2024年11月05日
其他课程基础 / 普通化学
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一、原电池与电解池

1、原电池与电解池的异同

对于原电池,反应的;对于一些电解池内的反应,可以理解为通电强行让它发生反应,反应的。 原电池在物理中相当于是内电路,电解池在物理中相当于是外电路,两者在化学本质上相似,所以本文以原电池为例来解释电动势。

2、高中内容补充

电镀(银)的总反应方程式:

二、原电池

1、原电池的电动势

电化学的化学变化过程中有电功。根据电学知识,电功(非体积功)等于电量与电动势的乘积,即: 其中为法拉第常数,为。表示一摩尔电子的电量。 根据热力学原理,对于恒温恒压下有非体积功(电功)的化学变化过程,化学反应的自由能增量之间的关系: 若电池反应是可逆的(电流无限小),那么上式取等号,如果不可逆,那么不取等号,为了方便,下面的内容只讨论可逆的情况。即: 因为,所以有: 其中为反应商,为一摩尔反应中转移了多少摩尔电子。经过变形得到:(能斯特方程) 根据化学热力学知识: 得到: 从而,可以得到:

2、电极电势

正极的电势减去负极的电势等于这个原电池的电动势,即: 为了计算电势,规定了,如果氢电极为正极,锌电极为负极,有:

You can't use 'macro parameter character #' in math mode<0$$ 由此就有: $$\Delta G = -2E^\ominus F >0$$ 表明该反应不会自发进行。 现在以氢电极为参照,如果锌电极不在标准态之下。那么会有: $$\begin{aligned}\varphi_{\mathrm{Zn^{2+}/Zn}}&=\varphi_{\mathrm{Zn^{2+}/Zn}}-\varphi_{\mathrm{H^{+}/H_2}}^\ominus=E\\&=E^\ominus-\frac{RT}{2F}\ln\frac{1}{\frac{c_{\mathrm{Zn^{2+}}}}{c^\ominus}}\\&=E^\ominus+\frac{RT}{2F}\ln{\frac{c_{\mathrm{Zn^{2+}}}}{c^\ominus}}\\&=\varphi_{\mathrm{Zn^{2+}/Zn}}^\ominus+\frac{RT}{2F}\ln{\frac{c_{\mathrm{Zn^{2+}}}}{c^\ominus}}\end{aligned}$$ ### 3、$E$和$\varphi$的应用 生活中利用测定电池电动势的方法,设计相应的原电池,可以测定离子浓度,例如PH计测定氢离子浓度。
作者信息:老官童鞋gogoho
发表于:2024年11月05日
本文标题: 电化学