可逆电池的电动势及其应用(精)PPT课件

可逆电池的电动势及其应用,可逆电池和可逆电极,可逆电池的书写方法,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,电动势测定的应用,电动势的测定,可逆电池及可逆电极,定T、p、可逆,zFE,定T、p、,最大功电能与化学能转换极限,、,电学性质,、,、,etc,反应的热力学性质,可逆,E,可逆电池,电极反应可逆,能量转换可逆,电池可在接近平衡状态下工作,可逆电极类型,第一类电极,金属电极,气体电极,第二类电极,金属难溶盐电极,金属难溶氧化物电极,第三类电极,氧化还原电极,标准氢电极,甘汞电极,醌氢醌电极,P580图（a）,H2,2H,氢电极():,AgAgCl电极:(+),电池反应:,+,+,2e,Ag,Cl,+,AgCl,+,e,2AgCl,H2,电解池,Ag,+,2HCl,原电池,电解池,2H,+,2e,H2,Ag,Cl,+,AgCl,+,e,原电池,P580图（b）,？,大学化学1993年No.7，P46,构成：,含该金属离子溶液,金属,示例：,Cu2+,Cu,Zn2+,Zn,反应：,Mz+,+,ze,M,金属电极：,气体电极：,构成：,示例：,反应：,含该气体离子溶液,气体,惰性电极,H+,H2,Pt,OH,O2,Pt,2H,+,2e,H2,4OH,+,4e,O2,2H2O,+,(),标准氢电极,(a=1),(),(a),(a),(a),(a=1),(a),(p),(p),(a),标准氢电极,构成：,同阴离子易溶盐溶液,金属难溶盐,示例：,Cl(a),Hg2Cl2(s),反应：,+,2e,金属难溶盐电极：,构成：,示例：,反应：,含,金属,OH,2OH(a),2e,+,金属,Hg(l),甘汞电极,Hg2Cl2(s),2Hg(l),+,2Cl(a),金属难溶氧化物电极：,H+,溶液,或,金属难溶氧化物,OH(a),HgO(s),Hg(l),HgO(s),+,2H2O,+,Hg(l),构成：,示例：,反应：,氧化态,惰性电极,2e,氧化还原电极：,Sn4+,、,Pt,+,(a1),、,还原态,(a2),Sn2+,(a1),(a2),Sn4+,(a1),Sn2+,(a2),QH2Q,Pt,H,醌氢醌电极,Q,H2Q,2e,+,2H+,+,工作电池,RP,A,B,EN,Ex,检流计,坡根多夫对消法测定原电池电动势原理图,电动势的测定,工作电源,电位计,检流计,标准电池,待测电池,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)+8/3H2OCdSO48/3H2O(s)+Hg(l),标准电池电动势与温度的关系,ET/V=1.018454.05105(T/K293.15)9.5107(T/K293.15)2+1108(T/K293.15)3,通常要把标准电池恒温、恒湿存放，使电动势稳定。,可逆电池的书写方法,用单实垂线“”表示不同相界面之间的接界面,若原电池中包括,将构成原电池的物质按它们相互接触的顺序依次写出,写出时应,保证负极在左;正极在右(即保证电池反应的吉布斯自由能变为正值),同时注明物质的聚集状态、T、P及溶液组成等;,气体不能直接作为传输电子的电极,必须附在惰性电极如:铂、石,两种溶液,用双垂线“”表示已加入盐桥,两液体接界电势已消除后,的液体之间的接界;,墨等上,通常在电池图示中标出。,Pt(s),H2(p),HCl(m),AgCl(s),Ag(s),电池反应:,H2(g),AgCl(s),H(m),Cl(m),Zn(s),ZnSO4(a),CuSO4(a),Cu(s),电池反应:,Cu2,(a),Zn(s),Zn2,(a),Cu(s),可逆电池热力学,1.,可逆电池电动势E与参加反应各组分活度的关系,能斯特方程,rGm,设一电池总反应:,0,热力学等温方程式:,RTln,rGm,zFE,zF,E,ln,能斯特方程,强度性质，与方程式写法无关,浓度对E的影响,标准电池电动势,1920NoblePrizeGermany1864/06/251941/11/18Studiesonthermodynamics,WaltherH.Nernst,由标准电动势求反应的平衡常数,2,RTln,ln,zF,标准态,平衡态,3.,从电池电动势E及其温度系数求反应的rHm和rSm,rGm,rSm,而,zFE,zF,rSm,zF,rSm,rHm,由:,rGm,zF,而,zFE,zFT,恒温下,Qr,TrSm,zF,rm,rGm,rm,rm,zF,可逆热(可逆放电过程),zFT,由,rHm,zFE,zFT,电功,zFE,rHm,恒压化学反应热,0,Qr0,电功反应热,Qr0,0,电功反应热,0,Qr0,电功反应热,化学能,电能,热,化学能,电能,热,可逆电池,例1,已知下列电池在25时的电动势0.0713V，电动势的,AgBr(s),写出电极反应及电池反应；,、,计算电池在25时的,若上述电池的HBr溶液的浓度为m2.0molkg1，25,g(s),Hr(a1),H2(g,),Pt,温度系数为,5.0104V1,、,；,时测定其电动势为0.277V，求溶液中HBr的活度因子。,例2,已知氢氧燃料电池:,已知25时，上述电池的1.229V，,常数，求在10时上述电池的电动势为若干?,H2O(l),H2(g,),+,的反应为,O2(g,),NaOH(aq),H2(g,),Pt,O2(g,),Pt,285.83kJmol1。假设在025范围内为,例3,1.97105+56.90T(J),已知某电池反应为,Hg(l),求反应的,求25时在电池短路的情况下，每放电1F时与环境,交换的热。,(T)、,(T)、,rCP；,求电池在25的标准电动势；,求25时电池可逆放电1F时与环境交换的热；,H2O(l),+,HgO(s),H2(g,),+,电动势产生的机理,1.,电动势的产生,E,(接触),(液接),Cu(s),Zn(s),ZnSO4(m1),CuSO4(m2),(阳),(阴),Cu(s),(接触),(阳),(液接),(阴),(液接界),(液接界),E,(接触),(阳),(阴),(阳),(阴),绝对电极电势,电极电势和电池电动势,标准氢电极和标准电极电势,1,Pt(s),H,标准氢电极:,标准氢电极,给定电极,E,CuSO4,(铜电极)0.337V,Cu(s),Pt(s),H,E0.337V,标准氢电极：,0,H2(g,),H2(g,),注意:,实为一电池电动势,Cu(s),2H,rGm,(铜电极),Cu2,还原态,为还原电极电势,氧化态,ze,电极符号：,氧化态还原态,反应：,(Zn2+Zn),ZnSO4,Zn(s),Pt(s),H,0,Zn(s),2H,Zn2,rGm,+,0.7628V,E,=,0.7628V,H2(),H2(g,),H2(),e,当给定电极所包含的各物质处于标准态时,标准电极电势,但,、,均为体系强度性质，,其值代表着物质得失电子的,能力大小，,不具有加合性。,z,具有加合性。,E与,E(阴)(阳),E,(阴)(阳),E(阴)(阳),即,E_,(阴),(阳),z、,仅对原电池,对电化学装置,已知,(Fe2Fe),0.4402V,(Fe3Fe),0.036V,(Fe3,Fe2Pt),求,?,(电极)f(a),能斯特方程,ln,E,CuSO4,Cu(s),Pt(s),H,Cu(s),2H,Cu2,p(H2),(Cu2Cu),(Cu2Cu),ln,设电极反应:,氧化态ze,还原态,ln,H2(g,),H2(),2.,原电池的设计,应物和产物的种类,先确定一个电极,再由该电极的电极反应与电池,电池反应中若有关元素的氧化态在反应前后有变化，则发生,氧化反应的元素作阳极，发生还原作用的元素作阴极,电池反应中各有关元素的氧化态在反应前后无变化,应根据反,反应之差确定另一个电极,设计原则：,例,Pb(s),HgO(s),Hg(l),PbO(s),H,OH,Cu,Cu2,2Cu,3H2(g),Au2O3(s),2Au(s),3H2O(l),Ag,I,AgI(s),H2O(l),电动势测定的应用,与有电池反应有关的热力学量的计算,1,电解质溶液活度系数的测定,2,电池:,Pt(s)H2(g,)HCl(m)AgCl(s)Ag(s),E,ln,ln,E,ln,3.,实验测定,E,ln,作,(E,ln,),图,电池:,Pt(s)H2(g,)HCl(稀)AgCl(s)Ag(s),测定溶液的PH值,4,(1),醌氢醌电极,电极反应:,C6H4O2Q,2H,2e,C6H4(OH)2H2Q,醌与氢醌的等分子复合物,(QH2Q),(QH2Q),pH,25、PH7.1,醌氢醌电极,pH=x溶液,甘汞电极,pH,注：,pH7.1,醌氢醌电极,pH=x溶液,甘汞电极,不能用于pH8.5的碱性溶液、,含氧化剂及还原剂溶液及含氨、胺或蛋白质的溶液中,高浓度的盐溶液、,(2),pH计,使用时需用标准溶液标定,pH,25,与电极材质有关，,电位滴定,5,析离子的浓度随着滴定液的加入而变,滴定液与被分析的离子反应，,被分,化，在接近滴定终点时，加入少量滴,定液将引起被测离子浓度极大改变，,造成电极电势突变，以指示滴定终点,原理：,主要内容：,产生机理,电池构造、书写方法及热力学可逆含义；可逆,接触电势,液接界电势,电极电势,标准电极电势,电极电势与活度关系,对消法原理,参比电极,应用,测定,可逆电池电动势,电极类型,例1：,25时，,(AgClAg，Cl1)0.222V,电池电动势1.015V，,4.2104VK1,求0.555kgmol1ZnCl2溶液的平均活度系数；,求在可逆电池中完成上述反应和在恒压下于反应器中完,Zn(s)ZnCl2(0.555kgmol1)AgCl(s)Ag(s),电池,(Zn2+Zn)0.7630V,写出电池反应，并求该反应的平衡常数；,成上述反应，过程所吸收的热各为多少？,例2：,已知25时，,(Ag+