Ch电解质溶液

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§8.0 引 言--电化学及其研究内容
Ch8. 电解质溶液
电化学--研究电能和化学能之间相互转化及转化 过程中有关规律的科学。
电解
电能
电池
化学能
主要研究内容:①电解质溶液理论;
②电化学平衡
③电极过程; ④实用电化学
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§8.0 引 言--发展与应用
Ch8. 电解质溶液

William Gilbert(1544-1603)
§8.2 离子的电迁移和迁移数
---离子的电迁移现象
阳极
A
B
始态
Ch8. 电解质溶液
阴极
4 m ol
r+ 3 r
终态
阳极部 A 中部 B 阴极部
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§8.2 离子的电迁移和迁移数
---离子的电迁移现象
归纳如下规律:
Ch8. 电解质溶液
➢ 向阴阳两极方向迁移的正负离子的物质的量的总和等于通入
溶液中的总的电量。
如当1mol电子的电量分别通过稀H2SO4、AgNO3及 CuSO4(用惰性电极)时,在相应的阴极上将析出物质的 物质的量1m 为ol分1 2别H 2为,1m olA g(s),1m ol1 2C u ,它们的质量之比为 1.008:107.9:31.8
阴极 1 Au3 +e 1 Au
3
3
阳极
1 2
A
B
离子迁 移情况
最后结果
阳 极
++ ----←
+++ → _____ +_ _+ _+
+++++ → ← _____ +_+_ +_ +_ _+
+++++ ← ____ +_+_ +_
→ _ + ++ +
阴 极
A
B
迁移速率相等
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§8.2 离子的电迁移和迁移数
---离子的电迁移现象
阳极
A
B
阴极
Ch8. 电解质溶液
始态
4 m ol
r+ r
终态
阳极部 A 中部 B 阴极部
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§8.2 离子的电迁移和迁移数
---离子的电迁移现象
Ch8. 电解质溶液
❖ 正离子的迁移速率是负离子的三倍(r+=3r-)
在任一平面上有3mol正离子及1mol负离子逆向通过。通电完 毕,中部溶液浓度保持不变,但阴阳两极部的浓度互不相同, 且两极部的浓度比原溶液都有所下降,降低程度不同。
--法拉第定律(Faraday’s Law)
Faraday电解定律
Ch8. 电解质溶液
⒈ 在电极界面上发生化学变化物质的质量与通入的电 荷量成正比。
⒉ 通电于若干个电解池串联的线路中,当所取的基 本粒子的荷电数相同时,在各个电极上发生反应 的物质,其物质的量相同。
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--法拉第定律(Faraday’s Law)
法拉第定律的意义
Байду номын сангаас
Ch8. 电解质溶液
该定律是电化学最早的、定量的基本定律,揭示了 通入的电量与析出物质之间的定量关系。
该定律的使用没有什么限制条件,在任何温度、 任何压力下均可以使用。
该定律是自然科学中最准确的定律 之一。
阴极上析出0.2016g铜,则通过的电量为: Q=nF=(0.2016/63.5) 2 96500=612.7C
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律 Ch8. 电解质溶液
--法拉第定律(Faraday’s Law)
注:荷电粒子基本单元 的选取
根据法拉第定律,通电于若干串联电解池中,每个电极上析出 物质的物质的量相同,这时,所选取的基本粒子的荷电绝对值必须 相同。例如:
设在两个惰性电极间有想象的平面AA和BB,将溶液分为阳极部、中 部、阴极部。设通电前,各部均有5mol正、负离子。现有4mol电子 电量通过,阴极上有4mol阳离子发生氧化反应,同时阴极上有4mol 正离子发生还原反应,溶液中的离子同时发生迁移。整个导电任务是 由正、负离子共同分担,每种离子所迁移的电量随着它们迁移速率的 不同而不同。
分析仪表:各种电化学传感器 电解制备:烧碱、H2、Na、Cu、Ag、Au等 电池:一次电池、二次电池等
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--基本概念
1、导体: 能导电的物质称为导体
Ch8. 电解质溶液
第一类导体又称电子导体,如金属、石墨等
第一类导体的特点是:
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
A
B
离子迁 移情况
最后结果
阳 极
++ ----←
+ _
+ _ +_
+ _ _+
→ __
+++++ → ← _____ +_+_ +_ +_ _+
+++++ ← ____ _+ _+ _+_+
→ _ + ++ +
阴 极
A
B
迁移速率不等
通电结束,阳极部正、负离子各少了3mol,阴极部只各少了1mol
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H
2
O
1 4
O2
+H
+e
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律 Ch8. 电解质溶液
--法拉第定律(Faraday’s Law)
电流效率:
在实际电解时,电极上常发生副反应或次级反应。例如镀锌时, 在阴极上除了进行锌离子的还原反应以外,同时还可能发生氢离 子还原的副反应。因此要析出一定数量的某一物质时,实际上所 消耗的电量要比理论电量多一些,此两者之比称为电流效率。 当析出一定数量的某物质时
离子在电场中的运动速率,除了与离子本性(离子半 径,离子水化程度,所带电荷等)、溶剂性质、溶液
浓度及温度等因素有关外,还与电场的电位梯度
--法拉第定律(Faraday’s Law)
Faraday常数(F)
Ch8. 电解质溶液
人们把在数值上等于1 mol元电荷的电量称为Faraday常数。
已知元电荷电量 e 为 1.60221019C
FLe 6 .0 2 2 1 0 2 3 m o l 1 .6 0 2 2 1 0 1 9 C 96484.6C m ol 1 96500C m ol1
Michael Faraday(1791-1867)
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1831年发现电磁感应原理,1833年Faraday Law
§8.0 引 言--发展与应用
Ch8. 电解质溶液
电化学的应用
• 应用
科学 研究
工业 生产
热力学参数的测定:△U、△H、△G、△S
分析化学中的应用:pH法、电导法、极谱 分析、电泳分析等
A
B
阳 极
++ ----←
+++ → _____ +_+_ +_
+++++ → ← _____ +_+_ +_ +_ _+
+++++ ← ____ +_+_ +_
→ _ + ++ +
阴 极
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A
B
§8.2 离子的电迁移和迁移数
---离子的电迁移现象 ❖ 正负离子的迁移速率相同
Ch8. 电解质溶液
导电任务各分担一半。在AA平面上各有2mol正、负离子逆向 通过,BB平面上也是如此。通电完毕后,中部溶液浓度没有变 化,而阴、阳两极部浓度相同,与原溶液相比各少了2mol.
C. 温度升高,电阻也升高
D. 导电总量全部由电子承担
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--基本概念
Ch8. 电解质溶液
第二类导体 称离子导体,如电解质溶液、熔融电解质等
第二类导体的特点是:
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
1600年观察到皮毛摩擦琥珀带电 现象,首次提出“electric”
Alesandro Volta(1745-1827) 1799年Zn,Ag得到直流电源
Humphry Davy (1778-829) 1807年电解得到Na、K
1833年皮克希首台发电机;帕 斯努悌在1860 年提出了发电机 电枢的设想 ; 1870 年比利时 古拉姆制成了性能优良的发电机。 被誉为“发电机之父” ;1873 年阿特涅 发明了交流发电机。
荷一价电
阴极
12H2,
1Cu, 2
1Au 3
阳极
1 4
O
2
,
1 2
Cl2
荷二价电
阴极 H2 ,
荷三价电
Cu,
2 Au 3
阳极
1 2
O2,
C l2
阴极
3 2 H2, Au
33
阳极 4 O 2 , 2 Cl2
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--法拉第定律(Faraday’s Law)
Ch8. 电解质溶液
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--基本概念
Ch8. 电解质溶液
阴极: (Cathode)
阴极、阳极
发生还原作用的极称为阴极。 在原电池中,阴极是正极;在电解池中, 阴极是负极。
阳极: (Anode)
发生氧化作用的极称为阳极。
在原电池中,阳极是负极;在电解池中, 阳极是正极。
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律
18
§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--法拉第定律(Faraday’s Law)
Ch8. 电解质溶液
4、电量计
电量计(库仑计):以电极上析出(固体或气体)或 溶解的物质的量测定电量。 如:铜电量计,银电量计和气体电量计。
例:阴极上析出0.4025g银,则通过的电量为: Q=nF=(0.4025/109) 96500=356.3C
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--法拉第定律(Faraday’s Law) 如果在电解池中发生如下反应:
Ch8. 电解质溶液
M z z e M ( s )
电子得失的计量系数为 z+,欲从阴极上沉积出1
mol M(s),即反应进度为1 mol 时,需通入的电量为 Q
Q(1) z+eLz+F
若反应进度为 时需通入的电量为
Q() z+F
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§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--法拉第定律(Faraday’s Law)
Ch8. 电解质溶液
若通入任意电量Q时,阴极上沉积出金属B的物
质的量 n B 和质量 m B 分别为:
nB
Q z+F
Q mB z+F MB
这就是Faraday电解定律的数学表达式
电 流 效 率 = 实 所 际 需 消 理 耗 论 电 电 量 量 × 100%
或者当通过一定电量时
电 流 效 率 = 电 计 极 算 上 所 产 得 物 的 的 产 实 物 际 质 质 量 量 × 100 %
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§8.2 离子的电迁移和迁移数
---离子的电迁移现象
Ch8. 电解质溶液
通电于电解质溶液后,承担导电任务的阴、阳离子分别向阳、 阴两极移动,在相应电极界面上发生氧化和还原反应,从而两 极旁溶液的浓度也发生变化。可用下图表示。
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Ch8 电解质溶液
Electrolytic Solution
2
主要内容
§8.1 电化学的基本概念和电解定律 §8.2 离子的电迁移和迁移数 §8.3 电解质溶液的电导 §8.5 电解质溶的平均活度和平均活度因子 §8.5 强电解质溶液理论简介
*固体电解质,如 AgBr、PbI2等,也属于离子导体, 但它导电的机理比较复杂,导电能力不高,本章以讨论电 解质水溶液为主。
8
§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--基本概念
2、电极(electrode):
Ch8. 电解质溶液
正极:
正极、负极
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。
--基本概念
3、电化学装置
Ch8. 电解质溶液
➢ 电解池(electrolytic cell) :
若在外电路中并联一个有一定电压的外加电源,则将有电流 从外加电源流入电池,迫使电池中发生化学反应,此时电能 转变为化学能,则该电池为电解池。
➢ 原电池(parimary cell):
若电池能自发地在电极上发生化学反应,并产生电流,此时 化学能转变为电能,则该电池为原电池。
➢ 阳极部物质的量的减少 =正离子所传导的电量(Q+ )
阴极部物质的量的减少负离子所传导的电量(Q- ) =正离子的迁移速率 负离子的迁移速率
➢ 中间部分浓度不变,两极浓度降低,正离子迁移快时,阴
极浓度大;负离子迁移快时,阳极浓度大。
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§8.2 离子的电迁移和迁移数
---离子迁移速率
Ch8. 电解质溶液
§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--基本概念
Ch8. 电解质溶液
电解池


都用铜作电极
电极①:
与外电源负极相接,是负极。 发生还原反应,是阴极。 Cu2++2e-→Cu(S)
电极②:
与外电源正极相接,是正极。 发生氧化反应,是阳极。 Cu(S)→ Cu2++2e-
13
§8.1 电化学的基本概念和电解定律
11
§8.1 电化学的基本概念和电解定律
--基本概念
Ch8. 电解质溶液
原电池
Zn电极:
Zn(S)→Zn2++2e发生氧化作用,是阳极。电子由Zn极 流向Cu极,Zn极电势低,是负极。
Cu电极:
Cu2++2e-→ Cu(S) 发生还原作用,是阴极。电流由Cu极 流向Zn极,Cu极电势高,是正极。
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