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第七章 电化学7.0 绪言7.0.1电化学定义电化学定义：研究电能和化学能的相互转化及转换过程中有关规律的科学。
化学反应通常伴随着热的吸放（反应热效应），不涉及到电能。
而作为电化学则讨论在消耗外电功的情况下进行的反应或作为电能来源的反应。
显然，从热力学的观点看，电化学反应与一般的化学反应不同，电化学是一门独立的学科。
应该说，上述的电化学定义是相当概括的定义。
1970年，Bockris 在其名著《ModernElectrochemistry 》中把电化学定义为：电化学是研究带电界面的现象的科学，即研究电子导体和离子导体界面现象的 科学。
区分、认识电化学反应的两个关键因素： （1）反应必须发生在两类导体的界面上；（2）反应中应有电子的得失。
电化学中的能量转换： 电 能 → 化学能：电解（池）；化学能 → 电 能：原电池。
7.0.2电化学与化学反应的区别以下列反应为例：+++++=+223Cu Fe Cu Fe若这个反应以化学反应的方式进行，它将具有以下的特点：（1） 反应只有当反应物在碰撞时才可能发生，及反应质点必须碰撞；（2） 在碰撞的一瞬间，当反应质点相互靠近时，电子从一个质点转移到另一个质点成为可能。
这个电子转移的实际上能否发生，取决于反应质点的内能以及内能与活化能的比值。
活化能是化学反应本性的函数；在离子反应中，这个能量通常是不大的。
电子所经过的途径也是非常小的；（3）对于简单离子反应，不管反应质点彼此相对位置如何，在反应区间的任何一点都可能发生碰撞。
因此，电子可能在空间任一方向上转移。
反应质点间碰撞的混乱性，以及由此引起的电子混乱运动；（4）由于这些特点，其能量效应采用热的方式释放。
如果这个反应以电化学的方式进行，反应条件必须改变：（1）电能的获得和损失是与电流的通过有关的，而电流是电子在一定方向上的流动。
只有当电子通过的路径与原子的大小相比很大时，电能的利用才有可能。
因此，在电化学反应中，电子从一种参加反应的物质转移到另一种物质必须经过足够长的路径。
第七章电化学教学目的与要求了解电解质溶液的导电机理和法拉第定律、离子独立运动定律理解离子迁移数、电导率, 摩尔电导率的概念。
理解电导测定的应用。
理解电解质活度和离子平均活度系数的概念。
了解离子氛的概念和Debye-Huckel极限公式。
理解可逆电池及韦斯顿标准电池，理解原电池电动势和热力学函数的关系。
掌握能斯特方程及其计算。
掌握电动势测定方法与其主要应用。
掌握各种类型电极的特征。
理解把电池反应设计成电池的方法*。
理解电极极化的原因和超电势的概念。
了解分解电压、析出电势的概念以及析出反应次序与析出电势的关系*。
教学重点与难点重点：电化学系统中的基本原理及其应用。
难点：离子氛的概念，电解质活度、离子平均活度系数和超电势的计算.作业： 7.1 7.5 7.7 7.11 7.13 7.16 7.19 7.25 7.29 7.30 7.36 7.40 电化学主要研究电能和化学能相互转化的一门科学。
是物理化学的一个重要分支。
研究的主要内容：电解质溶液、电化学平衡电极过程热力学、应用问题7-1 电解质溶液的导电机理及法拉第定律一、基本概念1、导体分类第一类导体（电子导体）：依靠电子在电场下作定向移动导体。
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第二类导体（又称离子导体），如电解质溶液、熔融电解质等。
依靠正负离子在电场作用下移动导电。
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2、电池（电解池、原电池）（1）电解池装置（2）原电池装置3. 阴极、阳极和正、负极的确定①按电势的高低高→正极低→负极②按得失电子的不同失电子，发生氧化反应→阳极得电子，发生还原反应→阴极4. 分析对照图讲解原电池中：负极（阳极），正极（阴极）电解池中：负极（阴极），正极（阳极）5. 电解质溶液的导电机理正、负离子的定向移动以及在电极溶液界面上发生化学反应而实现。
第七章电化学7.1用铂电极电解溶液。
通过的电流为20A，经过15min后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的?(2)在的27ØC，100kPa下的？解：电极反应为电极反应的反应进度为因此：7.2在电路中串联着两个电量计，一为氢电量计，另一为银电量计。
当电路中通电1h后，在氢电量计中收集到19ØC、99.19kPa的；在银电量计中沉积。
用两个电量计的数据计算电路中通过的电流为多少。
解：两个电量计的阴极反应分别为电量计中电极反应的反应进度为对银电量计对氢电量计7.3用银电极电解溶液。
通电一定时间后，测知在阴极上析出的，并知阴极区溶液中的总量减少了。
求溶液中的和。
解：解该类问题主要依据电极区的物料守恒（溶液是电中性的）。
显然阴极区溶液中的总量的改变等于阴极析出银的量与从阳极迁移来的银的量之差：7.4用银电极电解水溶液。
电解前每溶液中含。
阳极溶解下来的银与溶液中的反应生成，其反应可表示为总反应为通电一定时间后，测得银电量计中沉积了，并测知阳极区溶液重，其中含。
试计算溶液中的和。
解：先计算是方便的。
注意到电解前后阳极区中水的量不变，量的改变为该量由两部分组成（1）与阳极溶解的生成，（2）从阴极迁移到阳极7.5用铜电极电解水溶液。
电解前每溶液中含。
通电一定时间后，测得银电量计中析出，并测知阳极区溶液重，其中含。
试计算溶液中的和。
解：同7.4。
电解前后量的改变从铜电极溶解的的量为从阳极区迁移出去的的量为因此，7.6在一个细管中，于的溶液的上面放入的溶液，使它们之间有一个明显的界面。
令的电流直上而下通过该管，界面不断向下移动，并且一直是很清晰的。
以后，界面在管内向下移动的距离相当于的溶液在管中所占的长度。
计算在实验温度25ØC下，溶液中的和。
解：此为用界面移动法测量离子迁移数7.7已知25ØC时溶液的电导率为。
一电导池中充以此溶液，在25ØC时测得其电阻为。
在同一电导池中装入同样体积的质量浓度为的溶液，测得电阻为。
计算（1）电导池系数；（2）溶液的电导率；（3）溶液的摩尔电导率。
解：（1）电导池系数为（2）溶液的电导率（3）溶液的摩尔电导率7.8已知25ØC时溶液的电导率为。
一电导池中充以此溶液，在25ØC时测得其电阻为。
在同一电导池中装入同样体积的浓度分别为，，和的溶液，测出其电阻分别为，，和。
试用外推法求无限稀释时的摩尔电导率。
解：的摩尔电导率为造表如下作图如下无限稀释时的摩尔电导率：根据Kohlrausch方程拟和得到7.9已知25ØC时，。
试计算及。
解：离子的无限稀释电导率和电迁移数有以下关系7.10已知25ØC时溶液的电导率为。
计算的解离度及解离常熟。
所需离子摩尔电导率的数据见表7.3.2。
解：的解离反应为查表知因此，7.1125ØC时将电导率为的溶液装入一电导池中，测得其电阻为。
在同一电导池中装入的溶液，测得电阻为。
利用表7.3.2中的数据计算的解离度及解离常熟。
解：查表知无限稀释摩尔电导率为因此，7.12已知25ØC时水的离子积，、和的分别等于，和。
求25ØC时纯水的电导率。
解：水的无限稀释摩尔电导率为纯水的电导率7.13已知25ØC时的溶度积。
利用表7.3.2中的数据计算25ØC时用绝对纯的水配制的饱和水溶液的电导率，计算时要考虑水的电导率（参见题7.12）。
解：查表知的无限稀释摩尔电导率为饱和水溶液中的浓度为因此，7.14已知25ØC时某碳酸水溶液的电导率为，配制此溶液的水的电导率为。
假定只考虑的一级电离，且已知其解离常数，又25ØC无限稀释时离子的摩尔电导率为，。
试计算此碳酸溶液的浓度。
解：由于只考虑一级电离，此处碳酸可看作一元酸，因此，7.15试计算下列各溶液的离子强度：（1）；（2）；（3）。
解：根据离子强度的定义7.16应用德拜-休克尔极限公式计算25ØC时溶液中、和。
解：离子强度7.17应用德拜-休克尔极限公式计算25ØC时下列各溶液中的：（1）；（2）。
解：根据Debye-Hücke l极限公式，25ØC水溶液中7.1825ØC时碘酸钡在纯水中的溶解度为。
假定可以应用德拜-休克尔极限公式，试计算该盐在中溶液中的溶解度。
解：先利用25ØC时碘酸钡在纯水中的溶解度求该温度下其溶度积。
由于是稀溶液可近似看作，因此，离子强度为设在中溶液中的溶解度为，则整理得到采用迭代法求解该方程得所以在中溶液中的溶解度为7.19电池在25ØC时电动势为，电动势的温度系数为。
（1）写出电池反应；（2）计算25ØC时该反应的，以及电池恒温可逆放电时该反应过程的。
解：电池反应为该反应的各热力学函数变化为7.20电池电动势与温度的关系为（1）写出电池反应；（2）计算25ØC时该反应的以及电池恒温可逆放电时该反应过程的。
解：（1）电池反应为（2）25ØC时因此，7.21电池的电池反应为已知25ØC时，此电池反应的，各物质的规定熵分别为：；；；。
试计算25ØC时电池的电动势及电动势的温度系数。
解：该电池反应的各热力学函数变化为因此，7.22在电池中，进行如下两个电池反应：应用表7.7.1的数据计算两个电池反应的。
解：电池的电动势与电池反应的计量式无关，因此7.23氨可以作为燃料电池的燃料，其电极反应及电池反应分别为试利用物质的标准摩尔生成Gibbs函数，计算该电池在25ØC时的标准电动势。
解：查表知各物质的标准摩尔生成Gibbs函数为电池反应的标准摩尔Gibbs函数为7.24写出下列各电池的电池反应，并写出以活度表示的电动势公式。
解：（1）（2）7.25写出下列各电池的电池反应，应用表7.7.1的数据计算25ØC时各电池的电动势及各电池反应的摩尔Gibbs函数变，并指明各电池反应能否自发进行。
解：（1），反应可自发进行。
（2），反应可自发进行。
7.26写出下列各电池的电池反应。
应用表7.7.1的数据计算25ØC时各电池的电动势、各电池反应的摩尔Gibbs函数变及标准平衡常数，并指明的电池反应能否自发进行。
解：（1）电池反应根据Nernst方程（2）电池反应（3）电池反应7.27写出下列各电池的电池反应和电动势的计算式。
解：该电池为浓差电池，其电池反应为因此，7.28写出下列电池的电池反应。
计算25ºC时的电动势，并指明反应能否自发进行。
（X表示卤素）。
解：该电池为浓差电池（电解质溶液），电池反应为根据Nernst方程，由于，该电池反应可以自发进行。
7.29应用表7.4.1的数据计算下列电池在25ØC时的电动势。
解：该电池为浓差电池，电池反应为查表知，7.30电池在25ØC 时电动势为，试计算HCl溶液中HCl的平均离子活度因子。
解：该电池的电池反应为根据Nernst方程7.31浓差电池，其中，已知在两液体接界处Cd2+离子的迁移数的平均值为。
1．写出电池反应；2．计算25ºC时液体接界电势E(液界)及电池电动势E。
解：电池反应由7.7.6式电池电动势7.32为了确定亚汞离子在水溶液中是以Hg+还是以形式存在，涉及了如下电池测得在18ºC时的E=29mV，求亚汞离子的形式。
解：设硝酸亚汞的存在形式为，则电池反应为电池电动势为作为估算，可以取，。
所以硝酸亚汞的存在形式为。
7.33与生成配离子，其通式可表示为，其中为正整数。
为了研究在约的硫代硫酸盐溶液中配离子的形式，在16ØC时对如下两电池测得求配离子的形式，设溶液中主要形成一种配离子。
解：（略）7.34电池在25ØC时测得电池电动势，试计算待测溶液的pH。
解：电极及电池反应为查表知（表7.8.1），在所给条件下甘汞电极的电极电势为，则：7.35电池在25ºC，当某溶液为pH= 3.98的缓冲溶液时，测得电池的电动势；当某溶液换成待测pH的溶液时，测得电池的电动势。
试计算待测溶液的pH。
解：电池反应根据Nernst方程，电池电动势为设在两种情况下H2O的活度相同，则7.36将下列反应设计成原电池，并应用表7.7.1的数据计算25ºC时电池反应的解：（1）（2）（3）7.37（1）应用表7.7.1的数据计算反应在25ºC时的平衡常数。
（2）将适量的银粉加入到浓度为的溶液中，计算平衡时Ag+的浓度（假设各离子的活度因子均等于1）。
解：（1）设计电池（2）设平衡时Fe2+的浓度为x,则因此，，解此二次方程得到。
7.38（1）试利用水的摩尔生成Gibbs函数计算在25ºC于氢-氧燃料电池中进行下列反应时电池的电动势。
（2）应用表7.7.1的数据计算上述电池的电动势。
（3）已知，计算25ºC时上述电池电动势的温度系数。
解：（1）查表知，因此，（2）设计电池（3）7.39已知25ºC时，。
试计算应25ºC时电极的标准电极电势。
解：上述各电极的电极反应分别为显然，，因此，7.40已知25ºC时AgBr的溶度积，，。
试计算25ºC时（1）银-溴化银电极的标准电极电势；（2）的标准生成吉布斯函数。
解：（1）设计电池，电池反应为根据Nernst方程沉淀反应平衡时，所以（2）设计电池，电池反应为该反应为的生成反应，7.4125ºC时用铂电极电解的。
（1）计算理论分解电压；（2）若两电极面积均为，电解液电阻为，和的超电势与电流密度的关系分别为问当通过的电流为1mA时，外加电压为若干。
解：（1）电解溶液将形成电池，该电池的电动势1.229V即为的理论分解电压。
（2）计算得到和的超电势分别为电解质溶液电压降：10-3x100=0.1V因此外加电压为：。
