6、电化学3-极化
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
上一内容 下一内容 回主目录
故 E阴= E阴,平 – 阴 E阳 = E阳,平 + 阳
返回
2012-7-5
§7.11 电解时的电极反应
阴极上总是极化电极电势最高的还原反应优先进行。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
§7.11 电解时的电极反应
上一内容
下一内容
回主目录
RT 2F
ln
a H a Cl P H 2 P Cl 2
2
2
阳极
阴极
C l2
H2
P P P[H2(g)] 和 P[Cl2(g)] 等于外界气压 而逸出，即气体压力达最大值，反 电动势也达最大值，此时外加电压 等于分解电压。 E 反， E 分解 max
回主目录
上一内容
下一内容
+ _ V G
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
电流通过电极时，电极电势偏离平衡电极电势的现 象称为电极的极化。 电极的极化程度与通过电极的电流密度有关；因此电 极的电极电势也与电流密度有关。随着电极上电流密 度的增加，电极过程的不可逆程度越来越大，电极电 势对平衡电极电势的偏离也就越来越远
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
FRIEDRICH WILHELM GEORG KOHLARUSCH FRIEDRICH WILHELM GEORG KOHLARUSCH
(1840-1910), German chemist and physicist, is best known
latter work, he discovered the rotation of the plane of
polarization of light in a magnetic field. He discovered
diamagnetism and coined the words paramagnetic and diamagnetic.
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
E 阳极极化曲线 E 阴极极化曲线
阴极极化曲线
阳极极化曲线
电流密度 J (a) 电 解 池 极 化 曲 线
电流密度 J (b) 原 电 池 中 的 极 化 曲 线
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
§7.11 电解时的电极反应
§7.10 分解电压及极化作用
过程分析：在开始外加一定电压时，电极表面上产生了 少量的氢气和氯气，其压力很小，被吸附在Pt电极上。 因为氢气H2(g)和氧气Cl2(g)可发 生氧化还原反应，当它们被吸附 在惰性电极上时，就形成两个第 一类电极－酸性氢电极和酸性氧 G V _ + 电极，构成原电池Pt∣H2(g)∣ 阴极 阳极 HCl (0.1 mol· –3) ∣Cl2(g)∣Pt dm 自发电池，氢电极为负极，氯电 正极 负极 极为正极；电池的电动势正好和 C l2 H2 电解时外加电压相反， 负极对负 极、正极对正极，称为反电动势
返回
2012-7-5
NERNST
WALTHER NERNST (1864-1941), German physical chemist, did much of the early important work in electrochemistry,studying the thermodynamics of galvanic cells and the diffusion of ions in solution.
返回
2012-7-5
§7.10 分解电压及极化作用
原电池 Pt∣H2(g)∣HCl(0.1 mol· –3) ∣Cl2(g)∣Pt dm 因此，理论分解电压应等于原电池的最大可逆反电动势
E 反， 可逆 E 理论分解 max,
实际分解电压不等于理论分解电压 如H2SO4 、H3PO4和NaOH等溶液的 阴极 阳极 分解电压很相近，在1.70V左右 因为电解这些溶液就是电解水，而 电解水的理论分解电压为1.229V 。 C l2 H2 E (分解) > E (理论) 这是因为电极上存在极化作用，不再是可逆电极
Besides his scientific researches, he developed the
Nernst lamp,which used a ceramic body. This lamp
never achieved commercial importance since the
tungsten lamp was developed soon afterwards.
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
MICHAEL FARADAY
Faraday presented Davy with the careful notes he had taken at his lectures, and Faraday became a laboratory assistant when his predecessor was fired for brawling. Faraday’s first experiment consisted in constructing a
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
MICHAEL FARADAY
MICHAEL FARADAY (1791-1867) English chemist and physicist, was a completely selftaught man. In 1812, while still a bookbinder’s apprentice, Faraday was drawn to chemistry by attending Davy’s lectures at the Royal Institute. His life was changed by an accident when Davy was temporarily blinded by an explosion and took on Faraday as his secretary.
返回
2012-7-5
V +
G _
阳极
阴极
C l2
上一内容
H2
下一内容
回主目录
§7.10 分解电压及极化作用
原电池 Pt∣H2(g)∣HCl(0.1 mol· –3) ∣Cl2(g)∣Pt dm 外加电压↑，P[H2(g)] 和 P[Cl2(g)] ↑，反电动势↑
E E
V + G _
§7.10 分解电压及极化作用
原电池 Pt∣H2(g)∣HCl(0.1 mol· –1) ∣Cl2(g)∣Pt kg 这是一个自发电池，电池的氢电极为负极(阳极) 氯电 极为正极(阳极)； 外加电压小于分解电压时， 形成的反电势与外加电压抵 消；同时电解产物H2(g)和 Cl2(g)会扩散而损失，因而在 电极上仍有微小电流通过， 使得电解产物得到补充，以 维持一定的压力；从而使原 电池的电动势保持一定的大 小，以抵消外加电动势
2Cl- - 2 e- → Cl2 (g) 总的电解反应 2 H+ + 2Cl-→ H2(g) + Cl2 (g)
I
V +
G _
阳极
阴极
为什么存在分解电压？ 当H2 (g)、Cl2 (g)的压 力等于大气压力时， 气泡才能逸出
0 D V
2012-7-5
C l2
上一内容
H2
下一内容 回主目录
返回
voltaic pile using copper halfpenny pieces and zinc discs
separated by paper soaked in salt solution.
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
MICHAEL FARADAY
He decomposed magnesium sulfate with the pile. He
produced the first known chlorides of carbon, C2Cl6 and
C2Cl4, in 1820, and discovered benzene in 1825.He
investigated alloy steels and optical glass. During this
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
§7.10 分解电压及极化作用
原电池 Pt∣H2(g)∣HCl(0.1 mol· –1) ∣Cl2(g)∣Pt kg 这是一个自发电池，电池的氢电极为负极(阳极) 氯电 极为正极(阳极)； 电池电极反应: 阴极 H2(g) - 2 e- → 2 H+
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
NERNST
His electrical piano,which used radio amplifiers instead
of a sounding board, was totally rejected by musicians. Nernst was the first to enunciate the third law of thermodynamics, and received the Nobel Prize in chemistry in 1920 for his thermochemical work.
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
ห้องสมุดไป่ตู้
§7.11 电解时的电极反应
电解时，在阳极、阴极均有多种反应可以发主的情况下： 阳极上总是极化电极电势最低的氧化反应优先进行； 阴极上总是极化电极电势最高的还原反应优先进行。 E阴,1 E阴,2 E阳,1 E E阳,2
阴 = E阴,平 – E阴 阳 = E阳 – E阳,平
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
对于整个电池来说，极化作用的结果是不一样的
E 阳极极化曲线 E 阴极极化曲线
阴极极化曲线
阳极极化曲线
电流密度 J (a) 电 解 池 极 化 曲 线
电流密度 J (b) 原 电 池 中 的 极 化 曲 线
E Zn 2
Zn
E Zn 2
Zn
RT F
ln
1 a Zn 2
E < E平 , 搅拌可减小浓差极化。 浓差极化使阴极的电极电势更负(减小); 阳极的电极电势更正(增大)
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
（2）电化学极化 当电流通过电极时，由电极反应速率的限制，外电 源供给的电子Zn2+来不及消耗，电极上的电子比平衡 态时的电子数多，阴极表面上积累了多余的电子。由 于电子带负电荷，所以阴极表面上积累多余电子,使其 电极电势就更负 E < E平。 在阳极上正电荷来不及被完全消耗，而在阳极上积累 多余的正电荷，使得阳极的电势更正 由于电化学反应本身的迟缓性而引起的极化称为电 化学极化；；使阴极的电极电势更负(减小);阳极的 电极电势更正(增大)
超电势
上一内容 下一内容
= | E–E平 |
回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
(1)浓差极化 以Zn2+的阴极还原为例 在电流通过电极时，Zn2+沉积到电极上，电极附 近浓度降低，低于它在本体溶液中的浓度。就好像是 将电极插入了一个浓度较小的Zn+ 溶液中一样，从而 使电极电势偏离平衡电极电势 Zn 2 2 e Zn
V + _
阳极
C l2
H2
阳极 Cl2 (g) + 2 e- → 2ClG 电池反应 阴极 H2(g) + Cl2 (g)→ 2 H+ + 2Cl2 2 a H a Cl RT E E ln P H 2 P Cl 2 2F
P
上一内容 下一内容 回主目录
P
返回
2012-7-5
§7.10 分解电压及极化作用
1.分解电压 :大气压力下两个铂电极电解 l mol· –3 dm 盐酸溶液，如图：
I
V + G _
阳极
阴极
分解电压
H C l+ H 2 O
上一内容 下一内容 回主目录
0
返回
D
2012-7-5
V
§7.10 分解电压及极化作用
电解池电极反应: 阴极
阳极
2 H+ + 2 e- → H2(g)
故 E阴= E阴,平 – 阴 E阳 = E阳,平 + 阳
返回
2012-7-5
§7.11 电解时的电极反应
阴极上总是极化电极电势最高的还原反应优先进行。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
§7.11 电解时的电极反应
上一内容
下一内容
回主目录
RT 2F
ln
a H a Cl P H 2 P Cl 2
2
2
阳极
阴极
C l2
H2
P P P[H2(g)] 和 P[Cl2(g)] 等于外界气压 而逸出，即气体压力达最大值，反 电动势也达最大值，此时外加电压 等于分解电压。 E 反， E 分解 max
回主目录
上一内容
下一内容
+ _ V G
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
电流通过电极时，电极电势偏离平衡电极电势的现 象称为电极的极化。 电极的极化程度与通过电极的电流密度有关；因此电 极的电极电势也与电流密度有关。随着电极上电流密 度的增加，电极过程的不可逆程度越来越大，电极电 势对平衡电极电势的偏离也就越来越远
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
FRIEDRICH WILHELM GEORG KOHLARUSCH FRIEDRICH WILHELM GEORG KOHLARUSCH
(1840-1910), German chemist and physicist, is best known
latter work, he discovered the rotation of the plane of
polarization of light in a magnetic field. He discovered
diamagnetism and coined the words paramagnetic and diamagnetic.
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
E 阳极极化曲线 E 阴极极化曲线
阴极极化曲线
阳极极化曲线
电流密度 J (a) 电 解 池 极 化 曲 线
电流密度 J (b) 原 电 池 中 的 极 化 曲 线
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
§7.11 电解时的电极反应
§7.10 分解电压及极化作用
过程分析：在开始外加一定电压时，电极表面上产生了 少量的氢气和氯气，其压力很小，被吸附在Pt电极上。 因为氢气H2(g)和氧气Cl2(g)可发 生氧化还原反应，当它们被吸附 在惰性电极上时，就形成两个第 一类电极－酸性氢电极和酸性氧 G V _ + 电极，构成原电池Pt∣H2(g)∣ 阴极 阳极 HCl (0.1 mol· –3) ∣Cl2(g)∣Pt dm 自发电池，氢电极为负极，氯电 正极 负极 极为正极；电池的电动势正好和 C l2 H2 电解时外加电压相反， 负极对负 极、正极对正极，称为反电动势
返回
2012-7-5
NERNST
WALTHER NERNST (1864-1941), German physical chemist, did much of the early important work in electrochemistry,studying the thermodynamics of galvanic cells and the diffusion of ions in solution.
返回
2012-7-5
§7.10 分解电压及极化作用
原电池 Pt∣H2(g)∣HCl(0.1 mol· –3) ∣Cl2(g)∣Pt dm 因此，理论分解电压应等于原电池的最大可逆反电动势
E 反， 可逆 E 理论分解 max,
实际分解电压不等于理论分解电压 如H2SO4 、H3PO4和NaOH等溶液的 阴极 阳极 分解电压很相近，在1.70V左右 因为电解这些溶液就是电解水，而 电解水的理论分解电压为1.229V 。 C l2 H2 E (分解) > E (理论) 这是因为电极上存在极化作用，不再是可逆电极
Besides his scientific researches, he developed the
Nernst lamp,which used a ceramic body. This lamp
never achieved commercial importance since the
tungsten lamp was developed soon afterwards.
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
MICHAEL FARADAY
Faraday presented Davy with the careful notes he had taken at his lectures, and Faraday became a laboratory assistant when his predecessor was fired for brawling. Faraday’s first experiment consisted in constructing a
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
MICHAEL FARADAY
MICHAEL FARADAY (1791-1867) English chemist and physicist, was a completely selftaught man. In 1812, while still a bookbinder’s apprentice, Faraday was drawn to chemistry by attending Davy’s lectures at the Royal Institute. His life was changed by an accident when Davy was temporarily blinded by an explosion and took on Faraday as his secretary.
返回
2012-7-5
V +
G _
阳极
阴极
C l2
上一内容
H2
下一内容
回主目录
§7.10 分解电压及极化作用
原电池 Pt∣H2(g)∣HCl(0.1 mol· –3) ∣Cl2(g)∣Pt dm 外加电压↑，P[H2(g)] 和 P[Cl2(g)] ↑，反电动势↑
E E
V + G _
§7.10 分解电压及极化作用
原电池 Pt∣H2(g)∣HCl(0.1 mol· –1) ∣Cl2(g)∣Pt kg 这是一个自发电池，电池的氢电极为负极(阳极) 氯电 极为正极(阳极)； 外加电压小于分解电压时， 形成的反电势与外加电压抵 消；同时电解产物H2(g)和 Cl2(g)会扩散而损失，因而在 电极上仍有微小电流通过， 使得电解产物得到补充，以 维持一定的压力；从而使原 电池的电动势保持一定的大 小，以抵消外加电动势
2Cl- - 2 e- → Cl2 (g) 总的电解反应 2 H+ + 2Cl-→ H2(g) + Cl2 (g)
I
V +
G _
阳极
阴极
为什么存在分解电压？ 当H2 (g)、Cl2 (g)的压 力等于大气压力时， 气泡才能逸出
0 D V
2012-7-5
C l2
上一内容
H2
下一内容 回主目录
返回
voltaic pile using copper halfpenny pieces and zinc discs
separated by paper soaked in salt solution.
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
MICHAEL FARADAY
He decomposed magnesium sulfate with the pile. He
produced the first known chlorides of carbon, C2Cl6 and
C2Cl4, in 1820, and discovered benzene in 1825.He
investigated alloy steels and optical glass. During this
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
§7.10 分解电压及极化作用
原电池 Pt∣H2(g)∣HCl(0.1 mol· –1) ∣Cl2(g)∣Pt kg 这是一个自发电池，电池的氢电极为负极(阳极) 氯电 极为正极(阳极)； 电池电极反应: 阴极 H2(g) - 2 e- → 2 H+
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
NERNST
His electrical piano,which used radio amplifiers instead
of a sounding board, was totally rejected by musicians. Nernst was the first to enunciate the third law of thermodynamics, and received the Nobel Prize in chemistry in 1920 for his thermochemical work.
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
ห้องสมุดไป่ตู้
§7.11 电解时的电极反应
电解时，在阳极、阴极均有多种反应可以发主的情况下： 阳极上总是极化电极电势最低的氧化反应优先进行； 阴极上总是极化电极电势最高的还原反应优先进行。 E阴,1 E阴,2 E阳,1 E E阳,2
阴 = E阴,平 – E阴 阳 = E阳 – E阳,平
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
对于整个电池来说，极化作用的结果是不一样的
E 阳极极化曲线 E 阴极极化曲线
阴极极化曲线
阳极极化曲线
电流密度 J (a) 电 解 池 极 化 曲 线
电流密度 J (b) 原 电 池 中 的 极 化 曲 线
E Zn 2
Zn
E Zn 2
Zn
RT F
ln
1 a Zn 2
E < E平 , 搅拌可减小浓差极化。 浓差极化使阴极的电极电势更负(减小); 阳极的电极电势更正(增大)
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
（2）电化学极化 当电流通过电极时，由电极反应速率的限制，外电 源供给的电子Zn2+来不及消耗，电极上的电子比平衡 态时的电子数多，阴极表面上积累了多余的电子。由 于电子带负电荷，所以阴极表面上积累多余电子,使其 电极电势就更负 E < E平。 在阳极上正电荷来不及被完全消耗，而在阳极上积累 多余的正电荷，使得阳极的电势更正 由于电化学反应本身的迟缓性而引起的极化称为电 化学极化；；使阴极的电极电势更负(减小);阳极的 电极电势更正(增大)
超电势
上一内容 下一内容
= | E–E平 |
回主目录
返回
2012-7-5
2. 电极的极化
(1)浓差极化 以Zn2+的阴极还原为例 在电流通过电极时，Zn2+沉积到电极上，电极附 近浓度降低，低于它在本体溶液中的浓度。就好像是 将电极插入了一个浓度较小的Zn+ 溶液中一样，从而 使电极电势偏离平衡电极电势 Zn 2 2 e Zn
V + _
阳极
C l2
H2
阳极 Cl2 (g) + 2 e- → 2ClG 电池反应 阴极 H2(g) + Cl2 (g)→ 2 H+ + 2Cl2 2 a H a Cl RT E E ln P H 2 P Cl 2 2F
P
上一内容 下一内容 回主目录
P
返回
2012-7-5
§7.10 分解电压及极化作用
1.分解电压 :大气压力下两个铂电极电解 l mol· –3 dm 盐酸溶液，如图：
I
V + G _
阳极
阴极
分解电压
H C l+ H 2 O
上一内容 下一内容 回主目录
0
返回
D
2012-7-5
V
§7.10 分解电压及极化作用
电解池电极反应: 阴极
阳极
2 H+ + 2 e- → H2(g)