§3電動勢產生的機理(PPT課件)

1、對電池對電池 CuZnZnSO4(aq)CuSO4(aq)CuE=(Cu/Zn) +(Zn/Zn2+) +(Zn2+/Cu2+) + (Cu2+/Cu)電動勢是各相界面電動勢是各相界面電勢差的代數(shù)和電勢差的代數(shù)和3 3 電動勢產生的機理電動勢產生的機理- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +ZnCuZnSO4CuSO4 Zn+Cu+ 多多孔孔隔隔板板CuCu負載負載1. 1. 電極電極- -溶液界面電勢差的形成溶液界面電勢差的形成 如將銅片放入水中如將銅片放入水中,晶格中的銅離子將與水分子發(fā)

2、晶格中的銅離子將與水分子發(fā)生水合作用生水合作用,以致使銅離子進入液相以致使銅離子進入液相,過程為過程為Cu Cu2+2e溶液因有銅離子而帶正電荷溶液因有銅離子而帶正電荷。 銅片上因失去正離子銅片上因失去正離子,有剩余自由電子而帶負電荷有剩余自由電子而帶負電荷. 在固液界面處在固液界面處,因正負電荷相互吸引而形成雙電層因正負電荷相互吸引而形成雙電層,稱為緊密層稱為緊密層(contact double later),厚度約數(shù)厚度約數(shù) ,其外有擴其外有擴散層散層(diffused double layer),厚度可達厚度可達100 .-金屬金屬+緊密層緊密層擴散層擴散層 固固液液界界面面的的雙雙電電

3、層層 金屬插入溶液中所產生的電勢差金屬插入溶液中所產生的電勢差 由下式計算由下式計算: = 緊密層緊密層 + 擴散層擴散層若銅片插入若銅片插入CuSO4溶液中溶液中,因為溶液里本來就有銅離子因為溶液里本來就有銅離子存在存在,故銅電極與溶液中的故銅電極與溶液中的Cu2+間有下列間有下列 平衡平衡:Cu = Cu2+ + 2e金屬片上所帶的電荷將由上述反應平衡移動的方向而金屬片上所帶的電荷將由上述反應平衡移動的方向而定定.金屬片可能帶負電荷金屬片可能帶負電荷,也可能帶正電荷也可能帶正電荷，這將取決這將取決于體系的溫度于體系的溫度， 離子的濃度和金屬的特性等等離子的濃度和金屬的特性等等。如當如當溶液

4、中溶液中Cu2+離子濃度很大時離子濃度很大時,反應向左邊移動反應向左邊移動，銅片可銅片可能帶正電荷能帶正電荷；反之反之，銅片可能帶負電荷銅片可能帶負電荷。 2. 金屬接觸電勢金屬接觸電勢ZnCuZn棒中的電子棒中的電子Cu棒中的電子棒中的電子+- - 兩種金屬如銅與鋅接觸時，各自的電子有逸出的兩種金屬如銅與鋅接觸時，各自的電子有逸出的傾向，但不同金屬的電子逸出功不同，而會形成接觸傾向，但不同金屬的電子逸出功不同，而會形成接觸電勢。電勢。 鋅較易失去電子，銅較難失去電子鋅較易失去電子，銅較難失去電子,因而在鋅棒因而在鋅棒與銅棒的界面處，鋅棒因失去較多的電子而帶正電，與銅棒的界面處，鋅棒因失去較多

5、的電子而帶正電，銅棒因獲得較多的電子而帶負電銅棒因獲得較多的電子而帶負電, 故故 (Zn) (Cu)，在在金屬界面處金屬界面處，產生電動勢產生電動勢。 金屬界面的接觸電勢因材料的不同而不同金屬界面的接觸電勢因材料的不同而不同,對同種材對同種材料料,此電勢一般隨溫度的升高而升高此電勢一般隨溫度的升高而升高:E = f(t)+-根據(jù)上述原理根據(jù)上述原理,兩種不同材料焊接兩種不同材料焊接在一起在一起,一端保持在高溫一端保持在高溫T1,另一端另一端保持為低溫保持為低溫T2,將其連成電路時將其連成電路時,有有熱電勢產生熱電勢產生,此為溫差電現(xiàn)象之一此為溫差電現(xiàn)象之一,稱為塞貝克稱為塞貝克(Seebeek

6、)效應效應. 熱電偶是利用熱電偶是利用Seebeek效應制成的效應制成的溫度計溫度計,是最常用的測溫手段是最常用的測溫手段. 將將多對熱電偶串聯(lián)起來便形成熱電多對熱電偶串聯(lián)起來便形成熱電堆堆,用它可感測極其微小的溫差變用它可感測極其微小的溫差變化化,可達可達1/1,000,000K.3. 液體接界電勢和鹽橋液體接界電勢和鹽橋液體接界處會因不同離子的遷移速率不一樣而液體接界處會因不同離子的遷移速率不一樣而產生電動勢產生電動勢, 此電勢稱為液接電勢此電勢稱為液接電勢(liqiud potentail or diffusion potentail)HCl (C1) HCl (C2) H+離子離子Cl

7、-離子離子當兩種不同濃度的當兩種不同濃度的HCl形成形成界面時，界面時，HCl將從濃的一方向稀將從濃的一方向稀的一方擴散的一方擴散，因因H+的運動速率的運動速率較快較快,Cl-的速率較慢的速率較慢，于是在液于是在液體接界處體接界處,濃度低的右方濃度低的右方H+過剩過剩，濃度高的左方濃度高的左方Cl-過剩過剩，因而產因而產生液接電勢生液接電勢。液接電勢會使液接電勢會使H+的擴散速率減慢的擴散速率減慢，使使Cl-的擴散的擴散速率加快速率加快，最后達到穩(wěn)態(tài)最后達到穩(wěn)態(tài)，液液接電勢將保持穩(wěn)定接電勢將保持穩(wěn)定。+-選擇鹽橋的原則選擇鹽橋的原則：（1 1）正、負離子的遷移速率相近；）正、負離子的遷移速率相

8、近；（2 2）不和相接觸的電解質溶液發(fā)生反應；）不和相接觸的電解質溶液發(fā)生反應；（3 3）濃度高。）濃度高。通常采用鹽橋減小液接電勢。通常采用鹽橋減小液接電勢。 CuSO4ZnSO4K+Cl-K+Cl-常用常用飽和飽和KCl鹽橋鹽橋，因其濃度較大，故在液體接，因其濃度較大，故在液體接界處發(fā)生遷移的界處發(fā)生遷移的主要為遷移數(shù)相近的主要為遷移數(shù)相近的K+與與Cl-，鹽橋，鹽橋只能降低液接電勢，但不能完全消除液接電勢只能降低液接電勢，但不能完全消除液接電勢。當有當有Ag+ +參與電化學反應時鹽橋可采用參與電化學反應時鹽橋可采用KNO3或或NH4NO3作為電解質。作為電解質。電動勢的值電動勢的值 -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ZnCuZnSO4CuSO4 Zn+Cu+ 多多孔孔隔隔板板CuCu負載負載丹尼爾電池示意圖丹尼爾電池示意圖丹尼爾電池的電動勢由金屬電極電丹尼爾電池的電動勢由金屬電極電勢勢,金屬接界電勢和液接電勢組成金屬接界電勢和液接電勢組成.E= (Cu)- (Cu)= (Cu)- (Cu)= (Cu)- (Cu)+ (ZnSO4,aq)- (ZnSO4,aq)+ (CuSO4,aq)- (CuSO4,a