物化—电化学课件：7-05可逆电池.ppt

1、1可逆电池及韦斯顿标准电池可逆电池及韦斯顿标准电池1. 原电池原电池2伏打电池将不同的金属片插入电解质水溶液形成的电池，通称伏打电池将不同的金属片插入电解质水溶液形成的电池，通称伏打电池 3) s (Cu)(Zn)(CuZn(s) ) s (Cue2)(Cu e2)(Zn) s (Zn12222212 aaaa电电池池反反应应：阴阴极极反反应应：阳阳极极反反应应： Zn + CuZnSO4(1mol kg1)CuSO4(1mol kg1)多孔多孔隔膜隔膜 铜锌电池铜锌电池Zn(S)|ZnSO4 (1mol kg1) CuSO4(1mol kg1) | Cu(S)丹尼尔电池4铜铜 - 银电池银电

2、池阳极阳极(): Cu Cu2+ (1mol kg1) + 2e 阴极阴极(): 2Ag+ (1mol kg1) + 2e 2Ag电池反应电池反应:Cu + 2Ag+ (1mol kg1) Cu2+(1mol kg1)+2AgCu|Cu(NO3)2(1mol kg1) AgNO3(1mol kg1) |Ag, Cu5铜铜 - 银电池银电池Cu|Cu(NO3)2(1mol kg1) AgNO3(1mol kg1) |Ag, Cu6书写电极反应和电池反应, 必须满足物质的量及电量平衡, 同时, 离子或电解质溶液应标明活度(或浓度), 气体应标明压力, 纯液体或纯固体应标明相态。书写电池图式书写电池

3、图式, 应把应把阳极阳极写在写在左边左边, 阴阴极极写在写在右边右边, 并按顺序根据化学式从并按顺序根据化学式从左到右依次排列各个相的物质、组成左到右依次排列各个相的物质、组成(a或或p)及相态及相态(g、l、s); 用单垂线用单垂线“”表示相与相间的表示相与相间的界面界面, 用虚线用虚线“”表示两个液体的接界面，表示两个液体的接界面，用双虚线用双虚线“ ”表示已用表示已用盐桥盐桥消除了消除了液体接界电势的两液体间的接界面液体接界电势的两液体间的接界面. 8原电池的电动势原电池的电动势是在通过电池的是在通过电池的电流趋于零电流趋于零的的情况下两极之间的电势差情况下两极之间的电势差.Zn(s)Z

4、nSO4(1molkg1) CuSO4(1mol kg1)Cu(s)如如Cu-Zn电池的电池图式：电池的电池图式：92. 可逆电池可逆电池电池的可逆包括三方面的含义：电池的可逆包括三方面的含义： (1) 化学可逆性化学可逆性 即物质可逆即物质可逆。要求两个电极在充电。要求两个电极在充电时均可严格按放电时的电极反应式逆向进行。时均可严格按放电时的电极反应式逆向进行。 (2) 热力学可逆性热力学可逆性 即能量可逆即能量可逆。要求电池在无限接。要求电池在无限接近平衡的状态下工作。要满足能量可逆的要求，电池必近平衡的状态下工作。要满足能量可逆的要求，电池必须在电流趋于无限小、即须在电流趋于无限小、即I

5、0的状态下工作。的状态下工作。 (3) 实际可逆性实际可逆性 即没有由液接电势等因素引起的实即没有由液接电势等因素引起的实际过程的不可逆性。际过程的不可逆性。10电池电池(i) ZnZnSO4(aq)CuSO4(aq)CuCu)(Zn)(CuZn Cue2)(Cue2)(ZnZn 12222212 aaaa电电池池反反应应：阴阴极极：阳阳极极：当当E E(环环) 时发生的电极及电池反应：时发生的电极及电池反应：可逆电池的条件之一可逆电池的条件之一: 电极反应必须是可逆向进行的电极反应必须是可逆向进行的.11当当E E(环环)和和E E(环环)时发生的电极及电池反应：时发生的电极及电池反应：)(

6、Cl2Ag2)(ZnAgCl(s)2Zn )(Cl2Ag2e22AgCl(s) e2)(ZnZn 22aaaa 电电池池反反应应：阴阴极极：阳阳极极：13当当E E(环环)和和E E(环环)条件下条件下发生的电池反应不是互逆的发生的电池反应不是互逆的, 该电池不可能该电池不可能作为可逆电池作为可逆电池.14可逆电池的条件之二可逆电池的条件之二: 通过电池的电流为无通过电池的电流为无限小限小.可逆的电极过程可逆的电极过程, 系统内外的系统内外的电动势电动势只能相只能相差无限小差无限小, 即即 E = E(环环) dE15可逆电池所作的电功为可逆电池所作的电功为可逆非体积功可逆非体积功Wr , 故

7、与反应系统的吉布斯函数变的关系为故与反应系统的吉布斯函数变的关系为 G = Wr (恒温恒压恒温恒压)当电池经可逆放电和可逆充电并回到始态当电池经可逆放电和可逆充电并回到始态时时, G = 0, 故故Wr 也为零也为零, 即系统和环境的状态即系统和环境的状态同时复原同时复原. 16此外此外, 可逆电池中进行的可逆电池中进行的其它过程也是可逆的其它过程也是可逆的.如果电池中存在两种电解液如果电池中存在两种电解液,则在其界面两侧则在其界面两侧进行的离子扩散显然是不可逆的，严格地说就进行的离子扩散显然是不可逆的，严格地说就不是可逆电池不是可逆电池.17可逆电池的条件可逆电池的条件: 电极反应必须是可

8、逆向进行的电极反应必须是可逆向进行的.通过电池的电流为无限小通过电池的电流为无限小.其它过程也是可逆的其它过程也是可逆的.183. 韦斯顿标准电池韦斯顿标准电池 韦斯顿标准电池韦斯顿标准电池+CdSO4 饱和溶饱和溶液液CdSO4 (8/3)H2OCd-Hg齐齐HgHg+Hg2SO4 1912.5%Cd(汞齐汞齐)|CdSO4 H2O(s)|CdSO4饱和溶液饱和溶液|Hg2SO4(s)|Hg(l)38 2eO(s)H38CdSO)O(H38SO)Cd(24224l汞汞齐齐阳阳极极 2442SO)Hg(22e(s)SOHgl阴阴极极O(s)H38CdSO)(Hg2)O(H38)(SOHg)Cd

9、(24242 lls汞汞齐齐电电池池反反应应韦斯顿电池的电动势稳定韦斯顿电池的电动势稳定, 随温度改变随温度改变很小很小, 适宜用作电动势测定的标准电池适宜用作电动势测定的标准电池.204. 电池电池电动势的测定电动势的测定电池电动势的测定必须在电池电动势的测定必须在电流趋于零电流趋于零的条件下进行的条件下进行. 对消法测电动势原理图对消法测电动势原理图+工作电池工作电池待测电池待测电池标准电池标准电池检流计检流计ABCC II当检流计中无电流通过时当检流计中无电流通过时, 待测电池待测电池 Ex = IRAC 标准电池标准电池 EN = IRAC CAACEEx N得得实验室一般采用实验室一

10、般采用电位差计电位差计测定电动势测定电动势.电动势测量原理动画演示电动势测量原理动画演示21 干电池构造干电池构造 锌皮作阳极锌皮作阳极, 碳碳棒作阴极棒作阴极,糊状糊状MnO2 / ZnCl2 / NH4Cl 混混合物为电解质合物为电解质22 将铜片和锌片插入葡萄柚中将铜片和锌片插入葡萄柚中, 组成的电组成的电池产生池产生0.9V的电势差的电势差. 水和柠檬酸是电水和柠檬酸是电解质解质.可充电的镍可充电的镍-镉电池镉电池23铅酸蓄电池构造铅酸蓄电池构造24钠钠 - 硫电池硫电池 阳极产生的阳极产生的 Na+ 通过通过 -Al 隔膜进入阴极隔膜进入阴极区与区与 S2中和电性中和电性.25多孔多孔Ni多孔多孔Ni和和NiOKOH, H2OH2O2负载负载ee 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 实实物是美国载人航天物是美国载人航天飞机上使用的燃料飞机上使用的燃料电池电池.