电化学原理-吴金平-2013第六章603-1-wu
电化学反应的基本原理和机理
电化学反应的基本原理和机理电化学反应是指在外加电势或电流作用下，电子转移或离子传递的化学反应。
这种化学反应的机理复杂，至关重要，涉及到许多领域，如物理、化学和生物学等。
本文将探讨电化学反应的基本原理和机理，以及这些原理和机理对各领域的应用。
一、基本原理电化学反应涉及两个基本概念：氧化还原反应和电位。
1. 氧化还原反应氧化还原反应是指在化学反应中原子失去或获得电子。
其中失去电子的原子被称为氧化剂，而获得电子的原子被称为还原剂。
这些反应的简化表示法是：氧化剂 + 电子→ 还原剂举个例子，钾(K)能够将氯(Cl)氧化成一价的离子。
这意味着钾离子(K+)失去了电子，而氯原子(Cl)获得了电子，变成了离子(Cl-)。
2. 电位每一种原子或离子都有一种电位，代表电子在那个离子周围运动时所需的能量。
这种电势通常被称为标准电位。
标准电位用Ox/Red表示，其中Ox代表氧化剂，Red代表还原剂。
在任何给定的条件下，例如溶液中的温度和浓度，氧化剂和还原剂具有一个标准电势差。
这个电势差越大，产生电流的能力的能力就越好。
二、机理1. 在电池中的反应电池可以定义为一个装置，可以通过将自由能转化为涉及自由电子的电能来生成电流。
电池由两个电极构成：阳极和阴极。
当电池中通有电流时，阴极和阳极上出现的反应产生了自由离子和自由电子。
在部分电极上，电子和离子结合起来形成新的物质。
这些反应是有向的，这意味着反应只能在一个方向上进行。
例如，在一个铜-锌电池中，铜的电极上的反应如下：Cu2+ + 2e- → Cu(s)在这个反应中，两个电子从铜2+原子中移除，并与周围的离子结合，形成了铜金属。
这就是电池中的还原反应。
同样，在锌的电极上的反应是：Zn(s) → Zn2+ + 2e-这个反应中，锌原子失去了两个电子，变成了离子。
这就是电池中的氧化反应。
2. 在电解质中的反应电解质是具有离子化能力的物质。
当这些物质被溶解在水中时，它们可以促进水中的电离，并在电池中产生电流。
电化学原理知识点
电化学原理知识点电化学原理第一章绪论两类导体：第一类导体：凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体，即载流子为自由电子（或空穴）的导体，叫做电子导体，也称第一类导体。
第二类导体：凡是依靠物体内的离子运动而导电的导体叫做离子导体，也称第二类导体。
三个电化学体系：原电池：由外电源提供电能，使电流通过电极，在电极上发生电极反应的装置。
电解池：将电能转化为化学能的电化学体系叫电解电池或电解池。
腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。
阳极：发生氧化反应的电极原电池（-）电解池（+）阴极：发生还原反应的电极原电池（+）电解池（-）电解质分类：定义：溶于溶剂或熔化时形成离子，从而具有导电能力的物质。
分类：1.弱电解质与强电解质—根据电离程度2.缔合式与非缔合式—根据离子在溶液中存在的形态3.可能电解质与真实电解质—根据键合类型 水化数：水化膜中包含的水分子数。
水化膜：离子与水分子相互作用改变了定向取向的水分子性质，受这种相互作用的水分子层称为水化膜。
可分为原水化膜与二级水化膜。
活度与活度系数： 活度：即“有效浓度”。
活度系数：活度与浓度的比值，反映了粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想溶液的偏差。
规定：活度等于1的状态为标准态。
对于固态、液态物质和溶剂，这一标准态就是它们的纯物质状态，即规定纯物质的活度等于1。
离子强度I ：离子强度定律：在稀溶液范围内，电解质活度与离子强度之间的关系为：iii x αγ=∑=221i i z m I IA ⋅-=±γlog注：上式当溶液浓度小于0.01mol ·dm-3 时才有效。
电导：量度导体导电能力大小的物理量，其值为电阻的倒数。
符号为G ，单位为S ( 1S =1／Ω)。
影响溶液电导的主要因素：（1）离子数量；（2）离子运动速度。
当量电导（率）：在两个相距为单位长度的平行板电极之间，放置含有 1 克当量电解质的溶液时，溶液所具有的电导称为当量电导，单位为Ω-1 ·cm2·eq-1。
电化学技术的基本原理和实验方法
电化学技术的基本原理和实验方法电化学技术是一种利用电化学反应进行分析和合成的方法。
它在环境保护、能源存储和化学合成等领域具有重要的应用价值。
本文将介绍电化学技术的基本原理和实验方法。
一、电化学技术的基本原理电化学技术的基本原理是通过电化学反应来实现物质的转化。
电化学反应包括氧化还原反应和电解反应两种。
氧化还原反应是指物质在电极上失去或获得电子的过程。
在这个过程中，被氧化的物质称为还原剂，它捐出电子；被还原的物质称为氧化剂，它接受电子。
这种反应可以通过测量电流来观察。
电解反应是指电流通过电解质溶液时，溶液中的物质被分解成离子的过程。
正极（阳极）是溶液中的阴离子的源头，负极（阴极）是溶液中的阳离子的源头。
该反应主要用于分析样品中的离子含量。
二、电化学实验方法电化学实验主要分为三个步骤：样品制备、电化学测量和数据处理。
1. 样品制备样品制备是电化学实验的第一步。
首先，需要选择一个合适的电极材料，如铂电极、玻碳电极等。
其次，根据样品的性质和需要进行合适的前处理，如清洗、溶解等。
最后，将制备好的样品溶液注入到电化学池中。
2. 电化学测量在实验仪器方面，主要有三种常见的电化学测量设备：电化学滴定仪、电化学工作站和电化学生物传感器。
电化学滴定仪通过控制电位和电流来进行分析和滴定。
它可用于测量溶液中的物质浓度、反应速率等参数。
电化学工作站是一种集成结构的仪器，能够同时进行电化学实验和数据分析。
它可以具有多个电极、多个槽和多个电位控制器。
电化学生物传感器是利用生物酶或抗体等具有生物特性的物质与电极表面上的生物识别层之间的反应来测量样品中的成分。
3. 数据处理在电化学实验中，测得的数据通常需要进行处理和分析。
常见的数据处理方法包括绘制电流-电势曲线、计算峰电位、峰电流和输出曲线等。
此外，还可以使用一些数学模型和计算方法来解释实验结果。
三、电化学技术的应用领域电化学技术在环境保护、能源存储和化学合成等领域具有广泛的应用。
电化学原理基本概念总结
电化学原理基本概念总结第⼀章电化学体系：由两类不同导体组成，在电荷转移时，不可避免地伴随有物质变化的体系。
电极反应：两类导体上发⽣的氧化反应或还原反应。
电化学反应：电化学体系中发⽣的、伴随有电荷转移的化学反应。
电化学科学：研究电⼦导电相（⾦属、半导体）和离⼦导电相（溶液、固体电解质）之间的界⾯上所发⽣的各种界⾯效应的科学。
即伴有电现象发⽣的化学反应的科学。
电极：电⼦导电相和离⼦导电相相接触，且在相界⾯上有电荷的转移，整个体系称为电极。
电极电位：电极体系中，两类导体界⾯所形成的相间电位，即电极材料和离⼦导体（溶液）的内电位差。
第⼆章绝对电位：⾦属与溶液之间的内电位差的数值。
参⽐电极：能作为基准的、电极电位保持恒定的电极。
相对电位：将参⽐电极与被测电极组成⼀个原电池回路，所测出的电池端电压，叫做该被测电极的相对电位。
习惯上直接称为电极电位，⽤表⽰）标准氢电极：⽓体分压为101325Pa 的氢⽓和离⼦活度为1的氢离⼦溶液所组成的电极体系。
⽤氢标电位：相对于标准氢电极的电极电位。
⾦属接触电位：相互接触的两个⾦属相之间的外电位差。
形成原因：当两种⾦属接触时，由于电⼦逸出功不等，相互逸⼊的电⼦数⽬将不相等，因此在界⾯形成了双电层结构。
这⼀双电层结构的电位差就是⾦属的接触电位。
电⼦逸出功：电⼦离开⾦属逸⼊真空所需要的最低能量液体接界电位相互接触的两个组成不同或浓度不同的电解质溶液相之间存在的相间电位。
形成原因：两溶液相组成或浓度不同；溶质离⼦发⽣迁移；正、负离⼦运动速度不同；两相界⾯形成双电层产⽣电位差在恒压下原电池电动势对温度的偏导数称为原电池电动势的温度系数吉布斯—亥姆荷茨⽅程应⽤于电池热⼒学的另⼀种表达式，可通过测求反应的焓变电解池腐蚀电池：只能导致⾦属材料破坏⽽不能对外作功的短路的原电池。
电池反应所释放的化学能以热能的形式耗散，电池反应不能⽣成有价值的物质浓差电池：原电池的电池总反应不是化学变化，⽽是⼀种物质从⾼浓度向低浓度状态的转移。
电化学方法原理和应用习题答案
电化学方法原理和应用习题答案1. 电化学方法的原理电化学方法是一种利用电化学过程来研究物质性质和进行分析的方法。
它基于物质与电流之间的相互作用，通过测量电流、电势和电荷量等参数来获得与物质性质相关的信息。
电化学方法的原理基于两个基本的电化学过程：电解和电化学反应。
电解是指通过外加电势将电解质溶液中的离子转化为氧化还原反应中的氧化剂和还原剂。
电化学反应是指在电极表面发生的氧化还原反应，通过测量电极电势的变化来了解物质的电化学性质。
2. 电化学方法的应用2.1 电化学分析：电化学分析是利用电化学方法来定量或定性地分析化合物和物质的方法。
常见的电化学分析方法包括电位滴定法、极谱法、电位滴定法等。
这些方法可以广泛应用于环境监测、水质分析、生化分析等领域。
2.2 电化学腐蚀研究：电化学腐蚀研究是通过电化学方法来研究和评估材料在特定环境条件下的腐蚀性能。
它可以帮助我们了解材料在不同环境中的腐蚀行为，并采取措施来延缓或防止材料的腐蚀。
2.3 电化学储能：电化学储能是指利用电化学反应来存储和释放能量的技术。
常见的电化学储能装置包括电池和超级电容器。
电化学储能技术在电动汽车、可再生能源储存、能量回收等领域有着广泛的应用。
2.4 电化学合成：电化学合成是通过电流驱动反应来合成化合物的方法。
它可以用于有机合成、金属粉末的制备等。
电化学合成具有高选择性、高效率等优点，是一种绿色、可持续发展的合成方法。
3. 习题答案3.1 问题1：电解质溶液中是如何进行电解的？电解质溶液中的电解过程可以分为两个步骤：阳极反应和阴极反应。
在阳极处，氧化反应会发生，而在阴极处会进行还原反应。
阳极和阴极之间通过电解质溶液中的离子传递电荷。
3.2 问题2：电极电势的测量原理是什么？电极电势可以通过将电极与参比电极相连，通过测量电势差来确定。
参比电极是一个具有已知电势的电极，它提供了一个稳定的电势参考。
电极与参比电极之间的电势差可以通过测量电流或电势差来确定。
电化学原理.doc
电化学原理第一章绪论两类导体：第一类导体：凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体，即载流子为自由电子（或空穴）的导体，叫做电子导体，也称第一类导体。
第二类导体：凡是依靠物体内的离子运动而导电的导体叫做离子导体，也称第二类导体。
三个电化学体系：原电池：由外电源提供电能，使电流通过电极，在电极上发生电极反应的装置。
电解池：将电能转化为化学能的电化学体系叫电解电池或电解池。
腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。
阳极：发生氧化反应的电极原电池（ -）电解池（ +）阴极：发生还原反应的电极原电池（ +）电解池（ -）电解质分类：定义：溶于溶剂或熔化时形成离子，从而具有导电能力的物质。
分类：1.弱电解质与强电解质—根据电离程度2.缔合式与非缔合式—根据离子在溶液中存在的形态3.可能电解质与真实电解质—根据键合类型水化数：水化膜中包含的水分子数。
水化膜：离子与水分子相互作用改变了定向取向的水分子性质，受这种相互作用的水分子层称为水化膜。
可分为原水化膜与二级水化膜。
活度与活度系数：活度：即“有效浓度” 。
活度系数：活度与浓度的比值，反映了粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想溶液的偏差。
i ix i规定：活度等于 1 的状态为标准态。
对于固态、液态物质和溶剂，这一标准态就是它们的纯物质状态，即规定纯物质的活度等于1。
离子强度 I：1 m i z i2I2离子强度定律：在稀溶液范围内，电解质活度与离子强度之间的关系为：log A I 注：上式当溶液浓度小于0.01mol · dm-3 时才有效。
电导：量度导体导电能力大小的物理量，其值为电阻的倒数。
符号为 G，单位为 S ( 1S =1／Ω )。
GA L影响溶液电导的主要因素：（ 1）离子数量；（ 2）离子运动速度。
当量电导（率）：在两个相距为单位长度的平行板电极之间，放置含有 1 克当量电解质的溶液时，溶液所具有的电导称为当量电导，单位为Ω -1· cm2· eq-1。
电化学原理-吴金平-2013第六章605-1-wu
jd =20 j0 左图：η～j 蓝线：扩散控制 黑色细线：电化学控制 玫瑰红：j很大时的电化学控制 右图：η～lgj 红色细线：精确公式
红色细线：j很大时的混合控制
jd = j0
左图：η～j
右图：η～lgj 蓝线：扩散控制 红色：精确公式
黑细线：电化学控制
思考题：
P354-355： 8、11、12、13、
(3)在 jc jd [(0.1 0.9) jd ]的范围： 电极过程为混合控制
式5.48
p170
控制步骤从电子转移步 骤 逐渐过渡到扩散控制。 (4)在 jc 0.9 jd , jc jd
几乎完全为浓差极化
二、电化学极化规律和浓差极化规律的比较
二、电化学极化规律和浓差极化规律的比较
s s 0 co c F F 0 o F jj exp 平 exp j exp ( -平 ) co co RT RT RT F F F 0 c 0 c jj exp 平 exp j exp ( 平 ) cR cR RT RT RT
3.某有机物在25℃下静止的溶液中电解氧化。若扩散 步骤是速度控制步骤，试计算该电极过程的极限扩 散电流密度。已知与每一个有机分子结合的电子数 是4，有机物在溶液中的扩散系数为6×10－5cm2/s, 浓度为0.1 mol/L,扩散层有效厚度为5×10－2cm。
答：该电极过程的极限扩散电流密度
5.在无添加剂的锌酸盐溶液中镀锌，其阴极反应为 Zn（OH）－24 ＋ 2e ——→Zn ＋ 4OH－，并受扩散步骤 控制。18℃时测得某电流密度下的电位为 0.056V 。若 忽略阴极上析出氢气的反应，并已知Zn（OH）－24离子 的扩散系数为0.5×10－5cm2/s,浓度为2mol/L，在电极 表面液层（x＝0处）的浓度梯度为8×10－2mol/cm4,试 求： （1） 阴极过电位为0.056V时的阴极电流密度； （2）Zn（OH）－24离子在电极表面液层中的浓度。
电化学原理-吴金平-2019第六章601-1-wu
线1-1a:电子从电极上逸 出的位能曲线。
图6.4 电极电位对电子位能曲线的 影响
1-1b:电子从溶液中逸出 的位能曲线。
还原反应的 活化能
F
氧化反应的 活化能
当 △φ = 0时， j = j 0
线1：电子在相间转移
时的位能变化曲线
当△φ> 0时，
线2：△φ> 0时，电子在相
间转移过程中的位能曲线:
中间过 渡态
Ag
例 1 ： 电 极 反 应 ： A g + ( S ) e ( M ) A g + e ( M )
Ag Ag
假定： ①
ja 0
OHP
1 0
(ja1)ja
d
x
溶液中参与反应的Ag+处于OHP面 上，电极上参与反应的Ag+处于电极 表面的晶格中。
②
c0Ag+浓度大，离子双电层以紧密层 为主，忽略分散层，即相间电位全 部分布在紧密层中 ，即：ψ1≈0
G ＝ G 0＋ F
对于电极反O应 e ：R
还原反 G ＝ 应 G 0： ＋ F
氧化 : 反 G ＝ G 应 0 － F
尽管，前面讨论的图象简单粗糙，并非代表了体系真 正的位能曲线，但所描叙的规律是正确的，具有普遍性。
推广：
对于电极反O应 n： eR
当 0时， G、 G
当 0时， G、 G
关于α、β的讨论：
①是描述电子转移步骤动力学特征的一个动力学参数，称为
“传递系数”。 α-还原反应传递系数、 β-氧化反应传递系数。
化学教案：电化学反应的基本原理与应用
化学教案：电化学反应的基本原理与应用一、电化学反应的基本原理电化学是研究电与化学变化之间关系的科学，它涉及了许多重要的概念和原理。
在电化学反应中，电子转移和离子迁移是两个基本过程，通过它们可以实现物质的氧化还原和电解。
1. 电子转移在电化学反应中，发生氧化还原反应时，会存在一个或多个物质失去或获得电子。
这种电子转移过程称为电子转移。
在一个完整的氧化还原反应中，就必须有一个物质被氧化（失去电子），同时另一个物质被还原（获得电子）。
这样的转移过程使得正负荷分离，并产生了引起进一步反应的活力。
2. 离子迁移除了电子转移外，在某些情况下也会发生离子迁移。
当溶液中存在能够形成离解出来的离子时，这些离子可以自由地在溶液中游动，并参与到其他化学反应中。
例如，在溶液中进行的酸碱滴定反应中，H+离子和OH-离子可以相互结合生成水分子。
二、电化学反应的应用电化学反应在许多领域中都有着广泛的应用。
下面将介绍一些典型的应用，并说明其原理和特点。
1. 电池（电能转换）电池是一种将化学能转换为电能的装置。
它基于氧化还原反应，在其中可以通过外部设备将产生的电子流动起来，实现对其他设备或系统提供稳定的电能。
常见的干电池、蓄电池以及燃料电池等都属于这种类型。
例如，蓄电池中，正极材料与负极材料之间发生氧化还原反应，产生了可供外接设备使用的电流。
2. 金属表面处理通过控制正好性质和溶液条件，可以利用电化学反应对金属表面进行改性和保护。
这种方法被称为金属表面处理技术。
例如，在镀铬工艺中，利用氧化铬沉积在金属基体表面上形成保护膜，提高其耐腐蚀性。
3. 腐蚀和防腐具有氧化还原活力差异的金属和非金属相接触时，会发生一种自发性的氧化还原反应，即腐蚀。
电化学反应可以通过控制腐蚀过程来减缓或防止金属的损失。
例如，在汽车制造中使用的防锈涂料就可以通过形成一个不溶于水的氧化物层来保护金属表面。
4. 电解与电镀电解是利用直流电源驱动非自发性的化学变化。
电化学原理.doc
电化学原理.doc电化学原理第一章绪论两类导体：第一类导体：凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体，即载流子为自由电子（或空穴）的导体，叫做电子导体，也称第一类导体。
第二类导体：凡是依靠物体内的离子运动而导电的导体叫做离子导体，也称第二类导体。
三个电化学体系：原电池：由外电源提供电能，使电流通过电极，在电极上发生电极反应的装置。
电解池：将电能转化为化学能的电化学体系叫电解电池或电解池。
腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。
阳极：发生氧化反应的电极原电池（ -）电解池（ +）阴极：发生还原反应的电极原电池（ +）电解池（ -）电解质分类：定义：溶于溶剂或熔化时形成离子，从而具有导电能力的物质。
分类：1.弱电解质与强电解质—根据电离程度2.缔合式与非缔合式—根据离子在溶液中存在的形态3.可能电解质与真实电解质—根据键合类型水化数：水化膜中包含的水分子数。
水化膜：离子与水分子相互作用改变了定向取向的水分子性质，受这种相互作用的水分子层称为水化膜。
可分为原水化膜与二级水化膜。
活度与活度系数：活度：即“有效浓度” 。
活度系数：活度与浓度的比值，反映了粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想溶液的偏差。
i ix i规定：活度等于1 的状态为标准态。
对于固态、液态物质和溶剂，这一标准态就是它们的纯物质状态，即规定纯物质的活度等于1。
离子强度 I：1 m i z i2I2离子强度定律：在稀溶液范围内，电解质活度与离子强度之间的关系为：log A I 注：上式当溶液浓度小于0.01mol · dm-3 时才有效。
电导：量度导体导电能力大小的物理量，其值为电阻的倒数。
符号为 G，单位为 S ( 1S =1／Ω )。
GA L影响溶液电导的主要因素：（ 1）离子数量；（ 2）离子运动速度。
当量电导（率）：在两个相距为单位长度的平行板电极之间，放置含有1 克当量电解质的溶液时，溶液所具有的电导称为当量电导，单位为Ω -1· cm2· eq-1。
电化学基本原理
原有晶体长大时电结晶全过程是由三个连续步骤
组成： 水合金属离子在晶面上放电形成吸附原子(电化学 反应步骤) 吸附原子通过表面扩散到达扭结处或阶梯处(表面 扩散步骤) 吸附原子并入晶格(新相生成步骤)
电阻极化：在金属表面形成了保护膜，膜
的电阻远高于基体金属，阻碍了电流的通 过而引起的极化。
新相极化：由于反应产物生成新相，例如
生成气泡或固相沉积层等的缓慢性而引起 的极化。
极化曲线与极化度
极化曲线
一个过电位值只能表示出某一特定电流密度
下电极极化的程度，而无法反映出整个电流密度范
围内电极极化的规律。为了完整而直观地表达出一 个电极过程的极化性能，通常需要通过实验测定过 电位或电极电位随电流密度变化的曲线，这种曲线 叫做极化曲线。一般以纵坐标表示电极电位，横坐
原电池：通过氧化还原反应从化学能转变为电
能的装置。
每个原电池都有两个极，规定： 流出电子一极——负极，发生氧 化反应如：Zn-2e→Zn2+ 流入电子一极——正极，发生还 原反应如：Cu2++2e→Cu 在两电极上发生的反应均称为 电极反应（或半电池反应），两 反应相加，得电池反应： Zn+Cu2+→Cu+Zn2+
每个原电池都可分为两个对称部分，每个部分称为一
个“半电池”。 如： Zn－ ne Zn2+ 半电池（阳极） Cu2+＋ne Cu 半电池（阴极） 在每一个半电池中都含有同一元素不同氧化数的 两种物质，其中高氧化数的称氧化型（氧化态）物质； 低氧化数的称还原型（还原态）物质，这两种物质配 合在一起就构成一个氧化还原电对，如Zn2+/Zn、 Cu2+/Cu等。 同种元素的不同氧化值的离子、非金属单质及其 对应的离子，都可构成氧化还原电对，如Fe3+/Fe2+、 H+/H2、O2/OH-等。
电化学原理演示文稿
• • • • • • 4.1 概述 4.2 电毛细现象 4.3 双电层的微分电容 4.4 双电层的结构 4.5 零电荷电位 4.6 有机化合物在电极上的吸附
第四章 双电层
基本要求
掌握双电层结构及相间电位的分布，研究 双电层结构的电化学方法，零电荷电位 的基本概念及意义，电极表面的吸附现 象及规律。
a.电极表面的“水化”和水的介电常数的变 化 b.没有离子特性吸附时的紧密层结构 c.没有离子特性吸附时的紧密层结构
零电荷电位
• 零电荷电位的概念 • 零电荷电位的测量 • 零电荷电位的影响因素 • 零电荷电位的作用与用途
电极／溶液界面的吸附现象
• 无机离子的吸附 • 有机物的吸附
a.有机物吸附对界面结构与性质的影响 b.吸附过程体系自由能的变化 c.有机分子吸附的特点
第五章 液相传质过程动力学
教学内容
• • • • • • 5.1 有关液相传质过程的若干基本概念 5.2 稳态过程和非稳态过程 5.3 理想稳态扩散过程 5.4 浓度极化公式和极化曲线 5.5 实际情况下的稳态过程 5.6 扩散层中电场对稳态传质速度和电流影响
第五章 液相传质过程动力学
基本要求 掌握稳态扩散和非稳态扩散过程的区别， 扩散电流密度、极限扩散电流密度的基 本概念，理想稳态扩散过程与实际稳态 过程，浓度极化曲线，电迁移对稳态传 质速度的影响。
• 第一类不可逆电极 • 第二类不可逆电极 • 第三类不可逆电极 • 第四类不可逆电极
影响电极电位的因素
• • • • • • • 电极的本性 金属的表面状态 金属的机械变形和内应力 溶液的pH值 溶液中氧化剂的存在 溶液中络合剂的存在 溶剂
第四章 双电层
• 1 概述 • 2 电毛细现象 • 3 双电层的微分电容 • 4 双电层的结构 • 5 零电荷电位 • 6 电极／溶液界面的吸附现象
电化学反应的原理与应用
lay的用法和例句一、Lay的基本含义和用法在英语中，动词"Lay"是指将物体放置在某个位置或表面上的行为。
因此，它通常被用来描述人们将物品放在桌子上、床上或地板上等情境中。
"Lay"是一个及物动词，意味着它需要有一个宾语来接收动作。
与之相对的，"Lie"这个词则是指在水平位置或躺下的动作。
二、Lay和Lie的区别虽然"Lay"和"Lie"有着相似的发音和外观，但它们的含义和用法完全不同，甚至让很多人混淆。
1. "Lay"和"Lie"的含义区别：- "Lay": 通过外力在某个位置放置物体。
- "Lie": 自身以平躺方式存在于某处。
2. "Lay" 和"Lie" 的语法结构区别：- "Ley": 是一个及物动词，需要有一个宾语来接收动作，即主体施加动作于客体。
- "Lie": 是一个不及物动词，不需要宾语。
3. 举例说明：- (Correct) Please lay the book on the desk.（请把书放到桌子上。
）- (Incorrect) Please lie the book on the desk.（请把书躺到桌子上。
）三、Lay的用法和例句1. 描述物体的放置行为：- He laid the newspaper on the table.（他把报纸放在桌子上。
）- She laid the clothes neatly in the cupboard.（她将衣服整齐地放在衣橱里。
）2. 描述动物产下或放置卵的行为：- The hen laid an egg this morning.（母鸡今天早上下了一个蛋。
）- The bird laid its eggs in a nest.（鸟将它的蛋放在一个巢中。
- 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)。
此时的电极反应处于“部分可逆”状态。
生产和科学实验中： j：10-6-1Acm-2
例如：当j0≥10-100 Acm-2时，电化学平衡几乎不可能 受到严重破坏。
当j0≤10-8 Acm-2时，测得的极化曲线几乎总是 半 对数型的。
低过电 位区
<10mV
弱极化区间
η一般在25-100mV
高过电位区
>100mV
r j
j0
exp
F
RT
c
当a很大时：ja
s j
j0
exp
F
RT
a
适用条件：η很大（>100mV)
在c很大时，(实)线c ~ log
jc与(虚)线c ~ log
r j
重合
ห้องสมุดไป่ตู้
c
2.3RT
F
log
j0
2.3RT
F
log
jc (虚线
r j)
高过电 位区
a
2.3RT
F
log
j0
2.3RT
F
log
ja (虚线
作业：P357-359 4、5、6、7、8、
思考题：
P354-355： 8、11、12、13、
§6、3稳态电化学极化规律
本节学习目的：
掌握高过电位下的巴特勒-伏尔摩（Batler-Volmer)方程 的近似表达式-对数关系式（塔菲尔关系式）和低过电位 下的巴特勒-伏尔摩（Batler-Volmer)方程的近似表达式线性关系式及其适用的前提和条件，重点是塔菲尔关系式。 掌握稳态电化学极化规律、看懂稳态极化曲线图、能 根据近似公式和有关图表进行等的计算。
是电子转移步骤，传递系数α=0.45及1mol/L ZnSO4 溶液的平均
活度系数
。试问25℃ 时该电极反应的交换电流密
度是多少？
已知： 电极反应：
分析：根据题意知此电极过程的控制步骤是电子转移步骤，所
以，可以用巴特勒-伏尔摩方程来计算，能否用塔菲尔公式来计 算？需通过ηc的大小来判断， ηc=？
解： 电极反应： Zn2 2e Zn
公式的适用范围：适用于j较大时的情形。
2、线性关系式
实验指出： ω为常数，其值与金属电极的性质有关。 公式的适用范围： 只适用于j很小的情形
当 j 很小时： η与 j 呈线性关系 为什么会有这样的关系和这样的规律？需要从 理论上作出解释！
二、巴特勒－伏尔摩方程
当电子转移步骤成为电极过程的控制步骤时，电极的 极化称为电化学极化。
三、高过电位下的电化学极化规律
jc
r j
s j
j0
exp
Fc
RT
－exp
Fc
RT
ja
sr j j
j0
exp
Fa
RT
－exp
Fa
RT
当 ηc 很大时：
exp
F
RT
c
exp
F
RT
c
,
rs j j
当 ηa 很大时：
exp
F
RT
a
exp
F
RT
a
,
sr j j
当c很大时：jc
若
s j
r j,
则净的电流为氧化反应电流，电极为阳极极(anode),
sr
即电极反应速度为阳极极化电流密度 ja，即：ja j净 =j j
j ＝j 0
exp
F
RT
j
j0
exp
F
RT
阴极极化电流密度：jc j j
jc
j0
exp
F
RT
－exp
F
RT
阳极极化电流密度：ja j j
有三个电极反应，其交换电流密度之间有如下关
系：
，试比较
(1)当通过各电极的极化电流相同时，过电位的相对大 小;
(2)当过电位相同时, 通过各电极的极化电流的相对大小.
阴极极化电流密度：
jc
j0
exp
Fc
RT
－exp
Fc
RT
阳极极化电流密度：
ja
j0
exp
Fa
RT
－exp
Fa
RT
jc
j0
exp
Fc
RT
－exp
Fc
RT
ja
j0
exp
Fa
RT
－exp
Fa
RT
• j 0 的大小反映了电极(氧化还原)反应的难易程度：
j 0 越大，电极反应进行越快，在给定极化过电位下， 电流密度越大。
-/V
1.000 1.055 1.080 1.122 1.171 1.220 1.266 1.310
jc /(A/cm2) 0.0000 0.0005 0.0010 0.0030 0.0100 0.0300 0.1000 0.3000
若已知速度控制步骤是电化学反应步骤，试求：
（1）该电极反应在 20 ℃时的交换电流密度。 （2）该极化曲线塔菲尔区的 a 值和 b 值。
单电子电极反应巴特勒-伏尔摩（Batler-Volmer)方程
高过电位区（塔菲尔区）：η很大（>100mV)
低过电位区（线性区）： η很小（<10mV)
生产和科学实验中： j：10-6~1Acm-2
高过电位
低过电位
六、稳态极化曲线法测量基本动力学参数
1、根据实验测定的阴极 和阳极极化曲线求j0值
F
F
阳极极化时： a 2.3RT log j0 , b 2.3RT
F
F
1、塔菲尔公式：
a b log j
a、b为两个常数。 a：为电流密度j等于单位数值时的过电位值η，其大小 与电极材料的性质、电极表面状况、溶液的组成、及 实验的温度有关。
b:其数值对大多数金属而言相差不多，在常温下约为0.12V
Q c 0.210V 100mV,c ( jc )满足塔菲方程，即有
c＝－
2.3RT
nF
log
jo＋ 2.3RT
nF
log
jc
log
j o＝log
j－
nF
2.3RT
c
＝log(0.03) 0.45 2 0.210 －4.72 0.0591
j0＝1.9 10－5 A/cm2
四、低过电位下的电化学极化规律
Rr
RT j0F
j
j0F RT
c
斜率 j0F RT
j ()
0
j0F RT
Rr
c
j
RT j0F
1 斜率
方法一：
j 0 FKco cR
K
j0 Fco cR
方法二：
Q
j0
F
K
cO
exp
F (平
RT
0 )
K
FcO
exp
j0
F (平
0)
RT
9. 20℃时测得铂电极在1mol/LKOH溶液中的阴极极化试验数据 如下表：
稳态时：j外 j j =电子转移步骤的净反应速度
稳态条件下的电化学极化规律
rs j净 j j
j ＝j 0
exp
F
RT
j
j0
exp
F
RT
若
r j
s j,
则净的电流为还原反应电流，电极为阴极(cathode),
rs
即电极反应速度为阴极极化电流密度 jc，即：jc j净 j j
Q Rr
RT j0F
Rr
8.314 298.15 2105 96500
cm-2
642cm-2
答：250C时，电极反应的极化电阻值为642Ωcm-2。
若再测得极化过电位a，则即可算得腐蚀电流密度：ja
a
Rr
于是就可预测锌板的寿命
五、弱极化区间的电化学极化规律
j处于两种极端情况之间时，
均不能忽略
此时，η一般在25-100mV（n=1时）
一定大小的外电流通过电极的初期，单位时间内流入 电极的电子来不及被还原反应完全消耗掉，或者单位 时间内来不及通过氧化反应完全补充流出电极的电子， 电极表面出现附加的剩余电荷，改变了双电层结构， 使电极电位偏离通电前的电位，即电极发生了极化。
电极电位的改变又将改变该电极上进行的还原反应速 度和氧化反应速度，这种变化一直持续到还原反应电 流和氧化反应电流的差值与外电流密度相等为止，即 电极过程达到了稳定状态。
平 a b log j
2 1
1.35-φ/V/V 1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 1.05
log j0 3.83 j0 1.48104 Acm2
a 平
1.00V (1.362V)
0.362V
斜率b
c,2 c,1
(log j)2 (log j)1
0.093
j 0 越小，电极反应进行越慢，在给定极化过电位下， 电流密度越小。
稳态条件下的电化学极化规律：
jc
j0
exp
Fc
RT
－exp
Fc
RT
ja
j0
exp
Fa
RT
－exp
Fa
RT
两种极端情况下电化学极化规律
η>1００mV
高过电位下 电化学极化规律
η＜1０mV
低过电位下 电化学极化规律
平＝
o＋
2.3RT 2F
log
aZn2＋
在1mol / L ZnSO4溶液中，aZn2＋＝ CZn2＋＝0.044 1＝0.044， 又查表知 o＝－0.763V，所以