物理化学电子教案(I)

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1、物理化学电子教案—第七章电能化学能电解电池7/16/2021第七章　电化学电化学：研究化学现象与电现象之间的相互关系以及化学能与电能之间相互转化规律的学科。电能化学能电解电池7/16/2021第七章　电化学电化学是物理化学中最具应用性的一个分支，其应用领域包括：电池（化学电源）湿法冶金（电解，Cu、Al等）电镀腐蚀与防腐生物电化学（心电图、脑电图、神经信号的传递等）电分析化学……7/16/2021第七章　电化学电化学过程都是在电化学装置中进行和实现的。两类电化学装置：(1)原电池：将化学能转化为电能的

2、装置；包括：一次电池、燃料电池，以及二次电池放电时；(2)电解池：将电能转化为化学能的装置。包括：电解槽、电镀槽，二次电池在充电时。电化学装置的组成要素：电解质溶液和两个电极。7/16/20217.1　离子的迁移1.电解质溶液的导电机理导体：能够导电的物质。两类导体：(1)电子导体（第一类导体）：靠自由电子的迁移导电，包括金属、半导体；特点：(a)因自由电子定向移动而导电；(b)导电过程中导体本身不发生变化；(c)电阻随温度升高而增大（金属）或减小（半导体）；(d)导电总量全部由电子承担。7/16/2

3、0217.1　离子的迁移(2)离子导体（第二类导体）：靠离子的迁移导电，包括电解质溶液、熔融电解质；特点：(a)因正、负离子定向（反向）移动而导电；(b)导电过程中一般伴随有化学反应；(c)电阻随温度升高而减小（因为溶液的粘度降低、离子运动速度加快等）；(d)导电总量分别由正、负离子分担。7/16/20217.1　离子的迁移1.电解质溶液的导电机理电解质溶液的连续导电过程必须在电化学装置中实现，而且总是伴随有电化学反应和化学能与电能的相互转化。下面分别以电解池和原电池为例，讨论电解质溶液的导电机理。7

4、/16/20217.1　离子的迁移电化学装置示意图7/16/20217.1　离子的迁移电解池示意图2H++2e−=H22Cl−−2e−=Cl2与外电源负极相连，电势较低－负极电极上发生还原反应－阴极与外电源正极相连，电势较高－正极电极上发生氧化反应－阳极7/16/20217.1　离子的迁移电解过程的总结果：(1)外电源做电功：W'=−QV（Q：传输的电量；V：外加电压）；(2)电解池中发生了非自发反应（DGT,P>0）：2HCl（2H++2Cl−）=H2+Cl2(3)系统的吉布斯自由能G升高。可逆条件

5、下电解，有DGT,P=−W'r=QV注意：外加电压要足够高（高于HCl溶液的分解电压），反应才能发生，电流才能持续。7/16/20217.1　离子的迁移原电池示意图H2−2e−=2H+Cl2+2e−=2Cl−电极上发生氧化反应－阳极得到反应失去的电子，电势较低－负极电极上发生还原反应－阴极失去电子，电势较高－正极7/16/20217.1　离子的迁移原电池的总结果：(1)原电池中发生了自发反应（DGT,P<0）：H2+Cl2=2HCl（2H++2Cl−）(2)系统对外电路做电功：W'=QV（Q：传输的电

6、量；V：原电池的电压）；(3)系统的吉布斯自由能G降低。可逆条件下进行电池反应，有−DGT,P=W'r=QEE：原电池的电动势。注意：必须是自发反应（DGT,P<0），才能产生电流。7/16/20217.1　离子的迁移结论：(1)借助电化学装置可以实现电能与化学能的相互转化。在电解池中，电能转变为化学能；在原电池中，化学能转变为电能。(2)电解质溶液的导电机理：(a)在溶液中，电流是通过正、负离子的定向迁移形成的；(b)在电极/溶液界面处，电流是通过电极上发生氧化或还原反应，得到或失去电子来形成的。7

7、/16/20217.1　离子的迁移结论：(3)电极的命名(a)正极和负极正极：电化学装置中，电势较高的电极；负极：电化学装置中，电势较低的电极。(b)阳极和阴极阳极：电化学装置中，发生氧化反应的电极；阴极：电化学装置中，发生还原反应的电极。7/16/20217.1　离子的迁移电解池和原电池中电极名称的对应关系电极名称阳极阴极发生反应的类型氧化反应还原反应电解池电势高，正极电势低，负极原电池电势低，负极电势高，正极7/16/20217.1　离子的迁移2.Faraday定律根据电解质溶液的导电机理，电流通

8、过电极是由电化学反应实现的，那么通过电极的电量和发生电化学反应的物质的数量之间有怎样的关系呢？这就是Faraday定律所要解决的问题。7/16/20217.1　离子的迁移2.Faraday定律Faraday定律：当电流通过电解质溶液时，通过电极的电量与发生电极反应的物质的量成正比。Faraday定律的解释：根据电解质溶液的导电机理，电流通过电极是由电化学反应实现的，因此通过的电量越多，电极上得到或失去电子的数目就越多，发生电化学反应的物质的量也就越多。7