5.6电池电动势与电极电势解析.pptVIP

第六节 电池电动势与电极电势 一、电池电动势的构成 （一）电极-溶液界面电势差 将金属片插入水中，晶格中的金属离子将与水分子发生水合作用，而溶入水相，使金属表面带负电，而液相带正电，在固液界面上形成双电层结构。 金属 - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + 紧密层：厚度约为10-10m，因静电吸引而形成； 双电层结构示意图 紧密层 扩散层：厚度约10-10m～10-6m，因离子的热运动而形成。 扩散层 一、电池电动势的产生机理 如果将金属浸入含有该金属离子的水溶液中，在固液界面处也将形成双电层，只是当溶液中的金属离子更容易获得电子时，金属表面带正电，而液相带负电。 金属-溶液界面上双电层的存在，阻止了金属离子进一步向溶液中的溶入或向电极表面的沉积，最后达成平衡，形成电势差，称为电极-溶液界面电势差。 一、电池电动势 （二）接触电势 金属晶格中的电子可以从金属表面逸出。由于不同金属的电子逸出功不同，两种金属的接触界面上，电子分布将不相等，由此产生的电势差称为接触电势。接触电势的数值一般比较小，可以忽略不计。 金属1 金属2 + - 一、电池电动势的产生机理 （三）液体接界电势 两种不同的电解质溶液或是电解质相同但浓度不同的溶液相互接触时，由于离子的迁移速率不同，在接触界面上也会形成双电层，产生微小的电势差，称为液体接界电势。 0.1mol?L-1 HCl 0.01mol?L-1 HCl H+ Cl- 例： 浓度不同的HCl溶液接触 1. 扩散方向：高浓度?低浓度 2. 扩散速度：H+Cl? 3. 双电层：左边带负电，右边带正电 双电层的存在，使离子扩散通过界面的速率发生改变，最后达到稳态，在界面处形成稳定的电势差 + - 液接电势将引起电池的不可逆性，通常采用盐桥减小之。 一、电池电动势的产生机理 　　盐桥为一内装有高浓度电解质溶液的U型管。要求电解质的迁移速率相近，一般是用饱和KCl溶液。但如果组成电池的电解质溶液中含有Ag+时，可改用NH4NO3或KNO3溶液。 K+ Cl- Cl- K+ Cl- Cl- K+ Cl- K+ Cl- K+ K+ Cl- K+ Cl- K+ K+ K+ Cl- Cl- Cl- K+ 因盐桥中电解质浓度较大，故在液体接界处发生迁移的主要为迁移数相近的K+与Cl-，在液体接界处产生几乎可相互抵消、符号相反的接界电势。　　 Cl- K+ K+ K+ Cl- Cl- K+ K+ Cl- Cl- ? ? ? ? + + + + （四）电池电动势 一、电池电动势的产生机理 原电池的电动势应为电池内各相界面上的电势差的代数和 如丹聂尔电池 Cu (导线)｜Zn (s)｜ZnSO4 (a)‖CuSO4 (a)｜Cu (s) E=?接触(Cu-Zn) +?-(Zn-ZnSO4溶液) +? 液接(ZnSO4溶液-CuSO4溶液) +?+ (Cu-CuSO4溶液) ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu e- e- 素烧瓷 丹聂尔电池示意图 + + + + + Zn2+ 各相界面上的电势差包括 Cu导线-Zn ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + + + + Cu2+ ε接触可忽略，ε液接可用盐桥基本消除，则 E ? ?+ + ?? 二、电极电势 （一）标准氢电极 电极符号： 电极反应： Pt｜H2（p?）｜H+（ ） H2（p?）?? H+（ ）＋e? 电极电势：任意温度下， 1. 将镀铂黑的铂片浸入含氢离子活度等于1的溶液中 2. 用标准压力的纯净氢气冲打铂片 H+ 二、电极电势 （二）任意电极的电极电势 将给定电极作为发生还原反应的正极与标准氢电极组成电池，则该电池的电动势为给定电极的氢标还原电极电势，简称电极电势。 由还原电势计算电池电动势的规定 当组成电池的各组分均处于标准状态时 Pt｜H2（p ）｜H+（ ）‖给定电极 二、电极电势 若测定铜电极Cu2+（ ）｜Cu的电极电势 1. 组成电池 Pt｜H2（p ）｜H+（ ）‖Cu2+（ ）｜Cu（s） H2（p ）+ Cu2+（ ）?? Cu（s）+ 2H+（ ） 电池反应 2. 测定电池电动势，确定电极电势 该电池实际工作时电极上发生的反应与电池的书面表达式一致，则该电池的电动势为正值。298 K时，该电池的电动势为0.337V，则铜电极的标准电极电势为