物理化学--第七章电化学总结

第七章电化学
Electrochemistry
电能化学能
第七章电化学
Electrochemistry
7.1 电解质溶液的导电机理及法拉第定律P297 7.2 离子的迁移数 P301 7.3 电导、电导率和摩尔电导率 P306 7.4 电解质离子的平均活度和平均活度系数 P313 7.5 可逆电池及韦斯顿标准电池 P319 7.6 原电池热力学 P324 7.7 电极电势和液体接界电势 P327 7.8 电极的种类 P335 7.9 原电池的设计 P340 7.10分 解 电 压 P347 7.11极 化 作 用 P350 7.12电解时的电极反应 P354
=96485.309 C·mol-1 ≈96500 C·mol-1
对各种电解质溶液, 每通过96485.309C的电量, 在任一电极上发生得失1mol电子的反应, 同时相 对应的电极反应的物质的量亦为1mol（所选取的 基本粒子荷一价电）.
对于电极反应：Ag+ + e- = Ag z=1, Q=96500C 时：
电化学研究对象
电化学主要是研究电能和化学能之间的相互 转化及转化过程中有关规律的科学。
电能
电解
化学能
电池
电化学的用途
⒈电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属； 电解法制备化工原料； 电镀法保护和美化金属； 还有氧化着色等。
⒉电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、 生化和医学等方面都要用不同类 型的化学电源。
利用电能以发生化学反应的装置称为电解池.
+
—
I
e 外电源
阳 (+)
阴(－)
电解池示意图
在电极上发生有电子得失的化学反应称为电极反应.
两个电极反应的总结果表示为电池反应.
阳极: 发生氧化反应的电极; 阴极: 发生还原反应的电极.
发生氧化-还原反应
正极: 电势高的电极; 负极: 电势低的电极.
电势高低
Zn
Cu 极e -
e-
阳 Zn 2+ C u 2+ 阴
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极
S
O
24
S
O
24
极
ZnSO4溶液 CuSO4溶液
（a)丹尼尔电池
-
- 电源 +
e-
+
e-
阴
阳
极
极
电解质溶液
（b）电解池
2. 法拉第定律Faraday’s Law P279
⒈ 是电化学上最早的定量的基本定律，
揭示了通入的电量与析出物质之间的
定量关系。
（1）电迁移ionic migration
离子在电场作用下的运动称为电迁移. 离子的电迁移动画
可知
阳 阴
离 离
子 子
运 运
动 动
速 速率 率
阳 阴
离 离
子 子
迁 迁
移 移
的 的
电Q量 电Q量
阳离子迁出阳极区的量 阴离子迁出阴极区的量
离子的电迁移现象
阳极
阴极
A
B
始态
4 mmol o l
r + r
zQ F 196 95 6 C• 0 5 C m 0 0 o 01l1mol
n((AAg)g) n((AAgg))
n (A) g(A)g1mo n l(A)g(A)g 1mo
即每有1mol Ag+被还原或1molAg沉积下来，通过的 电量一定为96500C
对于电极反应：Cu = Cu 2+ + 2e-
法拉第定律的数学表达式
对于下面的电极反应表达式 氧化态 + z e－ 还原态 还原态 氧化态+ z e－
法拉第定律表示为
QzF
法拉第定律
QzF
z—电极反应的电荷数
反应进度
F —法拉第常数
法拉第常数在数值上等于1 mol元电荷的电
量。已知元电荷电量为1.60217733×10-19 C F=L·e =6.0221367×1023 mol-1×1.6022×10-19 C
终态
阳极部 A 中部 B 阴极部
阳极
A
B
始态
阴极
44 mmol o l
r + 33r
终态
阳极部 A 中部 B 阴极部
离子电迁移的规律：
1.向阴、阳两极迁移的正、负离子物质的量总和恰好等于通 入溶液的总电量。
2. 阴 阳 极 极 部 部 电 电 解 解 质 质 物 物 质 质 的 的 量 量 的 的 减 减 少 少 负 正 离 离 子 子 所 所 传 传 导 导 的 的 电 电 量 量 ((Q Q ))
=正 负 离 离 子 子 的 的 迁 迁 移 移 速 速 率 率 ((ννr r +-))
z=2, Q=96500C 时：
zQ F 299 66 C 5•C 5 0 m 0 0 o0 1l0.5mol
n(Cu) (Cu)
n (C) u (C)u 0 .5 mol
总之： 1mol电子能还原1mol一价离子，但只能还原 0.5mol二价离子。
3. 电量计 依据法拉第定律, 测量电路中通过电量的装置即
⒉ 该定律在任何温度、任何压力下均
可以使用。
⒊ 该定律的使用没有什么限制条件。
Michael Faraday (1791-1867)
法拉第定律的文字表述
⒈ 在电极界面上发生化学变化物质的质量 与通入的电量成正比。 ⒉ 通电于若干个电解池串联的线路中，当 所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个电 极上发生反应的物质，其物质的量相同，析 出物质的质量与其摩尔质量成正比。
利用两极的电极反应以产生电 能的装置称为原电池或自发电池. I
e 负载
原电池 阴极为正极,
阳 (－)
阴(+)
阳极为负极.
这种关系与电解池中情况相反.
在原电池转变为电解池(如充 电)时, 电池的正负极不变, 但阴阳 极对换.
原电池示意图
阴离子迁向阳极 离子迁移方向：
阳离子迁向阴极
负
负载电阻
正
极 e-
⒊电分析 ⒋生物电化学
7.1原电池和电解池P277
1.电解质溶液的导电机理 P277
两类导体
电子导体 离子导体
电子导体
如金属、石墨等。 A.自由电子作定向移动而导电 B.导电过程中导体本身不发生变化 C.温度升高，电阻也升高 D.导电总量全部由电子承担.
离子导体
如电解质溶液、熔融电解质等。 A.正、负离子作反向移动而导电 B.导电过程中有化学反应发生 C.温度升高，电阻下降 D.导电总量分别由正、负离子分担
为电量计或库仑计.
将电量计串联于电路中, 根据电量计中电极上生 成物的量来计算所通过的电量.
若电量计中通过了96500C的电量,阴极上沉积:
银电量计:107.868g Ag 或铜电量计:63.546/2g Cu,
或气体电量计:析出2.01584/2g H2.
7.1.3离子的迁移数 P281
1. 离子迁移数的定义