濃差電池
銅臭 / 2022-07-23
能斯脫公式指出電極電位是隨氧化態(tài)和還原態(tài)的活度而變化的。那末,兩個(gè)電極即使其氧化態(tài)和還原態(tài)的物質(zhì)都相同,只是活度不同,它們的電極電位也不相同,也可以組成原電池。這種由兩個(gè)組成相同、但活度(或濃度)不同的電極組成的原電池,叫作濃差電池。濃差電池的電池作用僅僅是一種物質(zhì)從高濃度狀態(tài)向低濃度狀態(tài)轉(zhuǎn)移。當(dāng)濃度相等時(shí),電動(dòng)勢(shì)等于零,這時(shí)電池作用達(dá)到極限,不能再進(jìn)行。濃差電池主要有兩類(lèi):溶液濃差和電極材料濃差,分別敘述如下:
一、溶液濃度不同的濃差電池
在這類(lèi)電池中,兩電極的材料和電解質(zhì)的種類(lèi)都相同,只是 電解質(zhì)溶液的濃度不同。例如有兩個(gè)電極: AgIAgNO?(a?),AgIAgNO?(a?),且a?>a?。 根據(jù)能斯脫公式可知,φ?>φ?。兩電極組成電池時(shí),離子活度小的電極必為負(fù)極,離子活度大的電極必為正極。電極電池:
AglAgNO?(a?)IAgNO?(a?)IAg a?<a?
根據(jù)負(fù)極進(jìn)行氧化反應(yīng),正極進(jìn)行還原反應(yīng)的原則,電極反應(yīng)為:
因?yàn)閮呻姌O的材料和電解質(zhì)均相同,所以φ?相同,在φ正和φ負(fù)相減時(shí)可消去。電池的電動(dòng)勢(shì)E為:
由上式可知,這類(lèi)電池的電動(dòng)勢(shì)只和兩極的電解質(zhì)溶液的活 度a?和a?有關(guān)。電池作用的極限是: a?=a?, φ?=φ?, E=0。
二、電極材料濃度不同的濃差電池
這種濃差電池是在同一溶液中,插入材料種類(lèi)相同但活度(或濃度)不同的兩個(gè)電極所構(gòu)成。例如有分壓不同的兩個(gè)氫電 極: (1)Pt, H?(P?)|H?(a), (2)Pt, H?(P?)|H?(a),P?>P?。則:
由于P?>P?,故φ?>φ?因此電極(1)為負(fù)極,電極(2)為正極。組成的原電池為:
Pt,H?(P?)|H?(a)|H?(P?), Pt
負(fù)極: H?(P?)= =2H?(a)+2e
正極: 2H?(a)+2e=H?(P?)
電池反應(yīng): H?(P?)=H?(P?)
由上式可知,電動(dòng)勢(shì)的大小取決于兩個(gè)電極的氫氣壓力的差別, 而與溶液中H?的活度無(wú)關(guān)。氫氣壓力較大的一個(gè)電極作負(fù)極時(shí),電池作用將自動(dòng)進(jìn)行,直到兩極氫氣的壓力相等。
又如由分壓不同的兩個(gè)氧電極組成電池:
以上說(shuō)明,由兩個(gè)氧電極組成的電池中,當(dāng)氧氣壓力較大的一個(gè)電極作正極時(shí),電池作用將自動(dòng)進(jìn)行,直至兩極氧氣壓力相等。
此外,還有汞齊濃差電池以及其它形式組合的濃差電池,因?qū)ξ覀冇锰幉淮螅蛔髟斒觥?/span>