物理化学可逆电池电动势省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、物理化学电子教案第九章10/10/第1页第九章 可逆电池电动势及其应用9.1 可逆电池和可逆电极9.2 电动势测定9.3 可逆电池书写方法及电动势取号9.4 可逆电池热力学9.5 电动势产生机理9.6 电极电势和电池电动势9.7 电动势测定应用9.8 内电位、外电位和电化学势10/10/第2页9.1 可逆电池和可逆电极可逆电池和可逆电极可逆电池可逆电池可逆电极和电极反应可逆电极和电极反应第3页主要公式:电化学与热力学联络第4页怎样把化学反应转变成电能?怎样把化学反应转变成电能?1。该化学反应是氧化还原反应,或包含有氧化。该化学反应是氧化还原反应,或包含有氧化还原过程还原过程2。有适当装置,使化
2、学反应分别经过在电极上。有适当装置,使化学反应分别经过在电极上反应来完成反应来完成3。有两个电极和与电极建立电化学平衡对应电。有两个电极和与电极建立电化学平衡对应电解质解质4。有其它从属设备,组成一个完整电路。有其它从属设备,组成一个完整电路第5页常见电池类型常见电池类型单液电池单液电池第6页常见电池类型常见电池类型双液电池双液电池用素烧瓷分开用素烧瓷分开第7页常见电池类型常见电池类型双液电池双液电池用盐桥分开用盐桥分开第8页化学反应可逆原电池 电解池组成可逆电池必要条件组成可逆电池必要条件能量改变可逆第9页净反应:作电解池阴极:阳极作原电池 Zn(s)|ZnSO4|HCl|AgCl(s)|A
3、g(s)组成可逆电池必要条件组成可逆电池必要条件净反应第10页金属与其阳离子组成电极氢电极氧电极卤素电极汞齐电极 金属-难溶盐及其阴离子组成电极金属-氧化物电极氧化-还原电极第一类电极第二类电极第三类电极可逆电极类型第11页第一类电极电极反应电极电极反应(还原)第12页第二类电极电极反应电极电极反应(还原)第13页第三类电极电极反应电极电极反应(还原)第14页9.2 电动势测定对消法测电动势标准电池第15页对消法测定电动势原理图第16页对消法测电动势试验装置工作电源电位计检流计标准电池待测电池第17页正正负负Weston标准电池结构简图标准电池第18页Weston标准电池反应负极正极净反应中含
4、镉298.15K时第19页 为何在定温度下,含Cd质量分数在0.050.14之间,标准电池电动势有定值?从Hg-Cd相图可知,在室温下,镉汞齐中镉质量分数在0.050.14之间时,系统处于熔化物和固溶体两相平衡区,镉汞齐活度有定值。而标准电池电动势只与镉汞齐活度相关,所以也有定值。问 题第20页RT第21页通常要把标准电池恒温、恒湿存放,使电动势稳定。标准电池电动势与温度关系第22页ET/V=E(293.15K)/V-39.94(T/K-293.15)+0.929(T/K-293.15)2-0.009(T/K-293.15)3+0.00006(T/K-293.15)410-6我国在1975年提
5、出公式为:标准电池温度系数很小第23页 9.3 可逆电池书写方法及电动势取号可逆电池书写方法 可逆电池电动势取号第24页1.左边为负极,起氧化作用,是阳极;2.“|”表示相界面,有电势差存在。“”表示半透膜。4.要注明温度,不注明就是298.15 K;5.电池电动势等于右边正极还原电极电势减去左边负极还原电极电势右边为正极,起还原作用,是阴极。要注明物态;气体要注明压力和依附惰性金属;溶液要注明浓度或活度。可逆电池书写方法3.“”或“”表示盐桥,使液接电势降到忽略不计第25页(1)(2)第26页左氧化,负极右还原,正极净反应或第27页从化学反应设计电池(1)Zn(s)+H2SO4(aq)H2(
6、p)+ZnSO4(aq)验证:Zn(s)|ZnSO4(aq)|H2SO4(aq)|H2(p)|Pt净反应:Zn(s)+2H+Zn2+H2(p)第28页从化学反应设计电池(2)净反应:验证:第29页比如:Zn(s)|Zn2+|Cu2+|Cu(s)Zn(s)+Cu2+Zn2+Cu(s)DrGm0Cu(s)|Cu2+|Zn2+|Zn(s)Zn2+Cu(s)Zn(s)+Cu2+DrGm0,E0 可逆电池电动势取号 自发电池 非自发电池第30页 可逆电池电动势取号 非自发电池净反应:第31页 9.4 可逆电池热力学Nernst 方程从标准电动势E求反应平衡常数 由电动势E及其温度系数求反应 和第32页
7、Nernst 方程负极,氧化正极,还原净反应化学反应等温式为第33页因为代入上式得这就是计算可逆电池电动势 Nernst 方程 Nernst 方程第34页 与 所处状态不一样,处于标准态,处于平衡态,只是 将二者从数值上联络在一起。从E求电池反应平衡常数K 第35页E,K 和 值与电池反应关系第36页第37页 9.5 电动势产生机理 电极与电解质溶液界面间电势差形成 接触电势 液体接界电势*液接电势计算公式电池电动势产生第38页 在金属与溶液界面上,因为正、负离子静电吸引和热运动两种效应结果,溶液中反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近,相距约一、二个离子厚度称为紧密层;另一部分离子按一定浓度
8、梯度扩散到本体溶液中,称为扩散层。电极与电解质溶液界面间电势差形成 金属表面与溶液本体之间电势差即为界面电势差。紧密层和扩散层组成了双电层。第39页电极表面x扩散双电层模型扩散双电层模型第40页接触电势电子逸出功 电子从金属表面逸出时,为了克服表面势垒必须做功。逸出功大小既与金属材料相关,又与金属表面状态相关。不一样金属相互接触时,因为电子逸出功不一样,相互渗透电子不一样,在界面上电子分布不均匀,由此产生电势差称为接触电势。第41页简称液接电势(liquid junction potential)在两个含不一样溶质溶液界面上,或溶质相同而浓度不一样界面上,因为离子迁移速率不一样而产生电势差液体
9、接界电势 液接电势很小,普通在0.03 V以下。离子扩散是不可逆,所以有液接电势存在电池也是不可逆,且液接电势值很不稳定。用盐桥能够使液接电势降到能够忽略不计。第42页 盐桥只能降低液接电势,但不能完全消除。只有电池反串联才能完全消除Ej,但化学反应和电动势都会改变。作盐桥电解质要具备:惯用饱和KCl盐桥,因为K+与Cl-迁移数相近,当有Ag+时,用KNO3或NH4NO3。盐桥中盐浓度要很高,惯用饱和溶液。盐桥作用 盐桥是一个U型玻璃管,其中充满含有电解质饱和溶液琼脂冻胶不与电池中电解质发生反应第43页液体界面间电迁移(设经过1mol电量)整个迁移过程Gibbs自由能改变为液接电势计算公式第4
10、4页对1-1价电解质,设:测定液接电势,可计算离子迁移数。第45页总电动势 E 与 Ec,Ej 关系第46页 电池电动势产生第47页 9.6 电极电势和电池电动势 标准电极电势标准氢电极 电池电动势计算第48页要求:标准氢电极用镀铂黑金属铂导电第49页氢标还原电极电势阳极,氧化(-)以标准氢电极为阳极,待测电极为阴极,因为 为零,所测电动势即为待测电极氢标还原电极电势。阴极,还原(+)电池净反应第50页电极电势大小反应了电极上可能发生反应次序 电极电势越小,越轻易失去电子,越轻易氧化,是较强还原剂 电极电势越大,越轻易得到电子,越轻易还原,是较强氧化剂 利用标准电动序,在原电池中,能够判断哪个
11、做正极,哪个为负极。电势小者氧化为负极 在电解池中,能够判断电极上发生反应次序,阳极上小者先氧化,阴极上大者先还原第51页E增大(非自发电池)(自发电池)第52页电极电势计算通式这是计算电极还原电极电势 Nernst 方程第53页电极电势计算通式比如有电极电极还原反应为电极电势计算式为第54页0.10.33371.00.2801饱和0.2412 氢电极使用不方便,用有确定电极电势甘汞电极作二级标准电极。二级标准电极甘汞电极第55页二级标准电极甘汞电极第56页电池反应分别为电池电动势计算第57页电池电动势计算电池电动势计算通式第58页净反应电池电动势计算计算方法1:第59页注意事项电池电动势计算
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