──物质的转变可逆;(2

3、)可逆电池中所通过的电流必须为无限小──能量的转变可逆。可逆电池必须同时满足上述两个条件.见下列两例11Cu极电势高为正Cu极Cu2++2e-CuZn极Zn2e-Zn2+Cu2++ZnCu+Zn2+充电：加外加电压V>E放电：E>VCu2e-Cu2+Zn2++2e-ZnZn2++CuZn+Cu2+电池ⅠZnCuZnSO4CuSO4AVZnCuZnSO4CuSO4AV12放电：E>V充电：V>ECu极:2H++2e-H2Zn极:Zn2e-Zn2+Cu2e-Cu2+2H++2e-H22H++ZnH2+Zn2+2H++CuH2+Cu2+电池

4、ⅡCuZnH2SO4AVCuZnH2SO4AV显然电池Ⅱ不是可逆电池13(ΔrGm)T,p=Wf=-nFE如：Cu2++ZnCu+Zn2+n=2,E=1.1V,(ΔrGm)T,p=-212.3kJ·mol-1当电池可逆放电时：Wr’=-212.3kJ当电池同时满足上述两个条件时凡是不能同时满足上述两个条件的电池均不是可逆电池。不可逆电池两电极之间的电势差E’将随工作条件而变化，且恒小于该电池的电动势。此时：(ΔrGm)T,p<－nFE’142.可逆电极的种类2.1第一类电极金属-金属离子电极：CuCuSO4Na+

5、Na-HgNa++e-→Na(a)Cd2+

6、Cd-

7、HgCd2++2e-→Cd(a)电极电极反应Mz+

8、MMz++ze-→MCu2+

9、CuCu2++2e-→Cu金属汞齐-金属离子电极：(a=1)(a1)Cd-Hg齐CdSO4Pt15气体电极(铂-非金属-非金属离子电极)：H+

10、H2(g,p)

11、Pt2H++2e-→H2OH－

12、H2(g,p)

13、Pt2H2O+2e-→H2+2OH－H2O,H+

14、O2(g,p)

15、PtO2+4H++4e-→2H2OOH－

16、O2(g,p)

17、PtO2+2H2O+4e-→4OH－Cl－

18、Cl2(g,p)

19、PtCl2+2e-→2Cl－H2铂16难溶盐电极：Cl－

20、Ag(s)-AgCl(s)难溶氧化物

21、电极OH－

22、HgO(s)-Hg(l)电极反应：AgCl+e-→Ag+Cl－2.2第二类电极难溶盐电极和难溶氧化物电极电极反应：HgO+H2O+2e-→Hg+2OH－AgCl→Ag++Cl－+)Ag++e-→AgHgO+H2O→Hg2++2OH－+)Hg2++2e-→Hg(l)HgHgONaOHPtAg-AgClAg丝HCl难溶氧化物电极H+

23、HgO(s)-Hg(l)17１、许多负离子没有对应的第一类电极，但可制成第二类电极。如SO42－,C2O42－Hg-Hg2SO4

24、SO42－第二类电极的应用意义：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

25、制备容易，使用方便。182.3第三类电极：氧化还原电极电极电极反应Fe3+,Fe2+

26、(Pt)：Fe3++e-→Fe2+QH2,Q

27、(Pt)：Q+2e-+2H+→QH2以上三类电极的充、放电反应都互为逆反应，用这样的电极组成电池，若其他条件合适，有可能成为可逆电池。19§9.2电动势的测定1.对消法测电动势2.标准电池201.1对消法测定电动势的原理图211.2对消法测电动势的实验装置工作电源电位计检流计标准电池待测电池22Weston标准电池结构简图2.标准电池特点：其电动势能保持长期稳定，E=1.01865V(20℃)精确已知正极负极Hg+Hg2SO4CdS