第四章电化学

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1、第四章　　电化学电化学电化学是研究化学能和电能的相互转化及其规律的科学。电化学的应用应用科学研究工业生产热力学参数的测定:△U、△H、△G、△S分析化学中的应用:pH法、电导法、电泳分析等分析仪表：各种电化学传感器电解制备：烧碱、H2、Na等电池：一次电池、二次电池等电化学的研究内容1、电解质溶液理论(电导理论等)2、电化学平衡(可逆电池、电极电势、电动势、可逆电池电动势同热力学函数的关系等)3、电极过程动力学(从动力学角度阐明电极反应的细节)4、实用电化学（包括电化学腐蚀及防护，电分析研究等）§1电解质溶液的导电性1.基本概念原电池电解池两类导体正极、负极阴极、阳极电化学研究对象2.法

2、拉第定律两类导体1.第一类导体又称电子导体，如金属、石墨等。自由电子作定向运动而导电；本身不发生化学反应；温度升高导电能力下降。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、负离子作定向移动而导电；在电极和溶液的界面发生化学反应；温度升高导电能力升高。电池是什么电池？电极上是怎样反应的？6这两个电池相同吗？哪些地方相同，哪些地方不同？电极的分类正极：电势高的极称为正极。负极：电势低的极称为负极。阴极：(Cathode)发生还原作用的极称为阴极。阳极：(Anode)发生氧化作用的极称为阳极。离子迁移方向离子的定向迁移和电极反应同时进行。阴离子迁向阳极阳离子迁向阴极:电流在溶液中的

3、传导分别由正、负离子共同分担。电解质溶液中的正负离子分别向两个电极移动，迁移到电极附近的离子分别在两电极上进行氧化还原反应，使电极与溶液界面处的电流得以连续。9提出电磁感应学说发现电场与磁场的联系提出磁场力线的假说发现了电解定律，推广专业用语发现苯等物质迈克尔·法拉第（MichaelFaraday，公元1791～公元1867）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。“天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤……”。法拉第定律Faraday’sLaw（1833）⒈电解过程中两电极上产生或消耗的物质的量与通入的电量成正比；⒉若将几个电解池串联，通入相同的电量后，在各电极上

4、发生反应的（基本单元）物质的量等同，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电子的得失数为Z＋，当通入的电量为Q时，电极上发生反应的物质的量(n)为：nM=Q/(Z＋F),一般情形下，可写作Q=nzF电极上发生反应的物质的质量m为：m=nM=QM/(zF)F为法拉第常数，在数值上等于1mol电子的电量。F=L·e=6.022×1023mol-1×1.6022×10-19C=96484.6C·mol-1≈96500C·mol-113电极上析出或反应4mol物质，溶液中将通过多少电量？本书采用的“基本单元”：“1mol的电解质”实质为“1mol电子电量的电解质”法拉第定律的意义

5、1.该定律是电化学最早的、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。2.该定律的使用没有什么限制条件，在任何温度、任何压力下均可以使用。该定律是自然科学中最准确的定律之一。§2离子的电迁移和迁移数电解质溶液的电导靠离子，而离子总是成对出现，正离子与负离子，电导靠正、负两种离子的迁移完成电导。对1：1型电解质，惰性电极，Q＝4F，其迁移现象如图：阳极阴极+++++++++++++++_______________－－－－+++______++++++++++++_____→→→←←←迁移速率相等离子迁移情况最后结果阳极阴极+++++++++++++++____________

6、___－－－－++______+++++++++++++_____→→→←←←迁移速率不等(3:1)离子迁移情况最后结果离子电迁移的规律1.通过溶液的总电量为正、负离子迁移电量之和。如果正、负离子荷电量不等，如果电极本身也发生反应，情况就要复杂一些。3.中间部分浓度不变，两极浓度降低，正离子迁移快时，阴极浓度大；负离子迁移快时，阳极浓度大。离子迁移数的定义把离子B迁移的电量与通过溶液的总电量之比称为该离子B的迁移数（transferencenumber）用符号tB表示。由于正、负离子移动的速率不同，所带的电荷不等，因此它们在迁移电量时所分担的分数也不同。其定义式为：tB是量纲为1的量，数值

7、上总小于1，且tB=1。离子的电迁移率离子在电场中的运动速度，除了与离子本性、溶剂性质、溶液浓度及温度等因素有关外，还与电场强度有关。为了便于比较，将某离子在指定溶剂中电场强度为1V·m-1时的速度称为该离子的电迁移率，用符号U表示，单位是m2·s-1·V-1.§3电解质溶液的电导电导、电导率、摩尔电导率电导的测定电导率、摩尔电导率与浓度的关系离子独立移动定律电导测定的一些应用电导（electriccondutance