如何將化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成電池根據(jù)元素氧化數(shù)的變化確

1、如何將化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成電池根據(jù)元素氧化數(shù)的變化確如何將化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成電池（1）根據(jù)元素氧化數(shù)的變化，確定氧化）根據(jù)元素氧化數(shù)的變化，確定氧化-還原對(duì)還原對(duì)(必要時(shí)可在方程式兩邊加同一物質(zhì)）；必要時(shí)可在方程式兩邊加同一物質(zhì)）；（2）由氧化）由氧化-還原對(duì)確定可逆電極，確定電解質(zhì)溶液，還原對(duì)確定可逆電極，確定電解質(zhì)溶液，設(shè)計(jì)成可逆電池（雙液電池必須加鹽橋）；設(shè)計(jì)成可逆電池（雙液電池必須加鹽橋）；（3）檢查所設(shè)計(jì)電池反應(yīng)是否與原反應(yīng)吻合。）檢查所設(shè)計(jì)電池反應(yīng)是否與原反應(yīng)吻合。 6 6 可逆電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算可逆電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算Zn(s)+H2SO4(aq)H2(p)+ZnSO4(aq)（1）負(fù)極發(fā)生氧化

2、反應(yīng)：）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)：(-) Zn(s) Zn2+2e-正極發(fā)生還原反應(yīng)：正極發(fā)生還原反應(yīng)：(+) 2H+2e-H2(p)（2）負(fù)極為）負(fù)極為Zn(s) |Zn2+ (a1)，電解質(zhì)為，電解質(zhì)為ZnSO4;正極為正極為H2(p),Pt |H+(a2)，電解質(zhì)為，電解質(zhì)為H2SO4。按連接順序，電池表示式為：按連接順序，電池表示式為： Zn(s)|ZnSO4|H2SO4|H2(p),Pt（3）復(fù)核此電池表示式對(duì)應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)與題給）復(fù)核此電池表示式對(duì)應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)與題給完全相同。完全相同。AgCl(s)Ag+Cl-(1)所給反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，必須在方程式的兩邊加所給反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，

3、必須在方程式的兩邊加入同樣的物質(zhì)構(gòu)成氧化還原對(duì)，可以在兩邊同時(shí)加入入同樣的物質(zhì)構(gòu)成氧化還原對(duì)，可以在兩邊同時(shí)加入Ag(s)，(當(dāng)然也可加入當(dāng)然也可加入Cl2(p)）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)：(-) Ag(s) Ag+(a1)+e-正極發(fā)生還原反應(yīng)：正極發(fā)生還原反應(yīng)：(+)AgCl(s)+e-Ag(s)+0.5Cl2(p)(2)負(fù)極為負(fù)極為Ag(s) |Ag+ (a1)，電解質(zhì)為，電解質(zhì)為AgNO3;正極為正極為AgCl(s),Ag(s) |Cl- (a2)，電解質(zhì)為，電解質(zhì)為HCl。按連接順序，電池表示式為：按連接順序，電池表示式為： Ag(s)|Ag+(a1)|HCl(a2)|Ag

4、Cl(s)|Ag(s) (3)復(fù)核此電池表示式對(duì)應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)復(fù)核此電池表示式對(duì)應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng),與題給相同。與題給相同。（1）若已確定反應(yīng)方向，則按規(guī)定的反應(yīng)方向?qū)懀┤粢汛_定反應(yīng)方向，則按規(guī)定的反應(yīng)方向?qū)懀⒂脝渭^表示反應(yīng)方向；若未確定方向，則并用單箭頭表示反應(yīng)方向；若未確定方向，則電極反應(yīng)寫成還原反應(yīng)并用雙箭頭表示可逆。電極反應(yīng)寫成還原反應(yīng)并用雙箭頭表示可逆。 （2）兩個(gè)電極反應(yīng)的電荷數(shù)應(yīng)相同）兩個(gè)電極反應(yīng)的電荷數(shù)應(yīng)相同（3）反應(yīng)式中不要出現(xiàn)電池表示式中沒(méi)有的物質(zhì)）反應(yīng)式中不要出現(xiàn)電池表示式中沒(méi)有的物質(zhì)（但可有（但可有H2O). （4）不要輕易將離子合并成分子。）不要輕易將離子合并成分子

5、。書寫電極和電池反應(yīng)的幾條原則：書寫電極和電池反應(yīng)的幾條原則：化學(xué)電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算基本步驟：基本步驟：（1）寫出電池反應(yīng)的方程式；）寫出電池反應(yīng)的方程式；（2）代入）代入Nernst公式計(jì)算；公式計(jì)算；（3）單獨(dú)離子活度用平均活度代替，）單獨(dú)離子活度用平均活度代替， (雙液電池的電動(dòng)勢(shì)不能準(zhǔn)確計(jì)算雙液電池的電動(dòng)勢(shì)不能準(zhǔn)確計(jì)算)。 (1)(1)單液化學(xué)電池單液化學(xué)電池 H2(g,p)H2SO4(a)PbSO4(s)PbH2(g) + PbSO4 (s)2H+ + SO42- + Pb(s)242244222(/)(/)3ln2 ln2HSOooHooSOP bSOP bHHoHaaR TEEFp

6、paR TFpp (2) (2) 雙液化學(xué)電池雙液化學(xué)電池ZnZn2+Cu2+CuZn + Cu2+ Cu + Zn2+22ln2CuZnoaaFRTEE計(jì)算過(guò)程中計(jì)算過(guò)程中a+， a-，均用兩種電解質(zhì)溶液各自，均用兩種電解質(zhì)溶液各自的的 a 替代，這會(huì)引入一定的誤差，因此雙液電池的替代，這會(huì)引入一定的誤差，因此雙液電池的電動(dòng)勢(shì)不能準(zhǔn)確計(jì)算。電動(dòng)勢(shì)不能準(zhǔn)確計(jì)算。)()(ln244CuSOaZnSOaFRTEo濃差電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算濃差電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算(1) (1) 電極濃差電池電極濃差電池 ln2 ln22112ppFRTppFRTEEo負(fù)極負(fù)極: H2(p1) 2 H+ + 2e-正極正極:

7、2 H+ + 2e- H2(p2)H2(p1) H2(p2)p1 p2 , E 0p1 p2 , E p2 , E 0p1 0(2) 電解質(zhì)濃差電池電解質(zhì)濃差電池AgAgCl(s)HCl(a1)HCl(a2)AgCl(s)Ag Cl- (a1) Cl- (a2) ln 1 ,2,aaFRTE負(fù)極負(fù)極: Ag + Cl- (a1) AgCl + e-正極正極: AgCl + e- Ag + Cl- (a2)陰離子轉(zhuǎn)移陰離子轉(zhuǎn)移Ag(s)Ag+(a1)Ag+(a2)Ag(s) Ag+ (a2) Ag+ (a1)負(fù)極負(fù)極: Ag Ag+ (a1) + e-正極正極: Ag+ (a2) + e- Ag

8、陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移 ln 2,1 ,aaFRTE電能的由物質(zhì)從較高活度到較低活度之間的電能的由物質(zhì)從較高活度到較低活度之間的擴(kuò)散提供。擴(kuò)散提供。電池標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)電池標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)0oE濃差電池的特點(diǎn)：濃差電池的特點(diǎn)：(3) (3) 液接電勢(shì)的計(jì)算液接電勢(shì)的計(jì)算離子在液接界面處離子在液接界面處的擴(kuò)散遷移為：的擴(kuò)散遷移為：t+ H+(a1) t+ H+(a2)t- Cl-(a2) t- Cl-(a1)Pt, H2(p)HCl(m)HCl(m)H2(p), Pt (-) HCl(a1) HCl(a2) (+)- - + +- - + +- - + +- - + +H+Cl-電池可逆放電電池可逆放電1mo

9、l電電量時(shí)，有量時(shí)，有t+mol的的H和和t-mol的的Cl-通過(guò)界面而通過(guò)界面而擴(kuò)散遷移。擴(kuò)散遷移。lnlnaaRTtaaRTtGjaaRTttln)(假設(shè)假設(shè) I 0 , 此離子遷移過(guò)程可近似作為可逆此離子遷移過(guò)程可近似作為可逆過(guò)程處理過(guò)程處理假設(shè)遷移數(shù)不受濃度的影響，則此過(guò)程的假設(shè)遷移數(shù)不受濃度的影響，則此過(guò)程的Gibbs函數(shù)的變化函數(shù)的變化 -zFEG jj 用鹽橋時(shí)，與兩個(gè)溶液有兩個(gè)接界。因鹽橋用鹽橋時(shí)，與兩個(gè)溶液有兩個(gè)接界。因鹽橋中中KCl的的K+、Cl-的遷移率很接近的遷移率很接近(t+=0.4906)，在，在兩個(gè)接界面上產(chǎn)生的電勢(shì)很小，而且兩個(gè)界面上兩個(gè)接界面上產(chǎn)生的電勢(shì)很小，

10、而且兩個(gè)界面上液接電勢(shì)符號(hào)相反，又互相抵消一部分。另外因液接電勢(shì)符號(hào)相反，又互相抵消一部分。另外因鹽橋中鹽橋中KCl濃度很高（飽和），可以掩蓋其它離濃度很高（飽和），可以掩蓋其它離子的遷移，故鹽橋能大大降低液接電勢(shì)。通常液子的遷移，故鹽橋能大大降低液接電勢(shì)。通常液接電勢(shì)約為接電勢(shì)約為30mv。使用。使用KCl鹽橋后可降低到鹽橋后可降低到13毫伏。在要求不高時(shí)，可以近似認(rèn)為是可逆電池。毫伏。在要求不高時(shí)，可以近似認(rèn)為是可逆電池。 7 電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量測(cè)量可逆電池的電動(dòng)勢(shì)的儀器，為電位差計(jì)。這測(cè)量可逆電池的電動(dòng)勢(shì)的儀器，為電位差計(jì)。這里要注意滿足可逆電池的條件：電極反應(yīng)是可逆的，里要注意滿

11、足可逆電池的條件：電極反應(yīng)是可逆的，因此通過(guò)的電流要無(wú)限小。因此通過(guò)的電流要無(wú)限小。若有某一定電流通過(guò)電池時(shí)，在電池內(nèi)阻上要產(chǎn)若有某一定電流通過(guò)電池時(shí)，在電池內(nèi)阻上要產(chǎn)生電位降，這時(shí)兩電極間電位差就小于電池的電動(dòng)勢(shì)。生電位降，這時(shí)兩電極間電位差就小于電池的電動(dòng)勢(shì)。所以只有在沒(méi)有電流通過(guò)電池時(shí)，兩電極間電位差才所以只有在沒(méi)有電流通過(guò)電池時(shí)，兩電極間電位差才為電池的電動(dòng)勢(shì)。因此，不能直接用伏特計(jì)來(lái)測(cè)量電為電池的電動(dòng)勢(shì)。因此，不能直接用伏特計(jì)來(lái)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)。池的電動(dòng)勢(shì)。 通常用對(duì)消法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)。通常用對(duì)消法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)。 對(duì)消法測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)1. 校準(zhǔn)工作電流校準(zhǔn)工作電流: 開關(guān)開關(guān)K打向打向

12、D1.若在實(shí)驗(yàn)溫若在實(shí)驗(yàn)溫度下標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)度下標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)為為1.01865V, 將觸點(diǎn)打?qū)⒂|點(diǎn)打在滑線電阻在滑線電阻AB上標(biāo)記上標(biāo)記1.01865V處處,調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R使使G中無(wú)電流流過(guò)為止中無(wú)電流流過(guò)為止.2. 測(cè)量未知電池電動(dòng)測(cè)量未知電池電動(dòng)勢(shì)勢(shì): 將將K倒向倒向D2.調(diào)節(jié)滑調(diào)節(jié)滑線電阻觸點(diǎn)到適當(dāng)?shù)鼐€電阻觸點(diǎn)到適當(dāng)?shù)匚晃籆2,使電流計(jì)讀數(shù)為使電流計(jì)讀數(shù)為零零,C2點(diǎn)所標(biāo)記的電壓點(diǎn)所標(biāo)記的電壓值即為被測(cè)電池的電值即為被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì). 待測(cè)電池待測(cè)電池ExC2C1B標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電池Es可變電阻可變電阻R R滑線電阻滑線電阻工作電源工作電源 EwAKD1D2P1.01865V 1.01865V G標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電池電池表示式：電池表示式：Cd(Hg)10.0%|CdSO48/3H2O(飽和飽和)|Hg2SO4(s),Hg(l)電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：(-) Cd(Hg)Cd2+Hg(l)+2e-(+)Hg2SO4(s)+2e-2Hg(l)+SO42-凈反應(yīng)：凈反應(yīng)：Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2OCdSO48/3H2O(s)+Hg(l)Weston標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)準(zhǔn)電池鎘汞雙組分相圖鎘汞雙組分相圖鎘標(biāo)準(zhǔn)電池的鎘汞電鎘標(biāo)準(zhǔn)電池的鎘汞電極中極中Cd的含量控制在的含量控制在5-14%之間之間, 在常溫下在常溫下, 由相由相圖可