可逆电池电动势
物理化学---可逆电池电动势
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可逆电池和可逆电极 电动势产生的机理
9.3 可逆电池及电动势
将化学能转化为电能的装置称为电池，若此转化是 以热力学可逆方式进行的，则称为“可逆电池”。 在可逆电池中 (ΔrGm)T,p,=Wr’ =－nFE 其中E: 电池两电极间的电势差，在可逆条件下， 达最大值，称为电池的电动势。 (ΔrGm)T,p=Wr’=－nFE ——热力学与电化学联系的桥梁
可逆电池必须同时满足上述两个条件
9.3 可逆电池及电动势
电池Ⅰ:
放电：E>V V
A
充电：加外加电压V>E V
A
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
Cu极电势高为正 Cu极 Cu2++2e Cu Zn极 Zn 2e Zn2+
Cu 2e Cu2+ Zn2++2e Zn Zn2++Cu Zn+Cu2+
(a=1) (a 1)
金属汞齐－金属离子电极：
Na+|Na–Hg Na+ + e Na(Hg齐) (a) Cd2+|Cd –Hg Cd2+ + 2e Cd(Hg齐)(a)
气体电极： 酸性氢电极
碱性氢电极
Pt(s) H2(P)H+(c) Pt(s) H2(P)OH-(c) 2H+ + 2e- H2
“盐桥”中电解质的采用原则：
* 正负离子的运动速率及迁移数很接近，如KCl, NH4NO3， 保证液接电势差非常小。 * 盐桥物质的浓度要高，且不能 与电解质溶液发生反应。
可逆电池电动势及其应课件
精选ppt
) Pt , H2 ( P)HCl (0.06m) || HCl (0.001m)Cl2 (0.05P) , Pt (+
精选ppt
四、构成可逆电极的条件
1）反应（物质）可逆； 2）电极上正、逆反应速度相当（正、逆
反应难易程度相当），从实用角度看 ，充、放电过程难易相当。
精选ppt
例如电池： Pt，H2 HCl（m）AgCl Ag （单液电池）
为热力学上严格的可逆电池:
1）H+、H2 在 Pt 上的氧化、还原反应的 难易程度相当；
精选ppt
若采用盐桥法可消除 液接电势，近似地当 作可逆电池。
但严格地说：双液电 池肯定有液接电势， 热力学不可逆。
所以说丹尼尔电池不是可逆电池。
前面介绍的几个电池中Leabharlann 只有铅蓄电池在 i 0 时为可逆电池。
精选ppt
例：单液的可逆电池
放电： Pt ） ½ H2 e H+ Ag +）AgCl + e Ag + Cl
总反应：Pb + PbO2+ 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
充电：阴）Pb：PbSO4 + 2e Pb + SO42
阳）PbO2：PbSO4 + 2H2O PbO2 + SO42 + 4H+ + 2e
总反应：2PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2+ 2H2SO4
电极反应、总反应完全化学可逆。
例如：
可逆电池电动势及应用
可逆电池电动势及应用可逆电池是指在一定条件下，电池的氧化还原反应既可以正向进行，也可以逆向进行，进而可以通过外加电势来实现电能的存储和释放。
可逆电池的电动势是指在电池没有电流通过时，测得的产生的电动势。
可逆电池的电动势主要是由电极反应引起的。
在可逆电池中，每一个电极都有自己的电对，可以分别写出其电对的反应方程式。
例如，在可逆电池中，如果正极是铜，负极是锌，则其电对可以写作：Cu2+ + 2e- -> Cu （正极反应）Zn -> Zn2+ + 2e- （负极反应）在可逆电池中，正极与负极之间既可以发生正极反应，也可以发生负极反应。
当外加电势为正极时，正极反应发生；当外加电势为负极时，负极反应发生。
当外加电势为零时，正负极反应同时发生，而且它们的速率相等。
因此，在可逆电池中，电化学动力学状态迅速达到平衡状态，电池的电动势不会因为正负极反应到达平衡而发生变化。
应用方面，可逆电池具有以下几个方面的重要应用。
1. 电能存储和释放：可逆电池是一种可充放电电池，可以通过外加电势电化学反应的正向和逆向来在化学能和电能之间进行转换。
电池在充电状态下将电能转化为化学能，而在放电状态下将化学能转化为电能。
可逆电池被广泛应用于手机、笔记本电脑、电动车等各种移动设备中，能够实现电能的高效存储和释放。
2. 电源备份：可逆电池的典型例子是蓄电池，它们能够储存电能并在需要时释放出来。
蓄电池被应用于各种场合，如UPS电源、太阳能和风能储能系统、汽车启动电池等。
蓄电池的高可逆性和长寿命使得它们成为电力系统的备用电源，确保供电的稳定性和可靠性。
3. 温度控制：可逆电池也被应用于温度控制的设备中，如恒温器和温度计。
可逆电池在恒温器中起到稳定温度的作用，通过测量温度引起的电动势差，来调整继电器的工作状态，从而实现恒定的温度控制。
4. 电化学分析：可逆电池的电动势在电化学分析中也具有重要的应用价值。
通过测量可逆电池的电动势变化，可以对溶液中的阳离子或阴离子进行定量分析。
测定可逆电池电动势的方法
测定可逆电池电动势的方法嘿，咱今儿个就来聊聊测定可逆电池电动势的那些事儿！你说这可逆电池电动势，就好像是一个神秘的小宝藏，得用合适的方法才能把它给挖出来。
那都有啥方法呢？有一种常见的方法叫对消法。
这就好比是在一场拔河比赛中，我们要找到两边力量平衡的那个点。
通过一个能产生稳定电压的装置，和我们要测的可逆电池对着干，直到它们俩的力量相互抵消，这时候我们就能准确地知道这个电动势是多少啦！你想想，是不是挺有意思的？还有电位差计法呢！就好像是给这个电动势来个精准的“量身定制”。
电位差计就像是一把超级精确的尺子，能把电动势的大小给量得清清楚楚。
它能让我们更直观地了解这个神秘小宝藏的具体数值。
咱再说说盐桥法。
这就好像是给电池搭了一座小桥，让里面的离子能顺畅地流动，减少了阻碍，从而让我们能更好地测定电动势。
这桥搭得好呀，测定起来就更轻松啦！你可别小看这些方法，每一种都有它的独特之处呢！就像我们每个人都有自己的拿手好戏一样。
它们能帮助我们揭开可逆电池电动势的神秘面纱，让我们对电的世界有更深入的了解。
在实际操作中，那可得小心谨慎，就跟走钢丝似的，一点差错都不能有。
稍有不慎，可能测出来的结果就不靠谱啦！所以呀，一定要认真对待，就像对待宝贝一样。
测定可逆电池电动势的方法就像是打开电世界大门的钥匙，有了它们，我们才能在这个充满奥秘的领域里畅游。
我们能更好地理解电池的工作原理，说不定还能发明出更厉害的电池呢！那时候，我们的生活可就变得更加便捷和精彩啦！总之，这些方法各有千秋，我们要根据实际情况选择最合适的那个。
就像我们挑鞋子一样，得合脚才行呀！让我们一起好好利用这些方法，去探索可逆电池电动势的奇妙世界吧！。
实验十六 可逆电池电动势的测定
实验十六可逆电池电动势的测定一、实验目的测量铜-锌原电池的电动势，计算反应的热力学函数。
了解电动势的测量原理和方法。
二、实验原理电池反应中，摩尔吉布斯函数[变]、摩尔熵[变]，反应热分别为（1）（2）（3）（4）可见，只要测出某一电池反应的电动势E及其温度系数(∂E/∂T)，，就可算出热力学函数。
可逆电池的电动势数据可用于热力学计算。
可逆电池电动势的测量条件除了电池反应可逆和传质可逆外，还要求在测量回路中电流趋近于零。
测定电动势不能用伏特计。
因为电池与伏特计相接后会有电流通过，电池中电极被极化，电解液组成也会发生变化。
所以伏特计只能测得电池电极间的电势降，而不是平衡时的电动势。
利用对消法可使我们在测量回路中电流趋于零的条件下进行测量，所测得的结果即为可逆电池的电动势。
对消法电路如图8-1所示。
acBa回路由工作电源、可变电阻和电位差计组成。
工作电源的输出电压必须大于待测电池的电动势。
调节可变电阻使流过回路的电流为某一定值，在电位差计的滑线电阻上产生确定的电势降，其数值由已知电动势的标准电池Es校准。
另一回路abGExa由待测电池Ex、检流计G和电位差计组成。
移动b点，当回路中无电流通过时.电池的电动势等于a、b两点的电势差。
对消法测电动势是一个接近热力学可逆过程的例子。
为了尽可能减小电池中溶液接界外因扩散产生的非平衡液接电势，两电极间用盐桥连通。
三、仪器试剂直流电势差计一台；光点反射检流计一台；标准电池一个；于电池(1.5V)两节；铜电极、锌电极(带电极池)各一支；超级恒温器一台；0.100mol·dm-3硫酸铜和硫酸锌溶液若干；饱和氯化钾溶液；2.00mol·dm-3硫酸溶液；6.00mol·dm-3硝酸溶液；丙酮试剂(A.R.)；小烧杯；金相砂纸。
四、实验步骤先对电极进行预处理。
用金相砂纸把电极片抛光，用水冲洗后在丙酮液中浸洗数分钟，再用稀硫酸和稀硝酸浸洗。
然后将电极用蒸馏水冲洗于净。
可逆电池电动势的测定实验报告
可逆电池电动势的测定实验报告实验报告：可逆电池电动势的测定一、实验目的1.掌握可逆电池电动势测定的原理和方法。
2.学习使用电位差计测量电池电动势。
3.理解可逆电池电动势与反应物质、温度等因素的关系。
二、实验原理可逆电池是指在一定条件下，能够完全逆向恢复到初始状态的电池。
可逆电池的电动势是指电池在开路状态下正负极之间的电位差，是电池反应的重要参数之一。
本实验采用标准电池和待测电池进行电动势的测量，通过比较两者的差异，可以得到待测电池的电动势。
三、实验步骤1.准备实验器材：电位差计、标准电池、待测电池、电阻箱、恒温水槽、温度计、电解质溶液等。
2.将电位差计与标准电池和待测电池连接，调整电阻箱阻值，使得电位差计指示为零。
3.将标准电池和待测电池放入恒温水槽中，记录温度。
4.根据实验原理，计算标准电池的电动势E0（已知）。
5.按照相同条件，测量待测电池的电动势E1。
6.根据测量结果，计算待测电池的电动势E1（未知）。
7.分析实验数据，得出实验结论。
四、实验结果与数据分析1.标准电池的电动势E0=1.018V（已知）。
2.待测电池的电动势E1=1.015V（未知）。
3.比较标准电池和待测电池的电动势，发现两者相差较小，说明待测电池的电动势较为准确。
4.分析实验数据，发现可逆电池的电动势与反应物质、温度等因素有关。
随着反应物质浓度的降低或温度的升高，电动势会相应减小。
这表明可逆电池的反应速率与电动势密切相关。
5.通过本实验，我们掌握了可逆电池电动势的测定方法，学会了使用电位差计进行电动势的测量，加深了对可逆电池工作原理的理解。
五、实验结论本实验通过测量标准电池和待测电池的电动势，比较两者的差异，验证了可逆电池电动势的存在及其与反应物质、温度等因素的关系。
实验结果表明，随着反应物质浓度的降低或温度的升高，电动势会相应减小。
这表明可逆电池的反应速率与电动势密切相关。
通过本实验，我们进一步加深了对可逆电池工作原理的理解，掌握了可逆电池电动势的测定方法。
可逆电池电动势的测定实验报告
可逆电池电动势的测定实验报告实验目的：掌握利用可逆电池的电动势进行测定的方法，探究电动势与浓度、温度的关系。
实验器材：标准氯化银电极、0.1mol/L AgNO3溶液、电解池、热水槽、温度计、万用表、导线等。
实验原理：可逆电池是指电极间反应完全可逆的电池，在理想状况下，可逆电池的电动势与电极间的化学势差相等。
因此，可逆电池可以用来测量其他电池电动势或溶液中离子的标准电位。
实验步骤：1.将标准氯化银电极置于电解池中，并将电解池连接至万用表的正负极。
2.将电解池中注入0.1mol/L AgNO3溶液，使电极完全浸没其中。
3.将电解池置于热水槽中，通过热水槽中的温度计调节溶液的温度。
记录温度。
4.在稳定温度的条件下，打开万用表的电源开关，等待电动势稳定后记录电动势。
5.将温度调节至不同的数值，重复步骤4并记录相应的电动势和温度。
实验结果：温度（℃）电动势（V）200.78300.80400.82500.84600.86实验分析：根据实验结果，我们可以发现随着温度的升高，电动势的数值也逐渐增加。
这是因为随着温度的升高，反应速率也加快，更多的电子参与了氯化银的还原，从而增加了电池的电动势。
实验结论：根据实验结果，我们可以得出结论：电动势与温度呈正相关关系。
这一结论在工业应用中具有重要意义，因为在实际使用电池的过程中，温度的变化会影响电动势的稳定性，从而对电池的性能产生影响。
实验中可能存在的误差：1.离子浓度的变化未考虑。
溶液中的Ag+浓度可能随着反应过程发生变化，影响电动势的测量结果。
2.极化现象的影响。
在实验过程中，电解池可能发生了极化现象，导致电极反应不完全，并影响电动势的测定结果。
3.万用表的误差。
万用表的精度限制了电动势测量结果的准确性。
为减小误差，可以采取以下措施：1.在实验过程中定期检查溶液中的Ag+浓度，保持其稳定。
2.进行电化学预处理，减小电解池的极化现象。
3.使用高精度的电位计或泳报仪进行电动势测量，提高测量结果的准确性。
06章_可逆电池电动势
5. 要注明温度，不注明就是298 K；要注明物态,气 体要注明压力；溶液要注明浓度或活度。
6. 若电极没有固体物质，要加上导电的惰性电极。 Pt|H2(p)|H+(aH+) ||Cu2+(aCu2+)|Cu(s)
(G) T p
S
(nEF) T p
r Sm
r Sm
nF
E T
p
QR
T
r Sm
nFT
E T
r Hm rGm T r Sm
对标准态以上式子也成立
p
nEF
nFT
p.127例6-4
E T p
(əE/əT)p为温度系数，是常数 用途：准确计算ΔH, ΔS等
电池电动势与反应计量系数无关
电池电动势的计算
判断正负极: φ大的为正, φ小的为负.例如与标准氢电 极(φθ=0)组成电池,Cu电极(φθ=0.34V)是正极,与Ag+/Ag 电极(φθ=0.80)组成电池,Cu电极成为负极.
电动势 标准电动势
E
E
若可逆电池反应为:aA+dD=gG+hH
E
E
RT nF
ln
aGg aHh aAa aDd
电极
Pt|Sn4+(a1), Sn2+(a2)
电极反应
Hg2Cl2(s)+2e2Hg(l) +2Cl-(a-) Fe3+(a1)+e Fe2+(a2) Sn4+(a1)+2e Sn2+(a2)
注：电极表示法不规定电极反应的方向，既可以表示正向(还原)， 也可以表示逆向(氧化)。
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Weston标准电池
镉汞双组分相图
镉标准电池的镉汞电 极 中 C d 的 含 量 控 制 在 514%之间, 在常温下, 由相 图可知, 体系处于两相区. 455K 故在一定温度下, Cg-Hg 齐的成分不会受电极组成 波动的影响,所以电极具 有非常稳定的电极电动势, 298K 也保证了标准电池的电动
充电时: (-) Zn2+ + 2e- →Zn (+) Cu→Cu2+ + 2e-
Cu + Zn2+ →Cu2+ + Zn
电池（1）具备可逆电池条件
(2) Zn
E外 Cu
H2SO4
对电池（2）
放电:
充电:
Zn + 2H+ →Zn2+ + H2 Cu + 2H+ → Cu2+ + H2
电池（2）不具备可逆电池条件
2. 测量未知电池电动 势: 将K倒向D2.调节滑 线电阻触点到适当地 位C2,使电流计读数为 零,C2点所标记的电压 值即为被测电池的电 动势.
工作电源 Ew
可变电阻R
A
滑线电阻 1.01865V B
C2
C1
P
标准电池Es D1
G
待测电池Ex
K
D2
标准电池
电池表示式： Cd(Hg)10.0%|CdSO4·8/3H2O(饱和)|Hg2SO4(s),Hg(l) 电池反应： (-) Cd(Hg)→Cd2++Hg(l)+2e(+)Hg2SO4(s)+2e-→2Hg(l)+SO42-
AgCl(s)+e- →Ag(s)+Cl-(a-)
Ag2O(s)+H2O+2 e→2Ag(s)+2OH-(a-)
Ag2O+2H+(a+)+2e-
→2Ag(s)+H2O
第三类电极及其反应
(氧化还原电极) 将一片惰性金属(如铂片)插 入含有某种离子的不同氧化态所组成的溶液中就 构成氧化还原电极。
电极
电极反应
(2) 能量可逆工作时 I→0，电池(极)反应处于电化 学平衡。
(3) 电池中无其它不可逆过程。
严格说来，只有单液电池才可能成为可逆电池。
1.电化学反应可逆
(1) Zn
E外 Cu
对电池（1）
Zn2+ Cu2+
放电时: (-) Zn →Zn2+ + 2e(+) Cu2+ + 2e- →Cu
Zn + Cu2+ →Zn2+ + Cu
⑵第二类电极(存在两个相界面) a. 金属-难溶盐及其阴离子组成的电极 b. 金属-氧化物电极
⑶第三类电极(组成电极的物质在同一相内) 氧化-还原电极
第一类电极及其反应
（1）金属电极
电极
（2）气体电极
电极反应
Mz+(a+)|M(s) Na+(a+)|Na(Hg)(a) H+ (a+)|H2(p),Pt OH-(a-)| H2(p),Pt H+(a+) | O2(p), Pt
2. 能量可逆要求：
通过电池的电流无限小，I 0。
3. 无其它不可逆过程
严格的说，可逆电池中不应有任何不可逆过程。 所以凡具有两个不同电解质溶液接界的电池因存 在扩散（不可逆过程），严格的说均为不可逆电 池。
二. 可逆电极的种类
⑴第一类电极(这类电极一般只有一个相界面) a. 金属与其阳离子组成的电极 b. 气体电极
第七章 电化学
(一) 电解质溶液 (二) 可逆电池电动势 (三) 不可逆电极过程
(二) 可逆电池电动势
热化学反应和电化学反应的区别
热化学反应 （1）反应质点必须接触 （2）电子转移路径短，
且电子无规则运动 （3）活化能来自于分子
碰撞，反应速率取 决于温度。 （4）释放能量的形式：热 无非体积功
电化学反应 反应质点彼此分开 电子转移路径长，且是有 序运动 活化能来自于电能，反应 速率取决于电势
Hg
势的精度.ห้องสมุดไป่ตู้
F
熔液 (单相)
C
D E固
溶
体
b
两
相
共
存
G
H
Cd
四. 电池的书写表示方法的原则
1. 发生氧化作用的电极写在左边，为负极； 发生还原作用的电极写在右边，为正极。
2. 各相排列顺序按电流流动方向排列。 3.“|”表示相界面，有电势差存在。 4.“||”表示盐桥，消除液接电势。 5.“┆”表示半透膜。 6. 应注明物相（固、液、气），溶液要注明浓度或 活度。应注明温度、压力，不注明就是298.15 K和 标准压力。
若有某一定电流通过电池时，在电池内阻上要产 生电位降，这时两电极间电位差就小于电池的电动势。 所以只有在没有电流通过电池时，两电极间电位差才 为电池的电动势。因此，不能直接用伏特计来测量电 池的电动势。
通常用对消法测电池电动势。
对消法测定电池电动势
1. 校准工作电流: 开关 K打向D1.若在实验温 度下标准电池电动势 为1.01865V, 将触点打 在滑线电阻AB上标记 1.01865V处,调节R使G 中无电流流过为止.
第二类电极及其反应
难溶盐电极是将金属表面覆盖一层该金属的难溶性 盐，再浸入与该盐有相同阴离子的溶液中而构成。
甘汞电极可表示为： Hg(l) | Hg2Cl2 (s)｜Cl-(a-) ；
电极
电极反应
Cl-(a-)|AgCl(s)|Ag(s) OH-(a-)|Ag2O|Ag(s)
H+(a+)|Ag2O(s)|Ag(s)
OH-(a-)|O2(p) , Pt Cl- (a-)|Cl2(p),Pt
Mz+(a+)+ze- →M(s) Na+(a+)+nHg+e-→Na(Hg)n(a) 2H+(a+)+2e- →H2(p) 2H2O+2e- →H2(p)+2OH-(a-) O2(p)+4H+(a+)+4e-→2H2O
O2(p)+2H2O+4e- →4OH-(a-) Cl2(p)+2e- →2Cl-(a-)
Fe3+(a1), Fe2+(a2)|Pt Cu2+(a1), Cu+(a2)|Pt Sn4+(a1), Sn2+(a2)|Pt
Fe3+(a1)+e- →Fe2+(a2) Cu2+(a1)+e- →Cu+(a2) Sn4+(a1)+2e- →Sn2+(a2)
三. 电池电动势的测定
测量可逆电池的电动势的仪器，为电位差计。这 里要注意满足可逆电池的条件：电极反应是可逆的， 因此通过的电流要无限小。
释放能量的形式：电能(有 用功)
电化学与化学热力学的联系
电池的电功 we nFE
等温等压下
we rG nEF rG
对可逆电池等号成立
nFE rG zEF rGm
§7.6 可逆电池
一.可逆电池的条件：
原电池
电解池
(1)电化学反应可逆充、放电时,电池(极)反应 必须正好相反。