《物理化学》课程PPT教学课件：第八章 可逆电池电动势及其应用

第八章可逆电池电动势及其应用 §80引言 热力学第二定律告诉我们 △Gr,p≥Wr 等温等压下体系吉布斯自由能的减少量不 少于体系所作的非膨胀功。 对于可逆反应: △G TP f. max

第八章 可逆电池电动势及其应用 §8.0 引言 • 热力学第二定律告诉我们：  G T,P  Wf •等温等压下体系吉布斯自由能的减少量不 少于体系所作的非膨胀功。 •对于可逆反应：  G T,P  Wf ,max

△G TP , max 若非膨胀功W仅电功一种,即对于可逆 电池反应: △G TP 电max=nFE (F:法拉第常数) 其中,n:电池反应电子转移mol数 nF:电池反应的电量(单位C) E:可逆电池的电动势

• 若非膨胀功 Wf 仅电功一种，即对于可逆 电池反应：  G T,P  W电，max  nFE （F：法拉第常数）  G T,P  Wf ,max n 其中， n： 电池反应电子转移 mol数； nF：电池反应的电量（单位 C）； E：可逆电池的电动势

△G TP 电 =nFE g max 对于不可逆电池: △Gr,P>W电=nFE 其中:E为有电流时(不可逆)电池两端的 电压。对于某一电池反应,显然: E<E 即电池的实际输出电压小于其可逆电动势

n 其中：E为有电流时（不可逆）电池两端的 电压。 对于某一电池反应，显然：  GT,P  W电，max  nFE  GT,P  W  nFE 电 n 对于不可逆电池： E  E 即电池的实际输出电压小于其可逆电动势

§8.1可逆电池概念及其研究意义 电池: 将化学能转变为电能(产生电流)的装置。 二、特点: 它在空间上把一个氧化还原体系的氧化反 应和还原反应隔离开,并分别在两个电极 上完成

§8.1 可逆电池概念及其研究意义 一 、电池： n 将化学能转变为电能（产生电流）的装置。 二、特点： n 它在空间上把一个氧化-还原体系的氧化反 应和还原反应隔离开，并分别在两个电极 上完成

、“可逆”电池: 须从热力学意义上的可逆概念来理解,有 两层含义: 1.化学(物质)可逆性:电极反应物质在充、 放电过程可逆; 2.能量可逆性:即热力学可逆过程,为反应 速度趋于零时的准静态过程(这一点初学 者易忽视)

三、 “可逆”电池： n 须从热力学意义上的可逆概念来理解，有 两层含义： 1. 化学（物质）可逆性：电极反应物质在充、 放电过程可逆； 2. 能量可逆性：即热力学可逆过程，为反应 速度趋于零时的准静态过程（这一点初学 者易忽视）

四、可逆电池研究意义: 可逆电池中:△GTP=-mFE “等号”有利于定量研究) 起到连接电化学和热力学的桥梁作用; 从测量可逆电池的电动势E →解决热力学问题(得到用化学反应 难测的热力学数据)

四、可逆电池研究意义： n 起到连接电化学和热力学的桥梁作用； n 从测量可逆电池的电动势E  解决热力学问题（得到用化学反应 难测的热力学数据） ( ) GT,P nFE “等号”有利于定量研 究 可逆电池中：  

△GrP=-nFE 揭示化学能转化为电能的转化极限,以 改善电池的性能(只有在近乎可逆时的 转化效率最高)

n 揭示化学能转化为电能的转化极限，以 改善电池的性能（只有在近乎可逆时的 转化效率最高）。 GT,P  nFE

例:燃料(可燃性反应物)电池,298K时反应 H2(g)+%O2(g)=H2O(D △He0 0 285. 84 kJ/mol △Ge0 0 237. kJ/mol 电池反应可逆电功 Wmax= -Agt. p=23719 kJ/mol (W>0,体系作功)

例：燃料（可燃性反应物）电池，298K时反应 H2 (g) + ½ O2 (g) = H2O (l) f 0 0 -285.84 kJ/mol Gf 0 0 -237.19 kJ/mol n 电池反应可逆电功： W G 237.19 kJ/mol f，max   T，P  （W > 0，体系作功）

化学燃烧反应热效应: Qp=△HF=-28584kJ/mol 可逆电池热效率:(Q<0,放热) 7=2371928584≈83% 该可逆电池电动势E=123V(可理论计 算,后讲); 但实际工作状态(有电流工作时): E=07~0.9V

n 化学燃烧反应热效应： （Q 0，放热） Q H 285.84 kJ / mol P f       n 可逆电池热效率：  = 237.19 / 285.84  83% n 该可逆电池电动势 E = 1.23 V（可理论计 算，后讲）； n 但实际工作状态 ( 有电流工作时 ) ： E = 0.7  0.9 V

所以燃料电池的热效率 们电 =50%~60% 而可逆热机(5509C过热蒸气): T=1 298 =64%0 823 但实际热机(不可逆循环)的m远低于 可逆热机: m′<30%

n 所以燃料电池的热效率：  电 = 50%  60% n 而可逆热机（550C过热蒸气 ）： 64% 823 298 1 T T 1 2 1       n 但实际热机（不可逆循环）的  远低于 可逆热机：    30%