物理化学下册课件-天津大学第四版.ppt

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1、第七章电化学Chapter7Electrochemistry电化学是研究电能和化学能相互转化规律的科学化学能(ChemicalEnergy)电能(ElectricalEnergy)电化学应用领域化学电源—各种电池电解工业—贵金属的冶练与回收(铝、镁、钾、钠、锆、铪等)；化工产品(NaOH、Cl2、H2O2)金属腐蚀与防护电化合成电化学分析前言Introduction电解质溶液：（§7.1--§7.4）原电池：（§7.5--§7.9）电解和极化：（§7.10--§7.12）研究内容（1）导体(Conductor)电

2、子导体（第一类导体）依靠自由电子的运动而导电。例如金属、石墨等。温度升高，导电能力下降。离子导体（第二类导体）依靠离子定向运动和电极反应而导电。例如电解质溶液和熔融电解质。温度升高，电解质溶液的导电能力增大§7-1电解质溶液的导电机理TheConductingMechanismofElectrolytes1.电解质溶液的导电机理电解池负极(发生还原反应—阴极)正极(发生氧化反应—阳极)电池反应电能转换为化学能的装置（2）电解池和原电池（ElectrolyticCellandPrimaryCell)离子的定向迁移例

3、：电解HCl水溶液阳极(负极)阴极(正极)电池反应原电池化学能转换为电能的装置导电机理:电极上得失电子的反应溶液中离子的定向迁移关于正负、阴阳极的规定：电势高的电极是正极，电势低的电极是负极；发生氧化反应的是阳极，发生还原反应的是阴极。电解池原电池阳极阴极正极负极阳极阴极正极负极2.法拉第定律Faraday’sLaw(1)内容1833年，英国科学家法拉第在归纳总结了大量电解作用的实验结果之后，提出了如下的基本规律：通电于电解质溶液之后，在电极上发生化学反应的物质的量与通过溶液的电量成正比当以相同的电量分别通过含有

4、不同电解质溶液的电解池时，各电极上发生化学变化的物质的得失电子数是相同的析出1molCu2mol电子由外电路流入阴极例如：析出1molAg1mol电子由外电路流入阴极析出1mol1/2Cu1mol电子由外电路流入阴极z—电极反应的电荷数F=eL=96485C·mol-1≈96500C·mol-1（法拉第常数）(2)数学表达式(TheEquationofFaraday’sLaw)(7.1.1)ξ—反应进度zξ—通过电极的元电荷的物质的量通过电极的电量正比于电极反应的反应进度与电极反应电荷数的乘积，比例系数为法拉第常

5、数。(3)对法拉第定律的讨论*法拉第定律是自然科学中最准确的定律之一，不受溶液浓度、电极材料、溶剂性质等因素的影响。*根据法拉第定律，只要称量出电解过程中电极析出的物质的量，就可以准确地计算出电路中通过的电量。*据此原理制成的装置称为电量计（铜电量计、银电量计、气体电量计）。在实际电解时，电极常发生一些副反应，因此在实际生产中要得到一定量的产物，消耗的电量要比按照法拉第定律计算出的理论电量要多。1.离子的迁移数的定义§7-2离子的迁移数TransferenceNumber离子在电场作用下的定向运动称为电迁移正负离

6、子的迁移速率往往不同，输送的电量亦不同，根据法拉第定律，两电极上离子放电的电荷总数应相等并等于通过的电量，那么正负离子输送电量的差异是否会引起一个电极附近某种离子的积累呢？（1）离子的电迁移现象通电前(a):各区均含有6mol阴离子(-)和阳离子(+)通电4F:电极反应(b)：阴,阳极分别发生4mol电子还原及氧化反应若υ+=3υ-例：溶液中(c)：中间区电解质物质的量维持不变阴极区电解质物质的量减少1mol阳极区电解质物质的量减少3mol在溶液任一截面上都有3mol阳离子与1mol阴离子相对通过,所以任一截面上

7、通过的电量都是4F。阴，阳离子运动速度的不同阴，阳离子迁移的电量不同离子迁出相应电极区物质量的不同（2）离子迁移数：定义：某离子迁移的电量与通过溶液的总电量之比为该离子的迁移数讨论：1）影响因素浓度、溶液温度、外加电压（无影响）2）如果溶液中正、负离子不止一种，则任一离子迁移数为：(7.2.2)（3）离子的电迁移率（离子淌度）离子电迁移率u——离子在指定溶剂中电场强度为　　　　　　　　　　　　E=1V/m时的运动速度离子电迁移率与迁移数的关系(7.2.3)(7.2.2)希托夫法(Hittorfmethod)（4）

8、测定迁移数的方法原理：分别测定离子迁出相应极区的物质的量及发生电极反应的物质的量希托夫法实验装置图由式（7.2.1)及式(7.2.2)可得希托夫法的测定原理和计算—电解前某电极区存在的某一离子的物质的量—电解后该电极区存在的该离子的物质的量—电极反应所引起的该离子物质的量的变化—由于离子迁移所引起的该离子数量的变化根据物料衡算可得注意：若电极反应产生出该离子，则n电前面取