第六篇平衡的两层含义

(1) 平衡电位(equilibrium potential)

关于平衡,的第一层含义是指平衡电位(equilibrium potential):即,各个半电池处于平衡状态时的电位差。

图7.
图7. Fe2+与Ce4+的电位差滴定。

对于图7中的电池,左侧是标准氢电极,右侧是Ce4+与Fe2+离子的滴定反应。

 
Ce4+ + Fe2+ → Ce3+ + Fe3+
 

例如Ce4+对Fe2+离子的电位滴定:半电池(1)即标准氢电极,和(2)之间用高阻抗电位计(HIV >1013Ω)连接,当电流几乎为零时,说明 此时的每个半电池都是独立平衡的。


(2) 电池电压的平衡
平衡的第二层的含义是电池电压的平衡。
图8 电池的电压
图8 电池的电压。

对于图8中的电池构成,在使用前的电池电压为: 两个半电池间的电位差

 
Ecell =E2 - E1
(35)

使用后的电池电压变成两个半电池间达平衡时的电位差 :Ecell=E2-E1=0 V

半电池1:
Fe3+ + e ⇔ Fe2+        E0 1
(36)

半电池2:
Ce4+ + e ⇔ Ce3+        E0 2
(37)

半电池1:的标准电极电位 为E0 1 , 半电池2:的标准电极电位 为 E0 2,电池的总体化学反应为四价Ce离子与两价铁离子反应,生成3价Ce离子与3价铁离子。

电池反应
Ce4+ + Fe2+ ⇔ Ce3+ + Fe3+
(38)

半电池1的Nernst公式可以用式39表示, 半电池2可表示为式40.


半电池1的Nernst公式:
Standard-potential-eq39.png

(39)


半电池2的Nernst公式:
Standard-potential-eq40.png

(40)

反应前的电池电压:用式41表示, 反应结束时的电池电压为0V、标准状态下的电池电动势与反应平衡常数K之间存在的关系式用反应式42表示。


反应前的电池电动势:
Standard-potential-eq41.png

(41)

反应结束时的电池电动势:
Ecell=0 V
Standard-potential-eq42.png


(42)

标准状态下半电池 1 和半电池 2 的电动势:Ecell0=E20 - E10 即标准电池电动势。


(未完待续)
最近更新时间 2024/08/02