電化學基本概念

1、e e e第五章第五章 電化學電化學基本要求基本要求 1.理解電解質(zhì)溶液的導電機理。理解離子的理解電解質(zhì)溶液的導電機理。理解離子的電遷移和遷移數(shù)的概念和物理意義。電遷移和遷移數(shù)的概念和物理意義。 2. 理解電導率、摩爾電導率的定義和物理意理解電導率、摩爾電導率的定義和物理意義，以及它們之間的相互關系，掌握相關的義，以及它們之間的相互關系，掌握相關的計算。計算。 3. 理解電導與離子濃度的關系、離子獨立運理解電導與離子濃度的關系、離子獨立運動定律，掌握有關計算和應用。動定律，掌握有關計算和應用。 4 了解電導測定的應用。理解電解質(zhì)溶液的了解電導測定的應用。理解電解質(zhì)溶液的活度、平均活度系數(shù)、平均

2、濃度和離子強度活度、平均活度系數(shù)、平均濃度和離子強度的定義，并掌握有關的計算，掌握的定義，并掌握有關的計算，掌握Debye-huckel極限公式。極限公式。 5 掌握可逆電池的基本概念和電池的書寫規(guī)掌握可逆電池的基本概念和電池的書寫規(guī)則。則。 6 了解電池電動勢的產(chǎn)生機理，理解用鹽橋了解電池電動勢的產(chǎn)生機理，理解用鹽橋消除液體接界電勢的原理。消除液體接界電勢的原理。 7 理解可逆電池電動勢和電極電勢的測定原理解可逆電池電動勢和電極電勢的測定原理，掌握它們的計算和有關的應用。理，掌握它們的計算和有關的應用。 8 了解電解過程的有關基本概念和基本原理，了解電解過程的有關基本概念和基本原理，理解電極

3、產(chǎn)生極化的原因。理解電極產(chǎn)生極化的原因。 9 了解電化學在生物學中的應用。了解電化學在生物學中的應用。e e e第一節(jié)第一節(jié) 電化學基本概念電化學基本概念一一. 電子導體與離子導體電子導體與離子導體導體導體 能夠?qū)щ姷奈矬w能夠?qū)щ姷奈矬w 第一類導體：依靠電子的定向遷移來導電，又稱電子第一類導體：依靠電子的定向遷移來導電，又稱電子 導體，如金屬、石墨等。導體，如金屬、石墨等。 主要特征：溫度升高，導電能力下降主要特征：溫度升高，導電能力下降 第二類導體：依靠離子的定向遷移來導電，又稱離子第二類導體：依靠離子的定向遷移來導電，又稱離子 導體，如電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)等。導體，如電解質(zhì)溶液或熔融電解

4、質(zhì)等。 主要特征：溫度升高，導電能力增強主要特征：溫度升高，導電能力增強二、原電池與電解池二、原電池與電解池電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學能的電化學裝置電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學能的電化學裝置原電池：化學能轉(zhuǎn)化為電能的電化學裝置原電池：化學能轉(zhuǎn)化為電能的電化學裝置電化學裝置電化學裝置化學能和電能相互轉(zhuǎn)換的裝置化學能和電能相互轉(zhuǎn)換的裝置 電解池和原電池均由電極和電解質(zhì)溶液組成電解池和原電池均由電極和電解質(zhì)溶液組成陽極：發(fā)生氧化反應的電極陽極：發(fā)生氧化反應的電極陰極：發(fā)生還原反應的電極陰極：發(fā)生還原反應的電極正極：電勢高的電極正極：電勢高的電極負極：電勢低的電極負極：電勢低的電極電極命名電極命名電化學約定電化

5、學約定物理學約定物理學約定陰陰極極陽陽極極e+e電解池電解池陽陽極極陰陰極極ee原電池原電池H2Cl2H+ClH+Cl 電解池電解池中與外電源負極相接的電極，電勢較低，故為中與外電源負極相接的電極，電勢較低，故為負極，發(fā)生還原反應，所以也是陰極負極，發(fā)生還原反應，所以也是陰極；與外電源正極相接；與外電源正極相接的電極，電勢較高，為的電極，電勢較高，為正極，發(fā)生氧化反應，所以也是陽正極，發(fā)生氧化反應，所以也是陽極極。 原電池中發(fā)生原電池中發(fā)生氧化作用的陽極氧化作用的陽極，有多余的電子輸出至，有多余的電子輸出至外電路，故外電路，故為電勢較低的負極為電勢較低的負極；發(fā)生還原作用的陰極發(fā)生還原作用的陰

6、極，從，從外電路接受電子，外電路接受電子，故為電勢較高的正極故為電勢較高的正極。H+Cl-在電解質(zhì)溶液（例在電解質(zhì)溶液（例HCl）中插入二個鉑電極（惰性電極）接）中插入二個鉑電極（惰性電極）接上電源，回路中有電流通過，其導電過程：上電源，回路中有電流通過，其導電過程： （1）電子從負極流出）電子從負極流出 （2）在陰極上交換電子）在陰極上交換電子2H+ +2e- H2（還原反應）（還原反應） H+ 向陰極遷移向陰極遷移（3）在陽極上交換電子）在陽極上交換電子 2Cl 2e- Cl2（氧化反應）（氧化反應） Cl 向陽極遷移向陽極遷移（4）電子從陽極流回正極）電子從陽極流回正極 PtPtEee電

7、解質(zhì)溶液導電機理電解質(zhì)溶液導電機理三、法拉第電解定律三、法拉第電解定律 1833年，法拉第（年，法拉第（Faraday）在大量實驗基礎上，歸）在大量實驗基礎上，歸納出了電流通過電解質(zhì)溶液時，電極上發(fā)生反應的物質(zhì)的納出了電流通過電解質(zhì)溶液時，電極上發(fā)生反應的物質(zhì)的量與通過的電量之間的關系：量與通過的電量之間的關系：（1 1）電解時，在任一電極上發(fā)生化學反應的物質(zhì)的量與）電解時，在任一電極上發(fā)生化學反應的物質(zhì)的量與通入的電量成正比；通入的電量成正比；（2 2）在幾個串聯(lián)的電解池中通入一定的電量后，各個電）在幾個串聯(lián)的電解池中通入一定的電量后，各個電極上發(fā)生化學反應的物質(zhì)的量相同。極上發(fā)生化學反應的

8、物質(zhì)的量相同。 zFQn nzFQ 或或Q：電解時通過的電量；：電解時通過的電量； n：電極上參加反應的物質(zhì)：電極上參加反應的物質(zhì)B的的物質(zhì)的量：物質(zhì)的量：z：電極反應中的電子計量系數(shù)；：電極反應中的電子計量系數(shù)；F：法拉第：法拉第常數(shù)常數(shù) 注意：注意：電化學中，元電荷電化學中，元電荷e是指一個質(zhì)子或一個電是指一個質(zhì)子或一個電子的電荷絕對值，為物質(zhì)的量的基本單元，如子的電荷絕對值，為物質(zhì)的量的基本單元，如H+、 、 等。等。 2Mg2134PO31法拉第常數(shù)法拉第常數(shù)F F 1mol1mol元電荷所具有的電量元電荷所具有的電量112319molC96500molC09.96486100221.

9、6106022.1LeF 法拉第定律沒有使用的限制條件，在任何溫度和壓法拉第定律沒有使用的限制條件，在任何溫度和壓力下都能適用力下都能適用, ,是自然界中為數(shù)不多的最準確定律之一。是自然界中為數(shù)不多的最準確定律之一。例例1 1 在一含有在一含有CuSO4CuSO4溶液的電解池中通入溶液的電解池中通入2.0A2.0A直流電直流電482s482s， 問有多少質(zhì)量的銅沉積在陰極上？問有多少質(zhì)量的銅沉積在陰極上？C 0 .9640 . 2482 tIQmol 0050. 09650020 .964zFQng 32. 0640050. 0Mnm解：通入的電量解：通入的電量Q為陰極電極反應：陰極電極反應：

10、Cu2+ + 2e- Cu因此，沉積在電極上的銅的質(zhì)量因此，沉積在電極上的銅的質(zhì)量m為為電極上參加反應的物質(zhì)電極上參加反應的物質(zhì)Cu2+的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量n為為四、離子遷移數(shù)四、離子遷移數(shù)（一）離子的電遷移現(xiàn)象（一）離子的電遷移現(xiàn)象 離子的電遷移：在電場作用下，離子的定向運動離子的電遷移：在電場作用下，離子的定向運動 接通電源，通入接通電源，通入4mol4mol電子的電量。電子的電量。4mol4mol的正離子在的正離子在陰極發(fā)生還原反應，陰極發(fā)生還原反應，4mol4mol的負離子在陽極發(fā)生氧化反應。的負離子在陽極發(fā)生氧化反應。同時，溶液中的離子作定向移動。由于同時，溶液中的離子作定向移動。由

11、于電解質(zhì)溶液內(nèi)部電解質(zhì)溶液內(nèi)部電量的輸運是由正負離子共同擔當?shù)?，且隨每種離子遷電量的輸運是由正負離子共同擔當?shù)?，且隨每種離子遷移速率的不同，各自輸運的電量也不盡相同。移速率的不同，各自輸運的電量也不盡相同。從而造成從而造成電解質(zhì)在兩極附近的溶液中濃度變化的不同。電解質(zhì)在兩極附近的溶液中濃度變化的不同。 陰陰極極通電前通電前陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間區(qū)+ + + + + + + + + + + + + + + + + +1. 1. 正負離子遷移速率相等，各自分擔一半導電任務正負離子遷移速率相等，各自分擔一半導電任務陰陰極極遷移情況遷移情況陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間

12、區(qū)+ + + + + + + + + + + + + + + +陰陰極極陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間區(qū) + + + + + + + + + + + + +遷移結果遷移結果 通電結束后，中間區(qū)溶液濃度沒有變化，陰極區(qū)和通電結束后，中間區(qū)溶液濃度沒有變化，陰極區(qū)和陽極區(qū)濃度發(fā)生了相同的變化，各減少了陽極區(qū)濃度發(fā)生了相同的變化，各減少了2 mol正負離子。正負離子。 2. 2. 正離子的遷移速率是負離子的三倍，承擔正離子的遷移速率是負離子的三倍，承擔3/43/4導電任務導電任務 陰陰極極遷移情況遷移情況陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間區(qū) + + + + + + + + + +

13、 + + + + + 陰陰極極陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間區(qū) + + + + + + + + + + + + + +遷移結果遷移結果 通電結束后，中間區(qū)濃度保持不變，陰極區(qū)和陽極通電結束后，中間區(qū)濃度保持不變，陰極區(qū)和陽極區(qū)溶液的濃度發(fā)生了不同的變化，陰極區(qū)減少了區(qū)溶液的濃度發(fā)生了不同的變化，陰極區(qū)減少了1 mol正、負離子，陽極區(qū)減少了正、負離子，陽極區(qū)減少了3 mol正、負離子。正、負離子。（1）通過溶液的總電量）通過溶液的總電量Q等于正離子遷移的電量等于正離子遷移的電量Q和和負離子遷移的電量負離子遷移的電量Q之和。之和。QQQrrQQ負離子的遷移速率正離子的遷移速率負離子遷移的電量正離子遷移的電量陰極區(qū)減少的物質(zhì)的量陽極區(qū)減少的物質(zhì)的量結論：結論：（2）（二）離子遷移數(shù)（二）離子遷移數(shù)離子遷移數(shù)離子遷移數(shù)tB：