李狄-电化学原理-第八章-气体电极过程
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
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
电极过程概述PPT课件
电极过程概述
4.3 电极过程的基本历程和速度控制步骤 4.3.1 电极过程的基本历程
• 电化学反应过程 至少包含阳极反 应过程、阴极反 应过程和液相传 质过程三部分。 他们是串联进行 的，彼此独立而 可以分别研究。
Zn在0.38MZnCl2溶液 中
电极过程概述
电化学反应速度的表示方法
设电极反应为：One R
按异相化学反应速度表示： v 1 dc S dt
采用电流表示： i nFvnF1dc S dt
当电极反应达到稳定状态时，外电流将全部 消耗于电极反应，实验测得的外电流密度值 就代表了电极反应速度。
阴极
Ic
电 流
强
- i,-
i,- i,+
i,-
i,+
i,+
度
+
E
c
a
V
充电 Ic 阴极
Ox1+z1e
(电解池) 阳极
I 电极过程概述
Red1
Red2 Ox2+z2e
a
原电池与电解池的比较
原电池 阴极(+)→负移 阳极(-)→正移
E>V
电解池 阳极→正移 阴极→负移
E<V
电极过程概述
极化
电极= 活化+ 浓差+电阻
有电流通过时，产生一对矛盾。
一方为电子的流动，它起着在电极表面积累电 荷，使电极电位偏离平衡电位的作用，即极化 作用。
另一方是电极反应，它起着吸收电子运动所传 递过来的电荷，使电极电位恢复到平衡状态的 作用，可称为去极化作用。
李狄电化学原理-第八章气体电极过程剖析PPT课件
c 常数 12 .3RFTloigc
可计算25℃时Tafel斜率
b0.03V9
13
迟缓放电理论适用范围 迟缓放电理论必须满足以下两个条件才 适用：
均匀表面
吸附氢原子表面覆盖度小的高过电位金 属
14
迟缓复合理论
基本观点： 控制步骤为：
M H M HH 2
实验依据：
HO
2
中间产物为 MO或表面氧化物
19
中间产物为 H2O2或 HO2的基本历程 在酸性或中性溶液中：
1 O2 2H 2eH2O2
2 H 2 O 2 2 H 2 e 2 H 2 O
或
H2O2 12O2 H2O 化学催化分解
20
在碱性溶液中：
1 O 2H 2 O 2 e H2 O OH
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
23
H 2 O 2 O H H 2 O H 2 O
2 H2 O H 2O 2e 3 OH
或 HO 2 12O2 OH 化学催化分解
21
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
22
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
H 与2 pH无关 c 不太大时，实验的b值与理论值吻合
15
第三节 氢电极的阳极过程
光滑Pt上的阳极反应历程 ：
分子氢溶解并扩散传质；
物理化学 课件 第八章 电化学
mCu n M Cu 0.5 63.549 103 kg 31.77 103 kg
§8.1.2 离子的迁移数
1. 离子的迁移数的定义
6mol 6mol
6mol
4mole 4mole
减少1mol
υ+=3υ-
减少3mol
阴阳离子速度不同
阴，阳离子迁移的电量不同 离子迁出相应电极区物质量的不同
A B Az+ Bz可看作是正负离子的摩尔电导率之和
, , m m m
,
因而弱电解质的摩尔电导率
HAC NaAC HCl NaCl m m m m H + AC m m
1 m Cu 2+ 2 m Cu 2+ 2
+ + 1 m M z B zB m M z B zB
2 电导的测量及, m的计算
电导的测量实际上是测电阻 当T中电流为0时: 电导
R1 R3 Rx R4
1 R3 1 AC 1 G Rx R4 R1 CB R1
(2) 摩尔电导率与浓度
m
c
n = 1mol l=1m
•强弱电解质浓度降度，摩尔电导率增大 强：n一定，c, v+, v- 弱：n一定，c, n+, n- v+, v- •强电解质在很稀的溶液中，m与 c 成直线函数
m A c m
——极限摩尔电导率 m
弱电解质：无上述直线关系 无法从实验直接求得弱电解质的极限摩尔电导率
§8.1 电解质溶液理论
电化学原理_(李狄_著)北航出版社_课后1-7章习题参考答案
电化学原理第一章习题答案1、解：2266KCl KCl H O H O 0.001141.31.010142.31010001000c K K K K cm 11λ−−−−×=+=+=+×=×Ω溶液 2、解：E V Fi i =λ，FE V i i λ=，，， 10288.0−⋅=+s cm V H 10050.0−⋅=+s cm V K 10051.0−⋅=−s cm V Cl 3、解：,62.550121,,,,2−−⋅Ω=−+=eq cm KCl o HCl o KOH o O H o λλλλ2O c c c ,c 1.004H H +−====设故，2,811c5.510cm 1000o H O λκ−−−==×Ω4、（1）121,,Cl ,t t 1,t 76.33mol (KCl o KCl o Cl cm λλλλλ−−−−+−+−=++=∴==Ω⋅∵中）121121121,K ,Na ,Cl 73.49mol 50.14mol 76.31mol (NaCl o o o cm cm cm λλλ++−−−−−−−=Ω⋅=Ω⋅=Ω⋅同理：，，中）（2）由上述结果可知： 121Cl ,Na ,121Cl ,K ,mol 45.126mol 82.142−−−−⋅Ω=+⋅Ω=+−+−+cm cm o o o o λλλλ，在KCl 与NaCl 溶液中−Cl ,o λ相等，所以证明离子独立移动定律的正确性；（3） vs cm vs cm u vs cm u F u a o o l o l o i o /1020.5,/1062.7,/1091.7,/24N ,24K ,24C ,C ,,−−−×=×=×==++−−λλ5、解：Cu(OH)2== Cu 2++2OH -,设=y ；2Cu c +OH c −=2y 则K S =4y 3因为u=Σu i =KH 2O+10-3[y λCu 2++2y λOH -]以o λ代替λ（稀溶液）代入上式，求得y=1.36×10-4mol/dm 3所以Ks=4y 3=1.006×10-11 (mol/dm 3)36、解： ==+，令=y ，3AgIO +Ag −3IO Ag c +3IO c −=y ，则=y S K 2，K=i K ∑=+（y O H K 2310−+Ag λ+y −3IO λ）作为无限稀溶液处理，用0λ代替，=+y O H K 2310−3AgIO λ则：y=43651074.1104.68101.11030.1−−−×=××−×L mol /;∴= y S K 2=3.03810−×2)/(L mol 7、解：HAc o ,λ=HCl o ,λ+NaAc o ,λ-NaCl o ,λ=390.7，121−−⋅Ωeq cm HAc o ,λ=9.02121−−⋅Ωeq cm ∴α0/λλ==0.023，==1.69αK _2)1/(V αα−510−×8、解：由欧姆定律IR=iS KS l ⋅=K il,∵K=1000c λ,∴IR=1000il cλ⋅=V 79.05.0126101010533≈××××− 9、解：公式log ±γ=-0.5115||||+Z −Z I （设25）C °（1）±γ=0.9740，I=212i i z m ∑,I=212i i c z ∑，=（）±m ++νm −−νm ν1（2）±γ=0.9101，（3）±γ=0.6487，（4）±γ=0.811410、解：=+H a ±γ+H m ，pH=-log =-log （0.209+H a 4.0×）=1.08电化学原理第二章习题答案1、 解：()+2326623Sb O H e Sb H O ++++ ，()−236H H +6e + ，电池:2322323Sb O H Sb H O ++解法一：00G E nF ∆=−83646F =0.0143V ≈，E=+0E 2.36RT F 2232323log H Sb O Sb H OP a a a ==0.0143V0E 解法二：0602.3 2.3log log 6Sb Sb H H RT RT a a F Fϕϕϕ+++=+=+； 2.3log H RTa Fϕ+−=∴000.0143Sb E E ϕϕϕ+−=−===V2解：⑴，(()+22442H O e H O +++ )−224H H +4e + ；电池:22222H O H O +2220022.3log 4H O H O P P RT E E E Fa =+= 查表：0ϕ+=1.229V ，0ϕ−=0.000V ，001.229E V ϕϕ+−∴=−= ⑵视为无限稀释溶液，以浓度代替活度计算()242Sn Sn e ++−+ ，()，电池:32222Fe e Fe ++++ 23422Sn Fe Sn Fe 2+++++ +23422022.3log 2Sn Fe Sn Fe C C RT E E F C C ++++=+=（0.771-0.15）+220.05910.001(0.01)log 20.01(0.001)××=0.6505V ⑶()，，(0.1)Ag Ag m e +−+ ()(1)Ag m e Ag +++ (1)(0.1)Ag m Ag m ++→电池：(1)0(0.1)2.3log Ag m Ag m a RT E E F a ++=+，（其中，=0） 0E 查表：1m 中3AgNO 0.4V γ±=，0.1m 中3AgNO 0.72V γ±=， 2.310.4log0.0440.10.72RT E V F×∴==× 3、 解：2222|(),()|(),Cl Hg Hg Cl s KCl m Cl P Pt ()2222Hg Cl Hg Cl e −−++ ，()222Cl e Cl −++ ，222Hg Cl Hg Cl 2+ 电池：222200002.3log 2Cl Hg Hg Cl P a RT E E E F a ϕϕ+−=+==−∵O 1.35950.2681 1.0914(25C)E V ，∴=−=设 由于E 与无关，故两种溶液中的电动势均为上值Cl a −其他解法：①E ϕϕ+=−−0，亦得出0E ϕϕ+=−−②按Cl a −计算ϕ+，查表得ϕ甘汞，则E ϕϕ+=−甘汞 4、 ⑴解法一：23,(1)|(1)()H Pt H atm HCl a AgNO m Ag +=()222H H e +−+ 222，()Ag e Ag +++ g ，2222H Ag H A ++++ 电池：有E ϕϕϕ+−=−=+，02.3log()AgAgAg RTE m Fϕγ++±∴=−。
8. 第七章_多孔气体电极
)
与第三章介绍的在平面电极上的电极反应情况相比， 只是用体积比面积和体电流密度代替了原来的面积和电 流密度。
电化学原理 第七章
若除了电化学极化外，传质或固液相的电 阻极化也不可忽略时，情况较为复杂，需要进 行较复杂的分析和按一定的初始条件、边界条 件解微分方程
电化学原理 第七章
由液相电阻和电化学极化控制的电极反应电流为
3、反应涉及电位较正，表面状态随电极电位的变 化较大
4、各种金属的表面都会在一定程度上受到氧化， 氧不是在金属上而是在金属氧化物上析出。
电化学原理 第七章
氧电极过程无论是阳极析氧反应还是阴极氧还 原反应，都涉及四个电子转移的复杂过程。
阳极析氧过电位与电流的关系基本遵从Tafel方程，但 阴极还原过程常由溶解O2的传质过程控制。
L* (
RT
1
)2
~
nFS比io l
应根据反应体系的情况选择适宜的材料厚度。
电化学原理 第七章
对于更复杂的传质与电化学极化的影响等情况， 很难有明确的数学表达式。
总之，对于全浸式多孔电极体系，一般以表观 的反应电流来避开不同孔道的差异，从电极的真实 面积（比表面）、反应层内的电阻（固相和液相）、 以及孔道内的传质三个方面分别或综合考虑。
• 反应物或产物粒子在孔内的扩散引起的浓差 极化 • 反应物粒子交换电荷的电化学极化 • 电极内部固液相导电引起的电阻极化
电化学原理 第七章
考虑最简单的情况，设不存在固液相传质和导电过 程引起的浓差极化和电阻极化，这时整个电极内部的是 均匀的。由于多孔电极具有很大的比表面，而且电化学 反应可以发生在电极内部，电化学反应电流采用体电流 密度来表示比较方便。
• 传导能力与β2成反比。
电化学原理第四版李荻课件
THANKS
感谢您的观看。
05
CHAPTER
超级电容器技术与应用
利用电极与电解质界面形成的双电层或电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量。
基本原理
充电速度快、功率密度高、循环寿命长、温度范围宽、绿色环保等。
特点
优点
能量密度高、充放电速度快等。
工作原理
通过电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量，电极材料通常采用金属氧化物或导电聚合物。
充电过程
正极板上的二氧化铅和负极板上的铅在电解液的作用下，分别生成硫酸铅和水，同时有电子在外电路中流动，形成充电电流。
放电过程
硫酸铅和水在正极板和负极板上分别还原成二氧化铅和铅，同时有电子在外电路中流动，形成放电电流。
镍镉电池
01
以氢氧化镍作为正极，氢氧化镉作为负极的一种碱性蓄电池。具有大电流放电特性好、耐过充和过度放电等优点，但存在记忆效应和环保问题。
在放电过程中，铝阳极与水和电解质中的氢氧根离子发生反应生成氢氧化铝和氢气，同时释放出电子产生电流；空气中的氧气在阴极接受电子被还原成氢氧根离子。充电时，逆向反应进行，氢氧化铝得电子被还原成铝沉积在阳极上。
优缺点
铝空气电池具有高的理论比能量、低成本和环境友好等优点；但是存在铝阳极自腐蚀、氢氧化铝沉积等问题导致电池性能衰减。
铂、钯等贵金属具有良好的催化活性和稳定性，广泛应用于燃料电池、有机合成等领域。
铂族金属催化剂
通过合金化可以改善贵金属的催化性能和降低成本，如铂钌合金、铂铑合金等。
贵金属合金催化剂
纳米级贵金属催化剂具有高比表面积和优异的催化活性，应用于电催化、光催化等领域。
贵金属纳米催化剂
03
非贵金属氮化物催化剂
气体电极
气体电极（gas electrode ）指有气体参与电极反应的电极，如氢电极、氧电极等。
气体分子与溶液中相应的离子在气/液相之间的惰性金属上接受电子，从而建立电极反应的平衡。
实验室中往往用镀有铂黑的铂片作为电极之电子导体。
近年在燃料电池、金属空气电池等的研制开发中研制了载有催化剂的气体扩散电极，扩展了气体电极的应用。
气体电极是将被单质气体冲击着的铂片浸入单质气体其离子组成的溶液中而构成。
其中标准氢电极是把镀有铂黑的铂片浸入的溶液中，并以的干燥氢气不断冲击到铂电极上构成，电极结构，规定标准氢电极(SHE)的电极电势为零。
呼吸式气体电极特征在于包括外壳、气体腔、多孔电极和电解液腔构成，气体腔和电解液腔之间仅通过多孔电极内的毛细管相连通；所述气体腔或电解液腔与周期性变化的压力源相连；周期性变化的压力使多孔电极内产生周期性的气驱液和液驱气过程，形成有利于电化学反应的三相区域，加快多孔电极内的传质过程，从而提高电池的输出功率；适用于消耗气体的燃料电池电极，如氧电极、氢电极等。
气体扩散电极Gas diffusion electrode是一种特制的多孔膜电极，由于大量气体可以到达电极内部，且与电极外面的整体溶液（电解质）相连通，可以组成一种三相（固、液、气）膜电极。
它既有足够的“气孔”，使反应气体容易传递到电极上，又有大量覆盖在催化剂表面的薄液层。
催化剂（如铂黑）的粉粒分散在多孔膜中，并通过薄液层的“液孔”与电极外面的电解质溶液连通，以利于液相反应物和产物的迁移。
气体进入扩散电极发生催化反应，并产生电流，由此可测出气体的含量，常用于监测气体中某些微量组分。
用气体扩散电极制成的小型监测器用于监测环境、工厂、矿场空气中某些微量的有害气体。
气体扩散电极应用用于携带式的一氧化碳监测仪，其中的电解质用稀硫酸，含有一氧化碳的气流通过装有催化剂的气体扩散电极被氧化为二氧化碳，氧气则被还原为水。
测量这一电池的电流，便可测出一氧化碳含量。
气体电极过程
91第七章 气体电极过程在电化学生产实践中，气体电极反应所涉及的面极为广泛，所以研究气体电极过程具有重要的意义。
电解食盐工业和电解水工业都是全部或部分以气体电极过程为基础的电化学工业。
在某些类型的化学电源中，利用气体电极的反应自由焓变化来获得电能，例如各种不同类型的“空气电池”、“燃料电池”，其中都是利用氧的还原构成阴极反应。
在氢氧燃料电池中，还利用氢的电离过程构成阳极反应。
另一方面，由于气体电极反应的出现，也可能对生产造成一些不利的因素，甚至带来十分有害的后果。
例如在电镀工业中，氢和氧的析出，不仅降低了主要电极反应的电流效率，氢在阴极上的析出，还能使金属引起“氢脆”，使镀层产生针孔、麻点，鼓泡等现象，氧在阳极上的析出，使阳极金属钝化，溶解不良。
在金属的电化学腐蚀中，氢离子或溶解氧的还原反应往往是促使金属腐蚀的主要原因。
为了有效地控制这些气体电极过程，要求人们研究这些过程的规律性。
下面我们将重点讨论氢和氧的阴极过程，并简单介绍电催化的基本概念。
7.1 氢的阴极析出过程氢的阴极析出过程，是各类电极过程中研究得比较多的一种，至今已有半个世纪以上的历史。
但是对氢在阴极上的析出机理，却长期存在着分歧意见，直到近年，才逐渐在主要问题上取得了比较一致的结论。
7.1.1 氢析出的基本实验事实在大多数金属电极上，氢的析出反应都存在着比较大的过电位。
塔菲尔在大量的实践中发现，在许多电极上，氢的过电位与电流密度间存在着半对数关系，即i b a lg +=∆ϕ。
在大多数纯净金属的表面上，公式中的经验常数b 具有几乎相同的数值，约0.11~0.12 v(见表7-1)。
有时虽也观察到比较高的b 值（>0.14 v ），其原因常常是由于表面状态发生了变化所致。
公式中经验常数a ，数值主要决定于电极材料。
电极不同，a 也不同，说明电极及其表面对氢的析出过程，有着不同的“催化能力”（7.8）。
一般按a 值的大小，可将电极材料大致分为三类： （1）高过电位金属（a ≈1.2~1.5 v ），如Pb 、Cd 、Hg 、Tl 、Zn 、Sn 等。
电化学原理 基础--电极过程概述
随着电流密度的增大，阴极 过电位、阳极过电位及溶液 欧姆降都会增大，因而电池 端电压变得更小。
V E
对电解池来说，情况正好相反, 阴极为负极，阳极为正极
E= ja平 - jc平
与外电源接通后，电流从阳极 (正极)流入，从阴极(负极)流 出，形成与电动势方向相同的 溶液欧姆电压降。因而电解池 瑞电压为:
Cu CuSO4
• 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h表示。
即
•
h = j - j平
Байду номын сангаас
• 过电位h是表征电极极化程度的参数，在电极过
程动力学中有重要的意义。习惯上取过电位为
正值。
• 因此规定阴极极化时： h = j平 - jc • 阳极极化时： h = j a -j平
• 恒电位法则是控制电极电位，测量相应的电流密
度值而作出极化曲线，该测量方法的适用范围较 广泛。
• 若按照电极过程是否与时间因素有关，又
可将测量方法分为稳态法和暂态法。
• 稳态法是测定电极过程达到稳定状态后的
电流密度与电极电位的关系。此时电流密 度与电极电位不随时间改变，外电流就代 表电极反应速度。
V
E
对原电池来说，断路时， 阴极为正极，阳极为负极， 故电池电动势为
E= jc平 - j a平
电极极化的结果使电位较正
的阴极电位负移，而电位较
负的阳极电位正移，因而两
极间的电位差变小了。若以
V表示电池端电压，I表示通
V
E 过电池的电流，R表示溶液
电阻
V= jc-ja-IR =（jc平- hc ）-
第七章 气体电极过程
F
ln( nFK c Co )
( zo )
1
RT
F
ln jc
酸性条件
RT (1 ) RT 1 RT ln( FK1 ) ln cH 1 ln jc F F F (1 ) RT 1 RT 常数 ln cH 1 ln jc F F
F
ln( nFK c Co )
( zo )
1
RT
F
ln jc
RT 平 常数 ln cOHF H 平 RT RT 常数 ln cOH- 1 ln jc F F
解释7.2所示实验规律
(1 ) RT 1 RT H 常数 ln cH 1 ln jc F F
RT RT 1 常数 ln c总 常数 ln cH F F
(1 ) RT 1 H 增大， ln cH 减小, 1增位不随酸浓度变化 高浓度时， 1 可以不考虑，因此析氢过电位随酸浓度 增大而减小
解释表面活性物质对析氢过电位的影响
第二节 氢电极的阴极过程
一. 氢离子在阴极上还原过程
可能的反应历程
1.液相传 质步骤 2.电化学 反应步骤 3.随后转 化步骤 4.新相生 成步骤
H 3O (本体） H 3O (电极表面附近） H 3O ＋e MH H 2 O
MH MH H 2
复合脱附
MH H 3O e H 2 H 2 O 电化学脱附
常数b的数值一般与金属性质关系不大 常数a是当j =1 A/cm2时的析氢过电位， 表征电极过程不可逆程度
电化学原理-(李狄-著)北航出版社-课后5-9章习题参考答案
第五章1、在电极界面附近的液层中，是否总存在三种传质方式？为什么？每种传质方式的传质速度如何表示？答：电极界面附近的液层通常是指扩散层，可以同时存在着三种传质方式（电迁移、对流和 扩散），但当溶液中含有大量局外电解质时，反应离子的迁移数很小，电迁移传质作用可以忽略不计，而且根据流体力学，电极界面附近液层的对流速度非常小，因此电极界面附近液 层主要传质方式是扩散。
三种传质方式的传质速度可用各自的电流密度J 来表示。
电迁移： 对流：扩散：2. 在什么条件下才能实现稳态扩散过程？实际稳态扩散过程的规律与理想稳态扩散过程有 什么区别？答：一定强度的对流的存在是稳态扩散过程的前提。
区别：在理想稳态扩散条件下，扩散层有确定的厚度，其厚度等于毛细管的长度l ；而在真实体系中，由于对流作用与扩散作用的重叠，只能根据一定的理论来近似求得扩散层的厚度。
理想稳态扩散： 实际稳态扩散： 3. 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极有什么优点？它们在电化学测量中有什么重要用途？ 答： 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极上各点的扩散层厚度是均匀的，因此电极表面各处的电流密度分布均匀。
这克服了平面电极表面受对流作用影响不均匀的缺点。
它们可以测量并分析极化曲线，研究反应中间产物的组成及其电极过程动力学规律。
4. 试比较扩散层、分散层和边界层的区别。
扩散层中有没有剩余电荷？答：紧靠电极表面附近，有一薄层，此层内存在反应粒子的浓度梯度，这层叫做扩散层；电极表面的荷电粒子由于热运动而倾向于均匀分布，从而使剩余电荷不可能完全紧贴着电极表面分布，而具有一定的分散性，形成所谓分散层；靠近电极表面附近的液流层叫做边界层，越接近电极表面，其液流流速越小。
电极/溶液界面存在着离子双电层时，金属一侧的剩余电荷来源于电子的过剩或缺贫。
双电层一侧区可以认为各种离子浓度分布只受双电层电场影响，不受其它传质（包括扩散）过程的影响。
因此扩散层中没有剩余电荷。
5. 假定一个稳态电极过程受传质步骤控制，并假设该电极过程为阴离子在阴极还原。
李狄电化学考试试卷
李狄电化学考试试卷李狄电化学考试试卷篇一：电化学第1章绪论第1章绪论1.1 电化学的发展与研究对象1.1.1 电化学的产生及其在历史上的作用1、电化学的产生电化学的产生与发展始于18世纪末19世纪初。
1791年意大利生物学家伽伐尼（Galvanic）从事青蛙的生理功能研究时，用手术刀触及解剖后挂在阳台上的青蛙腿，发现青蛙腿产生剧烈的抽动。
分析原因后认为，由于肌肉内有电解液，这时是偶然地构成了电化学电路。
这件事引起了很大的轰动。
当时成立了伽伐尼动物电学会，但未搞明白。
1799年伏打（Volta），也是意大利人，他根据伽伐尼实验提出假设：认为蛙腿的抽动是因二金属接触时通过电解质溶液产生的电流造成的。
故将锌片和银片交错迭起，中间用浸有电解液的毛呢隔开，构成电堆。
因电堆两端引线刺激蛙腿，发生了同样的现象。
该电堆被后人称为“伏打电堆”，是公认的世界历史上第一个化学电源。
2、电化学在历史上的作用伏打电堆的出现，使人们较容易地获得了直流电。
科学家们利用这种直流电得以进行大量的研究，大大地扩展了人们对于物质的认识，同时促进了电化学的发展，也极大地促进了化学理论的发展。
1）扩展了对于物质的认识。
最初人们认为自然界中有33种元素，实际上其中有一部分是化合物。
如：KOH、NaOH、NaCl、H2O 等。
1800年尼克松（Nichoson）、卡利苏（Carlisle）利用伏打电堆电解水溶液，发现有两种气体析出，得知为H2和O2。
此后人们做了大量的工作：如电解CuSO4得到Cu，电解AgNO3得到Ag，电解熔融KOH得到K等等。
10年之内，还得到了Na、Mg、Ca、Sr、Ba等，这就是最早的电化学冶金。
10年时间，人们所能得到或认识的元素就已多达55种。
没有这个基础，门捷列夫周期表的产生是不可能的。
2）促进了电学的发展1819年，奥斯特用电堆发现了电流对磁针的影响，即所谓电磁现象。
1826年，发现了欧姆定律。
这都是利用了伏打电堆，对于电流通过导体时发生的现象进行了物理学的研究而发现的。
气体电极过程
析氢过电位及其影响因素
• 定义：在某一电流 密度下，氢实际析 出的电位与氢的平 衡电位的差值 ， 叫做在该电流密度 下的析氢过电位。
2
1
平
1
2
H 平 －i
I1
I2
I
• 影响析氢过电位的因素 • 1905年Tafel提出了在电流密度中等或较高时 氢的过电位符合塔菲尔公式
H a b log I c
2SO2 4 4e 2SO3 O2
2SO3 2H2O 2SO2 4 H 4
总反应式： 2H2O 4e O2 4H
二、氧Байду номын сангаас电位
O 平
• 在给定电流密度不变时，析氧过电位也随时间而变；
• 析氧过电位与电流的关系基本遵从Tafel 方程
O a b log I
氧在阴极发生还原的过程
+E E0,O2 E0,H2
阴极电密较小时且供
氧充分时，即V4<<V3 A 阴极电密增加，供氧 B C D
受阻，即 V3<<V4
E F
iL
ic
电化学原理
氢和氧析出的电极过程
在水溶液电解质中进行的各类电极过程中，氢、氧气体 参与的氧化/还原电极反应是最常见的主反应或难以避免 的副反应。所以认为常用析氢和吸氧过程为科研和生产 服务，如氢标电极在电化学研究中的应用、燃料电池的 应用等等。另外，析氢过程和吸氧过程又会造成不少危 害，如电镀过程中的析氢反应和吸氧反应会造成镀层表 面出现孔洞、气泡等缺陷，析氢和耗氧也和金属的腐蚀 过程有着密切的关系。
氧电极的阴极过程
O2从空气中进入溶液并扩散到阴极表面还原的步骤： ①O2穿过气/液界面进入溶液； ②在溶液对流作用下，O2迁移到阴极表面附近； ③在扩散层内，O2在浓差梯度作用下扩散到阴极表 面； ④ O2在阴极表面还原。 O2+2H2O+4e 4OHηO2=EO2-E0,O2 若V4<<V3，则阴极活化极化为控制因素。阴极过电位 服从Tafel关系： ηc, O2=a´+b´lgic 若V3<<V4，则O2向阴极表面的扩散速度为控制步骤 。在氧的扩散控制下：
电化学 第6章 气体电极过程.(DOC)
第6章 气体电极过程所谓气体电极过程是指涉及气体的电极反应。
换句话说，反应物或产物为气体的电极反应就是气体电极过程。
如工业生产中电解制备H 2和Cl 2。
222Cl e Cl →---再如：--↔++OH O H e O 42422也是气体电极过程。
研究气体电极过程的主要目的是了解气体电极过程的规律，控制反应的进行，使其为科研和生产服务。
比如在电解法制备氢气中，我们可以设法降低氢析出过电位（如选择电极材料等），从而节约能源。
再如在电池工业中，充电过程中正极要有2O 析出，该反应都是副反应，对电池充电有害，我们通过研究可以设法提高2O 的析出过电位，从而提高电池的充电效率。
同样在电镀技术中，负极常常伴随着2H 的析出，由于存在该反应，使镀液体系的电流效率下降。
若能设法提高2H 的析出过电位，则电流效率则可以提高，从而节约能源。
还有就是22O H -燃料电池、Air Al ,Air Zn --电池等等都涉及气体电极过程，这方面例子很多，这里就不再一一列举了。
在气体电极过程中，研究得比较多，比较透彻的是氢、氧电极过程。
尤其是氢电极过程研究得最多，重现性好，人们认识也比较一致，有关氢电极过程的一些理论也是比较成熟的。
而氧电极研究的也不少，但认识不一致，提出几十种机理。
因此本章以氢电极为重点，氧电极也做一定介绍。
由于气体电极过程一般都涉及表面转化问题（或易于生成新相），大都涉及在电极上的吸附、吸附态中间粒子。
故先讨论吸附问题：6.1 氢原子和氧在电极上的吸附本节主要介绍吸附的方式、研究吸附的方法和吸附量的求出。
氢通常是以原子形式吸附的，而氧的吸附则是很复杂的，故不特指氧原子。
（可能形成222222O H HO HO O OH OH O O 、、、、、、、----…，ϕ不同，也可几种形式同时存在）。
氢原子吸附主要在Ni Fe Pd Pt 、、、等过渡金属表面上，而在Zn Cd Pb Hg 、、、等金属表面上从未发现过较大量的吸附氢原子。
- 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)。
二.析氢过电位
定义：在某一电流
密度下，氢实际析 出的电位与氢的平
2
衡电位的差值 。 1
1
平－i
平
i1
2
i2 i
影响析氢过电位的主要因素 电极材料性质 电极表面状态 溶液组成 温度
pH值对析氢过电位的影响
pH<7：pH增大1， 析氢过电位增加约
/V
59mV ；
pH>7：pH增大1，
二. 氧的还原过程 基本历程按反应产物可分为两类：
中间产物为 H2O或2 HO2
中间产物为 MO或表面氧化物
中间产物为 H2O或2 HO2的基本历程 在酸性或中性溶液中：
1 O2 2H 2e H 2O2
2 H2O2 2H 2e 2H2O
或
H 2O2
1 2
O2
H 2O
化学催化分解
析氢过电位减小约
59mV ；
7
pH
三. 析氢反应机理 迟缓放电理论——控制步骤为电化学反
应步骤
迟缓复合理论——控制步骤为复合步骤
电化学脱附理论——控制步骤为电化学 脱附
迟缓放电理论
基本观点： 控制步骤为：
H 3O＋e H ad H 2O
析氢过电位由电化学极化而产生
极化曲线斜率的分析
或 MO H2O 2e 2OH
碱性溶液中
三. 氧的阳极氧化过程
析出反应： 酸性溶液中：
2H2O O2 4H 4e
碱性溶液中：
4OH O2 2H 2O 4e
氧析出反应的特点
析氧过电位随时间而变；
析氧过电位与电流的关系基本遵从Tafel 方程
o a b log i
a、b均与材料、溶液、电极表面状态、 温度T等多因素有关。
酸性：MH H e 碱性：MH OH H 2O e
第四节 氧电极过程
总电极反应： 酸：O2 4H 2e 2H2O 碱：O2 2H2O 4e 4OH
一.氧电极过程的特点
反应历程复杂 ； 电极过程可逆性很小 ； 反应涉及电位范围宽，表面状态变化极
大； 易伴随各种副反应，动力学规律复杂。
若电子转移为控制步骤，从理论上知
ic i0时
c
RT
F
ln
i0
RT
F
ln ic
取 0.5则可估算处 25℃时：
b 2.3RT 0.118V
F
若复合脱附为控制步骤 ，则：
ic
2Fk
0 MH
2 exp 2Fc
RT
c
平
＝ RT
F
ln MH 0
MH
b 0.0295V
若电化学脱附为控制步骤，则ic Nhomakorabea2
Fk
,c H
0 MH
exp
Fc
RT
exp F
RT
C
取 0.5，并对上式取对数，得：
c
常数
2.3RT
1 F
log
ic
可计算25℃时Tafel斜率
b 0.039V
迟缓放电理论适用范围
迟缓放电理论必须满足以下两个条件才 适用： 均匀表面
吸附氢原子表面覆盖度小的高过电位金 属
在碱性溶液中：
1 O2 H2O 2e HO2 OH
H 2O2 OH HO2 H 2O
2 HO2 H 2O 2e 3OH
或
HO2
1 2 O2
OH
化学催化分解
中间产物为 MO或表面氧化物的基本历程
1 O（2 吸附） 2MO
2 MO 2H 2e H2O
酸性溶液中
第七章 气体电极过程
重点要求
氢、氧电极的概念及总电极反应 氢电极阴极过程的反应历程及基本动力
学规律 汞电极上氢阴极还原的理论及实验依据 氧电极过程的特点
第一节 研究氢电极过程的重要意义
标准氢电极 工业上应用 水溶液电镀 金属腐蚀
第二节 氢电极的阴极过程
一. 氢离子阴极还原的基本规律与可能历程
氢离子阴极还原过程服从Tafel公式：
c a b log ic
109 A / cm2 ic 100A / cm2
可能的反应历程
H3O (本体） H3O (电极表面附近）
H3O＋e MH H 2O
MH MH H2
复合脱附
MH H3O e H 2 H 2O 电化学脱附
nH2 H2
迟缓复合理论
基本观点： 控制步骤为：
MH MH H2
实验依据：
H与2 pH无关 c 不太大时，实验的b值与理论值吻合
第三节 氢电极的阳极过程
光滑Pt上的阳极反应历程 ： 分子氢溶解并扩散传质； 溶解氢得活性或电化学离解吸附：
H 2 2MH H 2 MH H e
吸附氢原子电化学氧化：