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物理化学电子教案
第三类电极
惰性金属|某种离子的不同氧化态溶液构成.
Pt(s) | Fe 3 (a1 ), Fe 2 (a2 ) Pt(s) | Sn4 (a1 ), Sn2 (a2 )
Fe 3 (a1 ) e Fe 2 (a2 )
Sn4 (a1 ) 2e Sn2 (a2 )
2PbSO 4(s) 2H2O(l)
第七章 电化学
物理化学电子教案
② 对电解池: 电解池中, 与外电源正极相连 的电极为阳极, 负极相连的电极为阴极.
电极反应: 如铅酸电池充电过程.
阳极: PbSO 4(s) 2H2O(l) PbO 2(s) SO42 (m) 4H (2m) 2e
第七章 电化学
Hale Waihona Puke 物理化学电子教案1.标准氢电极
如图, 把镀有铂黑的铂片插入 aH+ = 1的溶液中, 并用 1pθ下干燥 的氢气流不断拍击铂片, 就构成标 准氢电极.
电极符号: (Pt)H2( pθ ) | H (aH 1)
电极反应:
1 2
H
2
(
p
θ
)
H
(a H
1) e
电极规电定势,就指是定相温对度标下准: 氢Hθ电/H2极 而0.0得000到, 的其.它电极的
Zn(s)|ZnSO4(m1)|CuSO4(m2)| Cu(s)
其二, 若电池工作时(有电流通过), 必然电池 因内阻而使环境留下热量.
第七章 电化学
物理化学电子教案
5. 可逆电极
第一类电极
金属+该金属离子的溶液构成 (包括气体电极, 汞齐电极), 用 M|Mz+表示.
Cu | Cu 2 (aq) (Pt)H 2(g) | H (aq) (Pt)O 2(g) | OH (aq) (Pt)Cl 2 (g) | Cl (aq)
的, 则
rGT,p Wf ,max nEF
n —为输出元电荷的物质的量的数目. E —为电池电动势, 此时电池两极电势差最大.
第七章 电化学
物理化学电子教案
当反应进度为1mol时:
nEF
(rGm )T,p zEF
z 为氧化还原反应中电子计量系数.
在不可逆条件下: (rGm )T,p zEF
① 对电池而言: 电池两极中, 电势高的一极为 正极, 电势低的一极为负极.
如铅酸电池: Pb(s)| H2SO4(aq)|PbO2(s)| Pb(s) 电极反应:
负极: Pb(s) SO42 (m) PbSO 4(s) 2e 正极: PbO 2(s) SO42 (m) 4H (2m) 2e
如电池: Pt(s)|H2(p)|HCl(m1)||CuSO4(m2)|Cu Pb(s)| H2SO4(aq)|PbO2(s)| Pb(s)
第七章 电化学
物理化学电子教案
4. 可逆电池与不可逆电池
可逆电池是从热力学意义来定义的, 应具备下 列两个条件:
① 电池反应在充放电过程是可逆的(必要条件)
如电池:Zn(s)|ZnCl(m)|AgCl(s)|Ag(s), 该电池若
Cu 2 (aq) 2e Cu(s)
H (aq) e
1 2
O2
(g)
H
2O(l)
1 2
H 2e
2
(g)
2OH
(aq)
1 2
Cl 2 (g)
e
Cl
(aq)
Na(Hg)( a) | Na (aq ) Na (aq) Hg (l) e Na(Hg) (a)
G T
得:
p
r Sm
zF
Emf T
p
第七章 电化学
物理化学电子教案
r Hm
zFEmf
zFT
Emf T
p
可求得电池反应可逆热,并由下式判断电池反 应是吸热还是放热.
Qr
Tr Sm
zFT
Emf T
p
(1) 金属与溶液界面电势差 当金属插入水中 或含有该金属离子的溶液中, 金属离子在两相中化 学势不同而发生相间转移, 达到平衡时, 在金属附 近溶液中形成双电层结构而产生电势差,用 M|L1 表 示.
(2) 金属接触电势差 在两金属接触面, 由于电 子逸出功不同而产生的电势差, 用M1|M2 表示.
2
2
第七章 电化学
物理化学电子教案
当E < E外时, 电池变为电解池(充电):
阳极 Ag(s) Cl (m) AgCl(s) e
阴极 1 Zn 2 (m) e 1 Zn(s)
2
2
充电反应:
1 Zn 2 (m) Cl (m) Ag(s) 1 Zn(s) AgCl(s)
第七章 电化学
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第九章 可逆电池电动势及其应用
第七章 电化学
物理化学电子教案
§9.1 可逆电池和可逆电极
1. 原电池 我们把化学能转变为电能的装置称为电池(如 单液、双液电池).
构成电池所具备的条件: 氧化还原反应或非 氧化还原反应但经历了氧化还原反应的历程.
若这种能量的转变是以热力学可逆方式进行
a B B
将式 rGm (T ) zEmf F 代入得: B
Emf
Emθ f
RT zF
ln
B
a B B
—能斯特方程.
Eθmf 为反应各物质处于标准态(a = 1)时电池 电动势, z 为电池反应中电子计量系数.
Emf 为可逆电池电动势, 为一强度性质. 其值与 温度、参加反应的种类有关, 与数量无关; 也就是 说, Emf 取决于电池内进行什么样的化学反应.
醌-氢醌电解也属于这一类.
第七章 电化学
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6. 电池反应的“互译” (1) 根据电池表示式写出电极反应和电池反应
如电池: (Pt)H2(g)|H2SO4(aq)|Hg2SO4|(s)-Hg(l) 电池反应:
负极 H2(g) 2H (aH ) 2e
正极
Hg 2SO4
(s)
第七章 电化学
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2. 电池电动势与热力学函数的关系
式 rGm zFEmf 是联系热力学量和电化学量
的重要关系式, 本节由此式出发并通过热力学基 本关系, 给出了电动势与诸热力学函数及平衡常 数的定量关系.
(1) 从电池电动势与温度系数求 r Hm 和r Sm
由式
r Sm
其中E’为电池两极电势差,其值恒小于电池电 动势, 且随工作条件而变.
可见研究可逆电池, 揭示了化学能转变为电能 的最高限度, 也为改善电池性能提供了一个理论依 据. 同时利用可逆电池原理研究热力学问题, 也提 供了一种研究方法.
第七章 电化学
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2. 电极与电极反应
电化学规定: 发生氧化反应的电极为阳极, 发 生还原反应的电极为阴极.
2e
2Hg(l)
SO42
(a SO
2 4
)
电极反应:
H2
(g)
Hg
2SO4
(s)
2Hg(l)
2H
(aH
)
SO42
(aSO
2 4
)
第七章 电化学
物理化学电子教案
又如电池: (Pt) H2(g)| NaOH(aq)|O2(g) (Pt)
电极反应:
负极
正极
H2(g) OH- (aOH ) 2H2O(l) 2e
第七章 电化学
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2.电极电势
据1953年IUPAC规定: 以标准氢电极为参照,将
待测电极(还原电极) 与标准氢电极 (氧化电极) 组
成电池:
标准氢电极 || 待测电极
该电池电动势的数值和符号就是待测电极的电
极电势的数值和符号—还原电势(氢标电极电势),用 符号 表示.
(3) 液接电势差 在两种不同电解质溶液或同一 电解质浓度不同的溶液界面上, 由于离子扩散速 率不同而产生的电势差, 用L1|L2 表示.
第七章 电化学
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液接电势差一般不超过0.03V.目前不能单独 测量,又不好准确计算, 一般在电池电动势计算中 常用“盐桥”消除.
电池电动势
电池电动势 Emf 就是在没有带电粒子净转移 时电池中各相间电势差代数和, 即
1 2
O2 (g)
2H2O(l)
2e
2OH-
(a OH
)
电池反应:
1 H2(g) 2 O2(g) H2O(l)
第七章 电化学
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2. 已知反应设计为电池 ① 所给反应为氧化还原反应
Zn(s) Cd 2 (a1 ) Zn 2 (a2 ) Cd(s)
电池为: Zn(s) | Zn 2 (a2 ) || Cd 2 (a1 ) | Cd(s)
2
2
② 电池在充放电过程中能量变化是可逆的 (充要条件)
要求: 电池在充放电过程中Emf 和 E外之差为 无穷小量,此时电池所通过的电流十分微小(I→0), 接近于平衡状态下工作.
第七章 电化学
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不可逆电池:
不可逆电池不能同时满足上两个条件. 其一, 充放电反应虽是可逆的, 但液体接界处存在不可 逆扩散,如Daniell电池:
Emf M1|L1 L1|L2 L2|M2 M1|M2
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