物理化学第七章第五节

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1、2018/9/19,第七章 电化学,一、电池的表示方法 二、可逆电池 三、可逆电极 四、电极反应与电池反应 五、原电池设计,第五节 可逆电池与可逆电极,2018/9/19,一、电池的表示方法,用图示法表示电池时,应遵循如下规定: (1)将发生氧化反应的阳极(负极)写在左边,将发生还原 反应的阴极(正极)写在右边; (2)金属电极写在外面,电解质溶液写在中间; 如Zn(s)|ZnSO4; (3)用实垂线“|”表示相与相之间的界面,用双竖线“”表示盐 桥; (4)必须标明电池中各物质的组成和相态,溶液要写明浓度,2018/9/19,或活度,气体要注明压力或逸度。,如铜-锌电池(Daniell电池)

2、用图示法可表示为:Zn(s)|ZnSO4(1mol/kg)CuSO4(1mol/kg)|Cu(s),二、可逆电池,根据热力学可逆过程的概念,可逆电池必须具备以下条件: (1)电极反应可逆。也就是说,当相反方向的电流通过电极 时,电极反应也应随之逆向进行,当电流停止时,反应也应 停止。 (2)电池的充、放电过程可逆。即不论是充电还是放电,通,2018/9/19,过电池的电流必须为无限小,使电池在接近平衡态的条件下工作。这样的充电、放电过程就是可逆充电和可逆放电过程。 (3)电池中的其它过程可逆。对于如同丹尼耳电池的双液电池而言,两种溶液接界面存在着离子的扩散,该过程是不可逆的,存在着接界电势。如

3、果在两种溶液中插入盐桥则可消除液体接界电势。严格地说,只有一种电解质溶液构成的电池才能成为可逆电池,对双液电池而言,若满足(1)和(2),在有盐桥存在的情况下可视为可逆电池。,2018/9/19,三、可逆电极,1、第一类电极,可逆电极:可逆电池构成的首要条件之一是两个电极的电极反应 必须是可逆的。,(1)金属电极 金属电极是由金属浸入该金属离子的溶液中构成的,其通式 为M|M z+。,如:Zn(s)|Zn2+(a)、Cu(s)|Cu2+(a)等,Cu(s)|Cu2+(a)的还原电极反应为,2018/9/19,(2)气体(或其他非金属单质)电极 此类电极是由惰性金属电极和非金属单质及其离子形成的

4、电极。 如Pt|H2(g)|H+(a)、Pt|Cl2(g)|Cl-(a)等。氢电极的还原 反应为,2、第二类电极 (1)金属-难溶盐电极 金属-难溶盐电极是金属与其金属难溶盐和该金属难溶盐阴离子 构成的电极。,2018/9/19,如银-氯化银电极 Cl-(a)|AgCl(s)|Ag(s)和甘汞电极 Cl-(a)|Hg2Cl2(s)|Hg(l),其还原电极反应分别为:,(2)金属-难溶氧化物电极 金属-难溶氧化物电极是在金属表面上覆盖一层该金属的难溶 氧化物(或难溶氢氧化物),然后将其插入含有H+离子或OH- 离子的溶液中形成电极。,2018/9/19,如OH-(a)| Ag2O(s)| Ag(

5、s)、OH-(a)| Fe(OH)2(s) | Fe(s) 、H+(a)| Sb2O3(s)| Sb(s)等,其还原电极反应 分别为:,3、第三类电极 第三类电极又称氧化还原电极。是由惰性金属(如Pt)插入含 有某种离子的不同价态的溶液中构成。常见的氧化还原电极有,2018/9/19,Pt|Fe3+(a1),Fe2+(a2)、Pt|Cr3+ (a1),Cr2+(a2)、 Pt|Cu2+(a1),Cu+(a2)等。 还原电极反应为:,四、电极反应与电池反应,1、电极反应与电池反应,在电池的两个电极上发生的化学反应为电极反应,阳极上进行 的是氧化反应,阴极上进行的还原反应,两个电极反应之和为 电池

6、反应。,2018/9/19,因而,如给出一电池图示,就能写出电极反应和电池反应。如,(1)Pt|Cu2+(a1),Cu+(a2)Fe3+(a3),Fe2+(a4)|Pt (2)Pt|O2 (p)|NaOH(a=1)|HgO(s)|Hg(l) (3) Pt|H2(g,p1)|H+(a)|H2(g,p2)|Pt (4)Pt|H2(g,p)|H+(a1)H+(a2)|H2(g,p)|Pt,解:,(1)阳极反应,阴极反应,电池反应,2018/9/19,(2)阳极反应 阴极反应 电池反应,(3)阳极反应 阴极反应 电池反应,(4)阳极反应 阴极反应 电池反应,2018/9/19,2、原电池的分类,(1)

7、按照电池反应的不同,原电池可分为化学电池和浓差电池。化学电池的电池反应为化学反应,如(1)、(2); 浓差电池 的电池反应不是化学反应,如(3)和(4)。,(2)按照电池组成的不同,原电池可分为单液电池和双液电池。单液电池两电极共用同一电解质溶液,如(2)和(3);双液电池,两电极各用一种电解质溶液,(1)和(4)。,(3)浓差电池又分为两类,电极物质浓度或压力不同的称为电极浓差电池,如(3),电解质溶液浓度不同的称为电解质浓差电池,如(4)。,2018/9/19,五、原电池设计,原电池设计的步骤为,根据电极反应中各元素氧化数的变化确定电极反应的氧还对, 将发生氧化反应的氧还对作为阳极(负极)

8、,将发生还原反应 的氧还对作为阴极(正极)。 按照书写原电池图示的规定写出电池表示式。若组成原电池 的是两种不同的电解质溶液,则在两种溶液之间插入盐桥。 写出所设计电池的电极反应、电池反应与给定反应进行核对, 确保电池反应与给定反应相符。,2018/9/19,如将下列反应设计成原电池,(1) (2)(3),解:(1)Cd失去电子被氧化,对应电极为阳极;Cu2+得到电子被还原,对应电极为阴极。其相应的电池图示应为:,Cd(s)|Cd2+(a2)Cu2+(a1)|Cu(s),检验:阳极反应 阴极反应 电池反应,2018/9/19,反应与题给反应一致,所以设计的电池符合要求。,(2) 该反应中有Ag

9、2O和Ag、O2,所以两个电极应该为金属-金属难溶氧化物电极和金属-非金属单质电极,其中O2对应电极为阳极,Ag2O和Ag对应电极为阴极,其相应的电池图示应为:Pt|O2(g,p)|OH-(a)|Ag2O(s)|Ag(s),检验:阳极反应 阴极反应 电池反应,2018/9/19,(3)该反应中各物质反应前后价态均没有发生变化,可在等式两边同时加上Ag(s)制造氧还对。则,Ag(s),应为:,升高,即I-(a2)|AgI(s)|Ag(s)作阳极,而,氧化数,氧化数降低,,所以,|,作阴极。其相应的电池图示,Ag(s)|AgI(s)|I-(a2)Ag+(a1)|Ag(s),检验:阳极反应 阴极反应 电池反应,反应与题给反应一致,说明设计正确。,

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