可逆电池的电动势及其应用

这是一个关于可逆电池的电动势及其应用的思维导图，梳理了可逆电池的基本原理、测定方法及实际应用，适用于理解电池原理、电化学分析方法及热力学参数计算。

可逆电池的电动势及其应用

• 可逆电池和可逆电极
  • 可逆电池
    • 将化学能转化为电能的装置。包括电极、电解质溶液及其它附属设备
    • 可逆电池的必备条件 ①化学能与电能的转化是以热力学可逆方式进行的，充放电反应互为可逆反应。（物质可逆） ②充放电时电流无限小。（能量可逆） ③所有过程都是可逆的。（实际可逆)扩散是不可逆的，严格地说，凡是具有两个不同电解质接界电池都是 不可逆的。
    • 可逆电池的热力学
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      • 作用: ①提供了将化学能转变为电能的最大限度的关系式; ②提供了一种用电化学方法测定热力学量的方法。
  • 可逆电极和电极反应
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  • 可逆电池的书写规定
    • 书写规定书写规定 1）负极写在左边，发生氧化反应；正极写在右边，发生还原反应; 2)按顺序用化学式从左向右依次列出各个相组成、相态、活度； 3）用“|” 表示相界面，有界面电势存在；用“||”表示盐桥，使液接电势降到忽略不计。 4)注明温度，默认298.15 K；气体要注明压力和依附的不活泼金属， 溶液要注明浓度或活度。 5)E=0+-p.= PR-PL; 6)电极反应和电池反应要遵守物量和电荷量平衡。
    • 电动势取号
  • 电池表示式和化学反应式的互译
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• 可逆电池电动势的测定
  • Poggendorff对消法
    • 测定原理
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    • 方法和步骤
      • Ew—工作电池，在滑线电阻AB上产生均匀的电势降； Es—标准电池，电动势已知且稳定； Ex-待测电池; D—电钥; G—检流计； C—滑动头；
      • 测定步骤： ①使Ew工作，在AB上产生均匀的电势降； ②电钥合向标准电池，调节滑动头C，使G中无电流通过，Es=EAH; ③电钥合向待测电池，调节滑动头C，使G中无电流通过，Ex=Eac Ex=Es,c(AC/AH)
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  • wenston标准电池
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    • 我国在1975年提出的公式为： E{/V=E(293.15K)/V-[39.94(T/K-293.15) +0.929(T/K-293.15)2-0.009(T/K-293.15)3+0.00006(T/K-293.15)4]×10-6 标准电池的温度系数很小。
• 可逆电池热力学
  • 电池反应的nernst方程
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    • E—可逆电池的电动势; E0—标准电动势，参加电池反应的各组分均处于标准态时的电动势 Z— 单位反应电子转移量，mol; a-各组分活度。纯固体、液体，a=1；气体，a=p/p0
  • nernst方程应用
    • 1.由E求电池反应平衡常数Ke
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    • 2.之间的关系
      • ①计算电池反应的△rGm
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      • ②计算电池反应的△rSm
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      • ③计算电池反应的△rHm
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      • ④计算原电池放电时的反应热Qr
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• 电动势测定的应用
  • 判断反应趋势
  • 求各类化学反应的平衡常数
    • 1.求氧化还原反应的K（关键是设计电池）
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    • 2.求难溶盐的活度积和水解离常数
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    • 3.求水的 Kw及弱酸（碱）的解离平衡常数
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  • 求电解质溶液的平均活度因子
  • 由电化学量计算热力学量
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  • PH的测定
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    • ①用已知pHs值的标准缓冲溶液与甘汞电极组成电池，测定电动势Es; ②用待测溶液与甘汞电极组成电池，测定电动势Ex; ③计算得待测液pHx或直接读出。
• 电极电势和电池的电动势
  • 标准氢电极和电极电势
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  • 电极反应的nernst方程
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  • 甘汞电极
    • 二级标准电极--AgCl电极，甘汞电极
  • 电池电动势的计算
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• 电动势产生的机理
  • 电池电动势的产生
    • 在金属与溶液的界面上，由于正、负离子静电吸引和热运动两种效应的结果，溶液中的反离子只有一部分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称为紧密层;另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到本体溶液中，称为扩散层。 紧密层和扩散层构成了双电层。 金属表面与溶液本体之间的电势差即为界面电势差
  • 液体接界电势
    • 不同金属相互接触时，由于电子的逸出功不同，相互逸入的电子数不同，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。 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。
  • 接触电势
    • 产生
      • 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。
    • 消除
      • 离子扩散是不可逆的，所以有液接电势存在的电池也不可逆的，且液接势的值很不稳定。用盐桥可以使液接电势降到可以忽略不计。 盐桥可用倒置U型管制作，其中充满含有电解质饱和溶液的琼脂的冻胶。 也可将半电池管浸入充满含有电解质饱和溶液烧杯中。
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    • 计算关系
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    • 公式
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  • 电池电动势的产生
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