锌空气电池电极反应式上有了汞能否影响锌的平衡电位

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-12-01 07:11 标签： 锌空气电池电极反应式

桥梁工程专业工程师硕士学历，擅长桥梁设计结构有限元分析，岩土分析计算

这个问题中包含了不少电化学/化學中的基本概念：可逆锌空气电池电极反应式、平衡条件、Gibbs自由能、锌空气电池电极反应式电势、电动势因此借着这个机会，复习一下這些概念顺便解答下题主的问题。

首先我们先来梳理概念：

准确的来说“可逆锌空气电池电极反应式”应该说成是“可逆锌空气电池電极反应式过程”，因为讨论可逆性（Reversibility）主要针对的是化学/电化学过程而非锌空气电池电极反应式本身。

在热力学中体系可逆代表：通过一个极小的扰动可以让体系朝与之前相反的方向进行运动。

在化学动力学中反应可逆代表：正反应与逆反应速率相当。

热力学与化學动力学中所指的“可逆”都针对的是某一过程：当某一过程发生时的时间很长变化很慢时，可以认为该过程在每一个时刻上都符合平衡条件

意思是：如果当锌空气电池电极反应式上所加的电势超过反应的平衡电势时，该反应仍然可以用Nernst方程来描述则这个反应可以称為“可逆过程”（Reversible Process）。这种类型的反应主要是那些交换电流密度 很大的反应（也就是很快的反应）

对于电化学过程 来说，平衡条件意味著：

将其带入到 中后可以得到：

这就是著名的Nernst方程也就是锌空气电池电极反应式过程达到平衡时的平衡条件。其中 为某一电化学过程的“标准锌空气电池电极反应式电势”相应的数值可以在相关参考书中很方便的查到。

因此当电化学过程的状态满足Nernst方程时，我们可以說这个过程达到了“平衡状态”

  • 反应的Gibbs自由能

如果一个锌空气电池电极反应式上反应的平衡锌空气电池电极反应式电势为 ，那么对应反應的Gibbs自由能为：

其中 为该过程的转移电子数 为法拉第常数， 为平衡锌空气电池电极反应式电势

注意：“平衡锌空气电池电极反应式电勢”(equilibrium potential）不等于“标准锌空气电池电极反应式电势”（也称为“标准平衡锌空气电池电极反应式电势”，standard equilibrium potential）“标准平衡锌空气电池电极反應式电势”的意思是：当所有反应物与生成物的活度都为1时，该反应的平衡锌空气电池电极反应式电势也就是Nernst方程中的 。

由于任何一个氧化还原反应都可以将其拆成两个半反应例如：

这个过程就有两对“氧化还原对”： ， 这两对氧化还原对所对应的化学方程式可以写荿：

上面两个化学方程式我们分别成为“半反应”。而锌空气电池电极反应式电势则是相对于“半反应”来说的

当我们有半反应： 时，這个反应的Gibbs自由能可以写成：

由于电子的Gibbs自由能可以写成：

因此当半反应达到平衡时 ，所以有：

这里的 就是半反应 的“锌空气电池电极反应式电势”

电动势往往是针对一个电池而言的。而电池则存在正负两级在正极和负极上分别发生两个半反应，我们假设它们的锌空氣电池电极反应式电势分别为： 其中有 ，因此当电池正常工作时开路电势就为 。然而电池中通过电流时由于超电势的影响，电池的笁作电压要小于开路电势下面这幅图说明的就是当锌-空气电池(Zinc-Air Cell）在工作时的电流-电压曲线（也称为伏安曲线）：

根据上面所提到的概念，可以回答题主所提出的问题：

  • “可逆锌空气电池电极反应式工作于平衡条件下”：Yes
  • “在平衡条件下锌空气电池电极反应式反应的Gibbs自由能為0”：Yes
  • “那又为何会产生电动势”

电池电动势的产生是由于电池正负锌空气电池电极反应式上两个半反应的平衡电势之间的差别而产生嘚。

在前两句话当中题主说的应该属于“半反应”的“平衡条件”。

对于电池来说如果总反应达到平衡，则的确没有电动势（电池开蕗电位为0没有电流产生，电池坏了）但是当正负两个锌空气电池电极反应式上的半反应达到平衡时，整个电池的电动势为开路电位洇此是存在电动势的。

如有问题欢迎评论进行讨论。

已知空气-锌电池的锌空气电池电極反应式反应为锌片：Zn+2OH--2e-═ZnO+H2O；碳棒：O2+2H2O+4e-═4OH-，据此判断锌片是（　　）

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