物理化学选论-电化学.ppt

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1、物理化学选论第二章电化学2021/8/2电能化学能电解池原电池电化学主要是研究电能和化学能之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学。§2.1引言一、电化学的研究对象：二、电化学的发展历史回顾：三、电化学的应用1、电解1）金属冶炼和精炼2）电解法制备化工原料（如烧碱的制备）2、电镀1）增加物件“外观光泽”2）防腐蚀3、电源如：日常生活中的蓄电池；干电池；Ag-Zn钮扣电池；锂离子电池；…如：航天宇宙飞船上用：燃料电池，如：H2+½O2→H2O（无污染废弃物）等等4、在生物学和医学中的应用比如，心电图、脑电图等都有电化学有关。§2.2电化学的基本概念1、导体：又称导

2、电体（electricalconductor），能够导电的物质一、基本概念分类问题电子导体离子导体1）靠什么因素导电2）常见的导体举例3）导电过程中导体是否发生化学变化4）导电能力与温度的关系金属，石墨，某些金属的化合物电解质溶液、熔融电解质等靠自由电子定向移动而导电靠离子作定向运动（即离子的定向迁移）而导电导电过程中导体本身不发生变化导电过程中有化学反应发生温度升高，电阻升高，导电能力减弱温度升高，离子运动速率加快，导电能力增强1）按电极电位的高低分：正极：电位高者负极：电位低者并规定外电路中电流方向：正极→负极2）按电极反应分：阳极：发生氧化作用的极阴极：发

3、生还原作用的极2、关于电极的一些基本规定举例区分各种电极：1)若电流表的偏转方向与电流方向相反，请标出正极和负极。并说明为什么？2)哪个是阳极？哪个是阴极？为什么？3)离子迁移方向：负（阴)离子迁向阳极；正（阳）离子迁向阴极1)标出：正极、负极；阳极、阴极。2)标出：正、负离子的迁移方向举例区分各种电极：§2.3离子的电迁移率和迁移数1、离子的电迁移：离子在外电场的作用下发生定向运动的现象。通电于电解质溶液之后，溶液中承担导电任务的阴、阳离子分别向阳、阴两极移动；并在相应的两极界面上发生氧化或还原作用，从而两极旁溶液的浓度也发生变化。一、离子的电迁移现象2、图示

4、说明电迁移过程电迁移过程示意图：设在两个惰性电极（本身不起化学变化）之间有假想的两个平面AA和BB，将电解质溶液分成三个区域，即阳极部，中部及阴极部。当有4mol电子电量通入电解池后，在阳极上有4mol负离子发生氧化反应，同时在阴极上有4mol正离子发生还原反应。溶液中的离子也同时发生迁移没有通电流前，各区有5mol的一价的正离子及负离子（分别用“+”、“-”表示，数量多少表示物质的量）。当溶液中通过4mol电子的电荷量时，整个导电任务是由正、负离子共同分担的，每种离子所迁移的电荷量随它们迁移速率的不同而不同。现假设有以下两种情况：情况1：1）设正、负离子迁移的

5、速率相等，则导电任务各分担一半（2mol），在假想的AA、BB平面上各有2mol正、负离子逆向通过。通电后离子迁移的结果：中部溶液浓度没有变化，阴、阳两极部溶液浓度相同，但与原溶液相比，正、负离子各少了2mol.情况2：2）如果正离子的迁移速率为负离子的三倍，则正离子导3mol电量，负离子导1mol电量，在AA平面（或BB平面）上分别有3mol正离子和1mol的负离子逆向通过。通电后离子迁移的结果：中部溶液的浓度仍保持不变，阴、阳两极部溶液浓度不同，且两极部的浓度比原溶液相比都有所下降，但降低的程度不同。(阳极部减少3mol，阴极部减少1mol)1)向阴、阳两极

6、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。从上述两种假设可归纳出如下规律，即离子的电迁移规律：3、离子电迁移规律:如果正、负离子电荷量不等，如果电极本身也发生反应，情况就要复杂一些。可根据电极上的具体反应分析。离子在电场中运动的速率与多种因素有关：1)离子本性（包括离子半径，离子水化程度，所带电荷等），2)溶剂的性质（如黏度等），3)电场的电位梯度二、离子的电迁移率和迁移数1、离子的电迁移率（离子淌度）：1)离子半径越大，离子运动速率越慢2)离子水合程度越大（相当于实际运动离子的半径越大），运动速率越慢3)离子电荷越大，运动速率越快4)溶剂黏度越大，

7、离子运动速率越慢【P55，复习题11】：在水溶液中带相同电荷的离子：它们的离子半径逐渐增大，但迁移速率也相应增大，为什么？离子本性和溶剂性质对离子迁移速率的影响:式中dE/dl为电位梯度，比例系数u+和u-分别称为正、负离子的电迁移率，又称为离子淌度（ionicmobility），相当于单位电位梯度时离子迁移的速率。它的单位是m2·s-1·V-1。离子淌度的大小与温度、浓度等因素有关，它的数值可用界面移动法实验(P56习题9)来测定。电位梯度越大，离子运动的推动力越大，即离子在电场作用下的运动速率与电位梯度成正比。用公式表示为：电位梯度对离子迁移速率的影响:P5

8、6习题9【问题】：为什么