电化学原理-第五章-液相传质步骤动力学-2015修订课件.ppt

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1、第五章液相传质步骤动力学研究液相传质动力学的意义液相传质常是电极反应的限制步骤。时电极反应最大速度可达实际电化学反应装置的最高电流密度极少超过几表明电化学反应的潜力未发挥出来。研究液相传质动力学的意义通过减缓或增加液相传质来控制电极反应速度。采用多孔膜和选择透过性薄膜减少干扰组分对电极反应的影响。自然对流传质达到的电流上限：最强烈的搅拌达到的电流上限：液相传质动力学的研究思路：电极表面物质浓度的变化规律离子流量的变化规律电极电位的变化规律电极反应速度的变化规律电极过程的变化规律§5.1液相传质的

2、三种方式§5.2稳态扩散过程§5.3浓差极化的规律和浓差极化的判别方法§5.4非稳态扩散过程§5.5滴汞电极的扩散电流§5.1液相传质的三种方式一、液相传质的三种方式二、液相传质三种方式的比较三、液相传质三种方式的相互影响一、液相传质的三种方式1、电迁移2、对流3、扩散1、电迁移电迁移：电解质溶液中的带电粒子（离子）在电场作用下沿一定方向移动的现象。电迁流量：由于电迁移作用使电极表面附近溶液中某种离子浓度发生变化的数量。电迁移速度离子浓度离子淌度电场强度2、对流对流：一部分溶液与另一部分溶液之间

3、的相对流动。自然对流：由于溶液中各部分之间存在着密度差或温度差而引起的对流。强制对流：用外力搅拌溶液引起的对流。对流流量：液体流速3、扩散扩散：溶液中的某一组分自发地从浓度高的区域向浓度低的区域移动的现象。扩散过程分非稳态扩散和稳态扩散两个阶段。非稳态扩散：扩散层中各点的反应离子浓度是时间和距离的函数。稳态扩散：扩散层中各点的反应离子浓度仅仅是距离的函数。3、扩散非稳态扩散：扩散层厚度δ随时间变化稳态扩散：扩散层厚度δ不随时间变化稳态扩散流量：1—0.1s;2—1s;3—10s;4—100sδ1

4、00（5.3）二、液相传质三种方式比较1、传质推动力：电迁移电场力对流重力差（温度差、密度差）扩散化学梯度（浓度差）2、传输的物质：电迁移带电粒子对流离子、分子、微粒扩散离子、分子、微粒3、溶液和溶剂的相对运动：电迁移、扩散有；对流无二、液相传质三种方式比较4、传质作用的区域：------双电层（几纳米）几毫米扩散对流（真实条件下）电迁移表面浓度体浓度二、液相传质三种方式比较如果忽略电迁移的作用；电极表面反应粒子的传递由对流和扩散两步骤串联完成；对流传质速度远大于扩散传质速度，主要讨论扩散动力学

5、规律。三、液相传质三种方式的互相影响1、一定强度对流作用的存在是实现稳态扩散过程的必要条件。2、当电解液中无大量局外电解质存在时，电迁移作用不能忽略。此时，电迁移对扩散过程起叠加作用。§5.2稳态扩散过程一、理想条件下的稳态扩散二、真实条件下的稳态扩散三、旋转圆盘电极四、电迁移对稳态扩散过程的影响一、理想条件下的稳态扩散理想条件：排除电迁移的影响，区分扩散区和对流区，人为地创造一种单纯的扩散过程。1、理想稳态扩散的实现2、理想稳态扩散的动力学规律1、理想稳态扩散的实现Ag扩散区对流区2、理想稳态

6、扩散的动力学规律当扩散步骤为控制步骤时，扩散速度既为电极反应速度。由菲克第一定律：设电极反应为：且令还原电流为正，得稳态扩散电流密度：(5.6)2、理想稳态扩散的动力学规律当时令此时的扩散电流为极限扩散电流此时的浓差极化为完全浓差极化(5.7)(5.9)(5.8)将（5.7）代入（5.6）二、真实条件下的稳态扩散真实条件：扩散受对流过程影响，称为对流扩散，此时扩散区与对流区重叠没有明确分界。1、电极表面附近的液流现象及传质作用2、扩散层的有效厚度3、对流扩散的动力学规律1、电极表面附近的液流现象

7、及传质作用（1）边界层：存在流速梯度的区域。电极表面上各点，边界层厚度不同。摩擦力1、电极表面附近的液流现象及传质作用（2）根据流体力学理论可知：边界层厚度：动力粘滞系数：动力粘滞层流边界层(5.10)1、电极表面附近的液流现象及传质作用（3）边界层：存在流速梯度传递动量决定因素扩散层：存在浓度梯度传递物质决定因素相互关系：边界层扩散层(5.11)2、扩散层有效厚度（1）对流扩散扩散层与对流层重叠浓度梯度不是常数扩散层有效厚度：或者：(5.13)对流扩散层真实厚度将电极表面x=0处(此处u

8、=0不受对流影响)的浓度梯度所对应的扩散层厚度定义为2、扩散层有效厚度（2）由得对流扩散层厚度：（扩散层真实厚度，有浓度梯度存在并且受对流作用的影响的区间）计算知：（5.14)与对流有关与扩散有关在稳态扩散条件下扩散层真实厚度与有效厚度相近3、对流扩散的动力学规律（1）真实条件下，稳态对流扩散电流：稳态对流扩散的极限扩散电流密度：（5.15)（5.16)3、对流扩散的动力学规律（2）对流扩散的特征：（a）（b）（c）（d）与搅拌强度有关、扩散控制判据受溶液粘度影响电极表面位置扩散层厚度（5.15