中国医科大学物理化学 第六章 电化学(第八节~第十节)PPT课件
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电化学原理PPT课件
(saturated calomel electrode,SCE) 6.导线;7. Hg;8.纤维
以标准氢电极的电极电势为标准,
可以测得SCE的电势为0.2415V。
.
21
对电极(辅助电极)
对电极一般使用惰性贵金属材料如铂丝等, 以免在此表面发生化学反应,用于与工作 电极形成回路。
.
22
电化学工作站
.
17
电化学三电极系统
• 工作电极(Working electrode) • 参比电极(Reference electrode) • 对电极(Auxiliary electrode)
.
18
工作电极
滴汞电极(极谱法) 铂电极 金电极 碳电极 热解石墨(PG)
玻碳(GC) 碳糊 碳纤维
.
19
参比电极
.
9
电分析成为独立的方法学
• 三大定量关系的建立 1833年法拉第定律Q=nFM 1889年能斯特W.Nernst提出能斯特方程
1934年尤考维奇D.Ilkovic提出扩散电流方程 Id = kC
.
10
近代电分析方法
(1) 电极的发展:化学修饰电极、超微电极 (2) 多学科参与:生物电化学传感器 (3)与其他方法联用:光谱-电化学、HPLC-EC、
1753年,俄国著名电学家利赫曼为了验证
富兰克林的实验,不幸被雷电击死,这是
做电实验的第一个牺. 牲者。
4
电化学的发展史
1791年, 意大利伽伐尼的青蛙实验 (电化学的起1799年, 伏特堆 (伏特电池/原电池的雏形)
.
6
电化学的发展史
1807年, 戴维电解木灰(potash)和苏打(soda), 分别得到钾(potassium)和钠(sodium)元素
中国医科大学物理化学 第六章 电化学(第一节~第四节)
H2
2Cl-2e-
Cl2
电解池示意图
2013年5月13日星期一 第六章 此案化学 11
(3)在阳极上交换 电子,发生氧化反应, Cl– 向阳极迁移。
e-
...
e-
2Cl 2e Cl 2 (4)电子从阳极流 回正极
阴 极
阳 极
2H+2e-
H2
2Cl-2e-
Cl2
电解池示意图
2013年5月13日星期一 第六章 此案化学 40
1 1 例如: m (KCl) 、m ( MgCl 2 ) 、 m ( H 3 PO4 ) 。 2 3 但是要注意: 1 m (MgCl 2 ) 2m ( MgCl2 ) 2
2013年5月13日星期一
第六章 此案化学
41
二、电解质溶液的电导测定
第六章
电化学
第六章
电化学
电化学是研究化学能与电能之间相互转换所遵循的 规律的科学。 电分析化学、催化电化学、生物电化学、光电化 学、… …。 应用于环境、能源、材料、生命科学、通讯、航空 航天、… …等领域。
2013年5月13日星期一
第六章 此案化学
3
第一节
电化学基本概念
一、电子导体和离子导体
1m
1 m
2013年5月13日星期一
1m
第六章 此案化学 39
(二)摩尔电导率 定义:相距为1 m的两平行电极间放置含有1 mol电 解质的溶液所具有的电导。 符号: m。 单位:S∙m2∙mol-1。 摩尔电导率 m 与电导率 的关系: m Vm c c 的单位为mol∙m-3。 用 m 比较不同类型电解质的导电 能力时,必须在荷电量相同的基础上进行。
物理化学PPT电化学(新)
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。 ⒊电分析 ⒋生物电化学
本章学习基本要求
1 熟悉摩尔电导、迁移数、离子强度、平均活度、平均
活度因子、分解电压、极化等基本概念;
2 掌握能斯特方程的应用;能熟练地进行电极电势、电 动势以及电池反应的摩尔吉布斯函数、摩尔熵变、 摩尔反应焓等的计算; 3 能区分电极的类型,熟练地写出原电池的图解式,能 根据氧化还原反应进行原电池的设计。
电池中进行的任何反应与过程均为 可逆的电池才能被称为可逆电池。
组成可逆电池的必要条件
原电池
电解池
化学反应可逆
能量变化可逆
思考题
铅蓄电池可以设计成可逆电池吗?
铅蓄电池PbO2作正极,海绵状Pb作负 极,H2SO4作电解液。
放电 2H2SO4 充电
PbO2 + Pb +
2PbSO4 + 2H2O
(2)电池的书写 • 左边为负极,右边为正极,从左到右物质等 依实际顺序排列。 • 遇相界面用“|”表示,“||”表示盐桥,“┆” 表示半透膜、多孔塞等。 • 要注明物态,气体要注明压力;溶液要注明 浓度,常温常压和物质的状态十分明确的可以不注 明。 • 气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性 电极。 • 金属的接触电势一般不标出。
Qr,m T Δr Sm
§7.7 电极电势和液体接界电势
1. 电极电势
选氢电极作为参考标准,定义其在标准态
下的电极电势为0,以此电极为负极与欲测电
极组成电池,测得此电池的电动势即为欲测电
极的电极电势,也称为还原电极电势。
注:还原电极电势的高低,反映了该电极氧化 态物质获得电子的能力,电极电势越高,其夺 得电子的能力越强,反之亦然。
物理化学中国药科大学电化学8-9节ppt演示课件
4
二、双液化学电池
这类电池有两种电解质溶液,中间以盐桥消 除液接电势。
例如 Hg-Hg2Cl2|KCl(a 1)||AgNO3(a 2)|Ag Zn|ZnCl2 (a 1)||CdSO4 (a 2)|Cd
等均是。以后一电池为例,其反应为
正极 Cd2+ + 2e-
Cd
负极 Zn -2e-
Zn2+
电池反应
15
第九节 电池电动势的应用
一、判断反应趋势
电极电势的高低,反映了电极中反应物质 得到或失去电子能力的大小。电势越低越 易失去电子;电势越高越易得到电子。因 此,可根据有关电极电势数据判断反应进 行的趋势。例如,电极电势较低的金属能 从溶液中置换出电极电势较高的金属。 注:一定温度下电极电势是由Ø相应离 子活度两个因素决定的。
Ag + HCl(a1)
13
E左 = [
(Ag-AgCl)
(H2)]
2RT F
ln (a±)1
右电池的反应为
Ag + HCl(a2)
1 2
H2(p
) + AgCl
E右 = [ (H2)
(Ag-AgCl)]
+
2RT F
ln
(a±)2
双联电池的总变化应为两个电池反应之 和,即
HCl(a2)
HCl(a1)
12
五、双联浓差电池
用两个相同的电极联接在一起,代替 双液浓差电池中的盐桥,即构成双液浓 差电池。例如
(Pt)H2(p )|HCl(a1)|AgCl-Ag—— Ag-AgCl|HCl(a2)|H2(p )(Pt)
这类电池实际上是由两个单液电池组合 而成。左电池的反应为
二、双液化学电池
这类电池有两种电解质溶液,中间以盐桥消 除液接电势。
例如 Hg-Hg2Cl2|KCl(a 1)||AgNO3(a 2)|Ag Zn|ZnCl2 (a 1)||CdSO4 (a 2)|Cd
等均是。以后一电池为例,其反应为
正极 Cd2+ + 2e-
Cd
负极 Zn -2e-
Zn2+
电池反应
15
第九节 电池电动势的应用
一、判断反应趋势
电极电势的高低,反映了电极中反应物质 得到或失去电子能力的大小。电势越低越 易失去电子;电势越高越易得到电子。因 此,可根据有关电极电势数据判断反应进 行的趋势。例如,电极电势较低的金属能 从溶液中置换出电极电势较高的金属。 注:一定温度下电极电势是由Ø相应离 子活度两个因素决定的。
Ag + HCl(a1)
13
E左 = [
(Ag-AgCl)
(H2)]
2RT F
ln (a±)1
右电池的反应为
Ag + HCl(a2)
1 2
H2(p
) + AgCl
E右 = [ (H2)
(Ag-AgCl)]
+
2RT F
ln
(a±)2
双联电池的总变化应为两个电池反应之 和,即
HCl(a2)
HCl(a1)
12
五、双联浓差电池
用两个相同的电极联接在一起,代替 双液浓差电池中的盐桥,即构成双液浓 差电池。例如
(Pt)H2(p )|HCl(a1)|AgCl-Ag—— Ag-AgCl|HCl(a2)|H2(p )(Pt)
这类电池实际上是由两个单液电池组合 而成。左电池的反应为
(优质)电化学PPT课件
➢电位梯度对离子迁移速率的影响:
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:
r u (dE / dl)
r u (dE / dl)
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(ionic mobility),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。
没有通电流前,各区有5 mol 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)。
当有4 mol 电子电量通入电解池后,在阳极上有4 mol 负离子发生氧化反应, 同时在阴极上有4 mol 正离子发生还原反应。溶液中的离子也同时发生迁移
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:
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
举例区分各种电极:
1) 标出:正极、负极; 阳极、阴极。
2) 标出:正、负离子ຫໍສະໝຸດ 迁移 方向§2.3 离子的电迁移率和迁移数
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 )
3、离子电迁移规律:
从上述两种假设可归纳出如下规律,即离子的电迁移规律: 1)向阴、阳两极迁移的正、负离子物质的量总和恰好等于通 入溶液的总电量。
电化学单元部分概述ppt课件
表观摩尔电导率。
起始浓度 平衡浓度
AB
c c(1-α)
A+ + B-
0
0
cα
cα
把
带入上式并整理,得到下式
即奥斯特瓦尔德稀释定律
3)测定难溶盐的溶解度 AB(S) ≒ A+ + BH2O ≒ H+ + OH-
溶液的导电由 A+ 、B-、H+ 、OH- 承担,因此, κ(A+、B-)= κ(溶液)- κ( H+、OH-)
§ 8. 3. 4 电导测定的应用*
1)检验水的纯度 普通蒸馏水 重蒸馏水 去离子水 电导水 理论计算纯水
κ= 1×10-3 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ= 5.5×10-6 S•m-1
2) 计算弱电解质的电离度和离解常数 无限稀释摩尔电导率;
原电池
化学能
电能
电解池
溶液的导电性 ——— 第八章内容;
电极电势的产生 —— 第九章内容;
外加电动势与可逆的偏差——第十章内容
电化学在科学研究和国民经济中的重要作用
1、电化学测试 pH、电导、离子选择电极(直接测定离子浓度) 、 电位滴定、 电导滴定、极谱分析、库仑分析、电化学传感器
2、电化学工业 电解(冶炼、精炼)、电镀、化学电源(燃料电池、锂离子电池) 电催化、电合成反应
t 时间通过截面的总电量 Q = Q+ + Q- = n + z + F + n – z - F
Q = c xαz + A r + t F + c yαz – A r – t F Q / t = I = c xαz + A r + F + c yαz – A r – F = I + + I 由于溶液是电中性,因此 x z + = y z – I = c xαz + A (r + + r – ) F = c yαz – A (r + + r – ) F
起始浓度 平衡浓度
AB
c c(1-α)
A+ + B-
0
0
cα
cα
把
带入上式并整理,得到下式
即奥斯特瓦尔德稀释定律
3)测定难溶盐的溶解度 AB(S) ≒ A+ + BH2O ≒ H+ + OH-
溶液的导电由 A+ 、B-、H+ 、OH- 承担,因此, κ(A+、B-)= κ(溶液)- κ( H+、OH-)
§ 8. 3. 4 电导测定的应用*
1)检验水的纯度 普通蒸馏水 重蒸馏水 去离子水 电导水 理论计算纯水
κ= 1×10-3 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ< 1×10-4 S•m-1 κ= 5.5×10-6 S•m-1
2) 计算弱电解质的电离度和离解常数 无限稀释摩尔电导率;
原电池
化学能
电能
电解池
溶液的导电性 ——— 第八章内容;
电极电势的产生 —— 第九章内容;
外加电动势与可逆的偏差——第十章内容
电化学在科学研究和国民经济中的重要作用
1、电化学测试 pH、电导、离子选择电极(直接测定离子浓度) 、 电位滴定、 电导滴定、极谱分析、库仑分析、电化学传感器
2、电化学工业 电解(冶炼、精炼)、电镀、化学电源(燃料电池、锂离子电池) 电催化、电合成反应
t 时间通过截面的总电量 Q = Q+ + Q- = n + z + F + n – z - F
Q = c xαz + A r + t F + c yαz – A r – t F Q / t = I = c xαz + A r + F + c yαz – A r – F = I + + I 由于溶液是电中性,因此 x z + = y z – I = c xαz + A (r + + r – ) F = c yαz – A (r + + r – ) F
课件电化学.pptx
• 而 E MF = E ( 右极 , 还原 ) - E( 左极 , 还原) • EΘMF= E Θ ( 右极 , 还原 ) - EΘ ( 左极 , 还原 ) • 由标准平衡常数的定义式
反应( 电极反应及电池反应 ) 应是 EMF < Eex 时反应的逆反应。 • ( i i ) 从热力学上看 , 除要求 EMF< Eex 时的变化与 EMF> Eex 时
的变化相反之外 , 还要求变化的推动力 ( 即 EMF 与 Eex 之差 ) 只需发生无限小的改变便可使变化的方向倒转过来。
➢常考知识点精讲
➢常考知识点精讲
• 1. 电解质及其分类★ • 电解质是指溶于溶剂或熔化时能形成带相反电荷的离子 ,
从而具有导电能力的物质。电解质在溶剂(如 H2O) 中解离 成正、 负离子的现象叫电离。根据电解质电离度的大小 , 电解质分为强电解质和弱电解质 , 强电解质在溶液中几乎 全部解离成正、负离子。弱电解质的分子在溶液中部分地 解 离为正、负离子 , 在一定条件下 , 正、负离子与未解离 的电解质分子间存在电离平衡。
➢常考知识点精讲
• 6. 离子独立运动定律★★★ • 无论是强电解质还是弱电解质溶液 , 在无限稀薄时 , 离子间
的相互作用可以忽略不计 , 离子彼此独立运动 , 互不影响。 每种 离子的摩尔电导率不受其他离子的影响 , 它们对电解 质的摩尔电导率都有独立的贡献。因而无限稀薄时电解质 溶液摩尔电导率为正、 负离子无限稀薄摩尔电导率之和。 即
专业课命题规律分析及考点精讲
电化学系统的热力学及动力学
➢常考知识点精讲
• Ⅰ、本章框架及考情分析 • 出题形式为判断、选择、填空、计算,这一章难度不大,
掌握基本做题方法加上注意细节即可很好的应付考试。
电化学PPT课件
B、离子独立运动定律
C、法拉第定律
D、能斯特定律
3、法拉第(Faraday)常数F表示的是( A)
A、1mol元电荷的电量 B、1mol元电荷的质量
C、1mol元电荷的数量 D、1mol 元电荷的体积
4、当一定的直流电流通过一含有金属离子的电解质溶液时,在
阴极上析出的金属的量正比于(C )
A、阴极的表面积
课堂练习
1、按物体导电方式的不同而提出的第二类导体,对于它特点的
描述,哪一点是不正确的?(A )
A、其电阻随温度的升高而增大 B、其电阻随温度的升高而减小 C、其导电的原因是离子的存在 D、当电流通过时在电极上有化学反应发生
2、描述电极上发生反应的物质的量与通过的电量之间的关系的
是( C)
A、欧姆定律
4、电极反应和电池反应
电极反应:两电极上发生的氧化或还原反应。
阴极:2H+ + 2e → H2(g) 阳极:2Cl- – 2e → Cl2(g) 总反应:2H+ + 2Cl- → H2(g) + Cl2(g)
电极反应 电极反应 电池反应
电解质溶液的导电机制:
(1)电流在溶液中的传导是
E
由正、负(或阴、阳)离子
电化学
电化学:研究电子导体/离子导体(电解质溶液)和离子 导体/离子导体的界面结构、界面现象及其变化过程与 机理的科学。
应用:1、生命现象最基本的过程是电荷运动。生 物电的起因可归结为细胞膜内外两侧的电势差。
a: 细胞的代谢作用可以借用电化学中的燃料电池的 氧化和还原过程来模拟;
b: 心电图、脑电图是利用电化学方法模拟生物体内 器官的生理规律及其变化过程。
= 96486.09 C ·mol-1 ≈ 96500 C ·mol-1 运用法拉第定律,可以定量计算电解质溶液中发生化 学反应的物质的量。
物理化学课件:电化学
增大电流密度可以增加电极反应速率,但也会导致过电位增加和电极损耗增加。
05
电化学应用
电解:在外部电流通过电解质时,电解质内部发生化学反应的过程。分直流电解和交流电解两种。直流电解应用:水溶液的电解、熔融无机电解。交流电解应用:电镀、电冶金。电镀:应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层另一种金属或合金的过程。阳极:镀层金属。阴极:被镀金属。镀层金属阳离子在阴极放电,转移到溶液中,然后结合到阴极表面。
影响因素
电化学反应速率及其影响因素
历程
电化学反应的历程是指从反应物到产物的过程中,各个中间步骤和相互转化的过程。
机理
电化学反应的机理是指反应过程中的热力学和动力学过程,包括电子转移、化学键断裂和形成等。
电化学反应的历程与机理
电化学反应的动力学方程是指描述电化学反应速率与反应物浓度、温度等因素之间的定量关系式。
20世纪以来,电化学在理论和实验方面都取得了重大进展:随着理论和实验技术的不断发展,电化学逐渐成为一门独立的学科,并在多个领域得到广泛应用。
电化学在能源领域有着广泛的应用
电化学在环境领域也有着重要的应用
电化学在材料领域同样有着广泛的应用
电化学的应用领域
02
电化学基础知识
电极
带电的物质表面或界面,具有载流子和电位;
电极过程
包括电荷传递过程和物质传递过程,前者涉及电子的转移,后者涉及反应物和产物的传递。
电极反应动力学与电极过程
电极反应的速率与影响因素
不同电极材料的表面结构、活性不同,对电极反应的速率有不同的影响。
电极材料
温度
电解质浓度
电流密度
提高温度可以加快电极反应速率,但也会导致副反应增加和能耗增加。
增大电解质浓度可以增加电极反应速率,但也会导致溶液电阻增加和副反应增加。
05
电化学应用
电解:在外部电流通过电解质时,电解质内部发生化学反应的过程。分直流电解和交流电解两种。直流电解应用:水溶液的电解、熔融无机电解。交流电解应用:电镀、电冶金。电镀:应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层另一种金属或合金的过程。阳极:镀层金属。阴极:被镀金属。镀层金属阳离子在阴极放电,转移到溶液中,然后结合到阴极表面。
影响因素
电化学反应速率及其影响因素
历程
电化学反应的历程是指从反应物到产物的过程中,各个中间步骤和相互转化的过程。
机理
电化学反应的机理是指反应过程中的热力学和动力学过程,包括电子转移、化学键断裂和形成等。
电化学反应的历程与机理
电化学反应的动力学方程是指描述电化学反应速率与反应物浓度、温度等因素之间的定量关系式。
20世纪以来,电化学在理论和实验方面都取得了重大进展:随着理论和实验技术的不断发展,电化学逐渐成为一门独立的学科,并在多个领域得到广泛应用。
电化学在能源领域有着广泛的应用
电化学在环境领域也有着重要的应用
电化学在材料领域同样有着广泛的应用
电化学的应用领域
02
电化学基础知识
电极
带电的物质表面或界面,具有载流子和电位;
电极过程
包括电荷传递过程和物质传递过程,前者涉及电子的转移,后者涉及反应物和产物的传递。
电极反应动力学与电极过程
电极反应的速率与影响因素
不同电极材料的表面结构、活性不同,对电极反应的速率有不同的影响。
电极材料
温度
电解质浓度
电流密度
提高温度可以加快电极反应速率,但也会导致副反应增加和能耗增加。
增大电解质浓度可以增加电极反应速率,但也会导致溶液电阻增加和副反应增加。
物理化学 第六章电化学
γ±=0.7504
第三节:可逆电池
一.电极反应和电池反应 电极反应:指在原电池或 电解池中,两个电极上发生的 半反应。右图电极反应如下: 负极:Zn-2e →Zn2+ 正极:Cu2++2e→Cu 总反应 Cu2++Zn═Zn2++Cu 总反应即为电池反应。
在书写原电池的电池反应时,可参照下列步骤: 1.从从给定的电池中找到两个氧化还原电对。 2.根据两个氧化还原电对写出两个电极反应,负极发生氧化 反应,即失电子反应。正极发生还原反应,即得电子反 应。 负极 还原态A-ne→氧化态A 正极 氧化态B+ne→还原态B 3.将两电极反应相加,即得到电池反应. 注意在电池反应中不能出现电子 , 所以在第二步就要给 电极反应乘以适当的系数,使得失电子数相等.
v+· α
-
v-
=α±v =(γ±· b±/bθ)v
• 例 6.4 已知 25℃时 , 浓度为 0.05mol· kg-1 的 Na2SO4 水溶液中 , 离子平 均活度系数γ±=0.536.求此溶液中Na2SO4的活度及离子平均活度. • 解: Na2SO4在水溶液中按下式完全解离 • Na2SO4→2Na++SO42• v+=2, v-=1, v= v++ v-=3, • b+= v+ bB=(2×0.05) mol· kg-1=0.10 mol· kg-1; • b-= v- bB=(1×0.05) mol· kg-1=0.05mol· kg-1 • b±=(b+ v+· b- v-)1/v =(0.10 2×0.05)1/3=0.079 mol· kg-1 • α±=(γ±· b±/bθ)=0.536×(0.079/1)=0.042 • αB=α±v=0.0423=7.41×10-5
物理化学B-第六章-电化学
2
2
这样做的好处是:
1mol任何物质(离子、电解质或者其他物质)均涉及均为 6.023×1023e的电量,约合96500 C。
6.2 离子的电迁移
1. 离子的电迁移率(ionic mobility)
电解 质电离离子B 离子D
则 离子B的电迁移速度 B = f(E, T, p, c, B本性,D本性)
金属(第一类导体)和电解质溶液(第二类导体)的导电机理不同
2. 电解质溶液的导电机理 电解CuCl2溶液
① 离子电迁移(物理变化) e-
E
e-
② 电极反应(化学变化)
Pt
Cu
阳 Cl- Cu2+ 阴
极
极
CuCl2溶液
离子的电迁移
电极反应:在电极与溶液的界面处所发生的氧化或还原反应。 Pt阳极(正极): 2Cl Cl 2 2e Cu阴极(负极): Cu 2 2e Cu
a=(0.73×0.01587)3=1.556×10-6
北京摇号购车(2011-) 新能源车今年指标2万个,申请者不足2 万将直接配给.
三、电化学研究内容
既包括热力学问题,也包括动力学问题。
1. 电解质溶液及其相关理论 2. 电化学平衡 3. 电极过程动力学 4. 应用电化学
6.1 电解质溶液的导电机理和Farady定律
1. 电解质溶液:电池和电解池的重要组成部分
➢合理近似:在弱电解质溶液和难溶盐溶液 uB ≈ uB∞
6.3 电解质溶液的导电能力
(Conductivity of electrolyte solution)
导电能力决定于:(1)离子(电荷) 数目N;(2)uB 对金属导体,习惯用电阻R表示导电能力:
物理化学课件:电化学
03
脉冲伏安法优缺点
脉冲伏安法具有高灵敏度、高分辨率等优点,但也存在一些缺点,如
仪器复杂、对实验条件要求较高、数据处理繁琐等。
循环伏安法
循环伏安法原理
循环伏安法是一种常用的电化学分析方法,通过在一定时间间隔内反复扫描电压,并测量 电流响应的方法,可以获得电流随电压变化的关系曲线。
循环伏安法应用
该方法广泛应用于电化学反应机理研究、电极材料研究、电池性能测试等领域。通过循环 伏安法可以研究反应机理、电极过程动力学参数等重要信息。
2
燃料电池具有高能量密度、低污染等优点,使 其成为未来能源发展的重要方向之一。
3
当前研究的重点是如何提高燃料电池的效率和 降低成本,以实现商业化应用。
太阳能电池研究
01
太阳能是一种清洁、可再生的能源,而太阳能电池则是将太阳 能转化为电能的关键器件。
02
目前,太阳能电池的研究主要集中在提高光电转换效率、降低
阴阳极反应
在电合成过程中,阳极和阴极上 的反应可以控制,以制备所需的 化学物质。
产品分离
电合成过程中产生的物质可以通 过适当的分离技术进行分离,以 获得纯度较高的产品。
电解和电合成应用
工业生产
01
电解和电合成过程在工业生产中具有广泛的应用,如电解法制
备碱、电解法制备酸、电合成法制备有机化合物等。
环境治理
电池及电极过程
电池的组成和类型
电池的组成
电池通常由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等组成。
电池的类型
根据不同的特点和应用场景,电池有多种类型,如锂离子电池、铅酸电池、 镍氢电池等。
电极过程动力学
电极过程
在电池中,电极过程是指发生在电极和电解质之间的电化学反应。
物理化学(第三版)第6章电化学
置于此电导池中,测其电阻,即可计算出待测溶液的电导率和
摩尔电导率。
四、电导率、摩尔电导率与浓度的关系
1.电导率与浓度的关系
强酸、强碱的电导率很大,其次是 盐类,而弱电解质的电导率最低。 随着浓度的增大,稀溶液单位体积 内导电离子增多,故稀溶液的电导 率随浓度的增大成正比增加。 强电解质溶液中离子间的相互作用 随着浓度的增大而增强,所以强电 解质溶液的电导率经过一极大值后 反而降低。
2.摩尔电导率与浓度的关系
强电解质和弱电解质的摩尔电导 率均随溶液浓度的降低而增大。 强电解质溶液中,随着溶 液浓度的降低,离子间距 离增大,离子间的引力变 小,离子的运动速率加快 ,使其摩尔电导率增大。
弱电解质溶液浓度下降时,其解离度增大,溶液中离子数 目增多,离子间的相互吸引力减弱,从而使得溶液的摩尔 电导率随溶液浓度的下降而急剧增大。
物理化学
第6章 电化学
(张坤玲)
(一)电解质溶液
6.1 电化学的基本概念和法拉第定律
一、导体的分类
能导电的物质称为导电体或导体,导体一般可分为两类。 1、电子导体
电子导体是依靠自由电子的定向运动而导电。 如金属等固体化合物 2、离子导体 离子导体依靠离子的定向运动而导电。 如电解质溶液等 将第一类导体浸入电解质溶液,在两类导体接触界面,通过 得、失电子的电极反应来实现两类导体导电形式的过渡。
氧化反应中放出的电子经外电路流向电源的正极 。
同时,在外电场作用下,溶液中的正离子向阴极迁移,负
离子向阳极迁移,即电流通过电解池由正极流向负极。
电极反应: 在电极上进行的有电子得失的化学反应 电池反应: 两个电极反应之和则称为电池反应 电化学规定的电极名称: ①根据电极上发生的反应 阳极:发生氧化反应的电极 阴极:发生还原反应的电极; ②根据电势高低 正极:电势高的电极 负极:电势低的电极
摩尔电导率。
四、电导率、摩尔电导率与浓度的关系
1.电导率与浓度的关系
强酸、强碱的电导率很大,其次是 盐类,而弱电解质的电导率最低。 随着浓度的增大,稀溶液单位体积 内导电离子增多,故稀溶液的电导 率随浓度的增大成正比增加。 强电解质溶液中离子间的相互作用 随着浓度的增大而增强,所以强电 解质溶液的电导率经过一极大值后 反而降低。
2.摩尔电导率与浓度的关系
强电解质和弱电解质的摩尔电导 率均随溶液浓度的降低而增大。 强电解质溶液中,随着溶 液浓度的降低,离子间距 离增大,离子间的引力变 小,离子的运动速率加快 ,使其摩尔电导率增大。
弱电解质溶液浓度下降时,其解离度增大,溶液中离子数 目增多,离子间的相互吸引力减弱,从而使得溶液的摩尔 电导率随溶液浓度的下降而急剧增大。
物理化学
第6章 电化学
(张坤玲)
(一)电解质溶液
6.1 电化学的基本概念和法拉第定律
一、导体的分类
能导电的物质称为导电体或导体,导体一般可分为两类。 1、电子导体
电子导体是依靠自由电子的定向运动而导电。 如金属等固体化合物 2、离子导体 离子导体依靠离子的定向运动而导电。 如电解质溶液等 将第一类导体浸入电解质溶液,在两类导体接触界面,通过 得、失电子的电极反应来实现两类导体导电形式的过渡。
氧化反应中放出的电子经外电路流向电源的正极 。
同时,在外电场作用下,溶液中的正离子向阴极迁移,负
离子向阳极迁移,即电流通过电解池由正极流向负极。
电极反应: 在电极上进行的有电子得失的化学反应 电池反应: 两个电极反应之和则称为电池反应 电化学规定的电极名称: ①根据电极上发生的反应 阳极:发生氧化反应的电极 阴极:发生还原反应的电极; ②根据电势高低 正极:电势高的电极 负极:电势低的电极
电化学(课件PPT)
通电
==
Cl2↑+Cu
一.电解原理
1.电解:
电流通过电解质溶液而在阴阳两极上发 生氧化还原反应的过程叫电解。
2、电解池
借助电流引起氧化还原反应的装置即把电 能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。
3、构成电解池的条件:
①电源 ②电极 ③闭合回路
4.电极
-
+
阳极: 与电源正极相连
阴极
阳极
阴极: 与电源负极相连
8.离子的放电顺序
(1)阳极:
若为活性电极,则是电极本身失电子变成离子进入溶液 若为惰性电极,则是溶液中的阴离子在阳极上放电
阴离子在阳极上的放电顺序(失e- )
S 2->I ->Br ->Cl ->OH -> 等含氧酸根离子(NO3-、SO42- ) >F-
(2)阴极:无论是活或惰性电极都是溶液的阳离子放电
11、学会学习的人,是非常幸福的人。——米南德 12、你们要学习思考,然后再来写作。——布瓦罗14、许多年轻人在学习音乐时学会了爱。——莱杰
15、学习是劳动,是充满思想的劳动。——乌申斯基 16、我们一定要给自己提出这样的任务:第一,学习,第二是学习,第三还是学习。——列宁 17、学习的敌人是自己的满足,要认真学习一点东西,必须从不自满开始。对自己,“学而不厌”,对人家,“诲人不倦”,我们应取这种态度。——毛泽东
电化学
复习:
1、请每位同学自己设计一组原电池装置图,注
明电极名称、所用材料、电子流动方向,写出
电极反应式. 2、下列装置是原电池的是,实验会产生什么现象? 构成原电池的条件是什么?能量如何转化?
形成条件
①活性不同的两极
条 件
物理化学课件:电化学
03 电化学动力学
电极过程速度与反应机理
总结词
电极过程速度主要取决于反应机理和反应速率常数。
详细描述
在电化学系统中,电极过程的速度通常由反应机理和反应速率常数控制。反应机理是指反应的具体步骤和相互转 化的物质,而反应速率常数则是描述反应速度的常数,通常与温度和浓度有关。不同的反应机理会有不同的速率 控制步骤,因此理解反应机理对于理解和预测电极过程的速度非常关键。
研究电化学方法在废气处理中 的应用,如二氧化硫、氮氧化 物等有害气体的去除。
土壤修复
研究电化学方法在土壤修复中 的应用,如重金属污染土壤的 修复、有机物污染土壤的修复 等。
环境友好能源
研究电化学方法在环境友好能 源开发中的应用,如燃料电池
、超级电容器等。
生物电化学
生物电化学界面
研究生物界面上的电化学过程,如生物分子 电子转移、能量转换等。
稳态技术
稳态技术包括控制电流、电位或电压的方法,以及记录电流、电位或电压响应 的技术。这些技术可以用来研究电极表面的吸附、反应动力学和电子转移过程 等。
暂态方法与技术
暂态方法
暂态方法是指系统从一个稳态过渡到另一个稳态的过程。在电化学研究中,暂态 方法通常用于研究电化学反应的动力学过程,以及电子转移机制等。
扩散传质过程动力学
总结词
扩散传质过程是电化学反应中物质传递的主要方式之 一,其动力学受到物质浓度和扩散系数的影响。
详细描述
在电化学系统中,物质传递通常通过扩散来实现。扩散 传质过程的动力学受到物质浓度和扩散系数的影响。当 电极表面上的物质浓度低于溶液本体中的浓度时,物质 会从溶液本体向电极表面扩散,从而补充电极表面上的 反应物。扩散系数是描述物质扩散能力的常数,通常与 物质的分子大小、形状和溶液粘度等因素有关。理解扩 散传质过程的动力学对于优化电化学反应的效率和稳定 性非常重要。
物理化学中国药科大学电化学10节
i
I(阳) > r(阳)
i
I(阴) < r(阴)
(阳)
(阴)
r(阳)
I(阳)
r(阴)
图 电极的极化曲线示意图
I(阴)
i (阳) V(端) (阴)
E
r(阳)
r(阴) I
(a) 电池的端电压与电流密度的关系
由图可知,电流密度越大,即电池放电的不 可逆程度越高,电池端电压越小,所能获得 的电功也越少。
i V(分)
线。
外加电压很小时,几乎 无电流通过,阴、阳极上无 H2气和氧气放出。
随着E的增大,电极表面 产生少量氢气和氧气,但压 力低于大气压,无法逸出。 所产生的氢气和氧气构成了 原电池,外加电压必须克服 这反电动势,继续增加电压, I 有少许增加,如图中1-2段。
当外压增至2-3段, 氢气和氧气的压力等于大 气压力,呈气泡逸出,反 电动势达极大值 Eb,max。
若近似以浓度代替活度,则
r(Cu)
=
ø(Cu)
+
RT 2F
ln
c(Cu2+)
I(Cu,阴极) = ø(Cu) + R2TF ln c'(Cu2+)
I(Cu,阳极) = ø(Cu) + R2TF ln c''(Cu2+)
由于 c'(Cu2+) < c(Cu2+), c''(Cu2+) > c(Cu2+)
E(分解) E(可逆) E(不可逆) IR
E(不可逆) (阳) (阴)
显然分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而增加。
二、 电极的极化
不可逆条件下的电极电势 可逆电极电势r:在可逆地发生电极反应时 电极所具有的电势。 当有电流通过电极时,发生的必然是不可逆 的电极反应,此时电极电势偏离平衡电极 电势r的现象称为电极的极化。 偏差的大小(绝对值)称为“过电势”,记 作,即
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课件
第一页,共4页。
电池:电化能学能化学 电能 能: :电 原解 电池 池,构成
( 1)电解质溶液 ( 2)电极
内容:(1)电解质理论;(2)电极理论;(3)电池理论
基导本(i电定)机电律理解( (质mm 12) )溶v离 离(m液1子 子m,理的 在论电 电v-c迁 极)m移 上,::放K离o电h子lra独us立ch的导运公量电动式度能定力律( ( ( 312)) )摩电 电尔导 导电: 率导G:率:R1 G(Sm)Al (S+cv•(mS••1m)-v2
• mol1
1 v
)
电解质:Mv Av vM+ vA
+
+
•
b ,
bӨ
-
-
• b bӨ
v +
•
v -
•
b bӨ
1
b
bv +
•
bv -
v
1
• v
v
+
-
v
第二页,共4页。
课程总结
(ii)电极
氧化态 ne 还原态
构成( ( 12) )电 传解 到质 电溶 子液 的材料电极反应
能斯特方程:E
vB B
( 1)通过电池的电流趋于零时电池两极的电势差 电池电动势:E:( 2)E E阴极 E阳极
第三页,共4页。
课程总结
(iii)电极电势及电池电动势的应用
(1)计算电化学反应的热力学函数变
rGm
T ,P
W' max
nFE
rUm Q W nFE nFT
r Sm
nF
E T
P
课件
第一页,共4页。
电池:电化能学能化学 电能 能: :电 原解 电池 池,构成
( 1)电解质溶液 ( 2)电极
内容:(1)电解质理论;(2)电极理论;(3)电池理论
基导本(i电定)机电律理解( (质mm 12) )溶v离 离(m液1子 子m,理的 在论电 电v-c迁 极)m移 上,::放K离o电h子lra独us立ch的导运公量电动式度能定力律( ( ( 312)) )摩电 电尔导 导电: 率导G:率:R1 G(Sm)Al (S+cv•(mS••1m)-v2
• mol1
1 v
)
电解质:Mv Av vM+ vA
+
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bӨ
-
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v -
•
b bӨ
1
b
bv +
•
bv -
v
1
• v
v
+
-
v
第二页,共4页。
课程总结
(ii)电极
氧化态 ne 还原态
构成( ( 12) )电 传解 到质 电溶 子液 的材料电极反应
能斯特方程:E
vB B
( 1)通过电池的电流趋于零时电池两极的电势差 电池电动势:E:( 2)E E阴极 E阳极
第三页,共4页。
课程总结
(iii)电极电势及电池电动势的应用
(1)计算电化学反应的热力学函数变
rGm
T ,P
W' max
nFE
rUm Q W nFE nFT
r Sm
nF
E T
P
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2 F e 3 ( a 1 ) 2 e 2 F e 2 ( a 1 )
2 0.7710V
2020/7/19
第六章 电化学
17
总反应: F e ( s ) 2 F e 3 ( a 1 ) 3 F e 2 ( a 1 )
E2 1 0.7710V0.4402V 1.2112V
上述反应的Gibbs方程式为:
1 2H 2(p) A g C l(s) A g (s) H C l(a 1)
E le ft A g Α g H H 2 R F T ln a 1
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第六章 电化学
12
右(下)电池反应:
A g (s) H C l(a 2) 1 2H 2(p) A g C l(s)
两E 个r ig 双h t连 电池H 的 总H 反2 应 : A g C lΑ g R F T ln a 2
H 2 (p) C l2 (p) 2 H C l(a 1 )
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第六章 电化学
5
2. 用盐桥消除液接界的化学电池 Z n ( s ) Z n 2 ( a 1 ) F e 2 ( a 2 ) ,F e ( a 3 ) P t
正极: 2 F e (a 3 ) 2 e 2 F e 2 (a 2 ) 负极: Z n (s)2e Z n2(a1) 电池反应:
第六章 电化学
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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第八节 浓差电池
根据电池中物质所发生的变化,可以将电池分为两 大类:
凡是电池中物质的总变化涉及的是一化学反应,称 之为化学电池,如前面所讨论的铜-锌电池等;
凡是电池中物质变化的净作用仅仅是由高浓度向低 浓度的扩散,则称之为浓差电池。
因EE 很大(R 2F T 题ln 目Q 条a 件E 下Qa=R 2F 1T )ln ,a aEF F 3 2e e2 3 >0,正向进行 (若 E不太大,还应考虑Qa)
E
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第六章 电化学
18
设上题中E<0,则有: EER 2F TlnQ aER 2F Tlna aF F 3 2e e2 3 0
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第六章 电化学
16
一、判断化学反应方向
将反应设计为电池按Nernst方程求E:E>0,反应正
向进行; E<0 反应逆向进行。
例如,298K和标准条件下,金属Fe能否将Fe3+还原
为Fe2+?
负极: F e (s ) 2 e (a 1 ) F e 2 (a 1 )
正极:
1 0.4402V
典型的浓差电池可分为单液浓差电池和双液浓差电 池。
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第六章 电化学
4
一、化学电池
凡是电池中物质的总变化涉及的是一化学反应,称 之为化学电池。
1. 无液接的化学电池
P tH 2 ( p )H C l ( a 1 ) C l 2 ( p )P t 正极: C l2 (p) 2 e 2 C l (a 1 ) 负极: H 2 (p) 2 e 2 H (a 1 ) 电池反应:
Z n ( s ) 2 F e ( a 3 ) Z n 2 ( a 1 ) 2 F e ( a 2 )
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第六章 电化学
6
二、浓差电池
凡是电池中物质变化的净作用仅仅是由高浓度向低 浓度的扩散,则称之为浓差电池。
浓差电池的标准电动势 E 0。 组成电池的两个电极液种类或活度相同,而两个电 极的活度或逸度不同(如汞齐电极、气体电极)而组成 的电池,称为单液浓差电池;电极相同,电极反应相同, 只是电极液的浓度(或活度)不同,称为双液浓差电池。
第六章 电化学
8
总反应: H2(p1) H2(p2)
电池电动势:
当 E时R 2F ,TlEn>p p1 20,p p反应正R 2F T 向l进n行p p1 2,即由压力高的 地方向p压1 力p低2 的地方扩散是自发过程。
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第六章 电化学
9
(二)双液浓差电池 例如,硝酸银浓差电池:
可以看出,其实质是H C 一l(个a1浓) 差H 电C 池l(a ,2)总电池电动势:
Etottal
EleftEright
RTlna2 F a1
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第六章 电化学
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第六章 电化学
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第九节 电动势测定的应用
利用电池电动势E可以求热力学函数的变化值、化 学反应的平衡常数、难溶盐的溶度积、溶液的pH、活度 系数、判断反应方向以及进行电势滴定。
10
当a 2 a1 时,E > 0,反应正向进行,即由浓度高的 地方向浓度低的地方迁移是自发过程。
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第六章 电化学
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(三)双联浓差电池 两个相同的电池串接在一起,构成双联浓差电池, 可消除液接电势。例如:
P t H 2(p) H C l(a1) A gC l(s) A g(s) 左(A 上g()s)电池A g 反C l应(s):H C l(a2)H 2(p)P t
负极反A 应g ( s :) A g N O 3 ( a 1 ) A g N O 3 ( a 2 ) A g ( s ) 正极反应: A g(s) A g( A g(s)
Ag(a1) Ag(a2)
ERFTlnaa12RFTlnaa12
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第六章 电化学
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第六章 电化学
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(一)单液浓差电池 例如,气体电极组成的浓差电池: 负极(P t 氧 化H 2 反( p 应1 ) ) :H C l ( m )H 2 ( p 2 )P t 正极(H 还2 原(p 反1)应 )2 H :(m )2 e
2H (m )2e H 2(p2)
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2F E
ln
a3 Fe2
RT
a2 Fe3
a3 Fe2
a2 Fe3
exp
2F RT
E
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将题目中的条件代入,可得:
a3 Fe2
a2 Fe3
exp
2F RT
E
exp
8.31946J50K0C1 m mooll112298K1.2112V
计算结果9.说46明1,04只0 要存在金属Fe,Fe3+几乎不能存