電導(dǎo)率的定義課件

電化學(xué)一、電解質(zhì)溶液二、可逆電池的電動勢及其應(yīng)用三、電解與極化作用電化學(xué)一、電解質(zhì)溶液電化學(xué)研究對象電能

化學(xué)能電解電池電化學(xué)主要是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)規(guī)律的科學(xué)。電化學(xué)研究對象電能 化學(xué)能電解電池電化學(xué)的用途⒈電解精煉和冶煉有色金屬和稀有金屬； 電解法制備化工原料； 電鍍法保護和美化金屬； 還有氧化著色等。⒉電池汽車、宇宙飛船、照明、通訊、 生化和醫(yī)學(xué)等方面都要用不同類 型的化學(xué)電源。⒊電分析 ⒋生物電化學(xué)電化學(xué)的用途⒈電解精煉和冶煉有色金屬和稀有金屬；⒉電池汽電能

化學(xué)能電解電池物理化學(xué)電子教案—第八章電能 化學(xué)能電解電池物理化學(xué)電子教案—第八章主要內(nèi)容電化學(xué)的基本概念和法拉第定律第八章電解質(zhì)溶液離子的電遷移和遷移數(shù)電導(dǎo)強電解質(zhì)溶液理論簡介主要內(nèi)容電化學(xué)的基本概念和法拉第定律第八章電解質(zhì)溶液離子的電

§8.1

電化學(xué)的基本概念和法拉第定律（1）基本概念研究對象電化學(xué)用途兩類導(dǎo)體正極、負極陰極、陽極原電池電解池電流效率（2）法拉第定律定律的文字表示法拉第常數(shù)定律的數(shù)學(xué)式粒子的基本單元例題§8.1電化學(xué)的基本概念和法拉第定律（1）基本概念研究兩類導(dǎo)體A.自由電子作定向移動而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中導(dǎo)體本身不發(fā)生變化C.溫度升高，電阻也升高D.導(dǎo)電總量全部由電子承擔(dān)又稱電子導(dǎo)體，如金屬、石墨等。1.第一類導(dǎo)體兩類導(dǎo)體A.自由電子作定向移動而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中導(dǎo)體本身不兩類導(dǎo)體A.正、負離子作反向移動而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生C.溫度升高，電阻下降D.導(dǎo)電總量分別由正、負離子分擔(dān)⒉第二類導(dǎo)體又稱離子導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液、熔融電解質(zhì)等。兩類導(dǎo)體A.正、負離子作反向移動而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中有化學(xué)反正極、負極電勢低的極稱為負極負極：電勢高的極稱為正極正極：正極、負極電勢低的極稱為負極負極：電勢高的極稱為正極正極：陰極、陽極發(fā)生還原作用的極稱為陰極。陰極：(Cathode)發(fā)生氧化作用的極稱為陽極。陽極：(Anode)在原電池中，陰極是正極；在電解池中，陰極是負極。在原電池中，陽極是負極；在電解池中，陽極是正極。陰極、陽極發(fā)生還原作用的極稱為陰極。陰極：發(fā)生氧化作用的極稱離子遷移方向電解質(zhì)溶液負載電阻正極負極ZnZnSO4溶液陽極CuCuSO4溶液陰極（a)丹尼爾電池離子遷移方向：陰離子遷向陽極陽離子遷向陰極-+電源（b）電解池+陽極-陰極離子遷移方向電解質(zhì)溶液負載電阻正負ZnZnSO4溶液CuCu原電池(galvaniccell)ZnCu①②電解池(electrolyticcell)原電池(galvaniccell)ZnCu①②電解池(el電流效率表示式（1）電流效率=×100%理論計算耗電量實際消耗電量表示式（2）電流效率=×100%電極上產(chǎn)物的實際量理論計算應(yīng)得量電流效率表示式電流效率=×100法拉第定律的文字表述法拉第（MichaelFaraday1791-1867）英國實驗物理、化學(xué)家。他是電磁理論的先驅(qū)者，甚至被公認為是實驗科學(xué)史上迄今為止最偉大的天才。憑著超人的直覺，對現(xiàn)象的敏銳的觀察，他在物理、化學(xué)的許多領(lǐng)域作出了杰出貢獻。在化學(xué)領(lǐng)域，1833

1834年，他從實驗中得出了電解定律，這是一條最早發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量和電量轉(zhuǎn)換關(guān)系的定律。在物理學(xué)領(lǐng)域，他的最為著名的成就是發(fā)現(xiàn)了電磁現(xiàn)象。正是在法拉第電磁定律的基礎(chǔ)上，才有了今天的發(fā)電機。他創(chuàng)造的關(guān)于電學(xué)的術(shù)語一直沿用至今，例如：電極（electrode）陽極（anode）陰極（cathode）等。法拉第定律的文字表述法拉第（MichaelFaraday法拉第定律的文字表述Faraday’sLaw⒈在電極界面上發(fā)生化學(xué)變化物質(zhì)的質(zhì)量與通入的電量成正比。⒉通電于若干個電解池串聯(lián)的線路中，當(dāng)所取的基本粒子的荷電數(shù)相同時，在各個電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，其物質(zhì)的量相同，析出物質(zhì)的質(zhì)量與其摩爾質(zhì)量成正比。法拉第定律的文字表述Faraday’sLaw⒈在電極界面法拉第定律的數(shù)學(xué)表達式取電子的得失數(shù)為z，通入的電量為Q，則電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量n為：電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量m為：或法拉第定律的數(shù)學(xué)表達式取電子的得失數(shù)為z，通入的電法拉第常數(shù)F=L·e

法拉第常數(shù)在數(shù)值上等于1mol元電荷的電量。已知元電荷電量為=6.022×1023

mol-1×1.6022×10-19C=96484.6C·mol-1≈96500C·mol-1法拉第常數(shù)F=L·e法拉第常數(shù)在數(shù)值上等于1mo荷電粒子基本單元的選取根據(jù)法拉第定律，通電于若干串聯(lián)電解池中，每個電極上析出物質(zhì)的物質(zhì)的量相同，這時，所選取的基本粒子的荷電絕對值必須相同。例如：荷一價電陰極 陽極荷三價電陰極

陽極荷二價電陰極

陽極荷電粒子基本單元的選取根據(jù)法拉第定律，通電于若干串聯(lián)荷電粒子基本單元的選取例題：

通電于 溶液，電流強度，

析出 。已知。求：⑴通入電量

；⑵通電時間；⑶陽極上放出氧氣的物質(zhì)的量。荷電粒子基本單元的選取例題：荷電粒子基本單元的選取取基本粒子荷單位電荷：即荷電粒子基本單元的選取取基本粒子荷單位電荷：即法拉第定律的意義⒈是電化學(xué)上最早的定量的基本定律，揭示了通入的電量與析出物質(zhì)之間的定量關(guān)系。⒉該定律在任何溫度、任何壓力下均可以使用。法拉第定律的意義⒈是電化學(xué)上最早的定量的基本定律，揭示了通§8.2

離子的電遷移和遷移數(shù)離子的電遷移現(xiàn)象電遷移率和遷移數(shù)離子遷移數(shù)的測定§8.2離子的電遷移和遷移數(shù)離子的電遷移現(xiàn)象電遷移率和遷一.離子的電遷移現(xiàn)象設(shè)想在兩個惰性電極之間有想象的平面AA和BB，將溶液分為陽極部、中部及陰極部三個部分。假定未通電前，各部均含有正、負離子各5mol，分別用+、-號代替。一.離子的電遷移現(xiàn)象設(shè)想在兩個惰性電極之間有想象的平一.離子的電遷移現(xiàn)象設(shè)離子都是一價的，當(dāng)通入4mol電子的電量時，陽極上有4mol負離子氧化，陰極上有4mol正離子還原。兩電極間正、負離子要共同承擔(dān)4mol電子電量的運輸任務(wù)?，F(xiàn)在離子都是一價的，則離子運輸電荷的數(shù)量只取決于離子遷移的速度。一.離子的電遷移現(xiàn)象設(shè)離子都是一價的，當(dāng)通入4mo一.離子的電遷移現(xiàn)象1．設(shè)正、負離子遷移的速率相等， ，則導(dǎo)電任務(wù)各分擔(dān)2mol，在假想的AA，BB平面上各有2mol正、負離子逆向通過。一.離子的電遷移現(xiàn)象1．設(shè)正、負離子遷移的速率相等， ，則導(dǎo)一.離子的電遷移現(xiàn)象2．設(shè)正離子遷移速率是負離子的三倍， ，則正離子導(dǎo)3mol電量，負離子導(dǎo)1mol電量。一.離子的電遷移現(xiàn)象2．設(shè)正離子遷移速率是負離子的三倍， 一.離子電遷移的規(guī)律：1.向陰、陽兩極遷移的正、負離子物質(zhì)的量總和恰好等于通入溶液的總電量。如果正、負離子荷電量不等，如果電極本身也發(fā)生反應(yīng)，情況就要復(fù)雜一些。一.離子電遷移的規(guī)律：1.向陰、陽兩極遷移的正、負離子物質(zhì)的離子在電場中運動的速率用公式表示為：電遷移率的數(shù)值與離子本性、電位梯度、溶劑性質(zhì)、溫度等因素有關(guān)，可以用界面移動法測量。為電位梯度離子的電遷移率又稱為離子淌度(ionicmobility)，相當(dāng)于單位電位梯度時離子遷移的速率。稱為正、負離子的電遷移率,單位 。離子在電場中運動的速率用公式表示為：電遷移率的數(shù)值與二.離子遷移數(shù)的定義把離子B所運載的電流與總電流之比稱為離子B的遷移數(shù)（transfernumber）用符號表示。是量綱1的量，單位為1，數(shù)值上總小于1。其定義式為：二.離子遷移數(shù)的定義把離子B所運載的電流與總電流之比遷移數(shù)在數(shù)值上還可表示為：負離子應(yīng)有類似的表示式。如果溶液中只有一種電解質(zhì)，則：如果溶液中有多種電解質(zhì)，共有i種離子，則：二.離子遷移數(shù)的定義遷移數(shù)在數(shù)值上還可表示為：負離子應(yīng)有類似的表示式。如二.離子遷移數(shù)的定義設(shè)相距為l、面積為A的兩個平行惰性電極，左方接外電源負極，右方接正極，外加電壓為E。在電極間充以電解質(zhì)的溶液，它的濃度為c( ),解離度為。二.離子遷移數(shù)的定義設(shè)相距為l、面積為A的兩個平行惰二.離子遷移數(shù)的定義因為溶液是電中性的，所以（ ，電場梯度相同）二.離子遷移數(shù)的定義因為溶液是電中性的，所以（ ，電場梯度電解質(zhì)

KCl

KBrKI

KNO3t+

0.4902

0.4833

0.48840.5084電解質(zhì)LiCl

NaCl

KCl

HClt–

0.6711

0.6080

0.5098

0.1749表8-2-1共存離子對遷移數(shù)的影響

電解質(zhì)KClKBrKIKNO3t+三.遷移數(shù)的測定方法1．Hittorf

法三.遷移數(shù)的測定方法1．Hittorf法2．界面移動法界面移動法測定遷移數(shù)的裝置毫安培計開關(guān)電源可變電阻電量計2．界面移動法界面移動法測定遷移數(shù)的裝置毫安培計開關(guān)電源可變3．電動勢法由于HCl濃度不同所產(chǎn)生液接電勢的計算式為已知和，測定，就可得和的值。（見下章）3．電動勢法由于HCl濃度不同所產(chǎn)生液接電勢的計算式為已§8.3

電導(dǎo)電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率電導(dǎo)的測定電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系離子獨立移動定律電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用§8.3電導(dǎo)電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率電導(dǎo)的測定電導(dǎo)率、摩一.電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率1.電導(dǎo)（electricconductance）電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)電導(dǎo)與導(dǎo)體的截面積成正比，與導(dǎo)體的長度成反比，單位為或。一.電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率1.電導(dǎo)（electricco一.電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率2.電導(dǎo)率（electrolyticconductivity）因為比例系數(shù)稱為電導(dǎo)率。電導(dǎo)率也就是電阻率的倒數(shù)：電導(dǎo)率的定義一.電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率2.電導(dǎo)率（electrolyt一.電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率3.摩爾電導(dǎo)率（molarconductivity）在相距為單位距離的兩個平行電導(dǎo)電極之間，放置含有1mol電解質(zhì)的溶液，這時溶液所具有的電導(dǎo)稱為摩爾電導(dǎo)率，單位為 。摩爾電導(dǎo)率的定義一.電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率3.摩爾電導(dǎo)率（molarco基本質(zhì)點的選取為了防止混淆，必要時在后面要注明所取的基本質(zhì)點?；举|(zhì)點的選取為了防止混淆，必要時在后面要注二.電導(dǎo)的測定幾種類型的電導(dǎo)池：電導(dǎo)池電極通常用兩個平行的鉑片制成，為了防止極化，一般在鉑片上鍍上鉑黑，增加電極面積，以降低電流密度。二.電導(dǎo)的測定幾種類型的電導(dǎo)池：電導(dǎo)池電極通常用兩個二.電導(dǎo)的測定二.電導(dǎo)的測定電導(dǎo)池常數(shù) 單位是。二.電導(dǎo)的測定電導(dǎo)池常數(shù) 單位是。二.電導(dǎo)的測定c/(mol·dm-3)1000g水中KCl的質(zhì)量（單位為g）電導(dǎo)率0oC18oC25oC0.010.746250.0773640.1220520.1408770.17.478960.713791.116671.28560176.62766.51769.783811.1342表8.3.1氯化鉀溶液的電導(dǎo)率c/(mol·dm-3)1000g水中KCl的質(zhì)量（單位為g例8.2在25oC時,一電導(dǎo)池中盛以0.01mol·dm-3KCl溶液，電阻為150.00Ω,盛以0.01mol·dm-3ＨCl溶液，電阻為51.40Ω,試求0.01mol·dm-3ＨCl溶液的電導(dǎo)率和摩爾電導(dǎo)率．解：查得0.01mol·dm-3KCl溶液的κ＝0.140877l/A=κ/G=κ·R=0.140877×150.00=21.13m-10.01MＨCl溶液的κ和Λm分別為：κ

=G(l/A)=21.13/51.40=0.4111S/mΛm=κ/C=例8.2在25oC時,一電導(dǎo)池中盛以0.01mol·dm-3三.電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系強電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率隨著濃度的增加而升高。當(dāng)濃度增加到一定程度后，解離度下降，離子運動速率降低，電導(dǎo)率也降低，如和KOH溶液。弱電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率隨濃度變化不顯著，因濃度增加使其電離度下降，粒子數(shù)目變化不大，如醋酸。中性鹽由于受飽和溶解度的限制，濃度不能太高，如KCl。三.電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系強電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率隨著濃度的增加而升1.強電解質(zhì)的與c的關(guān)系1.強電解質(zhì)的與c的關(guān)系1.強電解質(zhì)的與c的關(guān)系是與電解質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。將直線外推至 ，得到無限稀釋摩爾電導(dǎo)率。當(dāng)濃度降至 以下時，與之間呈線性關(guān)系。1.強電解質(zhì)的與c的關(guān)系是與電解質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的常2.弱電解質(zhì)的與c的關(guān)系弱電解質(zhì)的不能用外推法得到。2.弱電解質(zhì)的與c的關(guān)系弱電解質(zhì)的不能用外推法四.離子獨立運動定律例如：/(10-4Sm2mol-1) KClNaCl KINaIKClO3NaClO3

149.86126.45150.38126.94 140.04116.48

Δ

23.41 23.44 23.56

式中和分別是正、負離子在無限稀釋時摩爾電導(dǎo)率的極限值，簡稱離子電導(dǎo)率。對1-1價型電解質(zhì)=+四.離子獨立運動定律例如：/(10-4Sm2m四.離子獨立移動定律在無限稀釋溶液中，每種離子獨立移動，不受其它離子影響，電解質(zhì)的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率可認為是兩種離子無限稀釋摩爾電導(dǎo)率之和：這就稱為Kohlrausch

離子獨立移動定律。這樣，弱電解質(zhì)的可以通過強電解質(zhì)的或從表值上查離子的求得。四.離子獨立移動定律在無限稀釋溶液中，每種離子獨立移動，不受陽離子

r/nm100

×

陽離子

r/nm100×

--0.680.981.370.741.041.040.570.671.04

3.49820.3870.5010.7351.0611.1901.1891.892.042.09

--1.231.811.96--------

1.980.5540.7630.7841.661.483.0304.420

表8-3-２298K時一些離子的極限離子電導(dǎo)

陽離子r/nm100×陽離子r/nm100×

由表8-3-1可得如下結(jié)論：

①離子極限摩爾電導(dǎo)按Li+、Na+、K+

順序遞增；

②H+、OH-

離子的極限摩爾電導(dǎo)的數(shù)值最大。

H+離子的特殊遷移機理：

由表8-3-1可得如下結(jié)論：①離子極限摩爾電導(dǎo)按Li無限稀釋時，α＝1無限稀釋時，α＝1例題：有一電導(dǎo)池，電極的有效面積A為2×10－4，兩級片間的距離為0.10m，電極間充以1－1價型的強電解質(zhì)MN的水溶液，濃度為30mol.m-3。兩電極間的電勢差E為3V,電流強度I為0.003A。已知正離子M+的遷移數(shù)為0.4。試求：（1）MN的摩爾電導(dǎo)率（2）M＋離子的摩爾電導(dǎo)率（3）M＋離子在上述電場中的移動速度例題：有一電導(dǎo)池，電極的有效面積A為2×10－4，兩級片間解：解：1.檢驗水的純度事實上，水的電導(dǎo)率小于就認為是很純的了，有時稱為“電導(dǎo)水”，若大于這個數(shù)值，那肯定含有某種雜質(zhì)。純水本身有微弱的解離，和的濃度近似為， ，查表得，這樣，純水的電導(dǎo)率應(yīng)為六、電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用1.檢驗水的純度事實上，水的電導(dǎo)率小于六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用(１)計算弱電解質(zhì)的解離度和解離常數(shù)設(shè)弱電解質(zhì)AB解離如下：Ostwald稀釋定律（Ostwald’sdilutionlaw）。六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用(１)計算弱電解質(zhì)的解離度和解離常數(shù)設(shè)例把濃度為15.81mol·m-3的醋酸溶液注入電導(dǎo)池，已知電導(dǎo)池常數(shù)是13.7m-1,此時測得電阻為655Ω。運用表上的數(shù)值計算醋酸的以及求出該濃度下的電離度α及其電離平衡常數(shù)Ｋc解：例把濃度為15.81mol·m-3的醋酸溶液注入電導(dǎo)池，已知六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用（２）測定難溶鹽的溶解度1．難溶鹽飽和溶液的濃度極稀，可認為 ，2．難溶鹽本身的電導(dǎo)率很低，這時水的電導(dǎo)率就不能忽略，所以：六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用（２）測定難溶鹽的溶解度1．難溶鹽飽例8.４25oC時AgCl測出飽和溶液及配制此溶液的高純水之κ分別為3.41×10-4和1.6×10-5S·m-1，試求在25oC時的溶解度和溶度積．解：例8.４25oC時AgCl測出飽和溶液及配制此溶液的高純水之電導(dǎo)率的定義課件六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用（３）電導(dǎo)滴定在滴定過程中，離子濃度不斷變化，電導(dǎo)率也不斷變化，利用電導(dǎo)率變化的轉(zhuǎn)折點，確定滴定終點。電導(dǎo)滴定的優(yōu)點是不用指示劑，對有色溶液和沉淀反應(yīng)都能得到較好的效果，并能自動紀(jì)錄。例如：六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用（３）電導(dǎo)滴定在滴定過程中，離六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用1.用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定HCl。。。。。。。。。終點HClNaOH電導(dǎo)率儀六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用1.用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定HCl。。。六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用1.用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定HCl2.用NaOH滴定HAc3.用 滴定 ，產(chǎn)物 均為沉淀六.電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用1.用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定HCl2.用§8．4強電解質(zhì)溶液理論簡介平均活度和平均活度系數(shù)離子強度強電解質(zhì)溶液的離子互吸理論 電導(dǎo)理論§8．4強電解質(zhì)溶液理論簡介平均活度和平均活度系數(shù)離子強當(dāng)溶液很稀，可看作是理想溶液， ，則：一.平均活度和平均活度系數(shù)非電解質(zhì)化學(xué)勢表示式當(dāng)溶液很稀，可看作是理想溶液， ，則：一.平均活度和平均活平均活度和平均活度系數(shù)電解質(zhì)化學(xué)勢的表達式平均活度和平均活度系數(shù)電解質(zhì)化學(xué)勢的表達式平均活度和平均活度系數(shù)對任意價型電解質(zhì)平均活度和平均活度系數(shù)對任意價型電解質(zhì)平均活度和平均活度系數(shù)定義：離子平均活度（meanactivityofions）離子平均活度系數(shù)（meanactivitycoefficientofions）離子平均質(zhì)量摩爾濃度（meanmolalityofions）平均活度和平均活度系數(shù)定義：離子平均活度（meanacti平均活度和平均活度系數(shù)從電解質(zhì)的求對1-1價電解質(zhì)平均活度和平均活度系數(shù)從電解質(zhì)的求對1-1價電解質(zhì)二.離子強度式中是離子的真實濃度，若是弱電解質(zhì)，應(yīng)乘上電離度。的單位與的單位相同。1921年，Lewis提出了離子強度（ionicstrength）的概念。二.離子強度式中是離子的真實濃度，若是弱電解質(zhì)，應(yīng)乘上電§8.5強電解質(zhì)溶液的離子互吸理論一.離子氛（ionicatmosphere）德拜-休克爾理論§8.5強電解質(zhì)溶液的離子互吸理論一.離子氛（i