章可逆電池電動(dòng)勢(shì)及其應(yīng)用PPT課件

1、第第九章九章 可逆電池的電動(dòng)勢(shì)及其應(yīng)用可逆電池的電動(dòng)勢(shì)及其應(yīng)用9.1 可逆電池和可逆電極9.2 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定9.3 可逆電池的書(shū)寫(xiě)方法及電動(dòng)勢(shì)的取號(hào)9.4 可逆電池的熱力學(xué)9.5 電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的機(jī)理9.6 電極電勢(shì)和電池的電動(dòng)勢(shì)9.7 電動(dòng)勢(shì)測(cè)定的應(yīng)用第1頁(yè)/共27頁(yè) 可逆電池和可逆電極可逆電池可逆電池可逆電極和電極反應(yīng)可逆電極和電極反應(yīng)第2頁(yè)/共27頁(yè)r,f,max()T pGWnEF rm,()T pnEFGzEF 電化學(xué)與熱力學(xué)的聯(lián)系電化學(xué)與熱力學(xué)的聯(lián)系第3頁(yè)/共27頁(yè)例如：Zn(s)|Zn2+|Cu2+|Cu(s) Zn(s)+Cu2+Zn2+Cu(s) rGm0Cu(s)|Cu2+|Z

2、n2+|Zn(s) Zn2+Cu(s)Zn(s)+Cu2+ rGm0，E0rmGzEF 可逆電池電動(dòng)勢(shì)的取號(hào) 自發(fā)電池rm0G 非自發(fā)電池rm0G0E 0E 2HPt+HPtPtAgCl Ag2Ag(s)| AgCl(s)| HCl1 | H| PtapCl( ) Ag(s)Cl ()AgCl(s)ea122H( ) H ()eH ()ap凈反應(yīng)：212Ag(s)HCl1AgCl(s)H ()ap0.2224 VE 第5頁(yè)/共27頁(yè) 可逆電池的熱力學(xué)可逆電池的熱力學(xué)Nernst 方程由標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)E求電池反應(yīng)的平衡常數(shù) 由電動(dòng)勢(shì)E及其溫度系數(shù)求反應(yīng)的 和rmSrmH第6頁(yè)/共27頁(yè) Nernst

3、 方程2122Pt HHCl ( ) ClPt( )()app|+2122HClHClH () ()( )()22Claapp22ClCl2e ()()2Clap負(fù)極,氧化正極,還原凈反應(yīng)21HH ()2e( )2Haprm2222HClHCllnGaaRTa a 化學(xué)反應(yīng)等溫式為rmrmBBBlnGGRTa 第7頁(yè)/共27頁(yè)因?yàn)閞mGzEF rmGzE F 代入上式得BBBlnRTEzFa這就是計(jì)算可逆電池電動(dòng)勢(shì)的 Nernst 方程。 Nernst 方程2222HClHCllnRTEEzFaaa a第8頁(yè)/共27頁(yè)lnaRTEKzFrmlnaGRTK rmGzE F 與 所處的狀態(tài)不同，

4、處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)， 處于平衡態(tài)，只是 將兩者從數(shù)值上聯(lián)系在一起。EKErmGK 從E求電池反應(yīng)平衡常數(shù)K 第9頁(yè)/共27頁(yè)rm1rm2(1) (2)2GE FGE F rmrm1(1)(2)2GG1122ln ln2RTRTEKEKFF12KK22111 21 2HCllnRTaaEEFaa1212 EEEEE, K 和 的值與電池反應(yīng)的關(guān)系rmG+2122HCl(2) HClH () ()( )()22Claapp+2122HClHClH () ()11(1) ( )()Cl22aapp222222HClln2RTa aEEFaa第10頁(yè)/共27頁(yè) r mrm rmpEHzEFzFTTGTS dd

5、d GS TV p rm()pzEFST rmRpEQTSzFTT pGST ()pGST rmpESzFT , pEET從rmrm , HS求第11頁(yè)/共27頁(yè)電極表面x擴(kuò)散雙電層模型擴(kuò)散雙電層模型d2第12頁(yè)/共27頁(yè) 電極電勢(shì)和電池的電動(dòng)勢(shì)電極電勢(shì)和電池的電動(dòng)勢(shì) 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)氫電極 電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算第13頁(yè)/共27頁(yè)2HPt | H () | H (1)pa規(guī)定：2(H |H )0標(biāo)準(zhǔn)氫電極用鍍鉑黑的金屬鉑導(dǎo)電212HH ()H (1)epa1H1.0 mol kgm,H1.0m,H1.0ma第14頁(yè)/共27頁(yè)氫標(biāo)還原電極電勢(shì)氫標(biāo)還原電極電勢(shì)222HCu|PtH ()H (1) Cu

6、() Cu(s)| paa負(fù)極，氧化（-） 以標(biāo)準(zhǔn)氫電極為負(fù)極，待測(cè)電極為正極，因?yàn)?為零，所測(cè)電動(dòng)勢(shì)即為待測(cè)電極的氫標(biāo)還原電極電勢(shì)。2H |H(Ox|Red)2HH () 2H (1)2epa正極，還原（+）22CuCu() 2e Cu(s)a電池凈反應(yīng)222CuHH () Cu()Cu(s)2H (1)paaRLE2+2Cu|CuH |H(Ox|Red)(Ox|Red)2+Cu|Cu第15頁(yè)/共27頁(yè)電極電勢(shì)的大小反映了電極上可能發(fā)生反應(yīng)的次序 電極電勢(shì)越負(fù)，越容易失去電子，越容易被氧化，是較強(qiáng)的還原劑。 電極電勢(shì)越正，越容易得到電子，越容易被還原，是較強(qiáng)的氧化劑。 利用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)序，在原電

7、池中，可以判斷哪個(gè)做正極，哪個(gè)為負(fù)極。電勢(shì)小者氧化為負(fù)極。 在電解池中，可以判斷電極上發(fā)生反應(yīng)的次序，陽(yáng)極上小者先氧化，陰極上大者先還原。第16頁(yè)/共27頁(yè)電極電勢(shì)計(jì)算通式電極電勢(shì)計(jì)算通式Red(Ox|Red)(Ox|Red)OxlnaRTzFa這是計(jì)算電極還原電極電勢(shì)的 Nernst 方程。BOx|RedBBlnRTazFez 氧化態(tài)還原態(tài)ROxedeaaz 第17頁(yè)/共27頁(yè)電極電勢(shì)計(jì)算通式電極電勢(shì)計(jì)算通式ClAgCl(s)eAg(s)+Cl ()aAgClCl |AgCl|AgCl |AgCl|AgAgCllna aRTzFaClCl ()|AgCl(s)|Ag(s)a例如有電極電極的還

8、原反應(yīng)為電極電勢(shì)的計(jì)算式為Cl |AgCl|AgCllnRTaF第18頁(yè)/共27頁(yè)2222ZnCuZn(s)|Zn()|Cu()|Cu(s)aa22Zn( ) Zn(s)Zn()2ea 22Cu( ) Cu()2eCu(s)a 凈反應(yīng)2222CuZnZn(s)Cu()Cu(s)Zn()aa2222CuZnCu|CuZn|ZnCuZn ln l n22aRTRTaFaFaOx|Red ( )Ox|Red ( )E電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算計(jì)算方法1：第19頁(yè)/共27頁(yè)注意事項(xiàng)2222Cu|CuZn|ZnCuZn11ln ln22RTRTEFaFa電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算1.電極反應(yīng)和電池反應(yīng)都必須物量和電荷量平衡

9、。2.電極電勢(shì)都必須用還原電極電勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)等于正極的還原電勢(shì)減去負(fù)極的還原電勢(shì)。3.要注明反應(yīng)溫度，不注明是指298 K。要注明電極的物態(tài)，氣體要注明壓力，溶液要注明離子的活度。第20頁(yè)/共27頁(yè)2222ZnCuZn(s)|Zn()|Cu()|Cu(s)aa22Zn( ) Zn(s)Zn()2ea 22Cu( ) Cu()2eCu(s)a 凈反應(yīng):2222CuZnZn(s)Cu()Cu(s)Zn()aaBBBlnaRTEEzF兩種方法結(jié)果相同電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算22ZnCuln2aRTEFa22Cu|CuZn|ZnE計(jì)算方法2：第21頁(yè)/共27頁(yè) 電動(dòng)勢(shì)測(cè)定的應(yīng)用電動(dòng)勢(shì)測(cè)定的應(yīng)用求電解質(zhì)溶液的平均

10、活度因子 求難溶鹽的活度積 pH 的測(cè)定 *電勢(shì)-pH 圖及其應(yīng)用 *細(xì)胞膜與膜電勢(shì) *離子選擇性電極和化學(xué)傳感器簡(jiǎn)介第22頁(yè)/共27頁(yè)rmpEHzEFzFTT , , pEEET計(jì)算rmrmrmrmR, , , , , aGGSHQKrmrmGzEFGzE F rmpESzFTRpEQzFTT實(shí)驗(yàn)可測(cè)的值expazEFKRT第23頁(yè)/共27頁(yè)已知：32(Ag |Ag)(Fe|Fe)0.799 V0.771 VEE試判斷下述反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下向哪方進(jìn)行？23FeAgFeAg(s) 排成電池：23Pt|Fe ,Fe |Ag |Ag(s)正向進(jìn)行0.799V0.771V0EE判斷氧化還原的方向第24頁(yè)/共27頁(yè)2PtH ()HCl( )AgCl(s)Ag(s)pm2Cl |AgCl|AgH|HHCllnRTEaaF和m已知，測(cè)定E，可求出E求電解質(zhì)溶液的平均活度因子122H( )H ()H ()epa Cl( )AgCl(s)eAg(s)Cl ()a 122ClHH ()AgCl(s)Ag(s)Cl () + H ()paa 22Cl |AgCl|AglnRTmFm第25頁(yè)/共27頁(yè)Cl |AgCl|Ag22lnlnRTmRTEFmF根據(jù)De