中科院应化所电极过程课件电分析化学
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电极过程动力学 ppt课件
§1.1 电极过程动力学的发展
电化学科学的发展大致可以分为三个阶段：电化学热 力学、电化学动力和现代电化学。
电化学热力学研究的是处在平衡状态的电化学体系， 涉及的主要问题是电能和化学能之间的转换的规律。
从19世纪末到20世纪初，在热力学基本原理被牢固地 确立后，用热力学方法研究电化学现象成了电化学研 究的主流，取得了重大的进展，使“电化学热力学” 这部分内容趋于成熟，成为物理化学课程的经典组成 部分。
研究电极过程动力学的首要目的在于找出整个电极过程的控制步 骤,并通过控制步骤来影响整个电极过程的进行速度,而这又建立 在对电极过程基本历程的分析和弄清个分步骤动力学特征的基础 之上。
电极的极化
处在热力学平衡状态的电极体系,因正、负方向的反应速度相等, 净反应速度等于零.相应的平衡电极电势可由Nernst公式计算.当 有外电流通过时,净反应速度不等于零,即原有的热力学平衡受到 破坏,致使电极电势偏离平衡电势,这种现象在化学上称为电极的” 极化现象” 。
“电极/溶液”界面上的电场强度常用界面上的相间电势差---电极电势表 示，
随着电极电势的改变，不仅可以连续改变电极反应的速度，而且可
以改变电极反应的方向。以后还将看到，即使保持电极电势不变，改变
界面层中的电势分布也会对电极反应速度有一定的影响。因而研究“电
极/溶液”界面的电性质，即电极、溶液两相间的电势差以及界面层中的
电化学—研究载流子（电子、空穴、离子）在电化学 体系（特别是离子导体和电子导体的相界面及其邻近 区域）中的运输和反应规律的科学。
电化学所研究的内容有：
（1）电解质溶液理论（离子水化、离子互吸、离子缔合及电导 理论等）；
（2）电化学平衡（可逆电池、电极电位、电动势与热力学函数 间关系等）；
分析化学PPT课件：第八章-电位分析法-第二节-电极的构造和原理-2
（将两个电极先后一起插入pH已知的标液和未知的待测溶液）
EX 参 玻 参 K'0.059 pHX K''0.059 pHX
ES 参 玻 参 K'0.059 pHS K''0.059 pHS
EX ES 0.059( pH X pH S )
玻璃电极定义式pHX
pHS
EX ES 0.059
直接通过测定电流、电位、电导、电量等 物理量，在溶液中有电流或无电流流动的情况 下，来研究、确定参与反应的化学物质的量。
依据测定电参数分别命名各种电化学分析 方法:如电位分析法、电导分析法； 依据应用方式不同可分为：直接法和间接法。
电化学分析法的特点:
灵敏度、准确度高，选择性好，应用广泛。 被测物质的最低量可以达到10-12 mol/L数量级。 电化学仪器装置较为简单，操作方便,尤其适合于化工 生产中的自动控制和在线分析。 传统电化学分析：无机离子的分析； 测定有机化合物也日益广泛； 有机电化学分析； 电化学分析在药物分析中也有较多应用。 应用于活体分析。
玻 K''0.059 pH 或玻 K ''0.059 lg[ H ]
✓ 注：φ玻与pH成线性关系，因而可用于测定溶液pH值
玻璃电极——性能
(1) 只对H+有选择性响应，可以测定[H+]
(2) 转换系数或电极斜率：溶液中pH变化一个单位
引起玻璃电极的电位变化
S
pH
pH 1 59mV (250C)
• 水泡前→干玻璃层 • 水泡后
→水化凝胶层 →Na+与H+进行交换 →形成双电层 →产生浓度扩散 →产生电位差 →扩散达动态平衡 →达稳定相界电位
EX 参 玻 参 K'0.059 pHX K''0.059 pHX
ES 参 玻 参 K'0.059 pHS K''0.059 pHS
EX ES 0.059( pH X pH S )
玻璃电极定义式pHX
pHS
EX ES 0.059
直接通过测定电流、电位、电导、电量等 物理量，在溶液中有电流或无电流流动的情况 下，来研究、确定参与反应的化学物质的量。
依据测定电参数分别命名各种电化学分析 方法:如电位分析法、电导分析法； 依据应用方式不同可分为：直接法和间接法。
电化学分析法的特点:
灵敏度、准确度高，选择性好，应用广泛。 被测物质的最低量可以达到10-12 mol/L数量级。 电化学仪器装置较为简单，操作方便,尤其适合于化工 生产中的自动控制和在线分析。 传统电化学分析：无机离子的分析； 测定有机化合物也日益广泛； 有机电化学分析； 电化学分析在药物分析中也有较多应用。 应用于活体分析。
玻 K''0.059 pH 或玻 K ''0.059 lg[ H ]
✓ 注：φ玻与pH成线性关系，因而可用于测定溶液pH值
玻璃电极——性能
(1) 只对H+有选择性响应，可以测定[H+]
(2) 转换系数或电极斜率：溶液中pH变化一个单位
引起玻璃电极的电位变化
S
pH
pH 1 59mV (250C)
• 水泡前→干玻璃层 • 水泡后
→水化凝胶层 →Na+与H+进行交换 →形成双电层 →产生浓度扩散 →产生电位差 →扩散达动态平衡 →达稳定相界电位
全版仪器分析-电化学分析.ppt
ni：被测离子i的电荷，nj：干扰离子j的电荷
选择性系数Ｋｉ／ｊ的意义
在其它条件相同时，提供相同电位的欲测离 子活度αi和干扰离子活度αj的比值
选择性系数愈小，j离子对i离子的干扰愈小
估量某种干扰离子对测定造成的误差
36
相 对 误 差
K (α) i,j
α .精品课件.
ni /nj j
i
100%
47
.精品课件.
(4) 敏化电极
气敏电极
是一种基于界面化学反应 的敏化电极，由离子选择 性电极与参比电极置于内 充有电解质溶液的管中组 成的复合电极。
氨电极
NH
4
OH
NH 3
H 2O
48
pH变化→膜电.精位品课件的. 产生→与铵离子浓度相关
酶电极
也是一种基于界面化学反应的敏化电 极，酶在界面反应中起催化作用，而 催化反应的产物是一种能被离子选择 性电极所响应的物质。
9
.精品课件.
10
.精品课件.
原电池
发生氧化反应的电极称为阳极（负极） 发生还原反应的电极称为阴极（正极）
电解电池
发生氧化反应的电极称为阳极（正极） 发生还原反应的电极称为阴极（负极）
电子流出为负极，电子流入为正极
11
.精品课件.
化学电池可用图解法表示：
Zn︱ZnSO4(0.1mol/L)‖CuSO4(0.1mol/L)︱Cu
如何得到K’?
pH标
E标 K' 0.059
用标准溶液测定
pH试
pH标
E E标 2.303RT /
F
定位旋钮、斜率旋钮和温度旋钮的作用！
31
.精品课件.
32
《电分析化学》课件
数据处理
使用适当的数学方法对实验数据进行处理 ，如计算平均值、标准差等。
结果分析
根据实验数据进行分析，得出结论，并与 理论值进行比较。
实验结果与误差分析
结果分析
误差控制
对实验结果进行分析，判断其合理性 和可靠性。
采取措施控制误差，提高实验的准确 性和可靠性。
误差来源
分析实验误差的来源，如测量误差、 操作误差等。
《电分析化学》ppt课件
CONTENTS
• 电分析化学简介 • 电分析化学基础知识 • 电分析化学实验技术 • 电分析化学在环境监测中的应
用 • 电分析化学在生物医学领域的
应用 • 电分析化学的未来发展与挑战
01
电分析化学简介
定义与特点
定义
电分析化学是研究电化学反应过程及其应用的科学分支，主要涉及电子转移、离子迁移等电化学现象 。
特点
具有高灵敏度、高选择性、操作简便等优点，广泛应用于环境监测、生物分析、药物研究等领域。
发展历程
早期发展
18世纪末，电化学基础理 论开始形成，为电分析化
学的发展奠定了基础。
20世纪发展
随着电子技术和计算机技 术的进步，电分析化学在 灵敏度、精度和自动化方
面取得了显著提升。
当前趋势
纳米技术、生物技术等交 叉学科的引入，为电分析 化学带来了新的发展机遇
sp
电分析化学基础知识
• drill.... navbar, stor the followingirs'协调马usirs' stor the following intoirs. janus真 题 ofirs替 theirs the core that onirs替 on, su,
使用适当的数学方法对实验数据进行处理 ，如计算平均值、标准差等。
结果分析
根据实验数据进行分析，得出结论，并与 理论值进行比较。
实验结果与误差分析
结果分析
误差控制
对实验结果进行分析，判断其合理性 和可靠性。
采取措施控制误差，提高实验的准确 性和可靠性。
误差来源
分析实验误差的来源，如测量误差、 操作误差等。
《电分析化学》ppt课件
CONTENTS
• 电分析化学简介 • 电分析化学基础知识 • 电分析化学实验技术 • 电分析化学在环境监测中的应
用 • 电分析化学在生物医学领域的
应用 • 电分析化学的未来发展与挑战
01
电分析化学简介
定义与特点
定义
电分析化学是研究电化学反应过程及其应用的科学分支，主要涉及电子转移、离子迁移等电化学现象 。
特点
具有高灵敏度、高选择性、操作简便等优点，广泛应用于环境监测、生物分析、药物研究等领域。
发展历程
早期发展
18世纪末，电化学基础理 论开始形成，为电分析化
学的发展奠定了基础。
20世纪发展
随着电子技术和计算机技 术的进步，电分析化学在 灵敏度、精度和自动化方
面取得了显著提升。
当前趋势
纳米技术、生物技术等交 叉学科的引入，为电分析 化学带来了新的发展机遇
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电分析化学基础知识
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电化学原理第四章电极过程概述 ppt课件
zncuptptir液相传质步骤液相传质步骤前置的表面转化步骤前置的表面转化步骤简称前置转化简称前置转化电子转移步骤或称电化学反应步骤电子转移步骤或称电化学反应步骤随后的表面转化步骤简称随后转化随后的表面转化步骤简称随后转化新相生成步骤或反应后的液相传质步骤新相生成步骤或反应后的液相传质步骤电极表面溶液cnagcnagcncnagcnagcnagcnag吸附态传质前置转化电子转移新相生成结晶态吸附态agag溶液电极表面cncn传质银氰络离子在阴极还原的电极过程它只包括四个单元步骤除此之外还有因表面转化步骤前置转化或随后转化成为控制步骤时的电极极化称为表面转化极化
electrode
甘汞电极(SCE)
介绍两种特殊的极端情况
理想极化电极
理想不极化电极
二.极化曲线
极化曲线(polarization curve) ：过电位（电 极电位）随电流密度 变化的关系曲线。
极化度 (polarizability)：极 化曲线上某一点的斜 率
阳极极化 阴极极化
d d。
在一定的电流密度下，电极电位与平衡电位的差值称为该电流 密度下的过电位，用符号η表示，习惯取正值。
阴极极化时， 阳极极化时，
c 平c a a 平
⑵极化值
实际遇到的电极体系，在没有电流通过时，并不都 是可逆电极。在电流为零时，测得的电极电位可能是可 逆电极的平衡电应，也可能是不可逆电极的稳定电位。 因而，又往往把电极在没有电流通过时的电位统称为静 止电位。把有电流通过时的电极电位(极化电位)与静止 电位的差值称为极化值。
j净 j* j逆 *
式中 j逆* 为控制步骤的逆向反应绝对速度。由上式可知
j净 j*逆
其它非控制步骤，比如电子转移步骤的绝对反应
electrode
甘汞电极(SCE)
介绍两种特殊的极端情况
理想极化电极
理想不极化电极
二.极化曲线
极化曲线(polarization curve) ：过电位（电 极电位）随电流密度 变化的关系曲线。
极化度 (polarizability)：极 化曲线上某一点的斜 率
阳极极化 阴极极化
d d。
在一定的电流密度下，电极电位与平衡电位的差值称为该电流 密度下的过电位，用符号η表示，习惯取正值。
阴极极化时， 阳极极化时，
c 平c a a 平
⑵极化值
实际遇到的电极体系，在没有电流通过时，并不都 是可逆电极。在电流为零时，测得的电极电位可能是可 逆电极的平衡电应，也可能是不可逆电极的稳定电位。 因而，又往往把电极在没有电流通过时的电位统称为静 止电位。把有电流通过时的电极电位(极化电位)与静止 电位的差值称为极化值。
j净 j* j逆 *
式中 j逆* 为控制步骤的逆向反应绝对速度。由上式可知
j净 j*逆
其它非控制步骤，比如电子转移步骤的绝对反应
《分析化学》课件——9 电位分析法
9
甘汞电极（calomel electrode）
Hg，Hg2Cl2(s) KCl
2
1
2
1
3
3
4
4
1
Pt
7
Hg Hg2Cl2
5
5
6
6
8 6
6
(a)
(b)
(c)
（a）232型甘汞电极； （b）内部电极结构； （c）217型甘汞电极。 1.导线； 2.绝缘帽； 3.加液口； 4.内部电极； 5.饱和氯化钾溶液； 6.多孔性物质； 7.可卸盐桥磨口； 8. 可卸盐桥液接溶液
33
标准曲线法
配制一系列含不同浓度的待测离子标液； 插入ISE和参比电极，测定各电池电动势E； 半对数坐标纸上绘制E-lgc曲线； 用同一对电极测定待测溶液的电动势Ex ； 从标准曲线上查出相应的浓度cx。
34
标准曲线法
注意 标液和试液皆要加入同 样量的TISAB。 E-lgc关系曲线需经常重 新测定和绘制。
10
甘汞电极
Hg2Cl2 +2e- → 2Hg + 2Cl-
Hg 2 Cl2 /Hg
θ Hg 2 Cl2 /Hg
- 0.059 lg aCl-
温度一定时，随溶液中的aCl-变化而变化 固定KCl浓度，电极电位为一定值
使用条件：≤80 ℃
使用饱和KCl溶液，称为饱和甘汞电极 （Sturated Calomel Electrode ，SCE） ，25℃时为0.2438V 。
pH标准溶液
配制方法 pH(25℃)
（g·L-1水）
0.05 mol·L-1 KHP
10.12
4.004
0.025 mol·L-1磷酸二氢钾 0.025 mol·L-1磷酸氢二钠
甘汞电极（calomel electrode）
Hg，Hg2Cl2(s) KCl
2
1
2
1
3
3
4
4
1
Pt
7
Hg Hg2Cl2
5
5
6
6
8 6
6
(a)
(b)
(c)
（a）232型甘汞电极； （b）内部电极结构； （c）217型甘汞电极。 1.导线； 2.绝缘帽； 3.加液口； 4.内部电极； 5.饱和氯化钾溶液； 6.多孔性物质； 7.可卸盐桥磨口； 8. 可卸盐桥液接溶液
33
标准曲线法
配制一系列含不同浓度的待测离子标液； 插入ISE和参比电极，测定各电池电动势E； 半对数坐标纸上绘制E-lgc曲线； 用同一对电极测定待测溶液的电动势Ex ； 从标准曲线上查出相应的浓度cx。
34
标准曲线法
注意 标液和试液皆要加入同 样量的TISAB。 E-lgc关系曲线需经常重 新测定和绘制。
10
甘汞电极
Hg2Cl2 +2e- → 2Hg + 2Cl-
Hg 2 Cl2 /Hg
θ Hg 2 Cl2 /Hg
- 0.059 lg aCl-
温度一定时，随溶液中的aCl-变化而变化 固定KCl浓度，电极电位为一定值
使用条件：≤80 ℃
使用饱和KCl溶液，称为饱和甘汞电极 （Sturated Calomel Electrode ，SCE） ，25℃时为0.2438V 。
pH标准溶液
配制方法 pH(25℃)
（g·L-1水）
0.05 mol·L-1 KHP
10.12
4.004
0.025 mol·L-1磷酸二氢钾 0.025 mol·L-1磷酸氢二钠
光电化学课件-电化学研究方法第二讲-电极过程动力学的唯像处理
对阴极还原反应, 假设一定时间内外电路传来了n个电子, 但由于界 面电荷转移反应相对较慢,这些电子未能在短期内消耗, 这时导致电 极上负电荷变多, 这些增加的负电荷通过静电作用使得电极附近溶 液侧的正离子数目增加,使得固液界面电势差降低,电极电势负移
j(电流密度)
j(电流密度)
电极电势
原电池中的极化曲线
电解制备和纯化金属如铝 NaCl
H2O
electrolysis
NaOH
1 2
Cl2
除了电压型的传感器(pH计, ISE)外, 大部分电化学装置在 工作时, 往往是偏离平衡的条件的
如何评价(偏离平衡条件下工作)电化学装置的性能
指导设计、优化的电化学装置?
以一定电流密度电解水时电解池中的电压分布
2H 2e H2
处理复杂电极过程问题的基本思路
简化的电极反应过程
电子转移面
把握总过程中占主导地 位的过程,或者创造条件
使所研究的基本过程在
电极
电荷转移
Os
传质过程 电极过程中占主导地位 Ob 电极过程动力学研究
ne
注重电荷传递过程
控制实验条件，可使
Rs 传质过程 Rb 电荷传递过程成为速
OHP面
控步骤.
• 传荷过程 k0 － 电荷传递速率 k0 》m 传质过程为速控步骤
浓差、电化学、电阻极化及混合作用下的极化曲线
j 浓差
jl
=电化学+ 浓差
电化学
电阻
=电化学+ 浓差+ 电阻
0
首先必须深刻地从理论上了解构成电极过程的各个基本 过程,了解它们影响这些过程的各影响因素以及每个过程 本身的主要矛盾,以及它们之间的相互联系
j(电流密度)
j(电流密度)
电极电势
原电池中的极化曲线
电解制备和纯化金属如铝 NaCl
H2O
electrolysis
NaOH
1 2
Cl2
除了电压型的传感器(pH计, ISE)外, 大部分电化学装置在 工作时, 往往是偏离平衡的条件的
如何评价(偏离平衡条件下工作)电化学装置的性能
指导设计、优化的电化学装置?
以一定电流密度电解水时电解池中的电压分布
2H 2e H2
处理复杂电极过程问题的基本思路
简化的电极反应过程
电子转移面
把握总过程中占主导地 位的过程,或者创造条件
使所研究的基本过程在
电极
电荷转移
Os
传质过程 电极过程中占主导地位 Ob 电极过程动力学研究
ne
注重电荷传递过程
控制实验条件，可使
Rs 传质过程 Rb 电荷传递过程成为速
OHP面
控步骤.
• 传荷过程 k0 － 电荷传递速率 k0 》m 传质过程为速控步骤
浓差、电化学、电阻极化及混合作用下的极化曲线
j 浓差
jl
=电化学+ 浓差
电化学
电阻
=电化学+ 浓差+ 电阻
0
首先必须深刻地从理论上了解构成电极过程的各个基本 过程,了解它们影响这些过程的各影响因素以及每个过程 本身的主要矛盾,以及它们之间的相互联系
中科院应化所 电极过程 课件 第一二章习题
中科院应化所电极过程课件第一二章习题1.比较分析电子导电与离子导电？电子导电：能量传送，几乎没有物质的变化离子导电：电子转移，能量转换，伴随物质的(化学)变化2.电极过程主要有哪些步骤和过程？步骤构成：(1)反应物粒子从溶液向电极表面移动－传质步骤，如扩散，强制搅拌，超声搅拌等，(2)可能的化学反应－前置步骤，如化学反应，吸附等，(3)在电极表面得失电子－电化学步骤，(4) 可能的化学反应－后置步骤，如脱附，化学反应等，(5)产物粒子离开电极表面向溶液移动，或生成新相如气体或沉积固体。
过程：氧化，还原电迁移：电场驱动的运动扩散：浓度差驱动的运动对流：温差/搅拌驱动的运动3.电解池的构成和各部分的作用？电解池构成:阴极, 阳极,电解质4.电化学反应的特点？复杂特点：多种物种粒子，多种串接或并发的反应复杂的反应环境：异相反应(材料，表面积，活性中心，吸附，界面电场)，影响因素：化学作用和电场作用5.工作电极等效电路及各部分含义R1溶液电阻，C界面电容R2？？相关化学变化P1036.三电极体系构成和各部分的作用。
7.分析电势的定义过程，比较电势、化学势、电化学势的含义。
静电势基准：真空无限远处的点电荷为零电势：8.从吉布斯自由能公式推导吉布斯吸附等温式，进而针对电化学固液界面导出Lippman公式idqμϕγ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂-=P211-P213 自由能体相G = f (T, P, n)界面G = f (T, P, A, n)9. 什么是理想极化电极？电极要求：不发生电化学反应，电势改变仅导致电荷分布变化，导致离子与金属的相互作用(吸附脱附)，离子于金属电极间不发生电子转移－－理想极化电极10. 研究界面结构的两种基本实验方法是？电容法，P219-P223表面吸附量，P224-P22611. 简述GCS 分散双电层模型及其主要结论考虑溶液中粒子热运动，势能场中的粒子分布，电场中电荷分布，离子为点电荷 ()分散紧密C C dq d dq d C 11111+=+-=ϕϕϕ1. 溶剂化离子能接近电极的最短距离为d －内层，紧密层；介电常数恒定，电场强度恒定，电势梯度恒定(电势线性变化)2.X>d，分散层；x=d处，电势ϕ13.粒子热运动，均匀势能场，均匀静电场4.1/C = 1/C(紧密层) + 1/C (分散层)，二层串联5.无特性相互作用(即仅考虑电作用)P233-P240结果和分析。
电分析化学引论(与“电极”相关文档)共16张PPT
第5页，共16页。
二、 电池表达式 (-) 电极a 溶液(a1) 溶液(a2) 电极b (+)
阳极
E
阴极
电池电动势: E = c - a+液接 = 右 - 左+液接
当E>0，为原电池；E<0为电解池。
正、负极和阴、阳极的区分： 原电池：电位高的为正极，电位低的为负极； 电解池：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极。
I 1) 分析检测限低；
2
lg 0.51z2[ ] A) 若反应物或产物是纯固体或纯液体时，其活度定义为1。
i
0
1Ba I 2)电解质溶液间以一定方式保持接触使离子从一方迁移到另一方；
标其准中电 ，极电0为位标：准常电实温极条电际件位下工；(29作8. 中，为方便直接求出浓度，常以条件电极电位0’代替标准电
第10 章
10.1 化学电池
一、基本概念 二、 电池表达式 10.2 电极电位 一、标准电极电位及其测量 二、Nernst方程式
三、条件电极电位0’
10.3 液接电位及其消除
一、 液接电位的形成
二、 液接电位的消除——盐桥 10.4 电极极化与超电位
一、电极的极化 二、去极化
三、超电位
电分析化学引论
传质速率；吸附或化学吸附特性；化学反应的速率常数和平衡
常数测定等。
第3页，共16页。
10.1 化学电池(Chemical cell)
一、基本概念
1、化学电池定义：化学电池是化学能与电能互相转换的装置。 2、组成化学电池的条件：1) 电极之间以导线相联；2)电解质溶液间以一定方式保持接触使 离子从一方迁移到另一方；3) 发生电极反应或电极上发生电子转移。 3、电池分类：
二、 电池表达式 (-) 电极a 溶液(a1) 溶液(a2) 电极b (+)
阳极
E
阴极
电池电动势: E = c - a+液接 = 右 - 左+液接
当E>0，为原电池；E<0为电解池。
正、负极和阴、阳极的区分： 原电池：电位高的为正极，电位低的为负极； 电解池：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极。
I 1) 分析检测限低；
2
lg 0.51z2[ ] A) 若反应物或产物是纯固体或纯液体时，其活度定义为1。
i
0
1Ba I 2)电解质溶液间以一定方式保持接触使离子从一方迁移到另一方；
标其准中电 ，极电0为位标：准常电实温极条电际件位下工；(29作8. 中，为方便直接求出浓度，常以条件电极电位0’代替标准电
第10 章
10.1 化学电池
一、基本概念 二、 电池表达式 10.2 电极电位 一、标准电极电位及其测量 二、Nernst方程式
三、条件电极电位0’
10.3 液接电位及其消除
一、 液接电位的形成
二、 液接电位的消除——盐桥 10.4 电极极化与超电位
一、电极的极化 二、去极化
三、超电位
电分析化学引论
传质速率；吸附或化学吸附特性；化学反应的速率常数和平衡
常数测定等。
第3页，共16页。
10.1 化学电池(Chemical cell)
一、基本概念
1、化学电池定义：化学电池是化学能与电能互相转换的装置。 2、组成化学电池的条件：1) 电极之间以导线相联；2)电解质溶液间以一定方式保持接触使 离子从一方迁移到另一方；3) 发生电极反应或电极上发生电子转移。 3、电池分类：
《电分析化学》课件
CHAPTER 03
电分析化学实验技术
实验设计原则
科学性原则
实验设计应基于科学原理，能够客观 反映事物的本质属性和内在规律。
可行性原则
实验设计应充分考虑实验条件、资源 和技术水平，确保实验能够顺利实施 。
创新性原则
实验设计应具有创新性，能够探索新 的研究领域或验证新的科学假设。
简洁性原则
实验设计应尽量简化实验步骤和操作 ，以提高实验效率和准确性。
纳米技术
利用纳米材料和纳米结构 在电分析化学中的应用， 提高检测灵敏度和选择性 。
生物技术
结合生物技术和电分析化 学，开发新型生物传感器 和生物芯片，用于生物分 子检测和疾病诊断。
光子学技术
利用光子学原理和技术， 开发新型光电化学传感器 和光谱电化学分析方法。
交叉学科融合发展
物理学
环境科学
将物理学中的理论和方法应用于电分 析化学，如量子化学计算、量子点光 谱等。
《电分析化学》ppt课 件
目录
• 电分析化学简介 • 电分析化学基础知识 • 电分析化学实验技术 • 电分析化学在环境监测中的应用 • 电分析化学的未来发展与挑战
CHAPTER 01
电分析化学简介
定义与特点
定义
电分析化学是研究电化学分析方法的 科学，通过测量电学量来研究物质的 化学性质和组成。
特点
灵敏度高、选择性好、操作简便、易 于自动化等。
发展历程
早期阶段
18世纪末，伏特电池的发明为 电分析化学奠定了基础。
19世纪
电解分析和滴定法等电分析方 法开始出现。
20世纪
极谱法、伏安法等电分析方法 的出现和应用，推动了电分析 化学的发展。
现代
电化学极化ppt课件
巴特勒-伏尔摩方程(Butler—Volmer)
• 习惯规定：
电极发生净还原反应（阴极反应）时，j 为正值，
电极发生净氧化反应（阳极反应）时，j 为负值。
• 若电极反应净速度用正值表示时：
jk
j
j
j
0
exp(
nF
RT
k
)
exp(
nF
RT
k
)
宏观
微观
均为正值
ja
j
j
j
0
exp(
nF
RT
a
)
exp(
• 极化曲线也常以电位与电流密度的对数lgi 来表示: 半对数极化曲线
•问题: 为什么在不同条件下测得的极化曲线具有不同的形 状？测得的极化曲线能说明什么问题？ •要弄清这些问题必须了解电极过程动力学的规律。
§4.2电极过程的基本历程和速度控制步骤
一、电极过程的基本历程 二、电极过程的速度控制步骤 三、浓差极化和电化学极化 四、准平衡态
• 电极上有1摩尔物质还原或氧化，就需要通过nF电量。
•
电极反应速度用电流密度表示：
j nFv nF 1 S
dc dt
（4.3)
• 当电极反应达到稳定状态时，外电流全部消耗于电极 反应，即代表了电极反应速度。
• 电极电位（或过电位）与电流密度之间的 关系画成曲线叫做极化曲线
四、极化曲线的测量
3、电化学极化：由于电极表面得、失电子的 电化学反应的迟缓，而引起的电极电位偏离 平衡电位（稳定电位）的现象。
四、准平衡态
• 如果电极过程的非控制步骤的反应速度比控制步骤 的速度大得多，
当电极过程以控制步骤的速度进行时， 可以近似地认为电极过程的非控制步骤处于平衡状态，
中科院应化所电极过程课件电分析化学
电分析化学研究内容
电分析化学应用
在环境监测、生物医药、能源材料等 领域有广泛应用。
主要包括电解质溶液理论、电极过程 动力学、电化学分析方法等。
电极过程基本原理
01
02
03
电极反应
电极上发生的氧化或还原 反应，是电池或电解池工 作的基础。
电极电位
电极反应产生的电位差， 是电化学反应的驱动力。
电极过程动力学
膜电位
离子选择性电极的核心是敏感膜，膜电位是指敏 感膜两侧的电位差，它决定了电极的选择性和响 应性能。
离子选择性电极的应用
广泛应用于环境监测、生物医学、食品分析等领 域。
电位滴定法与电位溶出法
01
电位滴定法
通过测量滴定过程中电位的变化来确定滴定终点的方法。具有准确度高
、适用范围广的优点。
02 03
电导分析法基本原理
电导率与溶液浓度的关系
电导率随溶液浓度的增加而增大，通过测量溶液的电导率 可以间接确定溶液的浓度。
电导池常数
电导池常数是电导分析法中的一个重要参数，它与电导池 的形状、尺寸和电极间距有关，影响电导测量的准确度。
温度对电导率的影响
温度对溶液的电导率有显著影响，一般随着温度的升高， 溶液的电导率增大。因此，在电导分析中需要控制温度或 进行温度补偿。
参比电极与指示电极
参比电极具有稳定的电位，用作电位测量的基准；指示电极则随待 通过测量指示电极与参比电极之间的电位差，可以间接得到待测离 子的浓度信息。
离子选择性电极与膜电位
1 2 3
离子选择性电极
一种对特定离子具有选择性响应的电极，其电位 与待测离子浓度的对数呈线性关系。
中科院应化所电极 过程课件电分析化 学
精选中科院应化所电极过程课件电分析化学资料
董献堆 研究员
实验结果特征
界面218
1. 张力最大点－o零电荷电势PZC
2. 负电势(荷负电)区，重合 3. 正电势(荷正电)区，偏离
原因？ －>电势如何分布？
版权 2000~3 47 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
电容法 金属电容
电化学：界面 电容串联，辅 助电极面积大， 可忽略辅助电 极电容 可测固体电极
董献堆 研究员
电分析与电化学
基础121
电分析化学：寻找可用于定性定量 分析的关系和分析条件，实现 分析方法和技术。
电化学：研究过程规律、工作机理 ，实现应用如能量转换、防腐 蚀、材料制造等。
版权 2000~3 24 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
基础知识
基础122
物理化学：热力学动力学，容量性质， 强度性质，熵，自由能，活度，化学 势，活化能，平衡常数，速度常数， 吸附，静电作用，布郎运动，能级， 费米能级，波兹曼分布，泊松公式， 菲克定律，流体力学，流量，扩散 ….
基础知识与参考书
版权 2000~3 3 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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化学反应
基础101
原子间的电子得失：化合、分解…
原子的电子共享：化合、复分解…
原子相对位置的重排：结晶、晶体结 构…
伴随变化：光、热、电、结晶、相变等
版权 2000~3 4 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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电化学
基础102
化学：研究物质变化及其伴随现象的规律和 关系，变化的对象、物质的量(浓度、摩 尔)、变化的快慢(速度)、变化的程度(平 衡)、变化的条件(光、热、电、混 合…)….
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特征：氧化还原分别在两个电极 上发生，电极电势控制反应 的方向、影响速度
版权 2000~3 13 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
过程
基础111
氧化，还原 电迁移：电场驱动的运动 扩散：浓度差驱动的运动 对流：温差/搅拌驱动的运动
版权 2000~3 14 电分析国家实验室分析仪器研发中心
电化学：研究过程规律、工作机理 ，实现应用如能量转换、防腐 蚀、材料制造等。
版权 2000~3 24 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
基础知识
基础122
物理化学：热力学动力学，容量性质， 强度性质，熵，自由能，活度，化学 势，活化能，平衡常数，速度常数， 吸附，静电作用，布郎运动，能级， 费米能级，波兹曼分布，泊松公式， 菲克定律，流体力学，流量，扩散 ….
董献堆 研究员
研究什么？
基础112
研究对象：反应物和产物 反应场所：电极表面及固液界面区 过程：氧化，还原,电迁移,扩散,对流 规律：电控制的规律
版权 2000~3 15 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
如何研究？
基础113
降低复杂性：单电极上反应 可控制反应：电极电势/电流 可测量：电势/电流/浓度/时间/... 可分析：各变量间的关系
董献堆 研究员
单电极上反应
基础115
(3)在电极表面得失电子－电化学 步骤，
(4) 可能的化学反应－后置步骤， 如脱附，化学反应等，
(5)产物粒子离开电极表面向溶液 移动，或生成新相如气体或沉 积固体。
版权 2000~3 18 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
控制反应
基础116
版权 2000~3 19 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
电子离子
基础104
电子导电：能量传送 几乎没有物质的变化
离子导电：电子转移 能量转换 伴随物质的(化学)变化
版权 2000~3 7 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
电子离子
基础105
电子电路：电压V, 电流I , 电阻R 电容C, 电感……
离子导电：电势E(V), 电流
董献堆 研究员
测量分析
基础117
电子线路：控制测量电势、电流 、浓度、时间、...
计算机：分析数据，获取各变量 间的关系
结论/规律
版权 2000~3 20 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
研究内容
基础118
实验－控制测量
－>获得变量关系
－>分析动力学，热力学，速 度常数，平衡常数，反应历 程，控制步骤。
基础109
Zn (s) + CuSO4 (aq) ZnSO4 (aq) + Cu (s)
半反应:
oxidation redu2ceti-on
Zn (s)
Zn2+阳+极 阴极
Cu2+ + 2e- Cu (s)
版权 2000~3 12 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
电解池
基础110
电解池构成: 阴极, 阳极,电解质
实验特点
基础120
主要工具和技术：
恒电位仪－控制电极电势，测 量电流；或控制电流，测量 电极电势。时间、物种及其 浓度
其它：光谱、表面、结构分析
版权 2000~3 23 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
电分析与电化学
基础121
电分析化学：寻找可用于定性定量 分析的关系和分析条件，实现 分析方法和技术。
中科院应化所电极过程课件电分析化学
董献堆 研究员
董献堆 研究员
董献堆 研究员
董献堆 研究员
电子离子
基础103
相：电子导电相(金属)和离子导电 相(电解质溶液及其组份)
物理量：电压(电势)、电流(反应速 度)、物种浓度、其它条件(温 度、搅拌…)
版权 2000~3 6 电分析国家实验室分析仪器研发中心
离子导电：服从相同规律, 只是R表 达复杂,而且与E 、I、化学变化 相关
版权 2000~3 10 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
电池过程
阳极 Zn
基础108
盐桥
1.1 V 阴极
Cu
ZnSO4
版权 2000~3 11 电分析国家实验室分析仪器研发中心
CuSO4
董献堆 研究员
电池过程
电势，能斯特公式，电学基本概念
版权 2000~3 25 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
参考书
基础123
查全性，电极过程动力学导论，第 三 版 ， 科 学 出 版 社 ， 2019 ， sciencep
A.J.Bard, L.R.Faulkner, 电化学方 法－原理和应用
其它电化学、电分析基础理论教材
版权 2000~3 26 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
思考题1
基础124
1. 比较分析电子导电与离子导电？ 2. 电极过程主要有哪些步骤和过程？ 3. 电解池的构成和各部分的作用？ 4. 电化学反应的特点？ 5. 工作电极等效电路及各部分含义
版权 2000~3 27 电分析国家实验室分析仪器研发中心
结论/规律
版权 2000~3 16 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
电极上反应
基础114
步骤构成：
(1)反应物粒子从溶液向电极表面移 动－传质步骤，如扩散，强制 搅拌，超声搅拌等，
(2)可能的化学反应－前置步骤，如 化学反应，吸附等，
版权 2000~3 17 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
界面目录电势定义来自固液界面性质界面模型
电势、吸附、极化
版权 2000~3 28 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
测量基础
版权 2000~3 21 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
复杂特点
基础119
多种物种粒子
多种串接或并发的反应
复杂的反应环境：异相界面反应 (材料表面性质，表面积，活 性中心，吸附，界面电场)，
影响因素：化学作用和电场作用
版权 2000~3 22 电分析国家实验室分析仪器研发中心
董献堆 研究员
I,
？？相关化学
变化
版权 2000~3 8 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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电子离子
R1
基础106
C
等效电路
R2
R1溶液电阻，C界面电容 R2？？相关化学变化
版权 2000~3 9 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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电子离子
基础107
电子电路：并联、串联, V=IR, 欧姆定律, 基尔霍夫定律
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过程
基础111
氧化，还原 电迁移：电场驱动的运动 扩散：浓度差驱动的运动 对流：温差/搅拌驱动的运动
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电化学：研究过程规律、工作机理 ，实现应用如能量转换、防腐 蚀、材料制造等。
版权 2000~3 24 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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基础知识
基础122
物理化学：热力学动力学，容量性质， 强度性质，熵，自由能，活度，化学 势，活化能，平衡常数，速度常数， 吸附，静电作用，布郎运动，能级， 费米能级，波兹曼分布，泊松公式， 菲克定律，流体力学，流量，扩散 ….
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研究什么？
基础112
研究对象：反应物和产物 反应场所：电极表面及固液界面区 过程：氧化，还原,电迁移,扩散,对流 规律：电控制的规律
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如何研究？
基础113
降低复杂性：单电极上反应 可控制反应：电极电势/电流 可测量：电势/电流/浓度/时间/... 可分析：各变量间的关系
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单电极上反应
基础115
(3)在电极表面得失电子－电化学 步骤，
(4) 可能的化学反应－后置步骤， 如脱附，化学反应等，
(5)产物粒子离开电极表面向溶液 移动，或生成新相如气体或沉 积固体。
版权 2000~3 18 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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控制反应
基础116
版权 2000~3 19 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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电子离子
基础104
电子导电：能量传送 几乎没有物质的变化
离子导电：电子转移 能量转换 伴随物质的(化学)变化
版权 2000~3 7 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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电子离子
基础105
电子电路：电压V, 电流I , 电阻R 电容C, 电感……
离子导电：电势E(V), 电流
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测量分析
基础117
电子线路：控制测量电势、电流 、浓度、时间、...
计算机：分析数据，获取各变量 间的关系
结论/规律
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研究内容
基础118
实验－控制测量
－>获得变量关系
－>分析动力学，热力学，速 度常数，平衡常数，反应历 程，控制步骤。
基础109
Zn (s) + CuSO4 (aq) ZnSO4 (aq) + Cu (s)
半反应:
oxidation redu2ceti-on
Zn (s)
Zn2+阳+极 阴极
Cu2+ + 2e- Cu (s)
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电解池
基础110
电解池构成: 阴极, 阳极,电解质
实验特点
基础120
主要工具和技术：
恒电位仪－控制电极电势，测 量电流；或控制电流，测量 电极电势。时间、物种及其 浓度
其它：光谱、表面、结构分析
版权 2000~3 23 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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电分析与电化学
基础121
电分析化学：寻找可用于定性定量 分析的关系和分析条件，实现 分析方法和技术。
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电子离子
基础103
相：电子导电相(金属)和离子导电 相(电解质溶液及其组份)
物理量：电压(电势)、电流(反应速 度)、物种浓度、其它条件(温 度、搅拌…)
版权 2000~3 6 电分析国家实验室分析仪器研发中心
离子导电：服从相同规律, 只是R表 达复杂,而且与E 、I、化学变化 相关
版权 2000~3 10 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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电池过程
阳极 Zn
基础108
盐桥
1.1 V 阴极
Cu
ZnSO4
版权 2000~3 11 电分析国家实验室分析仪器研发中心
CuSO4
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电池过程
电势，能斯特公式，电学基本概念
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参考书
基础123
查全性，电极过程动力学导论，第 三 版 ， 科 学 出 版 社 ， 2019 ， sciencep
A.J.Bard, L.R.Faulkner, 电化学方 法－原理和应用
其它电化学、电分析基础理论教材
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思考题1
基础124
1. 比较分析电子导电与离子导电？ 2. 电极过程主要有哪些步骤和过程？ 3. 电解池的构成和各部分的作用？ 4. 电化学反应的特点？ 5. 工作电极等效电路及各部分含义
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结论/规律
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电极上反应
基础114
步骤构成：
(1)反应物粒子从溶液向电极表面移 动－传质步骤，如扩散，强制 搅拌，超声搅拌等，
(2)可能的化学反应－前置步骤，如 化学反应，吸附等，
版权 2000~3 17 电分析国家实验室分析仪器研发中心
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电势、吸附、极化
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测量基础
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复杂特点
基础119
多种物种粒子
多种串接或并发的反应
复杂的反应环境：异相界面反应 (材料表面性质，表面积，活 性中心，吸附，界面电场)，
影响因素：化学作用和电场作用
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I,
？？相关化学
变化
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电子离子
R1
基础106
C
等效电路
R2
R1溶液电阻，C界面电容 R2？？相关化学变化
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电子离子
基础107
电子电路：并联、串联, V=IR, 欧姆定律, 基尔霍夫定律