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利用原电池电极上反生的氧化还原反应,可以实现化学能转换为电能。假设原电池在可逆条件下放电(可逆原电池),对外做电功,则 Since then 式中,z 是电极反应的转移电子数,E 是原电池的可逆电动势。 §7.5 可逆电池及其电动势 上式表明,只要测定一定温度下原电池的可逆电动势,即可计算电池反应的摩尔Gibbs函数变,进而计算其它热力学性质变化。 因此,测定可逆原电池的电动势,是研究研究原电池热力学的关键。 Zn ZnSO4 CuSO4 多孔隔膜 - Cu + 原电池是利用电极上发生的氧化还原反应,实现化学能转换为电能的装置。以铜锌电池为例,铜插入CuSO4 溶液中,锌插入ZnSO4溶液中,两溶液之间用多孔隔板隔开,构成了铜锌电池。由于锌失去电子而进入溶液,把电子留在金属锌上,使金属锌和ZnSO4溶液的界面上形成了双电层,产生电势差。铜电极类似。 (1) 原电池的构造: 1. 可逆原电池 (2) 原电池的表示方法: 任何一种原电池都可以用符号来表示。如铜锌原电池可以用下面的符号表示: Zn∣ZnSO4(aq)‖CuSO4(aq)|Cu ① 正极(阴极,发生还原反应)写在右边,负极(阻极,发生氧化反应)写在左边,依次用化学符号表示组成电池的各物质。 ② 用“│”表示不同的相间的界面,这类界面包括电极与溶液的界面,一种溶液与另一种溶液的界面,或同一种溶液但两种不同浓度之间的界面等。 原电池符号表示方法的规定: ③ 用“‖”表示盐桥,表示溶液与溶液之间的接界电势通过盐桥已降低到可以略去不计。 ④ 应标明构成电池各物质的相态、温度、压力,溶液应注明浓度,用 aq 表示。若不注明温度、压力,则一般指25℃、100 kPa。 要求: 理解原电池的表示方法,做到: 1、给定一个原电池,正确写出电极反应和电池反应; 2、给定一个氧化还原反应,正确写出原电池。 可逆原电池是一个十分重要的概念,因为只有可逆电池才能进行严格的热力学处理。可逆电池必须满足三个条件: (3) 可逆原电池 第一,电极反应必须是可逆的,即当电流方向改变时,电极反应随之逆向进行。 第二,电池工作时通过的电流应无限小,也就是说必须在无限接近于平衡的条件下工作。 第三,其它过程可逆。 满足以上条件的电池即是可逆电池,构成可逆电池的电极都是可逆电极。 See some examples of standard reversible cell in the textbook。 2. 可逆电池电动势的测定 可逆电池电动势的测定必须在电流无限接近于零的条件下进行。常用的测量方法是Poggendorff对消法(见教材P23。) A B D C G EW E标准 E未 用下面的关系式可得电池的电动势。 在实验室测定电动势时,常用韦斯顿(Weston)标准电池。它的正极是 Hg +HgSO4,负极是含Cd 12.5%的Cd-Hg齐,并浸于HgSO4晶体的饱和溶液中。如图所示。 + - Cd-Hg齐 → ← Hg+HgSO4 CdSO4 晶 体 → CdSO4 ← 晶体 CdSO4 ←饱和溶液 Hg 韦斯顿标准电池示意图 电极反应和电池反应如下: 正极: HgSO4(s) +2e → 2Hg(l) + SO42- 负极: Cd(Hg齐) + SO42- -2e → CdSO4 (s) 电池反应: Cd(Hg齐) + HgSO4(s) → 2Hg(l) + CdSO4 (s) 韦斯顿标准电池是一可逆的电池,其电动势稳定,且温度系数很小。 §7.6 原电池热力学 对于可逆原电池, Since Then 式中,z 是电极反应的转移电子数,E 是原电池的可逆电动势。 Also since 可逆原电池的放电过程是按照可逆的方式进行,电池的热效应为 Since Then Important Note: 尽管可逆原电池中的电池反应是在恒压条件下进行的,但电池的热效应和电池中发生的化学反应的恒压反应热不同。化学反应的恒压反应热通常是指恒压、无非体积功存在的条件下化学反应的热效应,而可逆原电池中存在电功。 能斯特方程 对于化学反应 根据化学反应一章的相关知识 真实气体反应 非理想溶液 反应 电池反应属于非理想溶液反应,而且 因此,有 上式称
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