如何将化学反应设计成电池根据元素氧化数的变化确市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

如何将化学反应设计成电池（1）依据元素氧化数改变，拟定氧化）依据元素氧化数改变，拟定氧化-还原对还原对(必要时可在方程式两边加同一物质）；必要时可在方程式两边加同一物质）；（2）由氧化）由氧化-还原对拟定可逆电极，拟定电解质溶液，还原对拟定可逆电极，拟定电解质溶液，设计成可逆电池（双液电池必须加盐桥）；设计成可逆电池（双液电池必须加盐桥）；（3）检查所设计电池反应是否与原反应吻合。）检查所设计电池反应是否与原反应吻合。6 6 可逆电池电动势计算可逆电池电动势计算第1页第1页Zn(s)+H2SO4(aq)H2(p)+ZnSO4(aq)（1）负极发生氧化反应：）负极发生氧化反应：(-)Zn(s)Zn2+2e-正极发生还原反应：正极发生还原反应：(+)2H+2e-H2(p)（2）负极为）负极为Zn(s)|Zn2+(a1)，电解质为，电解质为ZnSO4;正极为正极为H2(p),Pt|H+(a2)，电解质为，电解质为H2SO4。按连接顺序，电池表示式为：按连接顺序，电池表示式为：Zn(s)|ZnSO4|H2SO4|H2(p),Pt（3）复核此电池表示式相应电化学反应与题给完）复核此电池表示式相应电化学反应与题给完全相同。全相同。第2页第2页AgCl(s)Ag+Cl-(1)所给反应不是氧化还原反应，必须在方程式两边加入所给反应不是氧化还原反应，必须在方程式两边加入同样物质构成氧化还原对，能够在两边同时加入同样物质构成氧化还原对，能够在两边同时加入Ag(s)，(当然也可加入当然也可加入Cl2(p)）负极发生氧化反应：负极发生氧化反应：(-)Ag(s)Ag+(a1)+e-正极发生还原反应：正极发生还原反应：(+)AgCl(s)+e-Ag(s)+0.5Cl2(p)(2)负极为负极为Ag(s)|Ag+(a1)，电解质为，电解质为AgNO3;正极为正极为AgCl(s),Ag(s)|Cl-(a2)，电解质为，电解质为HCl。按连接顺序，电池表示式为：按连接顺序，电池表示式为：Ag(s)|Ag+(a1)|HCl(a2)|AgCl(s)|Ag(s)(3)复核此电池表示式相应电化学反应复核此电池表示式相应电化学反应,与题给相同。与题给相同。第3页第3页（1）若已拟定反应方向，则按要求反应方向写，）若已拟定反应方向，则按要求反应方向写，并用单箭头表示反应方向；若未拟定方向，则并用单箭头表示反应方向；若未拟定方向，则电极反应写成还原反应并用双箭头表示可逆。电极反应写成还原反应并用双箭头表示可逆。（2）两个电极反应电荷数应相同）两个电极反应电荷数应相同（3）反应式中不要出现电池表示式中没有物质）反应式中不要出现电池表示式中没有物质（但可有（但可有H2O).（4）不要容易将离子合并成份子。）不要容易将离子合并成份子。书写电极和电池反应几条原则：书写电极和电池反应几条原则：第4页第4页化学电池电动势计算基本环节：基本环节：（1）写出电池反应方程式；）写出电池反应方程式；（2）代入）代入Nernst公式计算；公式计算；（3）单独离子活度用平均活度代替，）单独离子活度用平均活度代替，(双液电池电动势不能准确计算双液电池电动势不能准确计算)。第5页第5页(1)(1)单液化学电池单液化学电池 H2(g,p)H2SO4(a)PbSO4(s)PbH2(g)+PbSO4(s)2H+SO42-+Pb(s)第6页第6页(2)(2)双液化学电池双液化学电池ZnZn2+Cu2+CuZn+Cu2+Cu+Zn2+计算过程中计算过程中a+，a-，均用两种电解质溶液各自，均用两种电解质溶液各自 a替换，这会引入一定误差，因此双液电池电动势替换，这会引入一定误差，因此双液电池电动势不能准确计算。不能准确计算。第7页第7页浓差电池电动势计算浓差电池电动势计算(1)(1)电极浓差电池电极浓差电池负极负极:H2(p1)2 H+2e-正极正极:2 H+2e-H2(p2)H2(p1)H2(p2)p1 p2,E 0p1 p2,E p2,E 0p1 0第9页第9页(2)电解质浓差电池电解质浓差电池AgAgCl(s)HCl(a1)HCl(a2)AgCl(s)Ag Cl-(a1)Cl-(a2)负极负极:Ag+Cl-(a1)AgCl+e-正极正极:AgCl+e-Ag+Cl-(a2)阴离子转移阴离子转移第10页第10页Ag(s)Ag+(a1)Ag+(a2)Ag(s)Ag+(a2)Ag+(a1)负极负极:Ag Ag+(a1)+e-正极正极:Ag+(a2)+e-Ag阳离子转移阳离子转移第11页第11页电能由物质从较高活度到较低活度之间扩散电能由物质从较高活度到较低活度之间扩散提供。提供。电池原则电动势电池原则电动势浓差电池特点：浓差电池特点：第12页第12页(3)(3)液接电势计算液接电势计算离子在液接界面处离子在液接界面处扩散迁移为：扩散迁移为：t+H+(a1)t+H+(a2)t-Cl-(a2)t-Cl-(a1)Pt,H2(p)HCl(m)HCl(m)H2(p),Pt (-)HCl(a1)HCl(a2)(+)-+-+H+Cl-电电池池可可逆逆放放电电1mol电电量量时时，有有t+molH和和t-molCl-通通过过界界面面而而扩扩散迁移。散迁移。第13页第13页假设假设 I 0,此离子迁移过程可近似作为可逆此离子迁移过程可近似作为可逆过程处理过程处理假设迁移数不受浓度影响，则此过程假设迁移数不受浓度影响，则此过程Gibbs函函数改变数改变第14页第14页第15页第15页 用盐桥时，与两个溶液有两个接界。因盐桥用盐桥时，与两个溶液有两个接界。因盐桥中中KClK+、Cl-迁移率很靠近迁移率很靠近(t+=0.4906)，在两，在两个接界面上产生电势很小，并且两个界面上液接个接界面上产生电势很小，并且两个界面上液接电势符号相反，又互相抵消一部分。另外因盐桥电势符号相反，又互相抵消一部分。另外因盐桥中中KCl浓度很高（饱和），能够掩盖其它离子迁浓度很高（饱和），能够掩盖其它离子迁移，故盐桥能大大减少液接电势。通常液接电势移，故盐桥能大大减少液接电势。通常液接电势约为约为30mv。使用。使用KCl盐桥后可减少到盐桥后可减少到13毫伏。毫伏。在要求不高时，能够近似认为是可逆电池。在要求不高时，能够近似认为是可逆电池。第16页第16页7 电动势测量电动势测量测量可逆电池电动势仪器，为电位差计。这里要测量可逆电池电动势仪器，为电位差计。这里要注意满足注意满足可逆电池可逆电池条件：电极反应是可逆，因此通过条件：电极反应是可逆，因此通过电流要无限小。电流要无限小。若有某一定电流通过电池时，在电池内阻上要产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电动势。生电位降，这时两电极间电位差就小于电池电动势。因此只有在没有电流通过电池时，两电极间电位差才因此只有在没有电流通过电池时，两电极间电位差才为电池电动势。因此，不能直接用伏特计来测量电池为电池电动势。因此，不能直接用伏特计来测量电池电动势。电动势。通惯用通惯用对消法对消法测电池电动势。测电池电动势。第17页第17页 对消法测定电池电动势1.校准工作电流校准工作电流:开关开关K打向打向D1.若在试验温若在试验温度下原则电池电动势度下原则电池电动势为为1.01865V,将触点打将触点打在在滑线电阻滑线电阻AB上标识上标识1.01865V处处,调整调整R使使G中中无电流无电流流过为止流过为止.2.测量未知电池电动势测量未知电池电动势:将将K倒向倒向D2.调整滑线调整滑线电阻触点到适当地位电阻触点到适当地位C2,使使电流计读数为零电流计读数为零,C2点点所标识电压值即所标识电压值即为被测电池电动势为被测电池电动势.待测电池待测电池ExC2C1B原则电池原则电池Es可变电阻可变电阻R R滑线电阻滑线电阻工作电源工作电源 EwAKD1D2P1.01865V 1.01865V G第18页第18页原则电池原则电池电池表示式：电池表示式：Cd(Hg)10.0%|CdSO48/3H2O(饱和饱和)|Hg2SO4(s),Hg(l)电池反应：电池反应：(-)Cd(Hg)Cd2+Hg(l)+2e-(+)Hg2SO4(s)+2e-2Hg(l)+SO42-净反应：净反应：Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2OCdSO48/3H2O(s)+Hg(l)第19页第19页Weston原则电池原则电池第20页第20页镉汞双组分相图镉汞双组分相图镉镉原原则则电电池池镉镉汞汞电电极极中中Cd含含量量控控制制在在5-14%之之间间,在在常常温温下下,由由相相图图可可知知,体体系系处处于于两两相相区区.故故在在一一定定温温度度下下,Cg-Hg齐齐成成份份不不会会收收电电极极构构成成波波动动影影响响,因因此此电电极极含含有有非非常常稳稳定定电电极极电电动动势势,也也确确保保了原则电池电动势精度了原则电池电动势精度.298KHgCd固固溶溶体体a a固固溶溶体体b b两两相相共共存存两两相相共共存存HGFEDC 熔液熔液(单相单相)455K第21页第21页