可逆電池的熱力學(xué)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1可逆電池的熱力學(xué)可逆電池的熱力學(xué)HGDEhgdermlnBBBGRTa rmGzFE 設(shè)某電池反應(yīng)設(shè)某電池反應(yīng)等溫方程等溫方程可逆電池中可逆電池中l(wèi)nBBBRTEEazF Nernst 方程方程電池反應(yīng)中，純固體或純液體電池反應(yīng)中，純固體或純液體1B理想氣體理想氣體BBppa實(shí)際氣實(shí)際氣體體BBfpa提示提示： 一、Nernst 方程方程rmGzFE HGrmrmEDlnhgeda aGGRTa a 第1頁(yè)/共18頁(yè)2122Pt HHCl ( ) ClPt( )()app|+2122HClHClH () ()( )()22Claapp22ClCl2e ()()2Clap負(fù)極負(fù)極,氧化氧

2、化正極正極,還原還原凈反凈反應(yīng)應(yīng)21HH ()2e( )2HapNernst 方程為方程為例：例：2222HClHCllnRTEEzFaaa a第2頁(yè)/共18頁(yè)lnaRTEKzFrmlnaGRTK rmGzE F 二、二、從從E 求電池反應(yīng)平衡常數(shù)求電池反應(yīng)平衡常數(shù)K第3頁(yè)/共18頁(yè)而而rGm 、rGm 、K與反應(yīng)式的寫法有關(guān)。與反應(yīng)式的寫法有關(guān)。2H ()2AgCl(s)2Ag(s)2HCl(1)pa21H ()AgCl(s)Ag(s)HCl(1)2pa同一電池同一電池12EErm,1112lnGE FRTK rm,222lnGE FRTK rm,1rm,22GG 212()KK注意：注意：

3、 電池電動(dòng)勢(shì)電池電動(dòng)勢(shì)E ，E在指定狀態(tài)下在指定狀態(tài)下(電極、溶液濃電極、溶液濃度度)有確定的值，與電池反應(yīng)式的寫法無(wú)關(guān)，有確定的值，與電池反應(yīng)式的寫法無(wú)關(guān)，第4頁(yè)/共18頁(yè)三、求電池反應(yīng)的三、求電池反應(yīng)的rHm 、rSm及熱效應(yīng)及熱效應(yīng)Qr,mzEFGmrrmppGEzFTT rmpESzFTpET電池電動(dòng)勢(shì)的溫度系數(shù)電池電動(dòng)勢(shì)的溫度系數(shù)mrmrSTp )(G第5頁(yè)/共18頁(yè)對(duì)于等溫化學(xué)反應(yīng)對(duì)于等溫化學(xué)反應(yīng)mrmrmrSTHGrmpEHzEFzFTT 電池反應(yīng)熱效應(yīng)：電池反應(yīng)熱效應(yīng)：r,mrmpEQTSzFTTr0,0pEQT電池反應(yīng)不吸熱也不放熱電池反應(yīng)不吸熱也不放熱r0,0pEQT反應(yīng)從

4、環(huán)境吸熱反應(yīng)從環(huán)境吸熱r0,0pEQT反應(yīng)向環(huán)境放熱反應(yīng)向環(huán)境放熱第6頁(yè)/共18頁(yè)pTEzFTQSTQ rmrr,rmpEHzEFzFTT 電池反應(yīng)熱效應(yīng)電池反應(yīng)熱效應(yīng)焓變，焓變，非電池非電池反應(yīng)熱效應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng)rmrmrrmrmrQHGQGH 電池非電池,mrppQQH 電能電能 = 化學(xué)能化學(xué)能 + 可逆電池放熱可逆電池放熱第7頁(yè)/共18頁(yè)例例 25C 時(shí)電池時(shí)電池2Ag(s)AgCl(s)|HCl( )|Cl (),Ptbp411.136 ,5.9 10 V KpEEVT 21Ag(s)Cl ()AgCl(s)2p電池反應(yīng)電池反應(yīng)求求rGm 、rSm、 rHm及熱效應(yīng)及熱效應(yīng)Q？如果電池

5、短路（只反應(yīng)不作電功）仍求上述各量如果電池短路（只反應(yīng)不作電功）仍求上述各量？第8頁(yè)/共18頁(yè)mrmrmrSTGH1molkJ7 .126電池可逆放電時(shí)電池可逆放電時(shí)mrRSTQ1molkJ1 .17rGm、rSm、rHm 數(shù)值同上數(shù)值同上1mrmolkJ7 .126HQp解：由題給反應(yīng)知解：由題給反應(yīng)知 z =1zEFGmr1molkJ6 .109pTEzFSmr11KmolJ4 .57如果電池短路，如果電池短路，第9頁(yè)/共18頁(yè) 一定一定T, p下，若反應(yīng)在燒杯中進(jìn)行，發(fā)生單位反下，若反應(yīng)在燒杯中進(jìn)行，發(fā)生單位反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)向環(huán)境放熱應(yīng)時(shí)系統(tǒng)向環(huán)境放熱126.7kJmol-1 ，但同樣量的反，

6、但同樣量的反應(yīng)在原電池中恒溫恒壓下可逆進(jìn)行時(shí)只放熱應(yīng)在原電池中恒溫恒壓下可逆進(jìn)行時(shí)只放熱17.1 kJmol-1,少放出的部分能量少放出的部分能量109.6kJ是系統(tǒng)對(duì)環(huán)境所是系統(tǒng)對(duì)環(huán)境所作的電功。作的電功。1RmrmolkJ6 .109WG第10頁(yè)/共18頁(yè)12242Pt H () H SO (0.01 mol kg ) O () Ptpp1fm2(H O,1)285.83 kJ molH 4. 298 K時(shí)時(shí),下述電池的電動(dòng)勢(shì)為下述電池的電動(dòng)勢(shì)為1.228 V：已知已知H2O(1)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為 。試求：。試求：（1）該電池的溫度系數(shù)；該電池的溫度系數(shù)；（2）該電池在

7、該電池在273 K時(shí)的電動(dòng)勢(shì)。設(shè)反應(yīng)焓在該溫時(shí)的電動(dòng)勢(shì)。設(shè)反應(yīng)焓在該溫度區(qū)間內(nèi)為常數(shù)。度區(qū)間內(nèi)為常數(shù)。第11頁(yè)/共18頁(yè)6. 在在298K時(shí)時(shí), 電池電池Hg(l)Hg2Cl2(s)HCl(a)Cl2(p) Pt(s)的電動(dòng)勢(shì)的電動(dòng)勢(shì)為為1.092 V，溫度系數(shù)為，溫度系數(shù)為9.42710-4VK-1。（1）寫出有寫出有2個(gè)電子得失的電極反應(yīng)和電池的凈反個(gè)電子得失的電極反應(yīng)和電池的凈反應(yīng)；應(yīng)；（2）計(jì)算與該電池反應(yīng)相應(yīng)的計(jì)算與該電池反應(yīng)相應(yīng)的rGm，rSm，rHm及可逆熱效應(yīng)及可逆熱效應(yīng)QR。若只有。若只有1個(gè)電子得失，則這些個(gè)電子得失，則這些值又等于多少？值又等于多少？（3）計(jì)算在相同的溫度

8、和壓力下，與計(jì)算在相同的溫度和壓力下，與2個(gè)電子得失個(gè)電子得失的電池凈反應(yīng)相同的熱化學(xué)方程式的熱效應(yīng)。的電池凈反應(yīng)相同的熱化學(xué)方程式的熱效應(yīng)。第12頁(yè)/共18頁(yè)122Pt H () KOH(0.1 mol kg ) O () Ptpp-12242Pt H () H SO (0.1 mol kg ) O () Ptpp1amHg(1)|HgO(s)|KOH(0.5 mol kg )|K(Hg)(1)a8. 分別寫出下列電池的的電極反應(yīng)、電池反應(yīng)，列分別寫出下列電池的的電極反應(yīng)、電池反應(yīng)，列出電動(dòng)勢(shì)出電動(dòng)勢(shì)E的計(jì)算公式，并計(jì)算電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式，并計(jì)算電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)E。設(shè)活度因子均為。設(shè)

9、活度因子均為1，氣體為理想氣體。所需的標(biāo)準(zhǔn)，氣體為理想氣體。所需的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)從電極電勢(shì)表中查閱。電極電勢(shì)從電極電勢(shì)表中查閱。（1） ； （2） ；（3） ；（4）PtSn4+ (aSn4+) ，Sn2+(aSn2+) Tl3+ (aTl3+) ，Tl+ (aTl+) Pt；（5） 。+IAgAg(s)|AgI(s)|I ()Ag ()|Ag(s)aa-第13頁(yè)/共18頁(yè)第14頁(yè)/共18頁(yè)第15頁(yè)/共18頁(yè)當(dāng)當(dāng) 0時(shí)，則時(shí)，則Qr0，表示原電池在恒溫下，表示原電池在恒溫下可逆放電時(shí)與環(huán)境無(wú)熱的交換，化學(xué)能全部可逆放電時(shí)與環(huán)境無(wú)熱的交換，化學(xué)能全部電能。電能。pTE)/(當(dāng)當(dāng) 0時(shí)，則電池放熱。

10、化學(xué)能電能，一時(shí)，則電池放熱?；瘜W(xué)能電能，一部分化學(xué)能部分化學(xué)能電能，另一部分化學(xué)能以熱的形式放出；電能，另一部分化學(xué)能以熱的形式放出；pTE)/(當(dāng)當(dāng) 0時(shí)，則電池吸熱?；瘜W(xué)能電能，電時(shí)，則電池吸熱?；瘜W(xué)能電能，電池反應(yīng)中，電池從環(huán)境吸熱，與化學(xué)能一起池反應(yīng)中，電池從環(huán)境吸熱，與化學(xué)能一起電能；電能；pTE)/(第16頁(yè)/共18頁(yè) 從可逆電池的溫度系數(shù)是正或負(fù)，可以判斷電池在從可逆電池的溫度系數(shù)是正或負(fù)，可以判斷電池在工作時(shí)是吸熱還是放熱。工作時(shí)是吸熱還是放熱。應(yīng)該指出，可逆電池中的反應(yīng)熱效應(yīng)應(yīng)該指出，可逆電池中的反應(yīng)熱效應(yīng)QR。與一般化。與一般化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱rHm不同。不同。QR = rHm + zFE 可以看出：可以看出：若電動(dòng)勢(shì)隨溫度升高而增大，若電動(dòng)勢(shì)隨溫度升高而增大，QR0，電池，電池等溫可逆工作時(shí)，從環(huán)境吸熱，因此等溫可逆工作時(shí)，從環(huán)境吸熱，因此-rHmzFE，即反，即反應(yīng)熱比電能小，這表明除反應(yīng)熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芡?，電?yīng)熱比電能小，這表明除反應(yīng)熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芡?，電池在等溫可逆工作時(shí)從環(huán)境吸收的可逆熱也變?yōu)殡娔堋３卦诘葴乜赡婀ぷ鲿r(shí)從環(huán)境吸收的可逆熱也變?yōu)殡娔?。若電?dòng)勢(shì)隨溫度升高而減小，若電動(dòng)勢(shì)隨溫度升高而減小，QRzFE。這表