对电池CuZnZnSO4aqCuSO4aqCu

对电池对电池 CuZnZnSO4(aq)CuSO4(aq)CuE=(Cu/Zn)+(Zn/Zn2+)+(Zn2+/Cu2+)+(Cu2+/Cu)电动势是各相界面电动势是各相界面电势差的代数和电势差的代数和3 3 电动势产生的机理电动势产生的机理-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ZnCuZnSO4CuSO4 Zn+Cu+多多孔孔隔隔板板CuCu负载负载1.1.电极电极-溶液界面电势差的形成溶液界面电势差的形成 如将铜片放入水中如将铜片放入水中,晶格中的铜离子将与水分子发晶格中的铜离子将与水分子发生水合作用生水合作用,以致使铜离子进入液相以致使铜离子进入液相,过程为过程为Cu Cu2+2e溶液因有铜离子而带正电荷。溶液因有铜离子而带正电荷。铜片上因失去正离子铜片上因失去正离子,有剩余自由电子而带负电荷有剩余自由电子而带负电荷.在固液界面处在固液界面处,因正负电荷相互吸引而形成双电层因正负电荷相互吸引而形成双电层,称为紧密层称为紧密层(contact double later),厚度约数厚度约数,其外有其外有扩散层扩散层(diffused double layer),厚度可达厚度可达100.-金属金属+紧密层紧密层扩散层扩散层 固固液液界界面面的的双双电电层层 金属插入溶液中所产生的电势差金属插入溶液中所产生的电势差 由下式计算由下式计算:=紧密层紧密层+扩散层扩散层若铜片插入若铜片插入CuSO4溶液中溶液中,因为溶液里本来就有铜离因为溶液里本来就有铜离子存在子存在,故铜电极与溶液中的故铜电极与溶液中的Cu2+间有下列间有下列 平衡平衡:Cu=Cu2+2e金属片上所带的电荷将由上述反应平衡移动的方向而金属片上所带的电荷将由上述反应平衡移动的方向而定定.金属片可能带负电荷金属片可能带负电荷,也可能带正电荷，这将取决也可能带正电荷，这将取决于体系的温度，于体系的温度，离子的浓度和金属的特性等等。如当离子的浓度和金属的特性等等。如当溶液中溶液中Cu2+离子浓度很大时离子浓度很大时,反应向左边移动，铜片反应向左边移动，铜片可能带正电荷；反之，铜片可能带负电荷。可能带正电荷；反之，铜片可能带负电荷。2.金属接触电势金属接触电势ZnCuZn棒中的电子棒中的电子Cu棒中的电子棒中的电子+-两种金属如铜与锌接触时，各自的电子有逸出的两种金属如铜与锌接触时，各自的电子有逸出的倾向，但不同金属的电子逸出功不同，而会形成接触倾向，但不同金属的电子逸出功不同，而会形成接触电势。电势。锌锌较较易易失失去去电电子子，铜铜较较难难失失去去电电子子,因因而而在在锌锌棒棒与与铜铜棒棒的的界界面面处处，锌锌棒棒因因失失去去较较多多的的电电子子而而带带正正电电，铜铜棒棒因因获获得得较较多多的的电电子子而而带带负负电电,故故(Zn)(Cu)，在在金属界面处，产生电动势。金属界面处，产生电动势。金属界面的接触电势因材料的不同而不同金属界面的接触电势因材料的不同而不同,对同种材对同种材料料,此电势一般随温度的升高而升高此电势一般随温度的升高而升高:E=f(t)+-根据上述原理根据上述原理,两种不同材料焊接两种不同材料焊接在一起在一起,一端保持在高温一端保持在高温T1,另一另一端保持为低温端保持为低温T2,将其连成电路时将其连成电路时,有热电势产生有热电势产生,此为温差电现象之此为温差电现象之一一,称为塞贝克称为塞贝克(Seebeek)效应效应.热电偶是利用热电偶是利用Seebeek效应制成的效应制成的温度计温度计,是最常用的测温手段是最常用的测温手段.将多对热电偶串联起来便形将多对热电偶串联起来便形成热电堆成热电堆,用它可感测极其微小的用它可感测极其微小的温差变化温差变化,可达可达1/1,000,000K.3.液体接界电势和盐桥液体接界电势和盐桥液体接界处会因不同离子的迁移速率不一样而液体接界处会因不同离子的迁移速率不一样而产生电动势产生电动势,此电势称为液接电势此电势称为液接电势(liqiud potentail or diffusion potentail)HCl(C1)HCl(C2)H+离子离子Cl-离离子子当当两两种种不不同同浓浓度度的的HCl形形成成界界面面时时，HCl将将从从浓浓的的一一方方向向稀稀的的一一方方扩扩散散，因因H+的的运运动动速速率率较较快快,Cl-的的速速率率较较慢慢，于于是是在在液液体体接接界界处处,浓浓度度低低的的右右方方H+过过剩剩，浓浓度度高高的的左左方方Cl-过过剩剩，因因而而产产生生液液接接电电势势。液液接接电电势势会会使使H+的的扩扩散散速速率率减减慢慢，使使Cl-的的扩扩散散速速率率加加快快，最最后后达达到到稳稳态态，液液接电势将保持稳定。接电势将保持稳定。+-选择盐桥的原则选择盐桥的原则：（1 1）正、负离子的迁移速率相近；）正、负离子的迁移速率相近；（2 2）不和相接触的电解质溶液发生反应；）不和相接触的电解质溶液发生反应；（3 3）浓度高。）浓度高。通常采用盐桥减小液接电势。通常采用盐桥减小液接电势。CuSO4ZnSO4K+Cl-K+Cl-常常用用饱饱和和KCl盐盐桥桥，因因其其浓浓度度较较大大，故故在在液液体体接接界界处处发发生生迁迁移移的的主主要要为为迁迁移移数数相相近近的的K+与与Cl-，盐盐桥桥只能降低液接电势，但不能完全消除液接电势只能降低液接电势，但不能完全消除液接电势。当当有有Ag+参参与与电电化化学学反反应应时时盐盐桥桥可可采采用用KNO3或或NH4NO3作为电解质。作为电解质。电动势的值电动势的值 -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ZnCuZnSO4CuSO4 Zn+Cu+多多孔孔隔隔板板CuCu负载负载丹尼尔电池示意图丹尼尔电池示意图丹尼尔电池的电动势由金属电极电丹尼尔电池的电动势由金属电极电势势,金属接界电势和液接电势组成金属接界电势和液接电势组成.E=(Cu)-(Cu)=(Cu)-(Cu)=(Cu)-(Cu)+(ZnSO4,aq)-(ZnSO4,aq)+(CuSO4,aq)-(CuSO4,aq)+(Zn)-(Zn)=(Cu)-(CuSO4,aq)+(CuSO4,aq)-(ZnSO4,aq)+(ZnSO4,aq)-(Zn)+(Zn)-(Cu)+液接液接+(-)+接触接触 +接触接触 +使用盐桥，使用盐桥，扩散扩散0