如何将化学反应设计成电池(1)根据元素氧化数的变化,确指南

如何将化学反应设计成电池（1）根据元素氧化数的变化，确定氧化-还原对(必要时可在方程式两边加同一物质）；（2）由氧化-还原对确定可逆电极，确定电解质溶液，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。§6可逆电池电动势的计算Zn(s)+H2SO4(aq)→H2(p)+ZnSO4(aq)（1）负极发生氧化反应：(-)Zn(s)→Zn2++2e-正极发生还原反应：(+)2H++2e-→H2(p)（2）负极为Zn(s)|Zn2+(a1)，电解质为ZnSO4;正极为H2(p),Pt|H+(a2)，电解质为H2SO4。按连接顺序，电池表示式为：Zn(s)|ZnSO4||H2SO4|H2(p),Pt（3）复核此电池表示式对应的电化学反应与题给完全相同。AgCl(s)→Ag++Cl-(1)所给反应不是氧化还原反应，必须在方程式的两边加入同样的物质构成氧化还原对，可以在两边同时加入Ag(s)，(当然也可加入Cl2(p)）负极发生氧化反应：(-)Ag(s)→Ag+(a1)+e-正极发生还原反应：(+)AgCl(s)+e-→Ag(s)+0.5Cl2(p)(2)负极为Ag(s)|Ag+(a1)，电解质为AgNO3;正极为AgCl(s),Ag(s)|Cl-(a2)，电解质为HCl。按连接顺序，电池表示式为：Ag(s)|Ag+(a1)||HCl(a2)|AgCl(s)|Ag(s)(3)复核此电池表示式对应的电化学反应,与题给相同。（1）若已确定反应方向，则按规定的反应方向写，并用单箭头表示反应方向；若未确定方向，则电极反应写成还原反应并用双箭头表示可逆。（2）两个电极反应的电荷数应相同（3）反应式中不要出现电池表示式中没有的物质（但可有H2O).（4）不要轻易将离子合并成分子。书写电极和电池反应的几条原则：化学电池电动势的计算基本步骤：（1）写出电池反应的方程式；（2）代入Nernst公式计算；（3）单独离子活度用平均活度代替，(双液电池的电动势不能准确计算)。(1)单液化学电池H2(g,p)│H2SO4(a)│PbSO4(s)│PbH2(g)+PbSO4(s)→2H++SO42-+Pb(s)242244222(/)(/)3ln2[]ln2HSOooHooSOPbSOPbHHoHaaRTEEFppaRTFpp(2)双液化学电池Zn│Zn2+‖Cu2+│CuZn+Cu2+→Cu+Zn2+22ln2CuZnoaaFRTEE计算过程中a+，a-，均用两种电解质溶液各自的a±替代，这会引入一定的误差，因此双液电池的电动势不能准确计算。)()(ln244CuSOaZnSOaFRTEo浓差电池电动势的计算(1)电极浓差电池ln2ln22112ppFRTppFRTEEo负极:H2(p1)→2H++2e-正极:2H++2e-→H2(p2)H2(p1)→H2(p2)p1p2,E0p1p2,E0Pt,H2(g,p1)│HCl(aq,a)│H2(g,p2),Pt负极:2Cl-(a)→Cl2(p1)+2e-正极:Cl2(p2)+2e-→2Cl-(a)Cl2(p2)→Cl2(p1)Pt,Cl2(g,p1)│HCl(aq,a)│Cl2(g,p2),Ptln2ln21221ppFRTppFRTEEop1p2,E0p1p2,E0(2)电解质浓差电池Ag│AgCl(s)│HCl(a1)‖HCl(a2)│AgCl(s)│AgCl-(a1)→Cl-(a2)ln1,2,aaFRTE负极:Ag+Cl-(a1)→AgCl+e-正极:AgCl+e-→Ag+Cl-(a2)阴离子转移Ag(s)│Ag+(a1)‖Ag+(a2)│Ag(s)Ag+(a2)→Ag+(a1)负极:Ag→Ag+(a1)+e-正极:Ag+(a2)+e-→Ag阳离子转移ln2,1,aaFRTE电能的由物质从较高活度到较低活度之间的扩散提供。电池标准电动势0oE浓差电池的特点：(3)液接电势的计算离子在液接界面处的扩散迁移为：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-电池可逆放电1mol电量时，有t+mol的H＋和t-mol的Cl-通过界面而扩散迁移。'ln'lnaaRTtaaRTtGjaaRTtt'ln)(假设I→0,此离子迁移过程可近似作为可逆过程处理假设迁移数不受浓度的影响，则此过程的Gibbs函数的变化-zFEGjj'ln)(aaFRTttzFGEjj'ln)12t(aaFRT用盐桥时，与两个溶液有两个接界。因盐桥中KCl的K+、Cl-的迁移率很接近(t+=0.4906)，在两个接界面上产生的电势很小，而且两个界面上液接电势符号相反，又互相抵消一部分。另外因盐桥中KCl浓度很高（饱和），可以掩盖其它离子的迁移，故盐桥能大大降低液接电势。通常液接电势约为30mv。使用KCl盐桥后可降低到1～3毫伏。在要求不高时，可以近似认为是可逆电池。§7电动势的测量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。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.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.待测电池ExC2C1B标准电池Es可变电阻R滑线电阻工作电源EwAKD1D2P1.01865VG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-净反应：Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O→CdSO4·8/3H2O(s)+Hg(l)Weston标准电池镉汞双组分相图镉标准电池的镉汞电极中Cd的含量控制在5-14%之间,在常温下,由相图可知,体系处于两相区.故在一定温度下,Cg-Hg齐的成分不会收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,也保证了标准电池的电动势的精度.298KHgCd固溶体b两相共存HGFEDC熔液(单相)455K