如何将化学反应设计成电池根据元素氧化数的变化确

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）根据元素氧化数的变化，确定氧化-还原对还原对(必要时可在方程式两边加同一物质）；必要时可在方程式两边加同一物质）；（2）由氧化）由氧化-还原对确定可逆电极，确定电解质溶液，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）；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。）检查所设计电池反应是否与原反应吻合。6 6 可逆电池电动势的计算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：）负极发生氧化反应：(-)Zn(s)Zn2+2e-正极发生还原反应：正极发生还原反应：(+)2H+2e-H2(p)（2）负极为）负极为Zn(s)|Zn2+(a1)，电解质为，电解质为ZnSO4;正极为正极为H2(p),Pt|H+(a2)，电解质为，电解质为H2SO4。按连接顺序，电池表示式为：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）复核此电池表示式对应的电化学反应与题给完全相同。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)，(当然也可加入当然也可加入Cl2(p)）负极发生氧化反应：负极发生氧化反应：(-)Ag(s)Ag+(a1)+e-正极发生还原反应：正极发生还原反应：(+)AgCl(s)+e-Ag(s)+0.5Cl2(p)(2)负极为负极为Ag(s)|Ag+(a1)，电解质为，电解质为AgNO3;正极为正极为AgCl(s),Ag(s)|Cl-(a2)，电解质为，电解质为HCl。按连接顺序，电池表示式为：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复核此电池表示式对应的电化学反应,与题给相同。与题给相同。（1）若已确定反应方向，则按规定的反应方向写，）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。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）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）反应式中不要出现电池表示式中没有的物质（但可有（但可有H2O).（4）不要轻易将离子合并成分子。）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：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：基本步骤：（1）写出电池反应的方程式；）写出电池反应的方程式；（2）代入）代入Nernst公式计算；公式计算；（3）单独离子活度用平均活度代替，）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双液电池的电动势不能准确计算)。(1)(1)单液化学电池单液化学电池 H2(g,p)H2SO4(a)PbSO4(s)PbH2(g)+PbSO4(s)2H+SO42-+Pb(s)242244222(/)(/)3ln2 ln2HSOooHooSOP bSOP bHHoHaaR TEEFppaR TFpp (2)(2)双液化学电池双液化学电池ZnZn2+Cu2+CuZn+Cu2+Cu+Zn2+22ln2CuZnoaaFRTEE计算过程中计算过程中a+，a-，均用两种电解质溶液各自，均用两种电解质溶液各自的的 a替代，这会引入一定的误差，因此双液电池替代，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。的电动势不能准确计算。)()(ln244CuSOaZnSOaFRTEo浓差电池电动势的计算浓差电池电动势的计算(1)(1)电极浓差电池电极浓差电池 ln2 ln22112ppFRTppFRTEEo负极负极:H2(p1)2 H+2e-正极正极:2 H+2e-H2(p2)H2(p1)H2(p2)p1 p2,E 0p1 p2,E p2,E 0p1 0(2)电解质浓差电池电解质浓差电池AgAgCl(s)HCl(a1)HCl(a2)AgCl(s)Ag Cl-(a1)Cl-(a2)ln 1,2,aaFRTE负极负极:Ag+Cl-(a1)AgCl+e-正极正极:AgCl+e-Ag+Cl-(a2)阴离子转移阴离子转移Ag(s)Ag+(a1)Ag+(a2)Ag(s)Ag+(a2)Ag+(a1)负极负极:Ag Ag+(a1)+e-正极正极:Ag+(a2)+e-Ag阳离子转移阳离子转移 ln 2,1,aaFRTE电能的由物质从较高活度到较低活度之间的电能的由物质从较高活度到较低活度之间的扩散提供。扩散提供。电池标准电动势电池标准电动势0oE浓差电池的特点：浓差电池的特点：(3)(3)液接电势的计算液接电势的计算离子在液接界面处离子在液接界面处的扩散迁移为：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)(+)-+-+-+-+H+Cl-电池可逆放电电池可逆放电1mol电电量时，有量时，有t+mol的的H和和t-mol的的Cl-通过界面而通过界面而扩散迁移。扩散迁移。lnlnaaRTtaaRTtGjaaRTttln)(假设假设 I 0,此离子迁移过程可近似作为可逆此离子迁移过程可近似作为可逆过程处理过程处理假设迁移数不受浓度的影响，则此过程的假设迁移数不受浓度的影响，则此过程的Gibbs函数的变化函数的变化 -zFEG jjln)(aaFRTttzFGEjjln)12t(aaFRT 用盐桥时，与两个溶液有两个接界。因盐桥用盐桥时，与两个溶液有两个接界。因盐桥中中KCl的的K+、Cl-的迁移率很接近的迁移率很接近(t+=0.4906)，在，在两个接界面上产生的电势很小，而且两个界面上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。另外因液接电势符号相反，又互相抵消一部分。另外因盐桥中盐桥中KCl浓度很高（饱和），可以掩盖其它离浓度很高（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。通常液子的迁移，故盐桥能大大降低液接电势。通常液接电势约为接电势约为30mv。使用。使用KCl盐桥后可降低到盐桥后可降低到13毫伏。在要求不高时，可以近似认为是可逆电池。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。这里要注意满足里要注意满足可逆电池可逆电池的条件：电极反应是可逆的，的条件：电极反应是可逆的，因此通过的电流要无限小。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。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。池的电动势。通常用通常用对消法对消法测电池电动势。测电池电动势。对消法测定电池电动势1.校准工作电流校准工作电流:开关开关K打向打向D1.若在实验温若在实验温度下标准电池电动势度下标准电池电动势为为1.01865V,将触点打将触点打在在滑线电阻滑线电阻AB上标记上标记1.01865V处处,调节调节R使使G中中无电流无电流流过为止流过为止.2.测量未知电池电动测量未知电池电动势势:将将K倒向倒向D2.调节滑调节滑线电阻触点到适当地线电阻触点到适当地位位C2,使使电流计读数为电流计读数为零零,C2点点所标记的电压所标记的电压值即为被测电池的电值即为被测电池的电动势动势.待测电池待测电池ExC2C1B标准电池标准电池Es可变电阻可变电阻R R滑线电阻滑线电阻工作电源工作电源 EwAKD1D2P1.01865V 1.01865V G标准电池标准电池电池表示式：电池表示式：Cd(Hg)10.0%|CdSO48/3H2O(饱和饱和)|Hg2SO4(s),Hg(l)电池反应：电池反应：(-)Cd(Hg)Cd2+Hg(l)+2e-(+)Hg2SO4(s)+2e-2Hg(l)+SO42-净反应：净反应：Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2OCdSO48/3H2O(s)+Hg(l)Weston标准电池标准电池镉汞双组分相图镉汞双组分相图镉标准电池的镉汞电镉标准电池的镉汞电极中极中Cd的含量控制在的含量控制在5-14%之间之间,在常温下在常温下,由相由相图可知图可知,体系处于两相区体系处于两相区.故在一定温度下故在一定温度下,Cg-Hg齐的成分不会收电极组成齐的成分不会收电极组成波动的影响波动的影响,所以电极具所以电极具有非常稳定的电极电动势有非常稳定的电极电动势,也保证了标准电池的电动也保证了标准电池的电动势的精度势的精度.298KHgCd固固溶溶体体a a固固溶溶体体b b两两相相共共存存两两相相共共存存HGFEDC 熔液熔液(单相单相)455K