电解质溶液的离子强度-丽水学院

即有2mol的阴离子和2 mol的阳离子互为逆 向通过AA平面和BB平面。 结果 ①中间区，阴、阳离子均是进2mol，出2mol， 所以溶液的浓度不变；
②阴极区， 阳离子进入了 2 mol ，阴离子走 出了2 mol，且反应悼4 mol的阳离子，与原 溶液比，阴、阳离子各少了2 mol；
③阳极区，阳离子走出了2 mol，阴离子走 入了2 mol，并且反应悼4 mol的阴离子，与 原溶液比，阴、阳离子各少了2 mol。
注：阴、阳区物质的量下降；正、负离子所承担的导电 量，正负离子的迁移速率。
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移数(mol)。
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人们把在数值上等于1 mol元电荷的电量 称为Faraday常数。 因一个元电荷电量为一个电子 e的电量， 为： 1.6022×10－19（C）， 则1mol电子(元电荷电量) 电量： 6.022×1023(mol－1)×1.6022×10－19（C）
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结论：当阴、阳离子迁移速率不同时，阴 极区与阳极区离子浓度下降程度不同。 当迁移速率为： r+＞ r－时， 则C阳↓＞C阴↓ 注：↓表示浓度下降程度。 反之，当 r+ ＜ r－时，则C阳↓ ＜ C阴↓ 并且符合如下关系： n阳↓ Q+ r+ ——— = —— = —— n阴↓ Q－ r－
4．正、负极与阴、阳极的概念 正极：电势高的极称为正极，电流从正极 流向负极。 负极：电势低的极称为负极，电子从负极 流向正极。 阴极(Cathode)： 发生还原作用的极称为阴极。 阳极(Anode) ：
发生氧化作用的极称为阳极。
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［ 电极区分原则 ］按电势的高低来分： 无 论是电解池还是原电池，总是将电势低的 称为负极；将电势高的称为正极。
3．电解池外电源消耗的电功： W=QV （电量乘电压，环境对系统作功为正） 电解过程，系统 ΔGT ， p 是大于零的，所以 是非自发过程。
原电池是系统对环境作电功，为：
W= Q E
（电量乘电动势，电动势单位是电压单位）
放电过程系统 ΔGT ， p 是小于零的，所以是 自发过程。
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e-
2Cl aq Cl2 (g) 2e


阴极上发生还原作用
CuCl2
电解池
Cu
2
aq 2e

Cu(s)
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在原电池中电极作
用与离子的流向
负 极 负载电阻
阳离子迁向阴极
在阴极上发生还原
Zn
e-
正 极
Cu
e
-
Cu2 aq 2e Cu(s)
极上发生还原作用
-
电源 +
阴 极
e
-
+
阳 极
e-
Cation Cathode
阳离子 阴极
阴离子迁向阳极，在 阳极上发生氧化作用
电解质溶液
电解池
Anion Anode
阴离子 阳极
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电解反应实例
阳极上发生氧化作用
-
电源 +
阴 极
e
-
ห้องสมุดไป่ตู้
+
阳 极
⒊ 电化学分析
⒋ 生物电化学
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§1 电化学的基本概念和法拉弟定律
一．电解质溶液的导电机理： 主要搞清如下几个概念： 1．能导电物质称为导体，通常分为两类：
第一类导体称电子导体，如金属、石墨等。
特点：A. 自由电子作定向移动而导电； B.
导电过程中导体本身不发生变化；C. 温度
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如图所示：
平面AA 和 BB将电解池分成三部分， 阳极区、阴极区、中间区。
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假定在未通电前，各区的一价阴、阳离子 的物质的量各为5mol。 通过4mol电子（4F）的电量后，
在阳极上有4 mol的阴离子发生氧化反应；
阴极(Cathode) ：发生还原作用(得电子)的极。 在原电池中，阴极是正极； 在电解池中，阴极是负极。 阳极(Anode) ：发生氧化作用(失电子)的极。
在原电池中，阳极是负极； 在电解池中，阳极是正极。
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电解池中电极作
用与离子的流向
阳离子迁向阴极，在阴
（3）电极过程。主要从动力学的角度阐明电 极上所发生反应的细节。 （4）实用电化学。介绍电化学的应用。
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电化学 ⒈电解 精炼和冶炼有色和稀有金属 的用途 电解制备各种化工原料、金属复 合材料和表面特种材料。 电镀法保护和精饰金属 阳极钝化和氧化着色等 ⒉ 电池：汽车、宇宙飞船、照明、 通讯、生化和医学等方面都要用不 同类型的化学电源。
测量电量所用的装置就是建立在法拉第 定律基础上的。常用的有铜电量计、银电 量计和气体电量计。
另外法拉第定律在任何温度和压力下均 可适用，没有使用条件的限制。
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三、电流效率 实际电解时，电极上常常发生副反应。 所以当一定的电流通过电解质溶液时，一 部分电量用于得到产品，一部分电量用在 得到副产品上，因此如果有副反应时，要 得到 一定数量的产品，实际所消耗的电量 要比 按 法拉第定律计算所需的电量 （可称 理论电量） 要多 ，我们定义二者之比为 电 流效率。数学表达式为： 理论电量 电流效率 ＝ —————— ×100% 实际电量
对Ag电极，当n=1(mol)时，则有1(mol)的 Ag参加电极反应。
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如果我们规定从含有Mz+离子的溶液中沉积 1mol的金属M。即： M z+ +z+e → M （mol） z+ 1 通过电量为：Q =z+F 通过电量为Q =z+ nM F （mol） nMz+ nM
按电流的流向来分，电流总是从电势高的 正极流向电势低的负极。另外电子的流向 与电流的流向是相反的。
阴、阳极的区分：无论是电解池还是原 电池 都可根据电极上发生的反应来区分： 发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原 反应的电极称为阴极。
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原电池与电解池电极对比
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第八章 电解质溶液
(电化学部分) §1 电化学的基本概念和法拉弟定律 §2 离子的电迁移和离子迁移数
§3 电解质溶液的电导
§4 强电解质溶液理论简介
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电化学研究的主要内容： （1）电解质溶液理论。包括离子的互吸、离 子的水合、离子的缔合、电导理论、电离 平衡等。 （2）电化学平衡。包括可逆电池、电极电势、 电动势以及可逆电池的电动势与热力学函 数之间的关系。
同时在阴极上有4 mol的阳离子发生还原反 应。
其变化规律可分二种情况讨论：
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第一种情况：见P8上图 当正、负离子的迁移速率相等，则导电任 务由阴、阳离子各承担一半。 即4 mol的电量由阴、阳离子各承担一半。
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例题：已知 I=0.025A，电解液为Au(NO3)3， 当阴极析出1.20g的Au（s）时，求通过的电 量？通电的时间？阳极上放出多少O2气（换 算成标准状况下体积）？ 分析：电极反应：1/3Au3++e－→1/3Au(阴极)
1/2H2O－e－→1/4O2+H+ (阳极)
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或一定的电量，实际得到的产品质量与 理论上应得产品的质量之比。 数学表达式为： 实际产品质量 电流效率＝ ————————×100% 理论产品的质量
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§2 离子的电迁移和离子迁移数 一、离子的电迁移现象 通电于电解质溶液后，溶液中承担导电 任务的是溶液中的阴、阳离子。 阴离子向阳极移动，并在阳极上发生氧 化反应； 阳离子向阴极移动，并在阴极上发生还 原反应。 其结果是二极附近的溶液浓度将发生变 化。
升高，电阻也升高； D. 导电总量全部由电
子承担。
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第二类导体又称离子导体，如电解质溶 液、熔融电解质等。 特点：
A. 正、负离子作反向移动而导电；
B. 导电过程中有化学反应发生；
C. 温度升高，电阻下降；
D. 导电总量分别由正、负离子分担；
= 96485≈96500（C· mol－1）
即：F ≈ 96500
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注意： 电子转移数与电极反应的物质的量之间必 然有一定的关系，可以通过参加电极反应 的离子所带的电荷数（价态）来联系。 如：Cu2+→Cu的相互转化过程中 当 n=1 mol 时，则反应的铜有 1/2(mol) ， 或当n=2 mol时，则反应的铜有1(mol)。
根据Q=I t 电流强度(C· s－1)×时间(s)
和 Q = n F = (m/M) F
即： I t = (m/M) F
(∵m = n M)
计算略
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法拉第定律的正确性是已被实验所证实 了的。 因此我们可以 通过 电解过程中 电极上析 出或溶解的物质的量 来 精确推算 所 通过的 电量。
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第二种情况 见P8下图 当正、负离子的迁移速率不相同。 如正离 子的迁移速率是负离子迁移速率的 三倍 。 则导电任务阳离子是阴离子的三倍。
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结果
① 中间区： 阴离子进 1mol ，出 1mol 、阳离 子是进 3mol，出3mol，∴溶液的浓度不变； ②阴极区：阳离子进3 mol，阴离子出1 mol， 并且反应悼4 mol的阳离子，与原溶液比， 阴、阳离子各少了1 mol； ③阳极区：阳离子出了3 mol，阴离子进了 1 mol，并且反应悼4 mol的阴离子，同样 与原溶液比，阴、阳离子各少了3 mol。
阴离子迁向阳极 在阳极上发生氧化
e-
阳 极
Zn 2+ Cu 2+ 阴 2- 极 SO2SO 4 4
CuSO4溶液
ZnSO4溶液
Zn s Zn (aq) 2e
2

Danill电池
在电极上发生反应的先后由其性质决定
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二．法拉第(Faraday) 电解定律 Faraday 归纳了多次实验结果，于1833年 总结出了电解定律。 当电流通过电解质溶液时，通过电极的电 量Q与发生电极反应的物质的量成正比。 数学表达式： Q = n F （C） 电量单位：库仑（C） F 称Faraday常数。 n为电极反应的电子转
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2．电解质溶液的连续导电过程必须在电 化学装置中才能实现。伴有电化学反应和 电能与化学能相互转换过程。如图 电解池
电能
原电池
化学能
在电极与溶液界面处发生了氧化（失电
子）或还原（得电子）。
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前者对应于ξ=1，后者对应ξ= nM 。 则电子转移数为： nM ×z+ mol z+ 为出现在电极反应中的 电子计量数 。也 为金属离子所带的电荷数。
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如果通过电解质溶液的电量为Q时，则沉 积或溶解金属的物质的量nM为： nM =Q/ zF 或 Q = nM z F （此处 z 为离子所带电荷数） 换算为沉积金属的质量为： m =（Q/ zF）M （M为金属的摩尔质量） 注：如果以元电荷所荷电量的电解质为基 本单元。则1molH+、1/2Cu2+、1/2SO42－等 所带的电量与1（mol）电子所带的电量相 当。