如何将化学反应设计成电池精品文稿.ppt
如何将化学反应设计成电池第1页，本讲稿共21页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-正正极发生还原反应：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完）复核此电池表示式对应的电化学反应与题给完全相同。全相同。第2页，本讲稿共21页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。第3页，本讲稿共21页（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，并用并用单箭头表示反应方向；若未确定方向，则单箭头表示反应方向；若未确定方向，则电极反应写电极反应写成还原反应并用双箭头表示可逆。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（但可有可有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：第4页，本讲稿共21页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)。第5页，本讲稿共21页(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)第6页，本讲稿共21页(2)(2)双液化学电池双液化学电池ZnZn2+Cu2+CuZn+Cu2+Cu+Zn2+计算过程中计算过程中a+，a-，均用两种电解质溶液各自的，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。能准确计算。第7页，本讲稿共21页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第9页，本讲稿共21页(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)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第10页，本讲稿共21页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第11页，本讲稿共21页电能的由物质从较高活度到较低活度之间的扩电能的由物质从较高活度到较低活度之间的扩散提供。散提供。电池标准电动势电池标准电动势浓差电池的特点：浓差电池的特点：第12页，本讲稿共21页(3)(3)液接电势的计算液接电势的计算离子在液接界面处的离子在液接界面处的扩散迁移为：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-电电池池可可逆逆放放电电1mol电电量量时时，有有 t+mol的的 H和和 t-mol的的Cl-通通过过界界面面而而扩扩散迁移。散迁移。第13页，本讲稿共21页假设假设 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函数函数的变化的变化第14页，本讲稿共21页第15页，本讲稿共21页 用盐桥时，与两个溶液有两个接界。因盐桥中用盐桥时，与两个溶液有两个接界。因盐桥中KCl的的K+、Cl-的迁移率很接近的迁移率很接近(t+=0.4906)，在两个接，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。另外因盐桥中号相反，又互相抵消一部分。另外因盐桥中KCl浓度很浓度很高（饱和），可以掩盖其它离子的迁移，故盐桥能大高（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。通常液接电势约为大降低液接电势。通常液接电势约为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，可以近似毫伏。在要求不高时，可以近似认为是可逆电池。认为是可逆电池。第16页，本讲稿共21页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。这里要测量可逆电池的电动势的仪器，为电位差计。这里要注意满足注意满足可逆电池可逆电池的条件：电极反应是可逆的，因此通的条件：电极反应是可逆的，因此通过的电流要无限小。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，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。能直接用伏特计来测量电池的电动势。通常用通常用对消法对消法测电池电动势。测电池电动势。第17页，本讲稿共21页 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.测量未知电池电动势测量未知电池电动势:将将K倒向倒向D2.调节滑线调节滑线电阻触点到适当地位电阻触点到适当地位C2,使使电流计读数为零电流计读数为零,C2点点所标记的电压值所标记的电压值即为被测电池的电动势即为被测电池的电动势.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第18页，本讲稿共21页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)第19页，本讲稿共21页Weston标准电池标准电池第20页，本讲稿共21页镉汞双组分相图镉汞双组分相图镉镉标标准准电电池池的的镉镉汞汞电电极极中中Cd的的含含量量控控制制在在5-14%之之间间,在在常常温温下下,由由相相图图可可知知,体体系系处处于于两两相相区区.故故在在一一定定温温度度下下,Cg-Hg齐齐的的成成分分不不会会收收电电极极组组成成波波动动的的影影响响,所所以以电电极极具具有有非非常常稳稳定定的的电电极极电电动动势势,也也保保证证了了标标准准电电池池的的电电动动势势的精度的精度.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第21页，本讲稿共21页
