傅献彩《物理化学》第五版课件及习题答案 09可逆电池的电动势及

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物理化学电子教案—第九章

2013-8-21

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第九章 可逆电池的电动势及其应用§9.1 可逆电池和可逆电极 §9.2 电动势的测定

§9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号§9.4 可逆电池的热力学 §9.5 电动势产生的机理 §9.6 电极电势和电池的电动势

§9.7 电动势测定的应用§9.8 内电位、外电位和电化学势2013-8-21

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§9.1可逆电池

可逆电池和可逆电极

可逆电极和电极反应

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电化学与热力学的联系

重要公式:

( r G)T , p, R Wf,max nEF( r Gm )T , p , R nEF

zEF

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如何把化学反应转变成电能？1。该化学反应是氧化还原反应，或包含有氧化 还原的过程

2。有适当的装置，使化学反应分别通过在电极上的反应来完成 3。有两个电极和与电极建立电化学平衡的相应 电解质 4。有其他附属设备，组成一个完整的电路

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常见电池的类型 单液电池H2Pt Pt

Pt

H+

AgCl+Ag

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常见电池的类型 双液电池用素烧瓷分开

ZnCu

+

ZnSO4 (aq)素瓷烧杯

CuSO4 (aq)

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常见电池的类型 双液电池用盐桥分开

Zn

盐桥

Cu

+

ZnSO4 (aq)

CuSO4 (aq)

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组成可逆电池的必要条件

原电池

电解池

化学反应可逆

能量变化可逆

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组成可逆电池的必要条件Zn(s)|ZnSO4||HCl|AgCl(s) | Ag(s) 作原电池 净反应 作电解池

( ) Zn(s) Zn 2 2e ( ) 2AgCl(s) 2e 2Ag(s) 2Cl Zn(s) 2AgCl(s) 2Ag(s) 2Cl Zn2 阴极： Zn 2 2e Zn(s)

阳极

2Ag(s) 2Cl 2AgCl(s) 2e

净反应： 2Ag(s) ZnCl2 Zn(s) 2AgCl(s)

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可逆电极的类型 ⑴第一类电极 金属与其阳离子组成的电极 氢电极 氧电极 卤素电极 汞齐电极

⑵第二类电极 金属-难溶盐及其阴离子组成的电极 金属-氧化物电极

⑶第三类电极 氧化-还原电极

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第一类电极的电极反应 电极反应(还原) 电极M (a ) M(s) H (a ) H2 (p) Pt OH (a ) H2 (p) Pt H (a ) O2 (p) Pt OH (a ) O2 (p) Pt Cl (a ) Cl2 (p) Pt Na (a ) Na(Hg)(a) z

M (a ) ze M(s) 2H (a ) 2e H2 (p) 2H2 O 2e H2 (p) 2OH (a ) O2 (p) 4H (a ) 4e 2H2O(l) O2 (p) 2H2 O 4e 4OH (a ) Cl2 (p) 2e 2Cl (a ) Na (a ) nHg(l) e Na(Hg)(a)+

z

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第二类电极的电极反应 电极Cl (a ) AgCl(s) Ag(s) Cl (a ) Hg 2Cl2 (s) Hg(l) H (a ) Ag 2O(s) Ag(s) OH (a ) Ag 2O(s) Ag(s)

电极反应(还原)AgCl(s) e Ag(s) Cl (a ) Hg 2Cl2 (s) 2e

2Hg(l) 2Cl (a ) Ag2O(s) 2H (a ) 2e Ag 2O(s) 2H2O 2e

2Ag(s) H2O(l)

2Ag(s) 2OH (a )

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第三类电极的电极反应 电极Fe (a1 ), Fe (a2 )|Pt Sn (a1 ), Sn (a2 )|Pt Cu (a1 ), Cu (a2 )|Pt2 4 2 3 2

电极反应(还原)Fe (a1 ) e Fe (a2 ) Sn (a1 ) 2e Sn (a2 ) Cu (a1 ) e Cu (a2 )2

3

2

4

2

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§9.2 电动势的测定对消法测电动势

标准电池

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对消法测定电动势的原理图Ew A R

H

E ( Ro Ri )IB

CG

Es.c D K

U RO IU RO E RO Ri

Ex

Ex Es.c

AC AH

RO

E U

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对消法测电动势的实验装置标准电池 待测电池 工作电源

检流计

电位计

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标准电池软木塞饱和 CdSO 4 溶液8 CdSO 4 H 2 O 3

Hg Hg 2SO4

Cd-Hg齐

Hg正 负

Weston标准电池结构简图

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Weston标准电池的反应 负极正极

Cd(Hg)(a) Cd 2 2e nHg(l) 2 Hg2SO4 (s) 2e 2Hg(l) SO4

8 净反应 Cd(Hg)(a) Hg 2SO 4 (s) H 2O(l) 3 8 CdSO4 H 2O(s) nHg(l) 3 Cd(Hg)(a) 中含镉 w(Cd) 0.05 0.14

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E 1.018 32 V

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