研究生入学考试物理化学章可逆电池电动势及其应用.pptx

1§9.1 可逆电池和可逆电极1. 可逆电池2. 可逆电极和电极反应1.1 电化学与热力学的联系1.2 如何把化学反应转变成电能？1.3 组成可逆电池的必要条件第1页/共100页第一页，共101页。 21.可逆电池 将化学能转化为电能的装置称为电池，若此转化是以热力学可逆方式进行的，则称为“可逆电池”。 在可逆电池中 (ΔrG)T,p＝Wf＝－nFE 其中E: 电池两电极间的电势差，在可逆条件下，达最大值，称为电池的电动势。 n：电池输出电荷的物质的量。第2页/共100页第二页，共101页。 3重要公式:1.1 电化学与热力学的联系第3页/共100页第三页，共101页。 41.2 如何把化学反应转变成电能？(1) 该化学反应是氧化还原反应，或包含有氧化还原的过程(2) 有适当的装置，使化学反应分别通过在电极上的反应来完成(3) 有两个电极和与电极建立电化学平衡的相应电解质(4) 有其他附属设备，组成一个完整的电路第4页/共100页第四页，共101页。 5常见电池的类型单液电池第5页/共100页第五页，共101页。 6常见电池的类型双液电池用素烧瓷分开第6页/共100页第六页，共101页。 7常见电池的类型双液电池用盐桥分开第7页/共100页第七页，共101页。 8化学反应可逆原电池 电解池1.3 组成可逆电池的必要条件能量变化可逆第8页/共100页第八页，共101页。 91.3 可逆电池的必要条件(1) 可逆电池充放电时的反应必须互为逆反应──物质的转变可逆; (2) 可逆电池中所通过的电流必须为无限小──能量的转变可逆。可逆电池必须同时满足上述两个条件.见下列两例第9页/共100页第九页，共101页。 Cu极电势高为正Cu极 Cu2++2e- ? Cu Zn极 Zn ? 2e- ? Zn2+Cu2++Zn ? Cu +Zn2+充电：加外加电压VE放电：EV Cu ? 2e- ?Cu2+Zn2++2e- ? ZnZn2++Cu ? Zn+Cu2+电池ⅠZnCuZnSO4CuSO4AVZnCuZnSO4CuSO4AV第10页/共100页第十页，共101页。 11放电：EV充电：VECu极: 2H++2e- ? H2 Zn极: Zn ? 2e- ? Zn2+Cu ? 2e- ?Cu2+2H++2e- ? H22H++Zn ? H2 +Zn2+2H++Cu ? H2+Cu2+电池ⅡCuZnH2SO4AVCuZnH2SO4AV显然电池Ⅱ不是可逆电池第11页/共100页第十一页，共101页。 12化学反应可逆：电极上的化学反应可向正、反两个方向进行。原电池 电解池组成可逆电池的必要条件能量变化可逆：电池充电、放电所通电流无限小，即电池是在接近平衡状态下工作的。第12页/共100页第十二页，共101页。 13(ΔrGm)T,p= Wf = -zFE如：Cu2++Zn ? Cu +Zn2+ z=2, E= 1.1V, (ΔrGm)T,p= -212.3 kJ·mol-1当电池可逆放电时：Wr’=-212.3 kJ当电池同时满足上述两个条件时凡是不能同时满足上述两个条件的电池均不是可逆电池。不可逆电池两电极之间的电势差E’将随工作条件而变化，且恒小于该电池的电动势E。此时： (ΔrGm)T,p －zFE’ 第13页/共100页第十三页，共101页。 142. 可逆电极的种类2.1 第一类电极金属-金属离子电极：CuCuSO4Na+ |Na-Hg Na+ + e- →Na (a) Cd2+|Cd-Hg Cd2+ + 2e- → Cd(a) 电极 电极反应Mz+|M Mz++ze- → M Cu2+|Cu Cu2++2e- → Cu 金属汞齐-金属离子电极： (a=1)(a ? 1)Cd-Hg齐CdSO4Pt第14页/共100页第十四页，共101页。 15气体电极(铂-非金属-非金属离子电极)：H+ | H2(g,p)|Pt 2H++2e-→H2 OH－|H2 (g,p )|Pt 2H2O+2e-→H2+2OH－ H2O, H+ |O2 (g,p )|Pt O2+4H++4e-→2H2OOH－|O2(g,p )|Pt O2+2H2O+4e-→4OH－Cl－|Cl2(g,p )|Pt Cl2+2e-→2Cl－H2 铂第15页/共100页第十五页，共101页。 16难溶盐电极： Cl －|Ag(s)-AgCl(s)难溶氧化物电极 OH－ | HgO(s)-Hg(l)电极反应： AgCl + e- →Ag + Cl－2.2