第四章 电化学原理极其应用
电化学电池的原理与应用
电化学电池的原理与应用电化学电池是一种能够将化学能转化为电能的装置，广泛应用于电池、电解池和燃料电池等领域。
本文将介绍电化学电池的原理和常见的应用。
一、电化学电池的原理电化学电池通过化学反应，将化学能转化为电能。
它由两个不同的电极和电解质溶液组成。
电极分为阳极和阴极，电解质溶液中则含有可导电的离子。
当两个电极通过外部电路相连时，电解质溶液中的离子会在电场的驱使下移动，从而产生电流。
在电化学电池中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
氧化反应中，物质失去电子，称为氧化剂。
还原反应中，物质获得电子，称为还原剂。
电子从阳极流向阴极，形成电流。
二、电化学电池的应用1. 储能：电化学电池广泛应用于电池领域，用于储存能量。
常见的家用电池、汽车蓄电池等都是电化学电池的应用。
电池通过电化学反应将化学能转化为电能，为各种电子设备供电。
2. 电解：电化学电池也可用于电解过程。
电解是指利用电流进行化学反应，将化合物分解为原子或离子。
经过电解的物质可以用于提取金属、制备化学品等工业过程。
3. 腐蚀防护：电化学电池可用于腐蚀防护。
例如钢铁结构在潮湿环境中易受腐蚀，通过将一个更易腐蚀的金属作为阳极，将其连接到钢铁结构上，利用电化学电池原理，可以将钢铁结构作为阴极，减缓或防止钢铁的腐蚀。
4. 燃料电池：燃料电池是一种利用化学能转化为电能的装置，具有高能量密度、高效率等特点。
它可以将燃料和氧气直接转化为电能，常用于电动汽车、无人机等领域。
5. 环境保护：电化学电池在环境保护方面也有应用。
例如电化学污水处理技术，通过电化学反应去除污水中的有害物质，提高水质。
总结：电化学电池利用化学能转化为电能的原理，具有多种应用。
它在能源储存、电解、环境保护等领域发挥重要作用。
随着科技的不断发展，电化学电池的应用前景将更加广阔。
电化学原理-第四章-电极过程概述
I
a平＋a
21
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
22
四.电极过程的基本历程
液相传质步骤 前置的表面转化步骤 电子转移步骤 随后的表面转化步骤 反应后的液相传质步骤
23
电4极.3过电程极的过基程本的历基程本历程
ideal unpolarized
electrode
甘汞电极(SCE)
10
介绍两种特殊的极端情况
理想极化电极
理想不极化电极
11
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
⑴过电位
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，
c 平c
阳极极化时，
a a 平
18
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。
jc(mA/cm2) 0
0.14
/V
0.29 0.54
0.24 0.58
0.56 0.61
0.84 0.62
1.2 0.63
2 0.64
4 0.65
c
16
17
电化学原理第四章
有电阻量纲，有时也称作 反应电阻
d d
di di
阳极极化 阴极极化
不锈钢在硫酸中的极化曲线
极化度反映了某一密度下电极极化程度变化的趋势，因而反 映了电极过程进行的难易度，极化度越大，电极极化倾向越 大，电极过程不易进行，受到阻力大，反之，极化度小，电 极反应易进行。
19:16:42
（1） 液相传质 Ag(CN)32-（溶液深处）→ Ag(CN)32-
（电极表面附近） （2）前置转化
Ag(CN)32- → Ag(CN)2-+ CN（3）电子转移（电化学反应）
Ag(CN)22- + e → Ag (吸附态) +2 CN（4）生成新相或液相传质
Ag (吸附态) → Ag（结晶态） 2 CN-（电极表面附近）→2 CN（溶液深处）
19:16:42
把控制整个电极过程速度的 单元步骤（最慢步骤）称电 极过程速度控制步骤，也可 简称控制步骤.
19:16:42
电极过程中各单元步骤的快、慢是相对的，改变电极条件， 可能使控制反应的单元步骤发生变化。 当两反应活化能差小于4KJ/mol时，若两反应速度都很慢， 则可能同时成为控制步骤，在发生控制转化过程中，也将有 新、旧控制步骤均起作用的过渡阶段，称为混合控制。此时 电极过程非常复杂，但其中仍有一个起主要作用。 由于控制步骤决定整个电极过程的速度，电极极化的特征也 决定于控制步骤的动力学特征，一般按控制步骤的不同将电 极的极化分成不同类型，常见的是浓差极化和电化学极化。
19:16:42
§４.3 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 电极过程是一系列性质不同的单元步骤串联组成的复杂过程 ，大致由下列几步串联而成。
电化学原理及应用
电化学原理与应用作业1.界面带电答：由于物质之间的相互作用，而使电荷在界面上分布不均匀从而产生电势梯度的现象。
2.界面双层电场强度答：界面双电层电场强度即界面电势差，为电极表面与溶液本体之间的电势差。
3.Ihp，Ohp答：亥姆霍兹双电层，由Helmholtz最早提出的一种双电层结构。
他认为双电层的结构与平行板电容器相似，双电层的里层在固体表面上，相反符号的外层则与固体表面平行地分布在液体中，两层之间的距离很小，约在离子大小的量级。
在此双电层中电势由里层向外层呈直线下降。
我为称平行于电极的通过吸附离子中心轨迹的平面为ihp （内亥姆霍兹层）；在液体内部，带相反电荷平行于ihp 的平面称为ohp （外亥姆霍兹层）。
4.双电层次与三电层异同答：当电极与溶液接触时，由于荷电质点（电子或离子）在两相之间转移，或是通过外电路向电极界面两侧充电，都会在两相中分别引起过剩电荷。
这些过剩电荷分布在界面两侧的薄层中，就形成了电化学双层，简称双层。
当电极表面带正电荷时，某些负离子除静电力被吸附在界面夕卜，还可以受到另一种非静电力的作用，使之被吸附于电极表面之上，通常将这种由库仑力以外的作用力所引起的吸附，称之为特性吸附。
这样就使和双电层中，负离子超过了电极表面上的正电荷。
这种过剩的负电荷，又静电吸引溶液中的正离子，形成了如下图所示的三电层。
这时，i电位的符号与「相反。
图1、三电层结构及其电位分布5.接触吸附答：接触吸附就是特性吸附，是离子与金属表面直接接触的吸附。
主要是为了回避库仑定律不能解释的现象。
形成条件：金属/溶液界面第一层为偶极子（水分子）占据，但有被离子替代的情形。
与金属离子直接接触的离子是没有一级水化层的离子。
大多数阴离子和大的阳离子没有一级水化层，故可能在电极上形成接触吸附。
6.带电界面与哪些性质有关，用什么方法测量各有什么特点？答：带电界面主要与界面张力、界面剩余电荷密度、各种离子的界面吸附量和界面电容有关。
电化学原理及应用
第4章电化学原理及应用（讲授5学时）Chapter 4 Electrochemistry本章教学内容:原电池与电极电势。
能斯特方程式的应用。
E与△r G m的关系。
氧化还原反应方向的判断。
用△r Gθm，Eθ与Kθ估计氧化还原反应进行的程度。
化学电源，蓄电池、新型燃料电池、高能电池、电解、电镀、电抛光、电解加工，金属的腐蚀及防护。
本章教学要求:(1)了解电极电势的概念，能用能斯特方程式进行有关计算(2)能应用电极电势的数据判断氧化剂还原剂的相对强弱及氧化还原反应自发进行的方向和程度。
了解摩尔吉布斯焓变与原电池电动势，标准摩尔吉布斯自由能变与氧化还原反应平衡常数的关系。
(3)了解电解、电镀、电抛光的基本原理,了解它们在工程上的应用。
(4)了解金属腐蚀及防护原理.本章教学重点：a)原电池的组成、半反应式以及电极类型；b)电极电势的概念，能斯特方程式及电极电势的应用；c)电解基本原理及应用，电镀、电抛光、电解加工；d)金属腐蚀及防护原理。
本章习题:P97 1, 2, 5, 6, 7, 9, 10概述电化学反应可分为两类：（1）利用自发氧化还原反应产生电流（原电池），反应△G＜0，体系对外做功。
（2）利用电能促使非自发氧化还原反应发生（电解），反应△G＞0，环境对体系做功。
4.1 原电池（Electrochemical cell）任何自发进行的氧化还原(oxidation-reduction)反应，只要设计适当，都可以设计成原电池用以产生电流。
4.1.1 原电池的结构与工作原理Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)结构图：P75图4-1负极Zn(s)→Zn2+(aq)+2e-(Oxidation)正极Cu2+(aq)+2e-→Cu(s) (Reduction)总反应：Zn(s)+ Cu2+(aq) →Zn2+(aq)+ Cu(s)原电池的符号（图式）(cell diagram)表示:如铜-锌原电池, :Zn∣ZnSO4(c1)┊┊CuSO4(c2)∣Cu规定(1)负极(anode)在左边，正极(Cathode)在右边，按实际顺序从左至右依次排列出各个相的组成及相态;(2)用单实竖线表示相界面,用双虚竖线表示盐桥;(3)溶液注明浓度，气体注明分压;(4)若溶液中含有两种离子参加电极反应,可用逗号隔开，并加上惰性电极.4.1.2 电极类型按氧化态、还原态物质的状态分类：·第一类，金属、或吸附了气体的惰性金属放在含该元素离子的溶液中·第二类，金属难溶盐（难溶氧化物）·第三类，电极为惰性材料，运输电子。
第四章电化学基础知识点归纳
第四章电化学基础知识点归纳第四章电化学基础知识点归纳电化学是研究电和化学之间关系的分支学科，主要研究电能和化学变化之间的相互转化规律。
本章主要介绍了电化学基础知识点，包括电化学的基本概念、电池反应、电解反应以及其相关的电解池和电极。
一、电化学的基本概念1. 电化学：研究电和化学之间相互关系的学科。
2. 电解：用电能使电解质溶液或熔融物发生化学变化的过程。
3. 电解质：能在溶液中产生离子的化合物。
4. 电解池：由电解质、电极和电解物质组成的装置。
5. 电极：用来与溶液接触，传递电荷的导体。
二、电池反应1. 电池：将化学能转化为电能的装置。
由正极、负极、电解质和导电体组成。
2. 电池反应：电池工作时在正负极上发生的化学反应。
3. 氧化还原反应：电池反应中常见的反应类型，在正极发生氧化反应，负极发生还原反应。
4. 电池电势：电池正极和负极之间的电位差。
5. 电动势：电池正极和负极之间的最大电势差。
三、电解反应1. 电解：用电流使电解质发生化学变化的过程。
2. 导电质：在电解质中起导电作用的物质。
3. 离子：在溶液中能自由移动的带电粒子。
4. 阳离子：带正电荷的离子。
5. 阴离子：带负电荷的离子。
6. 电解池：由电解质溶液、电解质和电极组成的装置。
7. 电解程度：电解质中离子的溶解程度。
8. 法拉第定律：描述了电解过程中，电流量与电化学当量的关系。
四、电解池和电极1. 电解槽：承载电解液和电极的容器。
2. 阳极：电解池中的电流从电解液流入的电极，发生氧化反应。
3. 阴极：电解池中的电流从电解液流出的电极，发生还原反应。
4. 阳极反应：电解池中阳极上发生的氧化反应。
5. 阴极反应：电解池中阴极上发生的还原反应。
6. 电极反应速度：电极上反应的速度。
7. 电极反应中间体：反应过程中形成的中间物质。
电化学是现代科学和工程领域中的重要分支，广泛应用于电池、电解、蓄电池、电解涂层、电化学合成等领域。
了解电化学的基础知识，有助于我们更好地理解和应用电化学原理。
电化学原理及应用-PPT课件
【变式1】(2010·江苏卷)下图是 一种航天器能量储存系统原理 示意图。下列说法正确的是( )
A．该系统中只存在3种形式的能量转化 B．装置Y中负极的电极反应式为： O2＋2H2O＋4e－ 4OH－ C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置X、Y形成的子系统能实 现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转 化
解析：图2是原电池，其中A(负极)电极反应式为： BH－—8e－＋8OH－ BO＋6H2O，B(正极)电极反应式为： H2O2＋2e－ 2OH－，故Na＋应往正极区迁移，A错B对；
C 项 所 对 应 的 情 况 是 Zn － C － ZnSO4 原 电 池 ( 吸 氧 腐 蚀)，负极(Zn板)电极反应式为：Zn－2e－ Zn2＋，正极 (铅笔)电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O 4OH－，C对；
3．对于二次电池反应，需要看清“充电、放电” 的方向，放电的过程为原电池，充电的过程为电 解池。 4．电解质溶液中的离子(如H+、OH-)，若电极反 应的产物能与之反应，则要写在反应式中。
【典型例题1】 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结 构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( B) A．该电池能够在高温下工作 B．电池的负极反应为： C6H12O6＋6H2O－24e－ 6CO2↑＋24H＋ C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成 标准状况下CO2 44.8 L
答案：A、B
与原电池正极相连的电极为电解池的 阳极，与负极相连的电极为电解池的阴极。 在阳极处为阴离子放电，在阴极处为阳离 子放电，根据题中的现象，可以得出阴、 阳极，进而得出正、负极。
【变式2】(2011·苏锡常镇二模)图1是在金属锌板上贴 上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料 电池；
大学化学第4章 电化学原理及应用
4
Ⅱ条件
任何自发进行的氧化还原（oxidation-reduction） 反应，只要设计适当，都可以设计成原电池用 以产生电流。
Ⅲ构成
将Zn浸入CuSO4溶液中 (△rGm =-271kJ/mol<0)。 可知反应能够自发发生，但不能形成电流。 原因：设计不合理。 但如果设计合理可以形成电流，A.Volta电池
法拉第
(Michael Faraday 1791－1867)
英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。出生在一 个贫苦铁匠家庭。仅上过几年小学，13岁时便在一家书店里当学徒。 在 此读到许多科学书籍。在送报、装订等工作之余，自学化学和电 学，并动手做简单的实验，验证书上的内容。利用业余时间听自然 哲学讲演，因而受到了自然科学的基础教育。1813年3月由戴维举荐 到皇家研究所任实验室助手。这是法拉第一生的转折点，从此他踏 上了献身科学研究的道路。同年10月戴维到欧洲大陆作科学考察， 讲学，法拉第作为他的秘书、助手随同前往。历时一年半，先后经 过法国、瑞士、意大利、德国、比利时、荷兰等国，结识了安培、 盖.吕萨克等著名学者。沿途法拉第协助戴维做了许多化学实验，这 大大丰富了他的科学知识，增长了实验才干，为他后来开展独立的 科学研究奠定了基础。1824年1月当选皇家学会会员，1825年2月任 皇家研究所实验室主任，1833----1862任皇家研究所化学教授。1846 年荣获伦福德奖章和皇家勋章。1867年8月25日逝世。
5
eA -Zn +Cu
Zn2+ SO42-
KCl饱 和溶液 胶冻
Cu2+ SO42-
铜-锌原电池
6
Ⅳ原电池的图示（cell diagram）表示 1负极(anode)写左边，正极(cathode)写右边；
电化学原理的应用
电化学原理的应用1. 简介电化学是研究电子在化学体系中转移行为的学科。
电化学原理的应用广泛涉及能源、材料科学、生物医学等领域。
本文将介绍电化学原理在能源存储和转换、电解水制氢、电化学分析等方面的应用。
2. 能源存储和转换2.1 锂离子电池 - 锂离子电池是一种常见的电化学能量存储和转换设备，广泛应用于移动设备、电动汽车等领域。
其原理是利用锂离子在正负极之间来回转移，实现能量的存储和释放。
- 电化学原理在锂离子电池中起到关键作用，包括正负极材料的选择、电解液的设计等。
2.2 燃料电池 - 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，可以利用氢气和氧气的反应产生电能。
这种电池在交通运输和低碳能源领域具有重要应用。
- 电化学原理在燃料电池中用于催化反应的发生和电子转移的控制。
3. 电解水制氢3.1 氢能源的重要性 - 氢能源是一种绿色、高效的能源形式，被广泛认为是解决能源和环境问题的关键技术之一。
- 电化学原理的应用在氢能源领域起着重要作用，特别是电解水制氢。
3.2 电解水制氢技术 - 电解水是一种将水分解为氢气和氧气的方法，其中使用电流将水分解成氢气和氧气，并通过收集氢气来获得高纯度的氢气。
- 电化学原理在电解水制氢技术中用于控制电流密度、选择电极材料等方面。
4. 电化学分析4.1 电化学分析的基本原理 - 电化学分析是使用电化学方法研究化学物质的测量分析技术，可以用于分析溶液中的离子、有机化合物等。
- 电化学原理在电化学分析中用于电流-电位曲线的解读、化学反应的动力学研究等。
4.2 应用举例：电化学传感器 - 电化学传感器是一种利用电化学原理来检测化学物质浓度的装置。
如pH传感器、气体传感器等。
- 电化学原理使得电化学传感器具有高灵敏度、快速响应和简单操作等优点。
5. 总结电化学原理的应用涵盖了多个领域，如能源存储和转换、电解水制氢、电化学分析等。
这些应用不仅推动了科学技术的发展，也对社会经济和环境可持续发展有着积极作用。
电化学原理方法与应用
电化学原理方法与应用
电化学原理是研究化学反应与电能转化之间的关系的一个分支学科。
它涉及电解、电池、电化学平衡、电化学动力学等内容，并利用电化学原理来解决一些现实生活问题。
电化学方法是利用电化学原理进行实验研究和分析的手段。
它主要包括以下几种方法：
1. 电解：通过在电解池中施加电流，使化学反应以电流为推动力进行，从而实现物质的电解或电沉积。
2. 极性法：根据电极电势的变化来测量溶液中物种的浓度或者反应速率。
常用的极性方法有极谱法、极化曲线法等。
3. 电化学发光：通过电流在电极上产生荧光或者发光信号，来测量化学物质的浓度或者其他信息。
4. 电化学阻抗谱：通过测量交流电电动势和电阻之间的关系，来分析电化学系统中的反应动力学和界面性质。
电化学应用广泛，主要有以下几个方面：
1. 能源转换：电化学原理被应用于太阳能电池、燃料电池等能源转换装置中，实现太阳能、化学能等各种能源的电能转化。
2. 电镀与防腐蚀：利用电解的原理，将金属沉积在其他金属表面上，形成保护层或者装饰层，防止金属的腐蚀。
3. 生物传感器：电化学原理被应用于生物传感器中，通过测量生物体内某些物质的电化学反应，来监测人体健康状况，或者检测环境中的污染物。
4. 分析化学：电化学方法被广泛应用于分析化学领域，如电位滴定法、极谱法等，用于测定溶液中的物质浓度、确定反应速率等。
5. 电化学催化：电化学原理也被应用于电催化反应中，通过施加电势在电极表面产生催化剂，从而加速化学反应速率，提高反应效率。
电化学反应的机理和应用
电化学反应的机理和应用电化学反应是指在电解质溶液中或电池中，由于电子的流动和离子的运动而发生的化学反应。
电化学反应是在外加电势下进行，电能被转化成化学能，或者化学能被转化成电能。
电化学反应是现代科技的重要组成部分，广泛应用于能源、环境、材料和医药等领域。
电化学反应的机理电化学反应是由电子转移和离子运动共同完成的。
在电解质溶液中，溶质被电解为正离子和负离子，这些离子在电场作用下向阴极或阳极移动。
在电池中，电子从负极移动到正极，完成化学反应。
电化学反应的机理取决于溶液中所含物质的性质和浓度，电极材料的性质，以及电流密度等因素。
电化学反应的应用1、电沉积电沉积是指在金属电极上通过电化学反应沉积出来的金属或合金。
电沉积可用于表面处理、制备导电材料和电化学分析等领域，如电镀铜、电解镍、电沉积锌等。
电沉积还可以制备吸附剂、催化剂和光催化剂等功能材料。
2、电解制氢电解制氢是指利用电化学反应将水分解成氢气和氧气的过程。
电解制氢技术可应用于氢能源的生产和储存。
目前主要使用的电解制氢技术是质子交换膜（PEM）电解。
这种技术的优点是效率高、体积小、响应速度快、排放污染物少等。
3、电动力学电动力学是指利用电极上发生的化学反应来提供电能的过程。
电动力学技术可用于制备电池、制备燃料电池和制备超级电容器等。
这些设备在电力储存和电能转换方面具有重要的应用，如储存太阳能和风能、提高汽车能效、提高移动设备电池寿命等。
4、电化学分析电化学分析是指利用外加电势对电解质溶液中的离子进行分析的过程。
电化学分析技术可用于测量离子浓度、测量溶液中的氧化还原电位、测定化学反应的速率等。
电化学分析在环境保护、食品安全、药品分析和生物传感等领域具有广泛应用。
5、电化学传感器电化学传感器是指利用电化学反应来检测或分析物质的传感器。
电化学传感器可用于检测环境污染物、食品成分、生物分子等，具有灵敏度高、选择性好、响应速度快等特点。
电化学传感器在生物医学和环境监测等领域具有广泛应用。
电化学原理及应用 PPT课件
原电池电极反应式的书写： 1．如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极和溶 液中的电解质离子，再根据正、负极反应规律和离子 放电规律书写电极反应式，由两电极反应式相加得总 反应方程式。 2．如果题目给定的是总反应方程式，可分析此反应中 的氧化或还原反应(即从化合价变化分析)，再选择一个 简单的电极反应进行书写，然后用总反应减去此电极 反应，即可得另一电极反应式。
解析：图2是原电池，其中A(负极)电极反应式为： BH－—8e－＋8OH－ BO＋6H2O，B(正极)电极反应式为： H2O2＋2e－ 2OH－，故Na＋应往正极区迁移，A错B对；
C 项 所 对 应 的 情 况 是 Zn － C － ZnSO4 原 电 池 ( 吸 氧 腐 蚀)，负极(Zn板)电极反应式为：Zn－2e－ Zn2＋，正极 (铅笔)电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O 4OH－，C对；
答案：A、B
与原电池正极相连的电极为电解池的 阳极，与负极相连的电极为电解池的阴极。 在阳极处为阴离子放电，在阴极处为阳离 子放电，根据题中的现象，可以得出阴、 阳极，进而得出正、负极。
【变式2】(2011·苏锡常镇二模)图1是在金属锌板上贴 上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料 电池；
解析：一般微生物的最适生长温度是20℃～70℃，高温
条件下微生物不能正常生长，A不正确。通入燃料
C6H12O6的极为负极，负极反应为： C6H12O6＋6H2O－24e－ 6CO2↑＋24H＋(能放出CO2应该 是酸性，所以右边写H＋。不能在左边加OH－、右边写
H2O)，B项正确。 正极反应为：6O2＋24H＋＋24e－ 12H2O，从两极反应 可知：负极生成H＋，正极消耗H＋，即通过质子交换膜
电化学法的原理及应用实例
电化学法的原理及应用实例1. 电化学法的原理电化学法是一种利用化学反应与电流之间的关系进行分析和观察的方法。
通过加电势（电压）施加在电化学电池中，使化学反应发生，然后通过电流的测量来确定反应的特性和速率。
电化学法的原理主要涉及两个基本概念：电势和电流。
电势是指电化学电池中电解质溶液中的离子在电场作用下发生氧化还原反应的能力。
电势的大小决定了反应的方向。
电流则是电化学反应中的电子流动的速率，可以用来测量反应的速率和描述反应的特性。
2. 电化学法的应用实例2.1 电镀电镀是电化学法的一个重要应用领域。
通过控制电流和电位，可以在材料表面上沉积一层金属，以提高材料的耐腐蚀性和装饰性。
电镀的过程涉及两个基本步骤：阳极溶解和阴极沉积。
阳极上的金属离子在电场作用下被氧化为阳离子，而阴极上的金属离子被还原为金属。
2.2 腐蚀分析电化学方法还可以用于腐蚀分析。
腐蚀是金属与环境中的化学物质相互作用而失去其性质的过程。
通过电化学方法，可以测量金属表面的电势和电流来评估腐蚀的程度。
这种方法不仅可以用于材料性能的评估，还可以用于确定腐蚀的机理和寻找抑制腐蚀的方法。
2.3 电化学传感器电化学法还被广泛应用于传感器技术中。
电化学传感器是一种利用电化学反应来测量和检测特定物质的装置。
通过使用特定的电化学反应和传感材料，可以实现对气体、离子、化学物质等物质的定量和定性检测。
电化学传感器广泛应用于环境监测、生物医学、食品安全等领域。
2.4 锂离子电池锂离子电池是一种常见的可充电电池，其工作原理主要依赖于电化学反应。
锂离子电池包含一个正极和一个负极，正极和负极之间的电化学反应导致锂离子在两个极之间的移动，从而产生电流。
锂离子电池的应用范围广泛，包括移动电子设备、电动车辆等。
2.5 废水处理电化学法在废水处理中也有广泛的应用。
通过施加电势，可以在电极表面上带电的金属离子与废水中的有机物发生氧化还原反应，从而实现废水的净化和去除污染物的目的。
化学反应过程中的电化学原理
化学反应过程中的电化学原理化学反应是指两种或多种物质之间发生的化学变化，其中涉及众多的反应机理和反应路径。
而这些反应过程中，离子交换和电荷转移往往是非常重要的因素。
这就是电化学原理在化学反应中的应用。
本文将详细介绍化学反应过程中的电化学原理，以及其在实际应用中的意义。
一、化学反应和电化学原理化学反应往往以加热、加压和参加催化剂等方式进行。
其中加热的作用是增加反应分子的能量，使之超过反应物之间的活化能，加速反应的进行。
而催化剂则降低反应物之间能量的阻隔，加速反应的进行。
而电化学原理则是指涉及反应物和中介物之间的电荷转移和离子交换等过程。
在化学反应过程中，原子和分子之间的电子往往会被迫转移。
例如，当氢气和氧气发生反应时，分子中的电子被迫从氢分子转移到氧分子中，形成水分子。
这种电子转移过程被称之为氧化还原反应（简称反应）。
在反应中，氧分子接收了氢分子的电子，并同时失去了电子。
这就意味着，在反应中，氧分子被还原为水分子，而氢分子则被氧化为水分子。
正是因为在反应过程中产生了电荷转移和离子交换，电化学原理才对化学反应具有重要的影响。
因此，了解电化学原理对于理解化学反应是非常必要的。
二、电解过程中的电化学原理在电解过程中，也存在着涉及电荷转移和离子交换的现象。
在电解质溶液中，电流通过电极时，电极上会产生电化学反应。
这种反应包括：氧化反应、还原反应和中间物的产生等。
通过电解，经常可以得到高纯度材料、分离混合物、制造合金等目的。
由于金属离子在电解中很容易被还原，因此电解过程被广泛应用于对金属材料的制备。
例如，通过电解，可将含铜的废电子板分离得到铜片。
当电流通过被称为阳极的电极时，被氧化的金属离子将在阳极上产生电子和一个正离子。
这些正离子被吸引到另一端的阴极上，并在那里被还原为金属。
在此过程中，金属离子的氧化和还原被称为电极关系。
三、电解质溶液中的电荷转移在电解质溶液中，物质的离子化程度是指分子和离子的浓度之比。
根据离子化程度的不同，可以将电解质溶液分为弱电解质和强电解质。
电化学原理及其应用
9
9
例1.
Zn Zn2+ (1mol.dm-3 ）
Cl-（KCl饱和）Hg2Cl2 (s) Hg(l) Pt
E= E (Hg2Cl2 / Hg) –E(Zn2+/Zn) E(Zn2+/Zn) = E (Hg2Cl2 / Hg) － E
例2. Pt Cl-（KCl饱和）Hg2Cl2 (s) Hg(l) Cu2+ (1mol.dm-3 ） Cu
电池符号(图式): Pt Cl2（pθ）Cl- （c θ ） Mn2+（ c θ ）, MnO4-(c θ ), H+(c θ ) Pt
4
4
３. 电极类型 第一类电极：单质－离子型 ● 金属-金属离子电极 Zn ∣ Zn2+…… ● 气体-离子电极 Pt ∣ H2(g) ∣ H+ (aq)， Cl- (aq) ∣ Cl2(g) ∣Pt ……
θ 已知E θ Cu 2 /Cu 0.337V，K 稳 CuNH 3 4
在 Cu 2 和 Cu组成的标准半电池中，加入氨水，当cNH 3 1.0mol dm 3 , ，E Cu 2 /Cu ? E θ CuNH 3 4 /Cu ?
2
2
10
(2) 标准氢电极
事实上, 标准电极电势的绝对值是无法测定的.于是建立 了标准氢电极, 并规定：
电极反应 : 2 H (aq) 2e H 2 g 电 对 : H /H 2 E θ H /H2 0.0000V
7
标准氢电极的构造图 见Ｐ.78, 图4-3
E= E(Cu2+/Cu)– E (Hg2Cl2 / Hg)
E(Cu2+/Cu) = E + E (Hg2Cl2 / Hg)
电化学方法原理与应用
电化学方法原理与应用电化学方法是一种利用电化学原理来研究物质性质和反应机制的实验手段。
它通过应用电化学技术，测量和控制电化学参数，来研究物质在电场作用下的电荷转移、电化学反应和电化学性质。
电化学方法基于两大重要原理：电解和电化学反应。
电解是指将电能转化为化学能的过程，也是将离子化合物在电场中分解为正、负离子的过程。
当外加电压大于离子间电势时，正离子会向阴极移动，负离子会向阳极移动，通过在阴阳极上发生化学反应，并产生电荷转移。
电化学反应是指在电场中发生的化学反应，它与传统化学反应不同，需要外加电场的存在才能进行。
在电化学反应中，阴阳极上的电子和离子直接参与反应，并发生氧化还原反应。
通过测量电解产生的电流、电势和电量变化等电化学参数，可以了解电化学反应的速率、机理和动力学特性。
电化学方法在许多领域中有着广泛的应用。
在电池和蓄电池领域，电化学方法被用于研究电池的性能、储能机制和寿命预测。
通过测量电池的开路电位、充放电电位和电流，可以评估电池性能，并优化电极材料的选择。
在腐蚀与防护领域，电化学方法被用于研究金属腐蚀的机制和防护材料的性能评估。
通过测量金属的腐蚀电位和电流，可以判断金属的腐蚀情况，并设计有效的防护措施。
在环境监测领域，电化学方法被应用于水质和大气污染监测。
通过测量水样或空气中的氧化还原电位和电流变化，可以检测水质中的污染物浓度和大气中有害气体的浓度。
在生物传感器和医学诊断领域，电化学方法被用于检测生物分子和药物浓度。
通过修饰电极表面的生物分子或药物，使其与待测物发生特异性反应，然后测量电流变化，从而实现生物分子或药物的定量分析。
此外，电化学方法还被广泛应用于电化学合成、电析、电沉积、电解水制氢等领域。
电化学合成是指利用电流通过电解将化学品合成为其他化学品的方法。
电析和电沉积是利用电场作用将金属离子还原成金属沉积在电极上的过程。
电解水制氢是利用电流分解水分子，将水分解为氢气和氧气。
总之，电化学方法是一种重要的实验手段，通过测量电流、电势和电量等电化学参数，来研究物质的电化学性质和反应机制。
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➢电化学极化 ➢是由电解产物析出过程中某一步骤(如离子的放电、原子 结合为分子、气泡的形成等)反应速率迟缓而引起电极电势 偏离平衡电势的现象。即电化学极化是由电化学反应速率 决定的。
100kPa
电
对 : H /H 2
E θ H/H2 0.0000 V
2. 电极电势的测定
E E - E-
E 例：测
Cu2 /Cu
Pt H2 p θ H 1.0mol dm3
Cu2 1.0mol dm3 Cu
电池反应: Cu2 H2 Cu 2H
Eθ
Eθ Cu2 /Cu
Eθ H /H2
阳极： 2H2O - 4e 4H 1mol.dm-3 O2 P
E H /H2
0
E O2 / H2O
1.23V
总反应 2H2Ol 2H2 g O2 g
E E - E- 1.23 - 0 1.23V
E分解电压 > E理论分解电压 (由于电极极化的原因)
23
3.极化与超电势
➢电解时电解池的实际分解电压E(实)与理论分解电压E(理) 之差(在消除因电阻所引起的电压降和浓差极化的情况下) 称为超电压E(超)，即： E(超)≈E(实)-E(理) ➢浓差极化
zFE RT ln K
即: ln K zFE RT
在298.15K时, lg K zE 0.0592v
应用见P.90，[例4.8]
22
4.4 电解
4.4.1 电解现象
1. 电解与电解池 2. 分解电压 理论分解电压：
H2Ol H2 g 1/ 2O2 g
阴极： 4H 1mol.dm-3 4e 2H2 P
３. 电极电势的意义
E电极越小，对应电对的还原态物质还原性越强； E 电极越大，对应电对的氧化态物质氧化性越强．
11
Ｐ. 355 标准电极电势表(298.15K)
还 原 性 增 强 氧 化 性 增 强
例：P.82-83
12
4.2.3 电动势与 rGm及E的关系
Q 在等温、等压条件下， rG Wmax EQ z FE
电极反应: Hg2Cl2 (s) + 2e- ＝ 2Hg (l) + 2 Cl- (aq)
饱和甘汞电极: c (Cl- ) = (KCl饱和溶液) E (Hg2Cl2 / Hg) = 0.2410v +(T- 298.15)×0.0065v
10
例1. Zn Zn2+ (1mol.dm-3 ） Cl-（KCl饱和）Hg2Cl2 (s) Hg(l) Pt
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第4章 电化学原理及其应用
Chapter 4 Electrochemistry principle and its application
1
4.1 原电池
Zns Cu2 aq Zn2 aq Cu s
r
H
m
-216kJ .mol -1
rGm -212.55kJ.mol-1
电子流动无秩序 不能形成电流
rGm zFE
若过程处于标准态 rGm zFE
当 rGm 0, 反应自发进行, E 0 当 rGm 0, 反应处于平衡态, E 0
当 rGm 0, 反应逆向自发进行, E 0 见P.83，[例4.7]
13
4.2.4 影响电极电势的因素（Nernst equation）
aA bB gG dD
可以看出 0，.2沉21V淀的生成对电极电势的影响是很大的！
E AgCl / Ag 0.221V
可以看出，沉淀的生成对电极电势的影响是很大的！
19
4.2.5 电极电势的应用（ P.88-90）
1. 比较氧化剂和还原剂的强弱
例：
E Sn4 / Sn2 0.15V E Cu2 / Cu 0.34V E Fe3 / Fe2 0.77V
3
2. 原电池符号
Zn Zn2+（c1） Cu2+（c2）Cu
➢1负极(anode)写左边，正极(cathode)写右边；
➢2单实线(single vertical real line)表示相之间的界面，双虚线(double vertical broken line)表示“盐桥”； ➢3溶液应注明浓度，气体应注明分压； ➢4若含有两种离子参与电极反应，用逗号分开； ➢5当无金属参与反应，用惰性电极Pt或C； ➢6有g(纯)、l (纯)或s (纯) ，则应写在惰性电极一边。
b a
E 0.0592 lg z
CO / C CR / C
a b
14
注意：
1.浓度以化学计量数为指数 2.纯l、s物质的浓度不列入方程 3.H+、OH-等介质也应写入nernst方程
例1：计算c(Cu2+) = 0.1mol.dm-3时，E(Cu2+/Cu) = ?
解：Cu2 2e Cu
解: ClO3 6H 6e Cl 3H2O
E ClO3 /Cl
Eθ
ClO3 /Cl
0.0592V lg [c 6
ClO3 / c ][c H c Cl / c
/ c ]6
1.45V 0.0592V lg10.06 1.51V 6
结论: 酸度增加,含氧酸的氧化能力增加。
0.337V
则 Eθ Cu2 /Cu 0.337V
这样,就依次可测出各个电极在标准态时的电极电势.
9
(3) 甘汞电极 ：Cl-（KCl饱和）|Hg2Cl2 (s) |Hg(l) |Pt
由于标准氢电极的制作和使用都很困难, 人们更愿意采用相对稳定 ，使用方便的甘汞电极作参比电极（电极电势稳定，用作比较标准）.
4
例：写出标准态时，下列反应组成原电池的电池符号。 2MnO4－ ＋ 10Cl－＋16H＋ = 2Mn２＋ ＋ 5Cl２＋8H２O
正极: 2MnO4-+16H+ + 10 e- = 2Mn2+ +8H2O 负极: 10Cl- - 10 e- = 5Cl2
电池符号(图式): Pt Cl2（pθ）Cl- （c θ ）
17
● 沉淀的生成对电极电势的影响
例4： 已知 Eθ Ag / Ag 0.799V，
若在Ag和Ag组成的 电极中 加入NaCl会产生AgCl s ，
当 c Cl 1.0moldm3时，E Ag / Ag ? 并求 Eθ AgCl/Ag ? Kθs AgCl 1.81010
按氧化态和还原态的状态不同，可将电极分为三类：
第一类电极：单质－离子型 ● 金属-金属离子电极 Zn ∣ Zn2+……
● 气体-离子电极 Pt ∣ H2(g) ∣ H+ (aq)， Cl- (aq) ∣ Cl2(g) ∣Pt ……
6
第二类电极：金属-金属难溶物电极 ● 金属-金属难溶盐电极 Ag-AgCl (s)∣ Cl- ， Cl - ∣ HgＣl2 ∣Hg …… ● 金属-金属难溶氧化物电极 Ｈ＋，Ｈ2Ｏ∣ Sb2O3 (s)∣ Sb……
lg
c H
P H2
/ c 2
/ p
=0- 0.05916 12 0.355 2
16
● 酸度对电极电势的影响
例3：已知 Eθ ClO3 /Cl 1.45V, 求：当 c ClO3 c Cl 1.0mol dm3 c H 10.0mol dm3 ，E ClO3 /Cl ?
氧化性：
Fe3 Cu2 Sn4
还原性：
Sn2 Cu Fe2
20
2. 判断氧化还原反应的方向
例：在298.15K时， pH=5介质中，判断下列反应进行的方向？
已知反应2MnO4- + 16H++10Cl - = 5Cl2 (g) + 2Mn2+ +8H2O 其中C(MnO4-) = C (Mn2+) = C(Cl-) = l mol.dm-3，P(Cl2)= 100kPa， F=96485 C. mol-1 R=8.315J. mol-1.K-1 ，(MnO4- / Mn2+) = +1.507V， (Cl2 / Cl -) = +1.358V
ECu2 /Cu
E Cu 2
/ Cu
0.05916 2
lg
c
Cu 2
/ c
= 0.340+ 0.05916 lg 0.1 0.312 2
15
例2：计算pH=6时，E(H+/H2)=? 设P(H2)=100kPa
解：2H 2e H2
E
H / H2
E H /H2
0.05916 2
Ag
Ag AgCl
c Cl 1.0moldm3
18
解:
AgCl s Ag Cl
c Ag
c Cl
K
θ s
(AgCl)
当 c Cl 1.0mol dm3 时 , c Ag Ks (AgCl)
当解电:极反应 : AAgCg l se AAgg C与l AgcClAge c CAlg CKl-s (A达gC到l)平衡时,
第三类电极：离子-离子电极 Pt∣Fe 3+, Fe 2+ ， CrO42-, Cr3+, H+ ∣Pt ……
7
4.2 电极电势
4.2.1 电极电势的产生：
溶解
M s 沉淀
Mn aq ne
8
4.2.2 电极电势的测定
1. 标准氢电极
电极反应 : 2H (aq) 2e 1mol.dm-3
H 2 g
E= E (Hg2Cl2 / Hg) –E(Zn2+/Zn) E(Zn2+/Zn) = (Hg2Cl2 / Hg) － E