07章_电化学基础2
电化学曲线极化曲线阻抗谱分析
交流电导法：通过测量电导来 计算阻抗
阻抗谱的等效电路分析
等效电路的概念和组成 电容、电感、电阻等元件的特性与作用 等效电路的阻抗谱分析方法 阻抗谱在等效电路分析中的应用实例
05 应用实例与案例分析
阻抗谱在电化学反应中的应用
阻抗谱在电化学反应中的应用：阻抗谱可以用于研究电化学反应的动力学 过程，如电极反应速率常数、电荷传递系数等。
阻抗谱分析可以 用于评估不同电 极材料和电解质 的性能，为电池 材料的选择提供 依据
阻抗谱在电镀和金属表面处理中的应用
阻抗谱用于研究电镀过程中电 化学反应的动力学
阻抗谱能够评估金属表面处理 的效率和效果
阻抗谱在电镀和金属表面处理 中应用的实际案例分析
阻抗谱在电镀和金属表面处理 中的优势和局限性
06 实验技术与实践操作
极化类型与反应机理
极化类型：电化 学极化、浓差极 化、化学极化
反应机理：电化 学反应过程和影 响因素
测定方法：线性 扫描伏安法、循 环伏安法、计时 电流法等
分析方法：根据测 定的极化曲线，分 析电化学反应速率 常数、反应机理等
04 阻抗谱分析原理与技术
阻抗谱基本概念
定义：阻抗谱分 析是一种电化学 测量技术，通过 测量电极系统的 阻抗随正弦波频 率变化来研究电 极系统的电化学
实验设备与试剂准备
实验设备：电化学工作站、电解池、电极等 试剂准备：电解质溶液、参比电极、辅助电极等 注意事项：确保设备完好、试剂纯度及浓度准确 实验前准备：清洗电极、检查电解池密封性等
实验操作流程与注意事项
实验前准备：检查仪器设 备是否完好，准备所需试 剂和电极
数据采集：按照预设条件 进行实验，记录实验数据
未来发展方向：结合人工智能和机器学习算法，实现阻抗谱数据的快速 处理和解析 展望：阻抗谱技术将在电化学测量领域发挥越来越重要的作用，为解决 能源、环境等问题提供有力支持
化学ppt课件
氧化还原反应
了解氧化还原反应的概念 、电子转移和氧化剂、还 原剂的作用。
物质的状态与变化
物质的三态
学习固态、液态和气态物质的基本特征和相互转化过程。
物理变化与化学变化
掌握物理变化和化学变化的区别与联系，理解化学变化的本质。
能量变化
了解化学反应中的能量变化，如吸热反应和放热反应，以及化学 键能与反应热的关系。
胶体化学基础
胶体的定义、分类及制备方法，胶体 性质及应用。
胶体稳定性与聚沉
胶体稳定性的影响因素，聚沉方法及 原理。
08
课程总结与复习建议
关键知识点回顾与总结
原子结构与元素周期表
化学键与分子结构
掌握原子的电子排布、元素周期表的基本 规律及元素性质的递变规律。
理解离子键、共价键的形成原理，掌握分 子的几何构型和化学键对分子性质的影响 。
机理分析
了解反应机理，如亲电取代、亲核取 代、自由基反应等，掌握反应条件对 反应的影响。
生物体内重要有机物简介
糖类
了解单糖、双糖、多糖的结构与性质，及其在生物体内的 功能，如葡萄糖、淀粉、纤维素等。
脂类
了解脂肪、磷脂、固醇等的结构与性质，及其在生物体内 的功能，如甘油三酯、磷脂双分子层等。
蛋白质
了解氨基酸、蛋白质的结构与性质，及其在生物体内的功 能，如酶、抗体等。同时，掌握蛋白质的合成与降解过程 。
器材使用方法
演示正确使用实验器材的方法，如器材的握持、 操作、清洗和存放等。
器材保养与维护
教授如何保养实验器材，延长使用寿命，如定期 清洗、干燥和防锈等。
危险化学品管理与废弃物处理
危险化学品分类
01
详细介绍易燃、易爆、有毒、有腐蚀性等危险化学品的分类及
07电化学分析法导论-2015
RT aOx EE ln nF aRe d
0
30
例如一金属棒插入其盐溶液中，在金属与溶液界面 建立起“双电层”，引起位差，即为电极电位。 电极电位的测定：单个电极电位无法测定！ 规定氢电极，在任何温度下的电位为零。
电极电位是反映电解质溶液性质的重要参数。
电极电位是个相对值。
31
电极电位的测量
第二种是采用盐桥的装置。 第三种是没有液体接界的情况。
21
化学电池中的电子及电荷流动
化学电池是化学能与电能互相转换的装置:
A) 在Zn、Cu电极及外接导线中，电子作为电荷载体在Zn 片与Cu片间传递． B) 在溶液中，导电由阴、阳离子的迁移来完成． 在左半电池中：Zn2+ → ←SO42在右半电池中：Cu2+ → ←SO42盐桥中：Ｋ＋→右 左←Cl-
常在无活性物质的溶液中发生
第四 AgCl(s) + e ⇋ Ag(s)+Cl-
AgCl(s) ⇋ Ag+(aq)+Cl-(aq) Ksp
Ag+(aq)+ e ⇋ Ag(s)
第五 IO4-+ 2H++ 2e ⇋ IO3-+ H2O
25
阳极反应:
1. Cu(s) ⇋ Cu2++ 2e 铜电极上Cu→Cu2+
22
C) 电极表面/溶液界面，通过氧化还原反应(半反应)将电子 与离子两个通道结合起来： 阳极：Zn(s) ⇋ Zn2+ + 2e 氧化反应 阴极：Cu2+ + 2e⇋ Cu(s) 还原反应
电化学基础(Ⅴ)——电极过程动力学及电荷传递过程
Fundamentals of electrochemistry(Ⅴ)—Electrochemical kinetic and charge-transfer process for electrochemical reaction
JIA Zhijun，MA Hongyun，WU Xu05-07；修改稿日期：2013-06-01。 基金项目：化学工程联合国家重点实验室 2011 年自主课题立项，国家 自然科学基金项目（21076112，21276134） 。 第一作者：贾志军（1983—） ，男，博士后，研究方向为化学电源设计 及新型电极材料制备，E-mail：jiazhijunwin@；通讯联系人：王 保国，E-mail：bgwang@。
22巴特勒沃尔默方程的建立对电极动力学中过电势随电流密度对数的线性变化一直都缺少深入的理解直到塔菲尔经验公式发表20年后通过巴特勒在19241930年各自独立的工作才对这一公式有了比较完整的认识10在巴特勒的对能斯特方程的动力学基础和可逆氢电极及析氢过电势11研究工作的启示下对于电化学反应efrtefrt为正向和反向电化学反应速率常数n为电荷数f为法拉第常数r为理想气体常数为还原产物和氧化产物的浓度e为过电势t为绝对温度为电荷传递系数表示电极电势对阳极和阴极反应活化能的影响程度1213当过电势为零时电极反应的阳极电流密度与阴极电流密度代数值相等方向相反电化学反应的净电流密度为零即为交换电流密度其大小除受温度影响外还与电极反应的性质密切相关并与电极材料和反应物质的浓度有关
simply those quantities of them which contain equal quantities of electricity, or have naturally equal electric powers; it being the electricity which determines the equivalent number, because it determines the combining force. Or, if we adopt the atomic theory or phraseology, then the atoms of bodies which are equivalents to each other in their ordinary chemical action have equal quantities of electricity naturally associated with them”[5]。通过这则评论可 以发现，法拉第已经触及到了电的原子特性，即电 子的概念，但是当时他仍然倾向于认为电是一种流 体。电的原子性始终没有被明确阐述，直到亥姆霍 兹于 1881 年在纪念法拉第的演讲中才首次提出， 并 且于 1891 年由英国物理学家斯通尼命名为 “电子” ， 被认为是一个电的基本单位的名称，并不具有特殊 的物理意义[5]。1897 年，汤姆逊在对阴极射线的研 究中发现了一种新的带负电的物质粒子，并对这种 物质粒子的荷电量与质量比进行了测量，使得人类 首次实验证实了一种“基本粒子”的存在，后来被 称为电子。 1.2 对电离和离子的认识 电化学反应通常都是在电解质溶液中完成，要 深入了解电化学反应的传荷过程需要对电解质的电 离和离子有深刻的认识。 关于离子的概念， 最早于 1805 年由德国化学家 格罗特斯提出，他在解释水的电解机理时提出：在 电流作用下，水分子变为带负电的氧原子和带正电 的氢原子，带负电的氧原子与正极接触，电荷被中 和，变成氧气析出；带正电的氢原子与负极接触， 生成氢气[6]。1834 年，法拉第在论文“关于电的实 验研究”中的提法更为明确，他认为在电解时，溶 液中电流是由带电荷的分解物传输的，他把电解前 未分解的物质叫做电解质，传输电流的分解产物叫 做离子，带正电并向阴极移动的离子称为阳离子； 带负电并向阳极移动的离子称为阴离子[5]。 1857 年， 德国物理学家克劳胥指出格罗特斯和法拉第的观点 并不正确，因为假如“离子是在电流的作用下产生 的” ， 则在电解时就会有一部分电流被用来分解电解 质，因此欧姆定律对溶液将不再适用，而事实并非 如此[7]。 1882 年，阿累尼乌斯开始溶液导电性的研究， 发现氨的水溶液是导体， 并且溶液越稀导电性越好， 认为溶液稀释时，水增大了溶液的导电性[7]。1883
固体氧化物燃料电池的热力学及电化学应用基础
2012 7 C h e m i ca l I ndu stry T i m es J u l． 7． 2012do i:10． 3969 /j．i ss n． 1002 －154X． 2012． 07． 015固体氧化物燃料电池的热力学及电化学应用基础蒋先锋( 中国矿业大学，化学与环境工程学院，北京100083)摘要固体氧化物燃料电池是一种典型的电化学装置，可以把燃料气和空气( 或氧气) 的化学能直接转化为电能。
电池的整个反应过程可以根据还原剂和氧化剂反应自由焓来进行热力学计算。
对于最简单的氢气和氧气的反应来说，可以根据可逆反应平衡方程式计算电池的可逆功，而且SOFC 系统和外部环境的热交换也是可逆的。
SO F C作为一种伴生热能的发电装置，对热力学的理解必不可少。
所以本文将首先介绍一下SOFC 的热力学基础，而作为一种电化学发电装置，需要系统了解SO FC 的电化学基础，其中重点介绍SO FC 的电化学分析曲线———i－V 曲线。
关键词固体氧化物燃料电池热力学电化学开路电压i －V 曲线T h e r m o d yna m i c and E l ect r o c h e m i s t r y Foundation of Solid Ox i d e Fuel C e llX i a n fe n g J i a n g( C h e m i ca l and En v i ro nm e n t En g i n eer i n g Sc h oo l，C h i n a Un i vers i ty of Mining and Tec hn o l ogy，Be iji n g，100083) Ab st r a ct So li d ox i d e f u e l ce ll ( SOFC) i s a ty p i ca l e l ectroc h e m i ca l d ev i ce，w h i c h can d i rect l y and eff i c i e n t l y convert c h e m i ca l energy in f u e l and a i r ( or oxygen) to e l ectr i c i ty． The overa ll react i o n process of SOFC can be ex- p l a i n e d by t h er m o d y n a m i c ca l c u l at i o n based on the react i o n free e n t h a l p y of redu cto r and ox i d a n t． For the s i mp l est re- act i o n of hydrogen and oxyge n，th e revers i b l e work of ce ll can be ca l c u l ate d based on the revers i b l e react i o n b a l a n ce e qu at i o n，a nd heat exchange between SOFC syste m and exter n a l e n v i ro nm e n t i s a l so revers i b l e．I t i s necessary to un- derstan d the t h er m o d y n a m i c of SOFC as an e l ectr i c i ty d ev i ce w i t h t h er m a l ge n erat i o n．T h er m o d y n a m i c fo und at i o n of SOFC was presen ted f i rst l y，a nd e l ectroc h e m i stry fo und at i o n and a n a l ys i s c u rve—i－V curve were syste m at i ca ll y i n tro- du ce d．K e ywo r d s So li d ox i d e f u e l ce ll t h er m o d y n a m i c e l ectroc h e m i stry open c i rc u i t vo l tage i －V curve固体氧化物燃料电池( SOFC) 作为一种电化学发电装置，是化学工程、化学工艺、材料化学、电化学、热力学等诸多化学学科的综合整体［1，2］。
高中电化学基础教案
高中电化学基础教案
教学目标：
1. 了解电化学的基本概念和原理；
2. 掌握电化学电池的构成和工作原理；
3. 能够解释电解质溶液中的电解现象；
4. 掌握通过电化学方法制备金属的原理和操作方法。
教学重点：
1. 电化学基本概念；
2. 电化学电池的构成和工作原理；
3. 电解质溶液中的电解现象；
4. 通过电化学方法制备金属的原理和操作方法。
教学准备：
1. 教师准备相关的教学资料和教学实验器材；
2. 学生预习相关知识，做好课前准备；
教学过程：
1. 导入：简要介绍电化学的基本概念和重要性，引出本节课的学习内容；
2. 讲解电化学基本概念：电化学的定义、电化学反应、电化学电池的构成等；
3. 讲解电化学电池的工作原理：单质电池、电解质电池的原理和实际应用；
4. 实验操作：实验中演示电解质溶液中的电解现象，让学生亲自操作，观察实验现象；
5. 引导讨论：通过实验现象引导学生讨论电解质溶液中的电解过程；
6. 讲解金属制备原理：介绍通过电化学方法制备金属的原理和操作方法；
7. 总结：对本节课的学习内容进行总结，并布置相关作业。
教学扩展：
1. 可以组织学生进行小组讨论，进一步深化对电化学基础知识的理解；
2. 可以让学生自主设计电化学实验，培养其实验设计和分析能力；
3. 可以邀请专业人士或学者进行讲座，拓展学生对电化学领域的认识。
教学反思：
1. 强化实验教学，让学生通过实践感受电化学知识的魅力；
2. 多种教学手段结合，提高教学效果；
3. 关注学生的学习过程，及时调整教学方法，使学生能够轻松理解和掌握知识。
天津大学物理化学PPT学习教案
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27
§0.2 学习物理化学的要求及方法
1) 领悟基本内容，注意逻辑推理: 注意学习前人提 出问题、解决问题的逻辑思维方法，反复体会感性 认识和理性认识的相互关系。
2）注意各章节间及各物理量间的联系，要理解各物 理量的物理意义及特征，灵活掌握一些主要公式的 使用条件,科学总结。
对于高等有机、高等无机、化工原理、分离工程、反 应工程、化学工艺学等课程而言，物理化学是必备基础。
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20
化学热力学、化学动力学、量子力学、统计力学
——构成物理化学的四大基础
上册
下册
第一章 气体的pVT关系 第七章 电化学
第二章 热力学第一定 第八章 量子力学基础
律
第九章 统计热力学初
第13页/共107页
获取能量。
13
本课程包括 以下四个方面的内容：
化学热力学 量子化学和结构化学 统计热力学 化学反应动力学
第14页/共107页
14
(1) 化学热力学
解决能量衡算、过程
（pVT变化、相变化和化学
变化）的方向和限度的判据， 主要包括热力学第一、二、 三定律和相平衡、化学平衡 有关规律，第1它5页/共包107页括界面和电
人类对自然界的好奇与探索是永无止境的，人们从 未满足过在宏观上对化学反应规律的认识，一直在努力 探索和揭示化学变化在微观上的内在原因，探知分子、 原子的结构及运动与化学反应的关系，这促成了物理化 学的又一个分支结构化学与量子力学的发展。
10
第10页/共107页
10
量子力学的发展不仅使人们对微观世界的认识更加 深入，而且它彻底改变了世界的面貌，它比历史上任何 一种理论都引发了更多的技术革命。
《环境电化学》课件
特点：高效、节能、 环保
应用：广泛应用于 工业、商业、家庭 等领域的空气净化
发展趋势：随着技 术的不断进步，静 电除尘技术在空气 净化中的应用将更 加广泛和深入
电渗析和电泳在污水处理中的应用
电渗析：利用电场作用，使溶液中 的离子通过半透膜进行分离和浓缩
应用：电渗析和电泳在污水处理中 主要用于去除重金属离子、有机物 等污染物
添加标题
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添加标题
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电泳：利用电场作用，使带电粒子 在液体中移动，实现溶液中离子的 分离和浓缩
优点：操作简便，效率高，成本低， 对环境友好
电化学淋洗修复技术
原理：利用电化 学反应，将土壤 中的污染物转化 为无害物质
优点：高效、环 保、经济
应用：重金属污 染、有机物污染、 放射性污染等
局限性：需要一 定的设备、技术 要求较高
Part Six
环境电化学在空气 净化中的应用
电凝聚和电浮选技术
电凝聚技术：通过施加电场，使悬浮颗粒聚集成较大的颗粒，从而易于分离和去除。 电浮选技术：通过施加电场，使悬浮颗粒带电，然后利用电场力将其从水中分离出来。
02 环 境 电 化 学 概 述 04 环 境 电 化 学 在 污 水 处 理 中 的
应用
06 环 境 电 化 学 在 空 气 净 化 中 的应用
Part One
单击添加章节标题
Part Two
环境电化学概述
环境电化学的定义和重要性
定义：环境电化学是研究电化学过程在环 境科学中的应用，包括污染物的去除、转 化和检测等。
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2020/8/3
组成可逆电池的必要条件
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2020/8/3
组成可逆电池的必要条件
当E＞V 时，电池放电 ()Zn(s) Zn2 2e()Cu2+ 2e- Cu(s)
电池反应
Zn(s)+Cu2+ Zn2 Cu(s)
当E＜V 时，电池充电
2、从E求平衡常数K
3. 原电池电动势的计算
4.原电池电动势测定应用举例
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2020/8/3
1、从E和
( E T
)
p求rGm
、rHm
、
Qr和rSm
根据热力学，系统在定温、定压可逆过程中所做的非体积
功在数值上等于吉布斯函数的减少，即 GT,p Wr'
由
rGm GT, p / Wr' /
Wr' zFE
所以
rGm zFE
利用上式，通过测定电池电动势，可求得化学反应的 摩尔吉布斯函数［变］。
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2020/8/3
1、从E和
CdSO4
8 3
H
2O
Cd 汞 齐
(+)Hg2SO4(s)+2e-→2Hg(l)+SO42-
Hg
正负
韦斯顿标准电池简图
净反应： Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O
→CdSO4·8/3H2O(s)+Hg(l)
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2020/8/3
标准电池结构图
正
负
韦斯顿标准电池简图
E def M右 M左 I0
= 正极电势差+负极电势差+金属接触电势
+液体接界电势
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2020/8/3
2.电化学系统中的相间电势差 若α、β两相相接触，则两相间的电势差
β α。
常见的相间电势差有金属溶液，金属金属以及两种 电解质溶液间的电势差。
(1)金属与溶液间的电势差
（3）复合反应。
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2020/8/3
将化学反应设计成电池
（1）Zn(s)+Cd2+ ==== Zn2++Cd(s) （2）Pb(s)+HgO(s) ==== Hg( l )+PbO(s) （3）H++OH- ===== H2O( l ) （4）2H2(g)+O2(g) ===== H2O( l )
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2020/8/3
Pt H2
H+ Pt 图12-5 氢电极示意图
第二类电极及其反应
电极
电极反应
Cl-(a-)|AgCl(s)|Ag(s) OH-(a-)|Ag2O|Ag(s)
H+(a+)|Ag2O(s)|Ag(s)
AgCl(s)+e- →Ag(s)+Cl-(a-)
Ag2O(s)+H2O+2 e→2Ag(s)+2OH-(a-)
()2H+ 2e- H2 (g)
电池反应
Zn(s)+2H+ Zn2 H2 (g)
当E＜V 时，电池充电
()2H 2e- H2 (g) ()Cu(s) 2e- Cu2+
电池反应
2H Cu(s) H2 (g)+Cu2+
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2020/8/3
组成可逆电池的必要条件
Ag2O+2H+(a+)+2e→2Ag(s)+H2O
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2020/8/3
橡皮塞 饱和KCl
KCl晶体
Pt Hg Hg2Cl2
素瓷
素瓷
图12-6 饱和甘汞电极示意图
第三类电极及其反应
电极
电极反应
Fe3+(a1), Fe2+(a2)|Pt Cu2+(a1), Cu+(a2)|Pt Sn4+(a1), Sn2+(a2)|Pt
()Zn2 2e- Zn(s)
()Cu(s) 2e- Cu2+
电池反应
Zn2 Cu(s) Zn(s)+Cu2+
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2020/8/3
组成可逆电池的必要条件
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2020/8/3
组成可逆电池的必要条件
当E＞V 时，电池放电 ()Zn(s) Zn2 2e-
物理化学电子教案——第七章
电解
电能
电池
化学能
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2020/8/3
电化学与热力学的联系
桥梁公式:
( r G)T ,P,R Wf,max nEF
( r Gm )T ,P,R
nEF
zEF
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2020/8/3
7.5可逆电池和可逆电极
组成可逆电池的必要条件 可逆电极的类型 电动势的测定 可逆电池的书面表示法
根据热力学可逆过程的概念，只有当E与V 相差无限 小，即V=E+dE，使通过的电流为无限小，因而没有 电功不可逆地转化为热的现象发生，方符合可逆过 程条件。即第（2）个条件。
即可逆电池在充、放电时，不仅物质的转变是可逆， 而且能量的转变也是可逆的。
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2020/8/3
可逆电池的书面表示法
如：写出下列电池所对应的化学反应。
(1) Pt |H2(p) | H2SO4(a),|Hg2SO4(s)|Hg(l)
(2) Pt | Sn4+, Sn2+||Tl3+,Tl+|Pt
(3) Pt|H2(g)|NaOH(a)|O2(g)|Pt
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2020/8/3
电池表示式与电池反应的“互译”
2020/8/3
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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2020/8/3
第一类电极及其反应
电极
电极反应
Mz+(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
3. 用化学式表示电池中各种物质的组成，并需注明 温度，不注明就是298.15 K；要注明物态，气体要 注明压力；溶液要注明浓度。
4. 气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性电极， 通常是铂电极。
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2020/8/3
可逆电池的书面表示法
5.对于只有正负两极组成，没有不同溶液接界面或采用
(ii)若金属离子水化能 ＜ 金属晶格能，过剩的正离 子沉积在金属上使金属带正电，溶液带负电，金属与溶液 间形成双电层，平衡时产生电势差，如图 (b)； 。
++++++++++
+
金 属
+
+
+
电 极
+
+
+
+
+
+
图 (b) 相间电势差（金属溶液电势）
(2)金属与金属的相间接触电势
由于两种不同金属中的电子在接界处互相穿越的能 力有差别，造成电子在界面两边的分布不均，缺少电子 的一面带正电，过剩电子的一面带负电。当达到动态平 衡后，建立在金属接界上的电势差叫接触电势。
当将金属(M)插入到含有该金属的离子(Mz＋)的电解质 溶液后：
(i)若金属离子的水化能 ＞ 金属晶格能，金属上带过剩 负电荷，溶液中有过剩正离子，金属与溶液间形成了双电层， 平衡时产生电势差，如图 (a)；
+
+
金 属 电
+ +
+
+ +
+ +
+
极
+
+ +
+
+ +
+
+
+
+
图 (a) 相间电势差（金属溶液电势）
H2(
p)
AgCl(l)
Ag(s)
HCl
Zn｜Zn2＋(a)｜Cu2+(a′)｜Cu(有迁移) Zn+Cu2+(a′）Cu+Zn2＋(a）
(i)电解质浓差电池 Pt｜H2(p）｜HCl(a)｜HCl (a′)｜H2(p)｜Pt(有迁移)
H+(a′)H+(a)
Ag｜AgCl｜KCl(a)｜K(Hg)｜KCl(a′)｜AgCl｜Ag(无迁移) Cl(a)Cl (a′)
=
Zn
M 右
2 ,sln
Ag
Zn Zn Ag Ag
,sMln左
正极电势差
M左 Zn Zn Zn2 ,s ln
负极电势差
+ Ag ,s ln Zn2 ,s ln
液体接界电势
原电池的电动势定义为在没有电流通过的条件 下，原电池两极的金属引线为同种金属时，电池 两端的电势差。原电池电动势用符号 E 表示，即