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1、,如何将化学反应设计成电池 (1)根据元素氧化数的变化,确定氧化-还原对 (必要时可在方程式两边加同一物质); (2)由氧化-还原对确定可逆电极,确定电解质溶液,设计成可逆电池(双液电池必须加盐桥); (3)检查所设计电池反应是否与原反应吻合。,6 可逆电池电动势的计算,Zn(s)+H2SO4(aq)H2(p)+ZnSO4(aq),(1)负极发生氧化反应:(-) Zn(s) Zn2+2e- 正极发生还原反应:(+) 2H+2e-H2(p) (2)负极为Zn(s) |Zn2+ (a1),电解质为ZnSO4; 正极为H2(p),Pt |H+(a2),电解质为H2SO4。 按连接顺序,电池表示式为:
2、 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全相同。,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Cl2(p)) 负极发生氧化反应:(-) Ag(s) Ag+(a1)+e- 正极发生还原反应:(+)AgCl(s)+e-Ag(s)+0.5Cl2(p) (2)负极为Ag(s) |Ag+ (a1),电解质为AgNO3; 正极为AgCl(s),Ag(s) |Cl- (a2),电解质为HCl。 按连接顺序,电池表示式为: Ag(s)|Ag+
3、(a1)|HCl(a2)|AgCl(s)|Ag(s) (3)复核此电池表示式对应的电化学反应,与题给相同。,(1)若已确定反应方向,则按规定的反应方向写, 并用单箭头表示反应方向;若未确定方向,则 电极反应写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 (3)反应式中不要出现电池表示式中没有的物质 (但可有H2O). (4)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:,化学电池电动势的计算,基本步骤: (1)写出电池反应的方程式; (2)代入Nernst公式计算; (3)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)。,(1)单液化学电池,H2
4、(g,p)H2SO4(a)PbSO4(s)Pb,H2(g) + PbSO4 (s)2H+ + SO42- + Pb(s),(2) 双液化学电池,ZnZn2+Cu2+Cu,Zn + Cu2+ Cu + Zn2+,计算过程中a+, a-,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能准确计算。,浓差电池电动势的计算,(1) 电极浓差电池,负极: H2(p1) 2 H+ + 2e- 正极: 2 H+ + 2e- H2(p2),H2(p1) H2(p2),p1 p2 , E 0 p1 p2 , E 0,Pt,H2(g,p1)HCl(aq,a)H2(g,p2),Pt,负极
5、: 2Cl-(a) Cl2 (p1) + 2e- 正极: Cl2 (p2) + 2e- 2Cl-(a),Cl2(p2) Cl2(p1),Pt,Cl2(g,p1)HCl(aq,a)Cl2(g,p2),Pt,p1 p2 , E 0,(2) 电解质浓差电池,AgAgCl(s)HCl(a1)HCl(a2)AgCl(s)Ag,Cl- (a1) Cl- (a2),负极: Ag + Cl- (a1) AgCl + e- 正极: AgCl + e- Ag + Cl- (a2),阴离子转移,Ag(s)Ag+(a1)Ag+(a2)Ag(s),Ag+ (a2) Ag+ (a1),负极: Ag Ag+ (a1) +
6、e- 正极: Ag+ (a2) + e- Ag,阳离子转移,电能的由物质从较高活度到较低活度之间的扩散提供。,电池标准电动势,浓差电池的特点:,(3) 液接电势的计算,离子在液接界面处的扩散迁移为:,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) (+),电池可逆放电1mol电量时,有t+mol的H和t-mol的Cl-通过界面而扩散迁移。,假设 I 0 , 此离子迁移过程可近似作为可逆 过程处理,假设迁移数不受浓度的影响,则此过程的Gibbs函数的变化,用盐
7、桥时,与两个溶液有两个接界。因盐桥中KCl的K+、Cl-的迁移率很接近(t+=0.4906),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号相反,又互相抵消一部分。另外因盐桥中KCl浓度很高(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30mv。使用KCl盐桥后可降低到13毫伏。在要求不高时,可以近似认为是可逆电池。,7 电动势的测量,测量可逆电池的电动势的仪器,为电位差计。这里要注意满足可逆电池的条件:电极反应是可逆的,因此通过的电流要无限小。 若有某一定电流通过电池时,在电池内阻上要产生电位降,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
8、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。 通常用对消法测电池电动势。,对消法测定电池电动势,1. 校准工作电流: 开关K打向D1.若在实验温度下标准电池电动势为1.01865V, 将触点打在滑线电阻AB上标记1.01865V处,调节R使G中无电流流过为止.,2. 测量未知电池电动势: 将K倒向D2.调节滑线电阻触点到适当地位C2,使电流计读数为零,C2点所标记的电压值即为被测电池的电动势.,标准电池,电池表示式: Cd(Hg)10.0%|CdSO48/3H2O(饱和)|Hg2SO4(s),Hg(l) 电池反应: (-) Cd(Hg)Cd2+Hg(l)+2e- (+)Hg2SO4(s)+2e-2Hg(l)+SO42-,净反应: Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2OCdSO48/3H2O(s)+Hg(l),Weston标准电池,镉汞双组分相图,镉标准电池的镉汞电极中Cd的含量控制在5-14%之间, 在常温下, 由相图可知, 体系处于两相区. 故在一定温度下, Cg-Hg齐的成分不会收电极组成波动的影响,所以电极具有非常稳定的电极电动势, 也保证了标准电池的电动势的精度.,