083 (2)电动势的符号 (E的正负问题) 实验中测定的E总是正值(电位差计,对消法), 无正负号问题。 但电池中的化学反应是有方向的,即一个化学反应的 -△G是可正可负的。 一△G>0反应正向进行 一△G<0反应逆向进行 可逆电池中发生的反应的一△G=FE,一个有符号, 一个无符号,必须给E规定一个符号,并能以此判断 反应的方向
08 例:Zn+CuS0,IP,ZnS0,+Cu 若以热化学方式进行,把Zn粒投入CuSO4溶液中,有 Cu析出,为不可逆反应,W’=0,正向自发进行。 -△,Gm=220KJ/mol.>0 (acus04=azs04=1,298K,1P) 组成一个电池(T,P) (-)Zn ZnSO(a=1)CuSO(a=1)Cu (+ 使I→0,该化学反应以电化学方式可逆进行,仍有 -△Gm=220KJ/mol.(状态函数),由于I→0,等T, P,可逆,-A,Gm=FE
085 n=2,F=96500库仑,E=1.14V(计算值). 若用实验装置测定,也可得到E测=1.14V 此时实验值与计算结果一致。表示当反应自发进行 时,-△,Gm>0,则E>0 若反应为以上所述的逆反应: Cu+ZnS04I巴,CuS04+Zn 则此反应-△,Gm=-220KJ/mol.<0 表示此反应不会向正方向进行,把Cu放入ZnSO,溶 液中不会发生反应。 这个反应构成的原电池没有正电动势(E<0),不能向 外做功
086 -△Gm=nFE,求出E=-1.14V0,电池反应能自发进行,可以放电做功: E0,表示电池反应能自发 进行,能放电做功,例如: (-)Zn(S)ZnSO(a)CusO(a2)Cu(S)(+ 是一个真正的原电池
087 反之,若写出: ()Cu(S)CusO(a2)ZnSO(a)Zn(S)(+) 此电池的电池反应为: Cu+ZnSO →CuSO4+Zn E0 实际上的原电池E≮0,只有在纸面上讨论化学反应 如何安排在电池中进行时才有E<0的情况
088 (四)电池表示式与电池反应的互译 首先,要考察是什么物质发生了氧化还原反应,其次 是依据反应前后的反应物与产物以及它们得失电子等 数量关系进行设计。 所谓互译,是指对于给定的化学反应能设计成电池, 对于给定的电池表达式,要能够准确写出其化学反应 式。 )由电池写反应式 例: (Pt),H,(g)NaOH(m)O,(g),(Pt) 以上电池为碱性溶液中的气体电极组成的单液电池
089 根据电极的特点写出电极反应如下: 左、负极、阳极、氧化:H2(g)+2OH→2HOL)+2© 右、正极、阴极、还原:O,(g)+H,OL)+2e →20H(m) 两极反应相加后为总反应:H,(g)+O,(g)一H,OL) 若反应液不是NaOH而是H,SO,则电池为另一种写法: (Pt),H,(g,P)HSO(m)O2(g,P2),(Pt) 阳极:H,(P1)→2H+2e 阴极:号O,①2)十2H+2e一H,OL) 总反应为:H,P)十O,P2)→H,OL) 从上例可见:同一化学反应,当被安排在由不同的介质组成 的电池中进行时,其反应的中间物是不同的,碱性中借助OH 完成反应,酸性中借助完成反应
090 2)由化学反应设计电池 是根据一定的氧化还原反应设计电池, 反应前后物质的价态有变化。 例:Zn+Cd+→Zn++Cd Zn-2e→Zn十,失去电子,氧化反应, 必为阳极、负极; Cd++2eCd,得电子还原,必为 阴极、正极。 同时,溶液中应该有相应离子,电池如下: ZnZn'(a)‖Cd'(a)|Cd
091 还有一些反应不发生氧化还原作用,反应前后价态无变化: 例:Ag+CI-AgC1(s) 先由反应所涉及的物质设计出一个电极,该电极必有氧化还原 反应: Ag,AgC1|CI,此电极上发生氧化还原反应: Ag+CI→AgCl(s)+e 氧化、阳极、负极 根据总反应,用总反应减去阳极反应,可得阴极反应: Ag+CI →AgCl(s) -)Ag+CI→ AgCl(s)+e Ag ++eAg得电子,还原、阴极, 电极为Ag|Ag 该电池为:Ag,AgC1(s)CI(m)‖Ag'(m,)Ag
092 §8.9可逆电池热力学 实验上可测电池电动势E,由E可得△Gm,△Hm,Sm 先推导E与a、T的关系: (1)电动势与溶液活度a的关系一Nernst方程 ①推导: 电池:H(P)HCl(a)|Cl2P2),电动势E (一)阳极:HP) →H(at)te (+)阴极:C1,P2)十e →CI(aar) 总反应:HP1)+C12P2) -H(an+)+Cl(acr) 进行电池反应时,电池对外做功W=FE,若电池 工作条件为等T,P,可逆,则有: -A Gm -W'=nFE