如何将化学反应设计成电池.ppt

,如何将化学反应设计成电池 （1）根据元素氧化数的变化，确定氧化-还原对 (必要时可在方程式两边加同一物质）； （2）由氧化-还原对确定可逆电极，确定电解质溶液，设计成可逆电池（双液电池必须加盐桥）； （3）检查所设计电池反应是否与原反应吻合。,6 可逆电池电动势的计算,Zn(s)+H2SO4(aq)H2(p)+ZnSO4(aq),（1）负极发生氧化反应：(-) Zn(s) Zn2+2e- 正极发生还原反应：(+) 2H+2e-H2(p) （2）负极为Zn(s) |Zn2+ (a1)，电解质为ZnSO4; 正极为H2(p),Pt |H+(a2)，电解质为H2SO4。 按连接顺序，电池表示式为： Zn(s)|ZnSO4|H2SO4|H2(p),Pt （3）复核此电池表示式对应的电化学反应与题给完全相同。,AgCl(s)Ag+Cl-,(1)所给反应不是氧化还原反应，必须在方程式的两边加入同样的物质构成氧化还原对，可以在两边同时加入Ag(s)，(当然也可加入Cl2(p)） 负极发生氧化反应：(-) Ag(s) Ag+(a1)+e- 正极发生还原反应：(+)AgCl(s)+e-Ag(s)+0.5Cl2(p) (2)负极为Ag(s) |Ag+ (a1)，电解质为AgNO3; 正极为AgCl(s),Ag(s) |Cl- (a2)，电解质为HCl。 按连接顺序，电池表示式为： Ag(s)|Ag+(a1)|HCl(a2)|AgCl(s)|Ag(s) (3)复核此电池表示式对应的电化学反应,与题给相同。,（1）若已确定反应方向，则按规定的反应方向写， 并用单箭头表示反应方向；若未确定方向，则 电极反应写成还原反应并用双箭头表示可逆。 （2）两个电极反应的电荷数应相同 （3）反应式中不要出现电池表示式中没有的物质 （但可有H2O). （4）不要轻易将离子合并成分子。,书写电极和电池反应的几条原则：,化学电池电动势的计算,基本步骤： （1）写出电池反应的方程式； （2）代入Nernst公式计算； （3）单独离子活度用平均活度代替， (双液电池的电动势不能准确计算)。,(1)单液化学电池,H2(g,p)H2SO4(a)PbSO4(s)Pb,H2(g) + PbSO4 (s)2H+ + SO42- + Pb(s),ZnZn2+Cu2+Cu,Zn + Cu2+ Cu + Zn2+,计算过程中a+， a-，均用两种电解质溶液各自的 a替代，这会引入一定的误差，因此双液电池的电动势不能准确计算。,浓差电池电动势的计算,(1) 电极浓差电池,负极: H2(p1) 2 H+ + 2e- 正极: 2 H+ + 2e- H2(p2),H2(p1) H2(p2),p1 p2 , E 0 p1 p2 , E 0,Pt,H2(g,p1)HCl(aq,a)H2(g,p2),Pt,负极: 2Cl-(a) Cl2 (p1) + 2e- 正极: Cl2 (p2) + 2e- 2Cl-(a),Cl2(p2) Cl2(p1),Pt,Cl2(g,p1)HCl(aq,a)Cl2(g,p2),Pt,p1 p2 , E 0,(2) 电解质浓差电池,AgAgCl(s)HCl(a1)HCl(a2)AgCl(s)Ag,Cl- (a1) Cl- (a2),负极: Ag + Cl- (a1) AgCl + e- 正极: AgCl + e- Ag + Cl- (a2),阴离子转移,Ag(s)Ag+(a1)Ag+(a2)Ag(s),Ag+ (a2) Ag+ (a1),负极: Ag Ag+ (a1) + e- 正极: Ag+ (a2) + e- Ag,阳离子转移,电能的由物质从较高活度到较低活度之间的扩散提供。,电池标准电动势,浓差电池的特点：,(3) 液接电势的计算,离子在液接界面处的扩散迁移为：,t+ H+(a1) t+ H+(a2) t- Cl-(a2) t- Cl-(a1),Pt, H2(p)HCl(m)HCl(m)H2(p), Pt,(-) HCl(a1) HCl(a2) (+),电池可逆放电1mol电量时，有t+mol的H和t-mol的Cl-通过界面而扩散迁移。,假设 I 0 , 此离子迁移过程可近似作为可逆 过程处理,假设迁移数不受浓度的影响，则此过程的Gibbs函数的变化,用盐桥时，与两个溶液有两个接界。因盐桥中KCl的K+、Cl-的迁移率很接近(t+=0.4906)，在两个接界面上产生的电势很小，而且两个界面上液接电势符号相反，又互相抵消一部分。另外因盐桥中KCl浓度很高（饱和），可以掩盖其它离子的迁移，故盐桥能大大降低液接电势。通常液接电势约为30mv。使用KCl盐桥后可降低到13毫伏。在要求不高时，可以近似认为是可逆电池。,7 电动势的测量,测量可逆电池的电动势的仪器，为电位差计。这里要注意满足可逆电池的条件：电极反应是可逆的，因此通过的电流要无限小。 若有某一定电流通过电池时，在电池内阻上要产生电位降，这时两电极间电位差就小于电池的电动势。所以只有在没有电流通过电池时，两电极间电位差才为电池的电动势。因此，不能直接用伏特计来测量电池的电动势。 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1.01865V, 将触点打在滑线电阻AB上标记1.01865V处,调节R使G中无电流流过为止.,2. 测量未知电池电动势: 将K倒向D2.调节滑线电阻触点到适当地位C2,使电流计读数为零,C2点所标记的电压值即为被测电池的电动势.,标准电池,电池表示式： Cd(Hg)10.0%|CdSO48/3H2O(饱和)|Hg2SO4(s),Hg(l) 电池反应： (-) Cd(Hg)Cd2+Hg(l)+2e- (+)Hg2SO4(s)+2e-2Hg(l)+SO42-,净反应： Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2OCdSO48/3H2O(s)+Hg(l),Westo