08章_可逆电池的电动势及其应用

+）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 PbO2 + SO42 + 4H+ + 2e
阳） Cu 2e Cu2+
总反应：Zn2+ + Cu Zn + Cu2+
电极反应、总反应完全化学可逆。
例 3）
放电：）Zn 2e Zn2+ +）2H+ + 2e H2
总反应：Zn + 2H+ Zn2+ + H2
充电: ( Zn:阴极) 2H+ + 2e H2 (Cu:阳极) Cu 2e Cu 2+
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）
液-液接触电势 例如丹尼尔电池： 半透膜左右两边两种
不同溶液间、不同离 子之间存在电势 差 —液接电势。
• 分析充、放电过程半透膜附近的离子迁移：
放电时：Zn2+ 向右迁移； 充电时： Cu2+ 向左迁移。
GT,P W电 ，max nFE
（F：法拉第常数） 其中， n： 电池反应电子转移 mol 数；
nF：电池反应的电量（单位 C）； E：可逆电池的电动势。

③ 第三类电极 又称氧化还原电极 由惰性金属（ Pt）插入含有某种离子的不同氧化态 的溶液中构成电极 金属只起导电作用。 Fe3+(a1),Fe2+(a2) ∣ Pt ⑵ 电池的书写惯例 ① 写在左边的电极起氧化作用，为负极，写在右边 的电极起还原作用为正极； ② 用单竖线“∣”表示不同物相的界面（有时也用 逗号，）有接界电势存在

rG nFE


E r H m nFE nFT ( ) P T
E r S m nF ( ) P T
RT EE ln Qa nF E QR nFT ( ) P T
⑵ 求电解质溶液的平均活度系数

⑶ 求难溶盐的溶度积KSP，水的离子积KW及弱酸、弱碱 的电离常数等。一般先设计出相应的电池，使电池反应正 好和所需的溶解或离解反应式一致，只要算得电池的 E值 ，就可求出平衡常数KSP、KW ⑷ 从液接电势求离子的迁移数
的。
7 金属－溶液界面的电势差 将金属置于溶液中形成的相间电势差称为金属－溶液界面 电势差 它是由金属在溶液中溶解或溶液中的离子在金属表面沉积 或金属选择性地吸附溶液中某些离子而产生的，它是电池 电动势的主要组成部分。 8 液接电势
两种电解质溶液（电解质种类不同或浓度不同）接触时形 成的相间电势差。
该电池的特点是电动势的温度变化系数小，电动势稳 定可作为标准。
5 相间电势差
在电池中，不同相相互接触时，将会发生电荷在两相之间
互相转移的现象，当电荷转移达到平衡时，两相所带电荷
的正负或数量是不同的，于是相界面两侧即产生电势差
6 接触电势
两种金属接触时形成的相间电势差称为接触电势差
它是由两种金属的自由电子密度及电子逸出功不同而产生

1 1 Zn (s) → Zn 2+ + e − 2 2
正极（Ag＋AgC1 极, 阴极） ： AgCl (s) + e − → Ag (s) + Cl− 总反应为
1 1 Zn (s ) + AgC1(s ) → Zn 2 + C1− + Ag(s ) 2 2
( 8–1 )
(2) 若E外＞E，且E外－E＝δE，电池内的反应恰(s) + Cl− → AgCl (s) + e − 阳极（Ag+AgC1 极） ： 总反应为
1 2+ 1 Zn + Ag ( s ) + C1− → Zn ( s ) + AgC1( s ) 2 2
( 8–2 )
1 1 Zn 2+ + e − → Zn ( s ) 2 2
由于以上两个总反应互为逆反应，且在充放电时电流均很小，所以为一可逆电池。 又如，丹尼尔电池 正极：Cu电极（电解液：CuSO4） 负极：Zn电极（电解液：ZnSO4） 作为原电池 E＞E外（电池放电）
△GT, p＜－nFE′。
研究可逆电池十分重要，因为从热力学来看，可逆电池所作的最大有用功是化学能转 变为电能的最高极限，这就为我们改善电池性能提供了一个理伦依据，另一方面在研究可 逆电池电动势的同时，也为解决热力学问题提供了电化学的手段和方法。 例如，某一电化学装置 电极：Zn (s) 和 Ag (s)＋AgCl (s)
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图 8.2 韦斯顿标准电池简图 电极反应为 负极（Cd极） ：Cd（汞齐）→ Cd2+＋2e正极（Hg极） ：Hg2SO4(s)＋2e- → 2Hg(l)＋SO42− 电池反应

可逆电池电动势及应用可逆电池是指在一定条件下，电池的氧化还原反应既可以正向进行，也可以逆向进行，进而可以通过外加电势来实现电能的存储和释放。

可逆电池的电动势是指在电池没有电流通过时，测得的产生的电动势。

可逆电池的电动势主要是由电极反应引起的。

在可逆电池中，每一个电极都有自己的电对，可以分别写出其电对的反应方程式。

例如，在可逆电池中，如果正极是铜，负极是锌，则其电对可以写作：Cu2+ + 2e- -> Cu （正极反应）Zn -> Zn2+ + 2e- （负极反应）在可逆电池中，正极与负极之间既可以发生正极反应，也可以发生负极反应。

当外加电势为正极时，正极反应发生；当外加电势为负极时，负极反应发生。

当外加电势为零时，正负极反应同时发生，而且它们的速率相等。

因此，在可逆电池中，电化学动力学状态迅速达到平衡状态，电池的电动势不会因为正负极反应到达平衡而发生变化。

应用方面，可逆电池具有以下几个方面的重要应用。

1. 电能存储和释放：可逆电池是一种可充放电电池，可以通过外加电势电化学反应的正向和逆向来在化学能和电能之间进行转换。

电池在充电状态下将电能转化为化学能，而在放电状态下将化学能转化为电能。

可逆电池被广泛应用于手机、笔记本电脑、电动车等各种移动设备中，能够实现电能的高效存储和释放。

2. 电源备份：可逆电池的典型例子是蓄电池，它们能够储存电能并在需要时释放出来。

蓄电池被应用于各种场合，如UPS电源、太阳能和风能储能系统、汽车启动电池等。

蓄电池的高可逆性和长寿命使得它们成为电力系统的备用电源，确保供电的稳定性和可靠性。

3. 温度控制：可逆电池也被应用于温度控制的设备中，如恒温器和温度计。

可逆电池在恒温器中起到稳定温度的作用，通过测量温度引起的电动势差，来调整继电器的工作状态，从而实现恒定的温度控制。

4. 电化学分析：可逆电池的电动势在电化学分析中也具有重要的应用价值。

通过测量可逆电池的电动势变化，可以对溶液中的阳离子或阴离子进行定量分析。