9可逆电池电动势及其应用探析.ppt

第九章 可逆电池电动势及其应用;§9.0 引言 热力学第二定律告诉我们： ;若非膨胀功 Wf 仅电功一种，即对于可逆电池反应：;其中：E?为有电流时（不可逆）电池两端的电压。 对于某一电池反应，显然： ;§9.1 可逆电池概念及其研究意义;二、可逆电池研究意义： ;揭示化学能转化为电能的转化极限，以改善电池的性能（只有在近乎可逆时的转化效率最高）。;§9.2 构成可逆电池的条件 ;例 1）铅蓄电池： 放电：?）Pb：Pb + SO42? - 2e ? PbSO4 +）PbO2：PbO2+ SO42? + 4H+ + 2e ? PbSO4 + 2H2O 总反应：Pb + PbO2+ 2H2SO4 ? 2PbSO4 + 2H2O 充电：阴）Pb：PbSO4 + 2e ? Pb + SO42? 阳）PbO2：PbSO4 + 2H2O - 2e ? PbO2 + SO42? + 4H+ 总反应：2PbSO4 + 2H2O ? Pb + PbO2+ 2H2SO4 电极反应、总反应完全化学可逆。;例 2）丹尼尔电池： ;例 3） ;二、能量转化可逆 ;此时，作为电池放电它能作出最大有用功（电功）：;结论： 当电池电流密度：i ??? 0 时，电池反应能量转化不可逆，电池为非可逆电池。 例如： 前面讲的铅蓄电池，放电、充电过程中若 i 较大，则为非可逆电池反应，尽管其满足化学可逆性。 ;三、单液电池（不存在液接电势） ;虽然电极反应可逆，但电解液内部离子运动不可逆，所以，仍为不可逆电池。;若采用盐桥法可消除液接电势，近似地当作可逆电池。 但严格地说：双液电池肯定有液接电势，热力学不可逆。;例：单液的可逆电池;说明：;§9.3 可逆电极的类型;如：丹尼尔电池中 Zn / Zn2+、Cu / Cu2+ 电极 条件：要求金属与含该金属离子的溶液在未构成电池回路时不发生化学反应，即单独地将金属浸入离子溶液不发生化学反应。 ;例如：若将 K, Na 等活泼金属放入 KOH, NaOH 水溶液, 则 K, Na 易与水溶液中的水发生剧烈反应： K + H2O ? KOH + ? H2? Na + H2O ? NaOH + ? H2? 所以不能单独构成 K / K+、Na / Na+电极； 但可使金属汞齐化（溶于汞中），降低其活度，构成电极： K (Hg齐) / K+；Na (Hg齐) / Na+ ;2）气体-离子电极： ;由于气体无定型且非导体，需借助于金属材料（通常用Pt）或其他导电材料（如 C 棒），使气流冲击金属片； 而金属片则浸入含该气体所对应的离子溶液中。如图：; ;二、第二类电极（金属-难溶物-离子电极）;2）金属-难溶氧化物-H+ (OH?) 电极;三、第三类电极：(离子间) 氧化-还原电极 ;电极的分类也可按电极所涉及的相的数目来分： 1）只有一个相界面： Zn ? Zn2+； Fe3+, Fe2+ ? Pt； 2）有两个相界面： Ag?AgCl?Cl； Pt, H2 ? H+；;四、构成可逆电极的条件 ;§9.4 电池的习惯表示法;左, ?）氧化: H2 (P?) ? 2e ? 2H+ (0.06m) 右, +）还原: Cl2 (0.05 P?) + 2e ? 2Cl? (0.001m) 电池表达式： ?) Pt , H2 ( P?)?HCl (0.06m) || HCl (0.001m)?Cl2 (0.05P?) , Pt (+;书写规则： ;3）温度 T 若不注明，均指 298.15 K； 4）不同的物相间用竖线 “?” 或 “ , ” 隔开（不同溶液或不同浓度的溶液也属不同物相）； 5）气体不能直接作电极，要附着于不活泼金属（Pt）或 C 棒等； 6）用 “|| ”表示盐桥（以消除液接电势）。;§9.5 电池表示式与电池反应 ;2）Pb(s)?PbSO4(s)?K2 SO4(m1) ?? KCl(m2)?PbCl2(s)? Pb(s) ?） Pb (s) + SO42? (m1) ? 2e ? PbSO4 (s) +）PbCl2 (s) + 2e ? Pb (s) + 2Cl? (m2) ;二、电池反应 ? 电池表示式 （电化学反应 ? 设计