电解质溶液 - 长江大学化学与环境工程学院

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1、物理化学第七章电解质溶液7.1电化学的基本概念和法拉第定律7.1.1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。电能通过电解转化为化学能化学能通过原电池转化为电能7.1.2电化学的用途1.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。2.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。3.电分析4.生物电化学7.1.3两类导体1.第一类导体又称电子导体，如金属、石墨等。a.自由电子作定向移动而导

2、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⒉第二类导体又称离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等。正、负离子作反向移动而导电导电过程中有化学反应发生温度升高，电阻下降导电总量分别由正、负离子分担18物理化学*固体电解质，如等，也属于离子导体，但它导电的机理比较复杂，导电能力不高，本章以讨论电解质水溶液为主。7.1.4正极、负极阴极、阳极正极:电势高的极称为正极，电流从正极流向负极。在原电池中正极是阴极；在电解池中正极是阳极。负极:电势低的极称为负极，电子从负极流向正

3、极。在原电池中负极是阳极；在电解池中负极是阴极。阴极(Cathode):发生还原作用的极称为阴极，在原电池中，阴极是正极；在电解池中，阴极是负极。阳极(Anode):发生氧化作用的极称为阳极，在原电池中，阳极是负极；在电解池中，阳极是正极。离子迁移方向离子迁移方向：阴离子迁向阳极Anion®Anode阳离子迁向阴极Cation®Cathode原电池(galvaniccell)Zn电极:Zn(S)→Zn2++2e-发生氧化作用，是阳极。电子由Zn极流向Cu极，Zn极电势低，是负极。Cu电极：Cu2++2e-

4、→Cu(S)发生还原作用，是阴极。电流由Cu极流向Zn极，Cu极电势高，是正极。电解池(electrolyticcell)电极①：与外电源负极相接，是负极。发生还原反应，是阴极。Cu2++2e-→Cu(S)电极②：与外电源正极相接，是正极。发生氧化反应，是阳极。Cu(S)→Cu2++2e-电流效率18物理化学表示式（1）´100%表示式（2）´100%法拉第定律的文字表述Faraday’sLaw⒈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

5、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。法拉第定律的数学表达式取电子的得失数为z，通入的电量为Q，则电极上发生反应的物质的量n为：或电极上发生反应的物质的质量m为：法拉第常数法拉第常数:法拉第常数在数值上等于1mol元电荷的电量。已知元电荷电量为F=L·e=6.022×1023mol-1×1.6022×10-19C=96484.6C·mol-1≈96500C·mol-1荷电粒子基本单元的选取根据法拉第定律，通电于若干串联电解池中，每个电极上析出物质的物质的量

6、相同，这时，所选取的基本粒子的荷电绝对值必须相同。例如：荷一价电18物理化学阴极阳极荷二价电阴极阳极荷三价电阴极阳极例题：通电于溶液，电流强度，析出。已知,求：⑴通入电量；⑵通电时间；⑶阳极上放出氧气的物质的量。解法一取基本粒子荷单位电荷：即解法二取基本粒子荷3个基本电荷：即Au，⑵t同上18物理化学法拉第定律的意义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。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。7.2离子的电迁移和迁移数7.2.1离子的

7、电迁移现象设想在两个惰性电极之间有想象的平面AA和BB，将溶液分为阳极部、中部及阴极部三个部分。假定未通电前，各部均含有正、负离子各5mol，分别用+、-号代替。设离子都是一价的，当通入4mol电子的电量时，阳极上有4mol负离子氧化，阴极上有4mol正离子还原。两电极间正、负离子要共同承担4mol电子电量的运输任务。现在离子都是一价的，则离子运输电荷的数量只取决于离子迁移的速度。1．设正、负离子迁移的速率相等，，则导电任务各分担2mol，在假想的AA、BB平面上各有2mol正、负离子逆向通过。当通电结束

8、，阴、阳两极部溶液浓度相同，但比原溶液各少了2mol，而中部溶液浓度不变。2．设正离子迁移速率是负离子的三倍，，则正离子导3mol电量，负离子导1mol电量。在假想的AA、BB平面上有3mol正离子和1mol负离子逆向通过。通电结束，阳极部正、负离子各少了3mol，阴极部只各少了1mol，而中部溶液浓度仍保持不变。18物理化学7.2.2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。如果