第七章 电化学

Q zFξ 法拉第定律数学表达式
Q 通过电极的电量 z 电极反应的电荷数(即转移电子数), 取正值。 电极反应的反应进度， = nB/B F 法拉第常数; F = Le = 96485.309 C/mol
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
基础理论与新能源
• 锂电池
• 锂是诸金属中具有质量轻、
Li／Li+电极标准电极电势最负， 导电性和机械性能良好等优点， 自20世纪80年代以来是研究的热点之一 成为最有竞争力的高能电池之一。
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
法拉第电解定律
电解时电极上发生化学反应 的量与通过电解池的电量成 正比。
(MichaelFaraday,1791 —1867)英国、化学家
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
§7.1 电极过程、电解质溶液及法拉第定律
§7.1 电极过程、电解质溶液及法拉第定律
以电解池为例（两铜棒插入CuSO4）
电极①： Cu2++2e-→Cu(S)
①
② 与外电源负极相接电势低，是 负极。
发生还原反应，是 阴极。
结论
电极②： Cu(S)→ Cu2++2e-
与外电源正极相接，是 正极。 发生氧化反应，是阳极。
电解池： 阳极即正极
阴极即负极
Cu2++2e-=Cu

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1. 电导、电导率、摩尔电导率
电解质溶液和金属导体一样，有下列关系： (1)服从欧姆定律:V＝IR； (2)电阻：R=(l /A) 单位： 电阻率: = R(A / l) 单位： m 对于电解质溶液常用电导和电导率 (1) 电导： G = 1/R 单位： S(西门子) (2) 电导率：= 1/=G(l /A) 单位： Sm-1 其中 (l/A)=电导池常数 的物理意义：电极面积各为1m2, 两电极相距1m 时溶液的 电导。 的数值与电解质种类、温度、浓度有关
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(3) 摩尔电导率m :
摩尔电导率——相距1m的两平行电极之间充入含1mol电 解质的溶液时所具有的电导。 如上定义中，由于电极相距1m，所 以浸入溶液的电极面积应等于含1mol 电解质的溶液体积Vm，按m的定义应 有m＝ Vm，而溶液的物质的量浓度 c(单位为mol· m-3)与Vm的关系为Vm =1 ／c 因此 m= /c (S m2 mol-1)
Cl-
(3) 电流在界面上连续，构成回路 结果：电源做功W’= Q电量 V电压; 系统(G)T,p>0 若可逆进行： (G)T,p= Wr’= Q电量 E
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原电池 通 e 入 H2 负 极 e H+ e
H2
(1) 界面上自发 反应： H2(g)+Cl2(g)2HCl 负极:H2 2e 2H+ 正极:Cl2 +2 e 2Cl迁移
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3. 离子的迁移数
溶液中离子的浓度为c+, c-，离子迁移速率u+, u单位时间内通过溶液某一截面的电量为Q=Q++Q电 极 2 定义 t+=Q+/Q,

解离度为 。
l
S
A
r
r
A
S' E
离子的电迁移
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Mx N y
c(1 )
xMz yNz
cx cy
设正离子迁移速率为 r ，单位时间向阴极方向通 过任意截面 ss' 的物质的量为 (cx Ar )mol ，所迁移
的电量为 (cx Ar )zF ，因为是单位时间，所以：
Q t
I
(cx Ar )zF
D. 导电总量全部由电子承担
山东理工大学 6
第二类导体又称离子导体，如电解质溶液、熔 融电解质等 第二类导体的特点是：
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（速率，电荷）
*固体电解质，如 AgBr、PbI2 等，也属于离子 导体，但它导电的机理比较复杂，导电能力不高，
dE u ( dl )
u , u 称为正、负离子的
电迁移率,单位 m2 s1 V1。
离子的电迁移率又称为离子淌度(ionic mobility)， 相当于单位电位梯度时离子迁移的速率
电迁移率的数值与离子本性、电位梯度、溶剂性 质、温度等因素有关，可以用界面移动法测量。
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离子迁移数的定义
2电解质溶液的导电机理 ①正负离子定向迁移；
②界面上分别发生氧化还原反应，电荷转移；
结果实现了化学能和电能之间的转换。
3 电极命名法： 正极（电势高） 负极（电势低）
原电池 阴极（还原反应） 阳极（氧化反应）
电解池 阳极（氧化反应） 阴极（还原反山东应理工）大学 15
法拉第定律的文字表述

第七章 电化学（一）基本公式和内容提要1 Faraday （法拉第）定律定义：当电流通过电解质溶液时，通过每个电极的电量与发生在该电极上电极反应的物质的量成正比。

Q = nzF2 离子迁移数定义：每种离子所传输的电量在通过溶液的总电量中所占的分数，以t 表示 Q r t Q r r ++++-==+, Q r t Qr r ---+-==+3 电导G ，电导率κ，摩尔电导率m Λ1I G RU -==1κρ=， A G lκ=m m V cκκΛ== 1c e l ll K R R Aκρ===其中，cell l K A=为电导池常数，c 为电解质的浓度，单位是mol/m 34 离子独立运动定律m ∞Λ = ｖ+()m A λ∞+ + ｖ-()m B λ∞-对于强电解质，在浓度较低的范围内，有下列经验关系（科尔劳乌施经验关系）：(1m m β∞Λ=Λ-对于弱电解质： m m α∞Λ=Λ （其中，α为解离度）5 离子平均活度a ±和离子平均活度系数γ±电解质的活度：(/)v v v va a a a m m θγ+-+-±±±===其中，1/()v v v γγγ+-±+-= ， 1/()v v vm m m +-±+-=6 德拜-休克尔极限公式ln Az z γ±+-=-式中I 为溶液离子强度212i iI m z =∑；在298 K 的水溶液中，11221.172kg molA -=，上式适用于10.01m ol kg I -≤ 的稀溶液。

7 可逆电池热力学r m G n E Fθθ∆=- (只做电功) r mG nEF ∆=-(只做电功)ln R T E K nFθθ=()()r mr m p pG ES nF T T∂∆∂∆=-=∂∂式中，()p E T∂∂是电池电动势随温度的变化率，称为电池电动势的温度系数。