可逆电池思维导图

可逆电池是指正向、逆向电极反应都是热力学可逆且又无液体接界的、由可逆电极构成的电池。下图讲述了可逆电池和可逆电极、可逆电池热力学、电极电势与电池电动势、电池电动势测定的应用。

可逆电化学平衡

• 可逆电池和可逆电极
  • 可逆电池和可逆电极
    • 可逆电池
      • 定义 电极反应以可逆方式进行
      • 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
      • 常见电池的类型
        • 单液电池
          • 研究常用
        • 双液电池
          • 用素烧瓷分开
          • 用盐桥分开
    • 可逆电池条件
      • 电池中发生的化学反应必须是可逆
      • 可逆电池在工作时，不论是充电或放电所通过的电流，必须十分微小电池是在接近平衡状态下工作的
      • 电池中的其他过程也必须可逆，例如离子迁移。
    • 可逆电极
      • 第一类电极：金属电极，汞齐电极，气体电极
        • 注意气体电极也使用惰性金属电极
      • 第二类电极：金属-难溶盐/难溶氧化物电极
      • 第三类电极：氧化还原电极
        • 惰性金属做电极，在上面发生反应
      • 选择性电极和膜电极
  • 电池的书写
    • 电极反应和电池反应
    • 可逆电池的书写方法
      • 左边为负极，起氧化作用，是阳极 右边为正极，起还原作用，是阴极
      • ｜表示向界面，有电势差存在 ┊表示半透膜
      • ││ 表示盐桥，使液接电势降到忽略不计
      • 要注明温度，不注明就是298.15K。 要注明物态 气体要注明压力和依附的惰性金属 溶液要注明浓度或活度
      • 电池的电动势等于右边正极的还原电极电势，减去左边负极的还原电极电势
  • 电动势的测量
    • 对消法测量电池电动势
      • 通过外加电池，对抗原电池电动势，使得I近似为0。
  • 标准电池
    • 韦斯顿电池
      • 在测量电池电动势时，需要一个电动势为已知的并稳定不变的辅助电池。
• 可逆电池热力学
  • 能斯特方程
    • 计算可逆电池电池电动势
  • ⚠️⚠️⚠️可逆电动势与热力学函数之间的关系
    • （标准）摩尔反应吉布斯自由能
    • （标准）摩尔反应焓变
    • 可逆反应热效应
    • 摩尔反应熵变
    • 计算
• 电极电势与电池电动势
  • 标准氢电极与标准电极电势
    • 规定氢标为0
      • 根据氢标计算二级标准电极，再计算其他标准电极电势。氢标制备困难！
        • 标准甘汞电势：二级标准电极之一
    • 电极电势书写规则
      • 氧化在前还原产物在后，电极反应为左侧氧化态，右侧还原态。⚠️在计算尤其是碱性下水电解成氢气的析出电势注意区分什么是氧化态什么是还原态，此时氢氧根离子为还原态！！
    • 电极电势
      • 电极电势的大小反映了电极上可能发生反应的次序
        • 根据标准电极电势和电极能斯特方程计算电极电势
  • 电动势产生与机理
    • 电池电动势的产生
      • 两个电极由于反应状态不同而具有的不同的电极电势，两个电极电势的差称为电池的电动势。
    • 电极与电解质溶液界面间电势差的形成
      • 金属与溶剂之间作用形成电势差
      • 金属插在含有这种金属离子的溶液中，同样产生电势差
        • 若电极上金属离子的化学势大于溶液中金属离子的化学势，(一般浓度较低)则电极上的离子溢出
        • 若电极上金属离子的化学势小于溶液中，金属离子的化学势则溶液中的金属离子进入到金属中，使金属荷正电
    • 接触电势
      • 电子溢出功，电子从金属表面溢出时，为了克服表面势垒必须做的功
      • 逸出功的大小既与金属材料有关，又与金属的表面状态有关
      • 不同金属相互接触时，由于电子的逸出功不同，相互渗入的电子不同，在界面上电子分布不均匀，由此产生的电势差称为接触电势。一般接触电视很小
    • 液体接界电势
      • 在两个含不同溶质的溶液的界面上，或溶质相同而浓度不同的界面上，由于离子迁移的速率不同，而产生的电势差
      • 离子扩散是不可逆的，所以有液接电势存在的电池也是不可逆的，且液接电势的值很不稳定
    • 浓差电池与液体接界电势计算
      • 浓差电池
        • 定义：一种物质从高浓度状态到低浓度状态的转移。
        • 分类
          • 电极浓差电池：氢气到氢气
          • 溶液浓差电池：例如银离子从高浓度到低浓度
          • 电池书写✍️为高到低。 存在液体接界电势。
      • 液接电势计算
  • 电池电动势的计算
    • 从电极电动势计算
    • 电池总反应与能斯特方程计算
    • 标准电极电势查表或者设计电池求未知标准电极电势
• 电池电动势测定的应用
  • 判断氧化还原方向
    • E<0不能沿设计方向进行
    • E>0可以沿设计方向进行
    • 根据E与摩尔吉布斯自由能之间的关系
  • 求化学平衡反应常数
    • 溶度积
    • 解离平衡常数
    • 络合物的不稳定常数
    • 注意设计的电池要能自发进行！
  • 求电解质的平均活度因子
    • E标未知
      • 根据不同质量摩尔浓度和测量E作图外推E标
    • E标和m已知
  • 测量溶液的ph
    • 准备
      • 指示电极
        • 玻璃电极(Gls)
          • 玻璃电极测PH值,ph 1～9，改变组成可测1～14，最常用，使用广泛。应用于ph计。
        • 醌氢醌电极
        • 氢电极
          • 应用广（0-14均可测量），但制作困难
      • 参比电极
        • 甘汞电极(SCE)
      • 待测溶液
    • 应用
      • 玻璃电极
        • 计算，SCE为0.2801V。
      • 醌氢醌电极
  • 小知识点
    • 计算热力学函数变化值
      • 温度系数，根据温度系数同时也可以判断可逆电池工作吸放热
    • 求未知电极的标准还原电极电势
    • 计算离子迁移数：利用液体接界电势
• ⚠️在计算电动势与相关数据时，牢记电解质溶液的相关参数计算方式，例如活度，平均活度因子等。
• 一、电极反应和电池反应都必须物量和电荷量平衡，二、电极电势都必须用还原电极电势,电动势等于正极的还原电极电势减去负极的还原电极电势 三、要注明反应温度，要注明电极的物态,气体要注明压力，溶液要注明浓度