可逆电池1全解课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,桥梁公式,:,原电池,是利用电极上的氧化还原反应实现,化学能,转化为,电能,的装置。,若此转化是以热力学可逆方式进行的,可逆电池,z,z,第二部分,可逆电池及其应用,桥梁公式:原电池是利用电极上的氧化还原反应实现化学能转化为电,(1),可逆电池必须具备以下的条件,5.5,可逆电池,1.,可逆电池充放电时的反应必须互为逆反应物质的转变可逆,;,2.,可逆电池中所通过的电流必须为无限小能量的转变可逆。,(1)可逆电池必须具备以下的条件5.5 可逆电池1.可,化学反应可逆 能量变化可逆,原电池 电解池,化学反应可逆 能量变化可逆原电,Cu,极电势高为正,Cu,极,Cu,2+,+2e,Cu,Zn,极,Zn,2e,Zn,2+,Cu,2+,+Zn,Cu+Zn,2+,充电：加外加电压,V,E,放电：,E,V,Cu,2e,Cu,2+,Zn,2+,+2e,Zn,Zn,2+,+Cu,Zn+Cu,2+,电池,Zn,Cu,ZnSO,4,CuSO,4,A,V,Zn,Cu,ZnSO,4,CuSO,4,A,V,Cu极电势高为正Cu2+Zn Cu+Zn2+充电：加,放电：,EV,充电：,VE,Cu,极,:2H,+,+2e,H,2,Zn,极,:Zn,2e,Zn,2+,Cu,2e,Cu,2+,2H,+,+2e,H,2,2H,+,+Zn,H,2,+Zn,2+,2H,+,+Cu,H,2,+Cu,2+,电池,Cu,Zn,H,2,SO,4,A,V,Cu,Zn,H,2,SO,4,A,V,显然电池,不是可逆电池,放电：EV充电：VECu极:2H+2e H2 C,1,、第一类电极,这类电极一般是将某种,金属,或,吸附了某种气体的惰性金属,置于含有,该元素离子,的溶液中构成的。如金属电极、氢电极、氧电极和卤素电极等。,（,2,）电极的种类,与原电池符号,按氧化态、还原态物质的状态不同，一般将电极分为,三类,。,(a),金属,-,金属离子电极,(b),气体,-,离子电极,符号：,Zn(,s,)|,Zn,2+,(,a,),Zn,2+,(,a,)|Zn(,s,),符号：,Pt(s)|H,2,(,p,)|H,+,(,a,),符号：,Cl,-,(,a,)|Cl,2,(,p,)|C(,石墨,),1、第一类电极（2）电极的种类与原电池符号按氧化态、还原,第一类电极及其反应,电极 电极反应,M,z,+,(,a,+,)|M(s)M,z,+,(,a,+,)+,z,e,-,M(s),H,+,(,a,+,)|H,2,(,p,),Pt2H,+,(,a,+,)+2e,-,H,2,(,p,),OH,-,(,a,-,)|H,2,(,p,),Pt 2H,2,O+2e,-,H,2,(,p,)+2OH,-,(,a,-,),H,+,(,a,+,)|O,2,(,p,),PtO,2,(,p,)+4H,+,(,a,+,)+4e,-,2H,2,O,OH,-,(,a,-,)|O,2,(,p,),Pt O,2,(,p,)+2H,2,O+4e,-,4OH,-,(,a,-,),Cl,-,(,a,-,)|Cl,2,(,p,),Pt Cl,2,(,p,)+2e,-,2Cl,-,(,a,-,),Na,+,(,a,+,)|Na(Hg)(,a,)Na,+,(,a,+,)+,n,Hg+e,-,Na(Hg),n,(,a,),第一类电极及其反应电极 电极反应Mz+(a,2,、第二类电极,金属,难溶盐,电极、,金属,难溶氧化物,电极,符号：,Ag,-,AgCl|Cl,-,(,a,),(a),金属,难溶盐电极,在,金属,上覆盖一层,该金属的难溶盐,，然后将它浸入,含有与该难溶盐具有相同负离子,的溶液中而构成。常见：,银,氯化银电极；甘汞电极。,(b),金属,难溶氧化物电极,以锑氧化锑电极为例：在,锑棒,上履盖一层,三氧化二锑,，将其浸入含有,H,+,或,OH,的溶液中就构成了,锑氧化锑,电极。此电极对,H,+,和,OH,可逆,。,Sb,2,O,3,(s)+3H,2,O+6e,2Sb+6OH,OH,(,a,),H,2,O,Sb,2,O,3,(,s,),Sb,2、第二类电极符号：Ag-AgCl|Cl-(a)(a)金,第二类电极及其反应,电极 电极反应,Cl,-,(,a,-,)|AgCl(s)|Ag(s),AgCl(s)+e,-,Ag,(s)+Cl,-,(,a,-,),OH,-,(,a,-,)|Ag,2,O|Ag(s)Ag,2,O(s)+H,2,O+2 e,-,2Ag(s)+2O,H,-,(,a,-,),H,+,(,a,+,)|Ag,2,O(s)|Ag(s)Ag,2,O+2H,+,(,a,+,)+2e,-,2Ag,(s)+H,2,O,第二类电极及其反应电极 电极反应Cl-(a,、许多负离子没有对应的第一类电极，但可制成第二类电极。如,SO,4,2,C,2,O,4,2,Hg-Hg,2,SO,4,|SO,4,2,第二类电极的应用意义：,、,OH,Cl,虽有对应的第一类电极，但也常制成第二类电极，因为制备容易，使用方便。,、许多负离子没有对应的第一类电极，但可制成第二类电极。如,3,、氧化还原电极,由,惰性金属,如铂片插入含有某种离子的,两种不同氧化态,的溶液中而构成。,符号：,C,石墨,|Fe,3+,(,a,1,),Fe,2+,(,a,2,),电极 电极反应,Fe,3+,(,a,1,),Fe,2+,(,a,2,)|PtFe,3+,(,a,1,)+e,-,Fe,2+,(,a,2,),Cu,2+,(,a,1,),Cu,+,(,a,2,)|PtCu,2+,(,a,1,)+e,-,Cu,+,(,a,2,),Sn,4+,(,a,1,),Sn,2+,(,a,2,)|PtSn,4+,(,a,1,)+2e,-,Sn,2+,(,a,2,),3、氧化还原电极由惰性金属如铂片插入含有某种离子的两种不同氧,Pt,Sn,4+,Sn,2+,Sn,4+,Sn,2+,PtSn4+,Sn2+Sn4+,Sn2+,(3),电池电动势的测定,原电池电动势是在电池的,电流趋于零,的情况下两极之间的,电势差,。,工作电池,检流计,标准电池,A,C,C,B,原理,:,是用一个方向相反、数值相同的电动势来对抗待测电池的电动势，使电路中没有电流通过。,波根多夫（,Poggendorff,）,对消,法：,标准电池电动势,E,N,待测电池电动势,E,x,待测电池,(3)电池电动势的测定 原电池电动势是在电池的电流,问题：为什么不能直接用普通的伏特计来测量可逆电池的电动势？,普通,伏特计,是根据,欧姆定律,设计的，当它串连在电池两端时，所量出的是电池的,端电压,IR,，而,E,=,I,(,R,+,r,),显然，只有当电池内部压降,I,r,趋于零,时，,端电压,才能趋于,电池电动势,，即,I,R,E,。但电池的,内阻,r,是无法消除,的，这就要求,I,0,，才能使,I,r,0,，然而，,伏特计,工作时,需要一定的电流,。当,I,0,时，,伏特计不能工作,。故普通伏特计是无法精确测量电动势。,问题：为什么不能直接用普通的伏特计来测量可逆电池的电动势？,注意事项：,1.,无论是校正还是测量，都必须使检流计,G,指零，即电池中无电流通过，否则，就失去电池的可逆性。这也是不能用伏特计测量的原因。,2.,调整,R,，,R,X,时要快，即电流通过的时间尽量短。具体操作时，按钮开关按的时间要短。,3.,电池两极不能接反，否则，不能对消，即检流计永不能指零。另外，电流太大，损坏电池。,注意事项：1.无论是校正还是测量，都必须使检流计G指零，即电,韦斯顿标准电池,电池反应：,(-)Cd(Hg)-2e,-,Cd,2+,+Hg(l),(+)Hg,2,SO,4,(s)+2e,-,2Hg(l)+SO,4,2-,净反应：,Hg,2,SO,4,(s)+Cd(Hg)(,a,)+8/3H,2,O,CdSO,4,8/3H,2,O(s)+Hg(l),E,T,/V=1.01845-4.0510,-5,(,T,/K-293.15),-9.510,-7,(T/K-293.15),2,+110,-8,(,T,/K-293.15),3,通常要把标准电池恒温、恒湿存放，使电动势稳定。,韦斯顿标准电池电池反应：净反应：ET/V=1.01845,标准电池,结构：,标准电池结构：,负极|电解质溶液,(,浓度,),|正极,丹尼尔电池：,(,-,),Zn|ZnSO,4,(,c,1,),CuSO,4,(,c,2,)|Cu(,+,),(,-,),Pt|Fe,2+,(,c,1,),Fe,3+,(,c,2,),Cl,-,(,c,3,)|Cl,2,(,p,1,)|Pt(,+,),(4),电池的书面表示法,(1),电池的书面表示法,2,F,e,3,+,+,2,C,l,-,2,F,e,2,+,+,C,l,2,负极|电解质溶液(浓度)|正极 丹尼尔电池：(-)Pt|,1.,左,边为负极，起,氧化,作用；,右,边为正极，起,还原,作用。,3.“|”,表示不同物相的界面,(,有时也用逗号表示,),。,4.“|”,表示盐桥，使液接电势降到可以忽略不计。,5.“,”,表示半透膜。,6.,要注明温度，不注明就是,298.15 K,；要注明物态，气体要注明压力；溶液要注明浓度。,7.,气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性电极，通常是铂电极。,2.,按,实际顺序,用化学式,从左到右,依次排列出各个,相的组成,和,相态,（气、固、液）,8.,气体电极,(,气体与惰性电极,),写法：,Pt(s)|H,2,(,p,)|H,+,(,a,)Pt(s),H,2,(,p,)|H,+,(,a,)(Pt)H,2,(,p,)|H,+,(,a,),1.左边为负极，起氧化作用；右边为正极，起还原作用。3.“,(2),可逆电池电动势的取号,D,r,G,m,=,-,zEF,自 发 电 池：,D,r,G,m,0,例如：,Zn(s)|Zn,2+,|Cu,2+,|Cu(s),Zn(s)+Cu,2+,Zn,2+,+Cu(s),D,r,G,m,0,非自发电池：,D,r,G,m,0,，,E,0,，,E,0,E,=,j,+,-,j,-,(2)可逆电池电动势的取号DrGm=-zEF例如：非自,(3),由电池表达式写电池反应,先分别写出左侧电极发生的氧化反应，右侧电极发生的还原反应，然后将两者相加即可。,例：,(Pt)H,2,(g),H,2,SO,4,(m),Hg,2,SO,4,(s),Hg(l),左侧，负极：,H,2,2e,-,2H,右侧，正极：,Hg,2,SO,4,(s),2e,-,2Hg,SO,4,2-,总反应：,H,2,(g),Hg,2,SO,4,(s),2Hg(l),H,2,SO,4,(m),(Pt),Sn,4+,Sn,2+,Tl,3+,Tl,+,(Pt),左侧，负极：,Sn,2+,2e,-,Sn,4+,右侧，正极：,Tl,3+,2e,-,Tl,+,总反应：,Sn,2+,+,Tl,3+,Sn,4+,+Tl,+,(3)由电池表达式写电池反应 先分别写出左侧电极,一般抓住三个环节,1),确定电极（前述三类电极）；,2),确定电解质溶液，特别是电池反应式中没有离子出现的反应；,3),复核（十分重要，以免出错）,(4),原电池的设计,一般抓住三个环节(4)原电池的设计,设计方法,为：,（,1,）,将物理化学过程分为,二部分,：一部分发生,氧化,反应；另一部分为,还原,反应，其,总的结果,与该过程,相同,。,（,2,）,将,氧化,反应的部分作为,负极,；,还原,部分作为,正极,。从,左,到,右,，由,负极,开始，按照实际,顺序,写出各个相，直到,正极,，液与液相之间一般加上,盐桥,，用“,|,”,表示,设计方法为：,电极直观：金属氧化物电极，其中,Pb-PbO,为负极，因为反应中,Pb,氧化为,PbO,。,Pb(s)+HgO(s)=PbO(s)+Hg(,l,),Pb(s)+HgO(s)=PbO(s)+Hg(,l,),设计,:Pb(s)-PbO(s