电池电动势与极化现象

化学电池的电动势与氧化还原反应化学电池是一种能够将化学能转化为电能的装置，其中电动势是描述电池工作能力的指标之一。

电池的电动势是通过氧化还原反应产生的，在本文中我们将探讨电池的电动势与氧化还原反应之间的关系。

一、电池的基本原理电池是由两个半电池组成的，一个是正极，一个是负极。

正极和负极之间通过电解液或者离子传递电子，从而产生电流。

正极的反应被称为氧化反应，负极的反应被称为还原反应。

这两个反应共同构成了电池的工作原理。

在电池中，氧化反应的物质会失去电子，还原反应的物质会获得电子。

这种电子的转移导致了电势差的产生，进而形成了电池的电动势。

电动势越大，说明电池的能力越强，可以提供更多的电能。

因此，我们需要深入了解氧化还原反应对电池电动势的影响。

二、氧化还原反应与电动势的关系1. 氧化还原反应的定义氧化还原反应是指物质在化学反应中，电子的转移过程。

氧化反应指的是物质失去电子生成阳离子或者电子减少；还原反应指的是物质获得电子生成阴离子或者电子增加。

在电池中，正极的反应是氧化反应，负极的反应是还原反应。

例如，在锌-铜电池中，锌在正极发生氧化反应：Zn(s) -> Zn2+(aq) + 2e-；铜在负极发生还原反应：Cu2+(aq) + 2e- -> Cu(s)。

这两个反应共同构成了电池的氧化还原反应过程。

2. 电动势与氧化还原反应的关系在电池中，电动势可以通过测量正极和负极之间的电位差来获得。

电动势的大小取决于氧化还原反应的特性。

根据势差表示，氧化反应的电位越高，还原反应的电位越低，电动势就越大。

换句话说，在正极发生的氧化反应趋向于发生，而在负极发生的还原反应趋向于发生，这样才能产生较高的电动势。

例如，铝-氯化铜电池中，铝发生氧化反应：Al(s) -> Al3+(aq) + 3e-；氯离子发生还原反应：3Cl-(aq) -> Cl2(g) + 2e-。

根据电位表，铝的标准电位为-1.66V，氯的标准电位为+1.36V，因此铝-氯化铜电池的电动势为-3.02V。

第七章 电池电动势及极化现象习题解答1、已知0.100mol/kgBaCl 2溶液中，γ±=0.501，求BaCl 2的活度。

解：m ±=34m B =0.1587mol/kg ，a ±=34γ±·m B =0.07953a B = 4（γ±·m B ）3=5.03×10-42、在25℃，Ag(s)+0.5Hg 2Cl 2(s)=AgCl(s)+Hg(l)的ΔHθ(298K)=7950J/mol ，又知Ag 、AgCl 、Hg 2Cl 2、Hg 的标准摩尔熵分别为：42.7、96.1、196.0、77.4J ·K -1·mol -1。

求下列电池的标准电动势及其温度系数：Ag(s),AgCl(s)|KCl(aq)|Hg 2Cl 2(s),Hg(l)解：ΔSθ(298K)=96.1+77.4-42.7-0.5×196.0=32.8（J ·K -1·mol -1）ΔG θ(298K)=7950-298×32.8=-1824.4（J/mol ） E θ= -1824.4/1×(-96500)=0.01891(V)p )(TE∂∂=32.8/1×(96500)=3.4×10-4(V/K)3、查标准电极电势表（表7-1），计算下列电池的电动势（25℃）。

（1）Ag,AgBr|Br -(a =0.10)||Cl -(a =0.010)|AgCl,Ag （2）Pt,H 2(p θ)|HCl(a ±=0.10)|Cl 2(p =5066Pa),Pt（3）Pt,H 2(p θ)|HCl(a ±=0.10)|Hg 2Cl 2,Hg （4）K-Hg(a =0.010)|KOH(a ±=0.50)|HgO,Hg （5）Pb,PbSO 4|CdSO 4(0.20mol/kg,γ±=0.11)||CdSO 4(0.020mol/kg, γ±=0.32)|PbSO 4,Pb（6）Zn|Zn 2+(a =0.01)||Fe 2+(a =0.001),Fe 3+(a =0.10)|Pt 解：（1）AgCl+Br - =AgBr+Cl -E =0.2223-0.0713-10.0010.0lg 10592.0=0.2102V（2）0.5 H 2+ 0.5Cl 2=HClE =1.3583-0.0-0.5225)(5066/101310.0lg 10592.0=1.4382V(注意：a = a ±2)书上答案不对（3）0.5H 2+ 0.5Hg 2Cl 2=Hg+HClE =0.2799-0.0-110.0lg 10592.02=0.3983V书上答案不对（4）K+0.5HgO+0.5H 2O=Hg+KOH E =0.0986-(-2.924)-010.050.0lg 10592.02=2.9398V[注意：Eθ(HgO/Hg)=0.0986V] 书上答案不对（5）SO 42-(0.20mol/kg, γ±=0.11) =SO 42-(0.020mol/kg, γ±=0.32)近似：a +=a -= a ±=m ±γ±E =-0.1120.00.32020.0lg 20592.0⨯⨯=0.01587V书上答案不对（6）Zn+2Fe 3+=Zn 2++2Fe 2+E =0.770-(-0.7628)-2210.00.01001.0lg 20592.0⨯=1.7104V4、电池Pb,PbCl 2|KCl(aq)|AgCl,Ag 在25℃、p θ下的E θ=0.490V （1）写出电极反应和电池反应；（2）求电池反应的θm r S ∆、θm r G ∆、θm r H ∆，已知p )(TE ∂∂=-1.80×10-4V ·K -1解：正极：2AgCl+2e=2Ag+2Cl - ；负极：Pb-2e+2Cl -=PbCl 2电池反应：Pb+2AgCl=PbCl 2+2Agθm r G ∆=-2×96500×0.490=-94570(J/mol) θm r S ∆=2×96500×(-1.80×10-4)=-34.74(J ·K -1·mol -1)θm r H ∆=-94570+298×(-34.74)=-104922.5(J/mol)5、试验测出具有下列电池反应的可逆电池，其电动势与温度的关系式为：Cd(s)+Hg 22+=Cd 2++2Hg(l)E t =[0.6708+1.02×10-4(t/℃-25)-2.4×10-6(t/℃-25)2]V求该反应在40℃时的θm r H ∆、θm r G ∆、θm r S ∆。

电池的极化
当电池有电流通过，使电极电位偏离了平衡电极电位的现象，称为电极极化。

电池极化现象在常见电池如铅酸电池、锂电池、镍氢电池中均存在。

浓差超电势:
在电解过程中,由于电极表面附近的离子在电极上发生反应而析出,结果使表面浓度与溶液体相浓度的不同所造成的反电动势叫做浓差超电势.
(2)电化学超电势(或活化超电势):
由于参加电极反应的某些粒子缺少足够的能量来完成电子的转移,因此需要提高电极电势,这部分提高的电势叫做活化超电势.它与电极反应中某一个最缓慢步骤的反应活化能有关,故有此名.
(3)电阻超电势:
当电流通过电极时,在电极表面或电极与溶液的界面上往往形成一薄层的高电阻氧化膜或其它物质膜,从而产生表面电阻电位降,这个电位降称为电阻超电势.这种情况不具有普遍意义,因此我们只讨论浓差极化和电化学极化.。

电化学原理答案电化学原理答案：1. 伏安法测定电化学反应动力学的方法：- 电流时间法：测量电流随时间的变化，根据反应动力学方程求得反应速率常数。

- 电位时间法：测量电位随时间的变化，通过电位变化曲线求得反应动力学信息。

2. 电极电势和电动势：- 电极电势是指电化学系统中电极相对于参比电极的电位差。

- 电动势是指电池或电解槽中整体的能量转换效率，可以通过两个电极电势之差计算得到。

3. 阳极和阴极反应：- 阳极反应是指发生在氧化物或离子脱除电子的电极上的反应。

- 阴极反应是指发生在还原物或离子得到电子的电极上的反应。

4. 电解和电化学合成反应：- 电解是通过外加电流将化学物质分解为离子或原子的过程。

- 电化学合成是通过外加电流将离子或原子重新结合成化学物质的过程。

5. Faraday定律：- Faraday定律指出，在电解过程中，电流量与电化学反应出现的物质的化学当量之间存在确定的比例关系。

- 根据Faraday定律，可以通过电流量计算反应物的摩尔数或质量变化。

6. 电解质的浓度对电解过程的影响：- 随着电解质浓度的增加，电流密度增大，电解过程速率加快。

- 电键的栅电位也随浓度增加而增大，使得电解反应偏向于反向进行。

7. 极化现象：- 极化是指在电解过程中，电流通过电极时引起电极上电势的变化。

- 极化可以是正极化（电势升高）或负极化（电势降低），影响电解过程的效率和速度。

8. 腐蚀和电化学保护：- 腐蚀是指金属与环境中的化学物质反应产生氧化物或离子的过程。

- 电化学保护是通过施加外电势来改变金属表面的电位，降低腐蚀速率。

9. 电化学能源转换：- 电化学能源转换是指将化学能转化为电能或将电能转化为化学能的过程，如电池和燃料电池。

- 电化学能源转换可以实现能量的存储、传输和转换。

电极极化介绍中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室2011-05-29一、极化现象电流通过电极时，电极电位偏离平衡值的现象，称为电极的极化。

极化现象的出现，以及电池存在一定的欧姆内阻，是电池工作电压大于或小于可逆电动势的原因。

实际工作电压可表示为E(工作)＝E(可逆)±ΔE(不可逆) ±IR式中，E(可逆)是指相应的原电池的电动势，即理论电压；IR由于电池内溶液、电极材料、隔膜、导线和接触等电阻所引起的电势降；ΔE（不可逆）则是由于电极极化所致。

当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，此时的电势为φ0（平衡电势），随着电极上电流密度（I/S）的增加，电极的不可逆程度愈来愈大，其电势值与φ0的偏差也越大。

常把某一电流密度下的φ与φ0之间的差值称为超电势，以此来明确地表示出电极极化的状况，二、极化的分类和产生的原因按照极化产生的不同原因，通常可简单地把极化分为两类：电化学极化（活化极化）和浓差极化。

将与之相应的超电势称为电化学超电势（或活化超电势）和浓差超电势。

一般说来，可将产生超电势的原因归纳为以下三点：1. 浓差超电势：在电化学过程中，由于电极表面附近的离子在电极上发生反应而消耗，结果使表面浓度与溶液体相浓度的不同所造成的反电动势叫做浓差超电势。

2. 电化学超电势（或活化超电势）：由于参加电极反应的某些粒子缺少足够的能量来完成电子的转移，因此需要提高电极电势，这部分提高的电势叫做活化超电势。

它与电极反应中某一个最缓慢步骤的反应活化能有关，故此得名。

3. 电阻超电势：当电流通过电极时，在电极表面或电极与溶液的界面上往往形成一薄层的高电阻氧化膜或其它物质膜，从而产生表面电阻电位降，这个电位降称为电阻超电势。

这种情况不具有普遍意义，以下不做探讨。

三、影响极化大小的因素浓差超电势的大小是电极浓差极化程度的量度，其值取决于电极表面离子浓度与本体溶液中离子浓度差值之大小。

因此，凡能影响这一浓差大小的因素，都能影响浓差电势的数值。

可逆电池电动势的测定实验报告实验目的：掌握利用可逆电池的电动势进行测定的方法，探究电动势与浓度、温度的关系。

实验器材：标准氯化银电极、0.1mol/L AgNO3溶液、电解池、热水槽、温度计、万用表、导线等。

实验原理：可逆电池是指电极间反应完全可逆的电池，在理想状况下，可逆电池的电动势与电极间的化学势差相等。

因此，可逆电池可以用来测量其他电池电动势或溶液中离子的标准电位。

实验步骤：1.将标准氯化银电极置于电解池中，并将电解池连接至万用表的正负极。

2.将电解池中注入0.1mol/L AgNO3溶液，使电极完全浸没其中。

3.将电解池置于热水槽中，通过热水槽中的温度计调节溶液的温度。

记录温度。

4.在稳定温度的条件下，打开万用表的电源开关，等待电动势稳定后记录电动势。

5.将温度调节至不同的数值，重复步骤4并记录相应的电动势和温度。

实验结果：温度（℃）电动势（V）200.78300.80400.82500.84600.86实验分析：根据实验结果，我们可以发现随着温度的升高，电动势的数值也逐渐增加。

这是因为随着温度的升高，反应速率也加快，更多的电子参与了氯化银的还原，从而增加了电池的电动势。

实验结论：根据实验结果，我们可以得出结论：电动势与温度呈正相关关系。

这一结论在工业应用中具有重要意义，因为在实际使用电池的过程中，温度的变化会影响电动势的稳定性，从而对电池的性能产生影响。

实验中可能存在的误差：1.离子浓度的变化未考虑。

溶液中的Ag+浓度可能随着反应过程发生变化，影响电动势的测量结果。

2.极化现象的影响。

在实验过程中，电解池可能发生了极化现象，导致电极反应不完全，并影响电动势的测定结果。

3.万用表的误差。

万用表的精度限制了电动势测量结果的准确性。

为减小误差，可以采取以下措施：1.在实验过程中定期检查溶液中的Ag+浓度，保持其稳定。

2.进行电化学预处理，减小电解池的极化现象。

3.使用高精度的电位计或泳报仪进行电动势测量，提高测量结果的准确性。