电化学的基本概念和法拉第定律

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1、第六章电化学2021/8/136.1电化学的基本概念和法拉第定律两类导体A.自由电子作定向移动而导电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又称电子导体，如金属、石墨等。第一类导体2021/8/13两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、负离子分担第二类导体又称离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等。2021/8/13正极、负极电势低的极称为负极，电子从负极流向正极。负极：电势高的极称为正极，电流从正极流

2、向负极。正极：2021/8/13阴极、阳极发生还原作用的极称为阴极。阴极：(Cathode)发生氧化作用的极称为阳极。阳极：(Anode)在原电池中，阴极是正极；在电解池中，阴极是负极。在原电池中，阳极是负极；在电解池中，阳极是正极。2021/8/13离子迁移方向电解质溶液负载电阻正极负极ZnZnSO4溶液阳极CuCuSO4溶液阴极（a)丹尼尔电池离子迁移方向：阴离子迁向阳极阳离子迁向阴极-+电源（b）电解池+阳极-阴极2021/8/13原电池Cu电极：Zn电极：电极的极性由两电极本身的化学性质决定。发生还

3、原作用，是阴极。电流由极流向极，极电势高，是正极。发生氧化作用，是阳极。电子由极流向极，极电势低，是负极。2021/8/13电解池与外电源正极相接，是正极。电极②：与外电源负极相接，是负极。电极①：①②发生还原反应，是阴极。Cu2++2e-→Cu(s)发生氧化反应，是阳极。Cu(s)→Cu2++2e-2021/8/13电流效率表示式（1）电流效率=×100%理论计算耗电量实际消耗电量表示式（2）电流效率=×100%电极上产物的实际量理论计算应得量2021/8/13法拉第定律⒈在电极界面上发生化学变化物质的质

4、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。2021/8/13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：电极上发生反应的物质的质量m为：或2021/8/13法拉第常数F=L·e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=6.022×1023mol-1×1.6022×10-19C=96484.6C·mol-1≈96500C·mol-12021/8

5、/13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：荷一价电阴极阳极荷三价电阴极阳极荷二价电阴极阳极2021/8/13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。2021/8/13解法一取基本粒子荷单位电荷：即2021/8/13解法二⑵t同上取基本粒子荷3个基本电荷：即Au，2021/8/13法拉第定律的意义是电化学上最早的定量的基本定律，揭示了通入的电量与

6、析出物质之间的定量关系。该定律在任何温度、任何压力下均可以使用。该定律的使用没有什么限制条件。2021/8/136.2离子的电迁移和迁移数离子的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。2021/8/13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

7、输电荷的数量只取决于离子迁移的速度。2021/8/131．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，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。2021/8/13离子的电迁移现象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

8、液浓度仍保持不变。2021/8/13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。2021/8/13离子的电迁移率离子在电场中运动的速率用公式表示为：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。为电位梯度离子的电迁移率又称为离子淌度(ionicmobility)，相