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作家:David Wang
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    濃度電池 Concentration Cells (一)
    2012/01/04 01:11:59
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    因為電池的電位差取決於反應物質的濃度,所以我們只要讓二個電極裝置含有不同濃度的物質,就能製造一個電池。

     

    化學原理啟迪278

    濃度電池 Concentration Cells ()

     

    1.          因為電池的電位差取決於反應物質的濃度,所以我們只要讓二個電極裝置含有不同濃度的物質,就能製造一個電池。

    2.          舉例來說,下圖的電池二端電極裝著液態的AgNO3,但是莫耳濃度不同;讓我們來討論這個電池的電位差與電子流動的方向。

    3.          這個電池的2個電極裝置的半反應是

    Age→Ag   0.80V

    4.          如果二端電極都含有1M Ag

    E°cell0.80V0.80V0V

    5.          不過我們設定的電池,二端電極的Ag濃度分別是1M0.1M,因為二端Ag濃度不一樣,所以實際運作時,電池的半反應電位差也不一樣,因此這個電池將有一個正的電位差伏特。

    6.          這個電池的電流方向是什麼?思考這個問題最好的方法是認清自然界會努力平衡二端電極裝置的Ag濃度。

    7.          我們將使用能斯特方程式,計算這個電池在25時的電位差

    E(0.0591/n)log(Q)

    8.          因為電池每完成一次反應就轉移1個電子,因此n1,電池二端裝置的半反應分別是:Age→AgAg→Age。這個電池的標準電位差是多少?

    9.          電池的標準電位差代表電池反應進行的條件符合標準狀態,我們所設定的電池大部分的條件都符合標準狀態,只有一項不符合,其中一端電極的[Ag]不是1M。不過,如果電池二端的電極Ag+濃度都是1M,電位差就是0,也就是標準電位差0

    10.      接著,我們要找到反應商數Q的值,再複習一次,反應商數Q是產物與反應物濃度的比例。

    11.      這個電池的反應程序是

    Ag(1M)→Ag(0.1M)

    從以上反應的濃度可以找出反應商數Q

    注:Ag(1M)→Ag(0.1M)的方程式怎麼來?說明如下

    12.      利用能斯特方程式,計算電池的電位差

    E(0.0591/n)log(Q)

    0(0.0591/1)log(0.10/1.0)

    0.0591/1(1.00)

    0.0591V

    這個電池的電位差是0.0591V

    13.      一個電池,如果它的2個電極裝置組成物質都一樣,但是濃度不同,稱為濃度電池。這種電池製造電位差的唯一因素是參與反應的物質的濃度不一樣。一般而言,這種電池的電位差較小。

    14.      【例題】判斷電池的電子流動方向,指出陰極與陽極的位置,計算這個電池在25℃下的電位差。
     

    15.      【解題】如果左邊電極裝置的電子能流向右邊電極裝置,那麼,二個電極裝置的鐵離子Fe2+最後就會平衡,這將會造成左邊電極產生的Fe2+,右邊電極產生鐵金屬的固體沈澱物,並因此減少溶液內的鐵離子Fe2+含量。。

    16.      所以電流是從左邊流向右邊,左邊電極進行氧化反應(陽極),右邊電極進行還原反應(陰極)。

    17.      我們將使用以下這個能斯特方程式,計算這個電池在25的電位差

    E(0.0591/n)log(Q)

    18.      電池每完成一次反應,就會轉移2個電子(二個半反應Fe22e→FeFe→Fe22e),因此n2,此外濃度電池的標準電位差0,反應商數Q0.01/0.10

    19.      因為一定是Fe2濃度比較低的位置才會不斷形成Fe2,所以一定是在0.01M Fe2的電極端形成,而形成Fe2離子的位置是陽極,是反應物,所以,0.1M Fe2在陰極、產物的位置

    20.      利用能斯特方程式,計算電池的電位差

    E(0.0591/2)log(0.01/0.10)

    0.0296(1.00)

    0.0296V

    n  

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