电化学导论与基础知识

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法拉第笼
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法拉第定律 Faraday Law（1883年）
第一定律：
m KQ KIt
第二定律：
It Q m M M nF nF
m-产物质量;Q-反应电量；n-摩尔数；M-摩尔质量； Z-反应电子计数量；F-法拉第常数
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法拉第定律的几个要点
1. 2. 3.
电和化学反应相互作用的定量关系 不受电极和外界条件的影响 适用于多个电化学装置的反应（串联）
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实例1

用强度为0.025A的电流通过硝酸金Au(NO3)3 溶液，当阴极上有1.2g Au(s)析出时，试计算(a) 通过了多少电量？（b）需通电多长时间？
阴极：Au3 3e Au( s ) 3 3 阳极： H 2O 3e O2 ( g ) 3H 2 4 (a )通过的电量为： m 1. 2 Q nF 3 96500 1763 M 197 (b)通电时间： Q 1763 t＝ ＝ 7.05104s I 0.025
一、电化学研究内容
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。
二、电化学特点
1. 历史悠久
2.
3.
应用广泛
电化学现象广泛存在
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1. 历史悠久

1799
1883 1887
伏特电堆
法拉第定律 物理学杂志


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伏特电堆 Volta Pile（1799年）
1799 V.Volta 伏特电堆 （献给十九世纪的最重要的礼物）
（1）自然界普遍存在水 电解质溶液 带电离子
（2） u
a i
ui

相间自发转移，界面电势差 （3）界面存在过剩电荷 界面电势差
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三、电化学学科范畴
物理化学 热力学 动力学 统计热力学 量子力学
热化学，电化学，光化学，……， 胶体化学，催化化学，计算化学，……
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四、应用电化学
应用电化学：在电化学基本原理基础上,系 统地研究讨论电化学原理在各个相关领域 中的应用,涉及到环境科学、能量科学、生 物学、信息科学与材料科学等诸多领域的 电化学信息。
4.
适用于单个电化学装置的多个反应（并联）
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多个电化学装置的反应（串联）
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NaCl
AgNO3
FeBr3
反应公式
（1）阴极反应： 阳极反应： （2）阴极反应： 阳极反应：
H 2 0 e OH 1/ 2H 2
Cl 1 / 2Cl2 e

Ag e Ag
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2. 应用广泛
能源（电池、燃料电池、…） 材料（电解、腐蚀、电镀、…） 生命（心电图、电泳、…） 环境（三废治理、…） 信息（传感器、电加工、…）

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蓄电池、干电池、锂电池、氧化银电池等电 池，它们的基本原理都是将化学能转变为电 能。
铜-锌电池
韦斯顿标准电池
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3. 电化学现象广泛存在
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3. 电化学分析法的特点
（1）灵敏度、准确度高，选择性好 被测物质的最低量可以达到10-12mol/L数量级。
（2）电化学仪器装置较为简单，操作方便
直接得到电信号，易传递，尤其适合于化工生产中的自动 控制和在线分析。 （3）应用广泛 传统电化学分析：无机离子的分析； 测定有机化合物也日益广泛； 有机电化学分析；药物分析； 电化学分析在药物分析中也有较多应用。 活体分析。
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实例2

需在10¬10cm2的薄铜片两面镀上0.005cm厚的 Ni层(镀液为Ni(NO3)2)，假设镀层能均匀分布， 用2.0A的电流强度得到上述厚度的镍层时需要 通电多长时间？设电流效率为96.0%。已知金 属镍的密度为8.69g/cm3，Ni(s)的摩尔质量为 58.69g/mol.
1. 电镀层中含镍的物质的 量为： m 1 0 1 0 0.0 0 5 2 8.6 9 ( Ni ) m o l 0.1 5 16 M 5 8.6 9 电极反应： Ni 2 2e Ni 通入的电量： m Q n F / (0.1 5 16 9 6 50 0 2) / 0.9 6 3.0 5 1 04 C M 需通电的时间： Q 3.0 5 1 04 t s 1 5 20 s 4.2 4h I 2
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1. 什么是电化学分析
应用电化学的基本原理和实验技术，依据物质电化学性质 来测定物质组成及含量的分析方法称为电化学分析或电分析化 学。
2. 电化学分析法的重要特征
（ 1 ）直接通过测定电流、电位、电导、电量等物理量， 在溶液中有电流或无电流流动的情况下，来研究、确定参与 反应的化学物质的量。 （2）依据测定电参数分别命名各种电化 学分析方法：如电位、电导分析法； （3）依据应用方式不同可分为： 直接法和间接法。
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五、电分析化学
电分析化学(Electroanalytical Chemistry)是 指研究电化学原理在分析方法方面的具体应用 的学科。
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电化学、应用电化学、电分析化学三者的 关系
电化学
应用电化学
电分析化学
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六、 电化学分析的特点与学习方法
characteristics and learning method of electrochemical analysis
Ag Ag e
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ


Fe （3）阴极反应： Fe e 1/ 2Br2 e 阳极反应： Br
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单个电化学装置的多个反应（并联）
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电流效率的计算
理论电量 100 ％ 实际电量
一定物质的量
实际产物量 100 ％ 一定电量 理论产物量