9.可逆电池的电动势及其应用

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1、2015/12/30物理化学电子教案—第九章电化学电解电能化学能电池2015/12/302015/12/30原电池(galvaniccell)电解池(electrolyticcell)Zn电极：负负载电阻正Zn(S)→Zn2++2e-电源阳极上发生氧化作用极极发生氧化作用，是阳极。电-+ZnCu子由Zn极流向Cu极，Zn极电-+势低，是负极。阳阴极CuCu阴极上发生还原作用极ZnSO4溶液CuSO4溶液Cu电极：Daniell电池Cu2++2e-→Cu(S)发生还原作用，是阴极。电电解池流由Cu极流

2、向Zn极，Cu极电势高，是正极。2015/12/302015/12/30第九章可逆电池的电动势及其应用原电池（电池）---化学能转变为电能的装置§9.1可逆电池和可逆电极§9.2电动势的测定•锌-铜电池•燃料电池示意图实例§9.3可逆电池的书写方法及电动势的取号•铅酸电池§9.4可逆电池的热力学•锂电池§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2015/12/302015/12/3012015/12/30锂电池§9.1可逆电池和可

3、逆电极可逆电池可逆电极和电极反应ChargeLiCoO2+CLi1-xCoO2+CLixDischarge2015/12/30如何将化学反应转变为能产生电能的电池？常见电池的类型•该化学反应是氧化还原反应，或包含有氧化还单液电池原的过程•适当的装置，使化学反应分别通过在电极上的反应来完成•两个电极及其能与电极建立电化学反应平衡的相应电解质•其他附属设备，可组成一个完整的电路常见电池的类型常见电池的类型双液电池双液电池用素烧瓷分开用盐桥分开22015/12/30组成可逆电池的必要条件组成可逆电池的必要

4、条件Zn(s)

5、ZnSO4

6、

7、HCl

8、AgCl(s)

9、Ag(s)原电池电解池作原电池净反应作电解池阴极：阳极化学反应可逆能量变化可逆净反应：可逆电极的类型第一类电极的电极反应⑴第一类电极电极电极反应（还原）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-还原电极第二类电极的电极反应第三类电极的电极反应电极电极反应（还原）电极电极反应（还原）32015/12/30对消法测定电动势的原理图§9.2电动势的测

10、定对消法测电动势标准电池标准电池对消法测电动势的实验装置标准电池工作电源待测电池检流计电位计正负Weston标准电池结构简图Weston标准电池的反应问题为什么在定温度下，含Cd的质量分数在0.05～0.14负极之间，标准电池的电动势有定值？正极从Hg-Cd相图可知，在室温下，镉汞齐中镉的质量分数在净反应Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O0.05～0.14之间时，系统处于熔化→CdSO4·8/3H2O(s)+Hg(l)物和固溶体两相平衡区，镉汞齐活度有定值。中含镉～而标准电池电动势

11、只与镉汞298.15K时齐的活度有关，所以也有定值。42015/12/30标准电池的电动势与温度的关系RT通常要把标准电池恒温、恒湿存放，使电动势稳定。§9.3可逆电池的书写方法我国在1975年提出的公式为：1.左边为负极，起氧化作用；右边为正极，起还原作用。ET/V=E(293.15K)/V-{39.94(T/K-293.15)2.“

12、”表示相界面，有电势差存在。+0.929(T/K-293.15)2“┆”表示半透膜。3.“”表示盐桥，使液接电势降到忽略不计-0.009(T/K-293.15)34

13、.要注明温度和压力，如不写明就是298.15K和标+0.00006(T/K-293.15)4}×10-6准压力；要注明物态,气体要注明压力和依附的惰性金属；标准电池的温度系数很小溶液要注明浓度或活度。在书写电极和电池反应时必须遵守物量和电荷量平衡5.电池的电动势等于右边正极的还原电极电势减例如：去左边负极的还原电极电势。左方氧化,负极右方还原,正极电池净反应：或52015/12/30从化学反应设计电池(1)从化学反应设计电池(2)Zn(s)+H2SO4(aq)→H2(p)+ZnSO4(aq)Zn(s

14、)

15、ZnSO4(aq)

16、

17、H2SO4(aq)

18、H2(p)

19、Pt验证：验证：净反应：净反应：Zn(s)+2H+→Zn2++H2(p)电化学与热力学的联系§9.4可逆电池的热力学电化学和热力学的桥梁公式可逆电池电动势的取号电池反应的Nernst方程从标准电动势E求反应的平衡常数重要公式:由电动势E及其温度系数求反应的和可逆电池电动势的取号可逆电池电动势的取号自发电池非自发电池例如：电池净反应：Zn(s)

20、Zn2+

21、

22、Cu2+

23、Cu(s)Zn(s)+Cu2+→Zn2++C