电化学工作站的原理与应用

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1、电化学工作站的原理与应用3、 电池分类简表电池分类简表1、 原电池原电池(primary cell)：将化学能转化为电能的装置。：将化学能转化为电能的装置。 2、 电解池（电解池（electrolytic cell）：将电能转化为化学能的装置。）：将电能转化为化学能的装置。电池电池单液电池单液电池 原原电电池池电解池电解池液态电池液态电池 固态电池固态电池 浓差电池浓差电池 化学电源化学电源 双液电池双液电池 电解质浓差电池电解质浓差电池 电极浓差电池电极浓差电池 一次电池一次电池 二次电池二次电池 燃料电池燃料电池 一、电化学的基本概念一、电化学的基本概念VZnZn763. 02盐桥的组成和

2、特点盐桥的组成和特点： 高浓度电解质溶液 正负离子迁移速度差不多 盐桥的作用盐桥的作用：1）防止两种电解质溶液）防止两种电解质溶液混和，消除液接电位，混和，消除液接电位，确保准确测定确保准确测定2）提供离子迁移通道）提供离子迁移通道 （传递电子）（传递电子）1VZnZn763. 02电池的电动势等于右边的还原电极电势电池的电动势等于右边的还原电极电势减去左边的还原电极电势减去左边的还原电极电势.电解池中电解池中电解质溶液的导电机理电解质溶液的导电机理阴阴极极阳阳极极ee电电解解质质溶溶液液电电源源阴阴极极阳阳极极ee电电解解质质溶溶液液电电源源溶液中的阳离子向负极迁溶液中的阳离子向负极迁移，从

3、负极上取得电子而移，从负极上取得电子而发生还原反应发生还原反应溶液中的阴离子向正极迁溶液中的阴离子向正极迁移，从正极上失去电子而移，从正极上失去电子而发生氧化反应发生氧化反应电极反应电极反应凡是进行氧化反应的凡是进行氧化反应的电极称为阳极电极称为阳极电位低的电极称为负极电位低的电极称为负极凡是进行还原反应的凡是进行还原反应的电极称为阴极电极称为阴极电位高的电极称为正极电位高的电极称为正极在电解池中正极为在电解池中正极为阳极，负极为阴极；阳极，负极为阴极；在原电池中则相反在原电池中则相反-+阴极阴极阳极阳极-+VZnZn763. 02位于金属活动性顺序铜以前的金属如位于金属活动性顺序铜以前的金属

4、如Zn、Fe、Ni给出电子的能力比铜强给出电子的能力比铜强金属活动性顺序铜之后的银、金属活动性顺序铜之后的银、金，给出电子的能力比铜弱金，给出电子的能力比铜弱.净反应：22Ag(s)ZnClZn(s)2AgCl(s) 作电解池阴极：阳极作原电池 Zn(s)|ZnSO4|HCl|AgCl(s) | Ag(s)2( ) Zn(s)Zn2e ( ) 2AgCl(s)2e2Ag(s)2Cl 净反应2Zn(s)2AgCl(s)2Ag(s)2ClZn 2Zn2eZn(s) 2Ag(s)2Cl 2AgCl(s)2e 3 3、组成电池的基本要素、组成电池的基本要素 一对电极一对电极 电活性物质电活性物质 电解

5、质电解质 外电路外电路 必要时要有隔膜（如双液电池）必要时要有隔膜（如双液电池） 4 4、电极反应和电池反应、电极反应和电池反应原电池原电池 Zn电极：电极： Cu电极：电极：Zn = Zn2+ + 2eCu2+ + 2e = Cu 电解池电解池 Zn电极：电极： Cu电极：电极：Zn2+ + 2e = ZnCu = Cu2+ + 2e 电极反应是一种特殊的氧化还原反应，与通常的氧化还电极反应是一种特殊的氧化还原反应，与通常的氧化还原反应不同的是前者是一种通过电极而进行的间接电子传递原反应不同的是前者是一种通过电极而进行的间接电子传递反应，后者是氧化剂和还原剂之间进行的直接电子传递反应。反应，

6、后者是氧化剂和还原剂之间进行的直接电子传递反应。 电极反应和氧化还原反应电极反应和氧化还原反应电能与化学能（电能与化学能（Electric and chemical power） 是指在一定温度下可以全部变是指在一定温度下可以全部变 为为 “有用功有用功”的那部分能量。的那部分能量。 在可逆状态下，化学能与电能由下式确定：在可逆状态下，化学能与电能由下式确定：化学能（化学能（chemical power）G = nFE 1）可逆电池（可逆电池（Reversible cell） 在化学能和电能相互转化时，始终处于热力学平衡状在化学能和电能相互转化时，始终处于热力学平衡状态的电池。态的电池。 可逆

7、电池的条件可逆电池的条件电池反应可逆电池反应可逆例如铅酸蓄电池例如铅酸蓄电池 再如再如Daniell电电池池 电池中的一切过程均可逆，工作电流趋于零电池中的一切过程均可逆，工作电流趋于零 2244222PbSO2H OPbOH SO 放电充电44Zn + CuSOCu + ZnSO放电充电5、可逆电池和不可逆电池、可逆电池和不可逆电池2） 不可逆电池（不可逆电池（Irreversible cell） 凡是不能满足可逆电池条件的电池通称为不可逆电池。凡是不能满足可逆电池条件的电池通称为不可逆电池。 如图所示的电池，其电池反应不可逆如图所示的电池，其电池反应不可逆 放电时放电时 充电时：充电时：电

8、池反应不可逆，电池不是可逆电池电池反应不可逆，电池不是可逆电池 使用盐桥的双液电池可近似地认为是使用盐桥的双液电池可近似地认为是可逆电池，但并非是严格的热力学可逆电可逆电池，但并非是严格的热力学可逆电池，因为盐桥与电解质溶液界面存在因离池，因为盐桥与电解质溶液界面存在因离子扩散而引起的相间电势差，扩散过程不子扩散而引起的相间电势差，扩散过程不是热力学可逆过程。是热力学可逆过程。44Zn + CuSO =Cu + ZnSO2+2+Cu + Cu=Cu + Cu1、电极、电极指与电解质溶液接触的电子导体或半导体。指与电解质溶液接触的电子导体或半导体。 电化学体系分为二电极、三电极体系、四电化学体系

9、分为二电极、三电极体系、四电极体系。电极体系。 （二）电化学体系的基本单元（二）电化学体系的基本单元工作电极工作电极（WE） 又称研究电极，指示电极。（主体浓度无显著变化）又称研究电极，指示电极。（主体浓度无显著变化） 对工作电极的要求：所研究的电化学反应不会因电极对工作电极的要求：所研究的电化学反应不会因电极自身发生的反应而受到影响，测定的电位区域较宽，电自身发生的反应而受到影响，测定的电位区域较宽，电极不与溶剂或电解液组分发生反应，电极面积不宜太大，极不与溶剂或电解液组分发生反应，电极面积不宜太大，表面均一、平滑、易净化等。表面均一、平滑、易净化等。工作电极工作电极固体电极固体电极: 玻碳

10、（玻碳（GC）、Pt、Au、Ag、Pb 液体电极液体电极: 汞或汞齐汞或汞齐 与工作电极组成回路，使工作电极上电与工作电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证研究的反应在电极上发生。流畅通，以保证研究的反应在电极上发生。 若测量过程中通过的电流较大时，为使若测量过程中通过的电流较大时，为使参比电极的电位保持稳定，必须使用辅助电参比电极的电位保持稳定，必须使用辅助电极，否则将影响测量的准确性。极，否则将影响测量的准确性。辅助电极辅助电极（CE） (又称对电极又称对电极)参比电极：其电位则不受试液组成变化的影参比电极：其电位则不受试液组成变化的影响，具有较恒定的数值。响，具有较恒定的数值。 理想

11、的参比电极为理想的参比电极为：（：（a）电极反应可逆，符）电极反应可逆，符合合Nernst方程方程; ;（b）电势不随时间变化）电势不随时间变化; ;（c）微小电流流过时，能迅速恢复原状）微小电流流过时，能迅速恢复原状; ;（d）温度影响小）温度影响小. .虽无完全符合的，但一些可以基本满足要求虽无完全符合的，但一些可以基本满足要求. .参比电极（参比电极（RE） 半电池半电池: HgHg2Cl2，KCl(xM) |电极反应电极反应:Hg2Cl2(s)+ 2e 2Hg + 2Cl-A、甘汞电极、甘汞电极甘汞电极示意图甘汞电极示意图O22Hg Cl /Hg22Hg Cl /Hg2222(Hg C