第一章 电化学理论基础 PPT
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电化学基础-PPT课件
Cu
√E
F
M
N
CCuu2SS OO 44
酒精
N a C l溶 液
H 2SO 4 H 2SO 4
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
例2. 在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用 导线连接的锌片和铜片，下列叙述正
确的是( D )
(A)正极附近的SO42 －离子浓度逐渐增大 (B)电子通过导线由铜片流向锌片
知识结构
电化学基础
氧化还 原反应
§1原电池
化学能转化 §3电解池
为电能，自
§2化学电源
发进行
电能转化为
化学能，外
§4金属的电化学腐蚀与防护 界能量推动
一、原电池原理
把化学能转变为电能的装置叫 原电池
要解决的问题： 1. 什么是原电池？ 2. 原电池的工作原理？ （电子的流向、电流的流向、离子的流向、形 成条件、电极的判断、电极反应的写法）
(1) 热敷袋使用时，为什么会放出热量？ 利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。
(2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作 用？碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起
构成原电池，加速铁屑的氧化。 氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。
(3)试写出有关的电极反应式和化学方程式。
负极：2Fe - 4e- = 2Fe2+ 正极：O2+2H2O + 4e- = 4OH总反应：4Fe+3O2+6H2O = 4Fe(OH)3
反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反 应方程式为
3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑
2.熔融盐燃料电池具有高的发电效率， 因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的 熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气， 空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制 得在650℃下工作的燃料电池，完成有关 的电池反应式：
《电化学基础》课件
电化学反应速率
总结词
电化学反应速率描述了电化学反应的快 慢程度，是衡量反应速度的重要参数。
VS
详细描述
电化学反应速率与参与反应的物质的浓度 、温度、催化剂等条件有关。在一定条件 下，反应速率可由实验测定，对于一些特 定的电化学反应，也可以通过理论计算来 预测其反应速率。
反应速率常数
总结词
反应速率常数是描述电化学反应速率的重要参数，它反映了电化学反应的内在性质。
详细描述
反应速率常数与参与反应的物质的性质、温度等条件有关。在一定条件下，反应速率常数可以通过实验测定，也 可以通过理论计算得到。反应速率常数越大，表示该反应的速率越快。
反应机理
总结词
电化学反应机理是描述电化学反应过程中各步骤的详细过程和相互关系的模型。
详细描述
电化学反应机理可以帮助人们深入理解电化学反应的本质和过程，从而更好地控制和优化电化学反应 。不同的电化学反应可能有不同的反应机理，同一电化学反应也可能存在多种可能的反应机理。 Nhomakorabea05
电化学研究方法
实验研究方法
01
重要手段
02
实验研究是电化学研究的重要手段，通过实验可以观察和测量电化学 反应的过程和现象，探究反应机理和反应动力学。
03
实验研究方法包括控制电流、电位、电场等电学参数，以及观察和测 量电流、电位、电导等电化学参数。
04
实验研究需要精密的实验设备和仪器，以及严格的操作规范和实验条 件控制。
01
02
03
电池种类
介绍不同类型电池的制造 过程，如锂离子电池、铅 酸电池、镍镉电池等。
电池材料
阐述电池制造过程中涉及 的主要材料，如正负极材 料、电解液、隔膜等。
《电化学基础》课件
学习储能装置和电池技术的原 理，如锂离子电池和太阳能电 池。
燃料电池和电化学传感器
燃料电池
探索燃料电池的原理与应用，如氢燃料电池和燃料电池汽车。
电化学传感器
了解电化学传感器的工作原理，以及其在环境监测和医学诊断中的应用。
《电化学基础》PPT课件
本PPT课件将介绍电化学的基础理论、动力学、电池与电解池、电化学表征技 术以及电化学的应用领域，带你深入了解这个令人着迷的领域。
电化学基础理论
1 电化学基础概念
2 电化学反应的基本
学习电化学的基础概念，
特征和实验表征方 法
包括电解质、离子和电
探索电化学反应的特征
子传输。
以及实验方法，包括溶
了解反应速率和速率常数的 定义及其在动力学研究中的 重要性。
电池和电解池
1
电池和电解池的基本概念
探索电池与电解池的原理和应用，包
奥姆定律和纳尔斯特方程
2
括电子转移和离子传输过程。
学习奥姆定律和纳尔斯特方程，揭示
电池和电解池中电流与电势之间的关
系。
3
活性质量、化学放电和电化学 效率
和计时电流法
深入了解线性扫描伏安法和循环伏安法的 原理和应用。
探索电位阶跃法和计时电流法在电化学研 究中的重要性。
电化学应用
电催化和电极催化反应
电化学合成和电化学分析 储能装置和电池技术
了解电催化和电极催化反应的 应用，如催化转化和废水处理。
探索电化学合成和电化学分析 在化学工业和实验室中的应用。
电解和电沉积过程
4
响，以及化学放电和电化学效率的计
算。
了解电解和电沉积在电化学中的应用
以及相关实验和工业过程。
电化学原理(课件PPT)
原电池的负极→ 失去电子→电子流出→ 发生氧化反应 →氧化还原反应中的还原剂 原电池的正极→ 得到电子→电子流入→ 发生还原反应 →氧化还原反应中的氧化剂
电解池的阳极→ 失去电子→电子流出→ 发生氧化反应 电解池的阴极→ 得到电子→电子流入→ 发生还原反应
把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀硫酸中， 用导线两两连接，可以组成各种原电池，若a、 b相连时，a为负极；若c、d相连时，d极表面 有气泡冒出；另将a投入c的盐溶液中，ａ的 表面有ｃ析出；若将ｂ投入ｄ的盐溶液中， 无明显现象。则四种金属的活动性由强到弱 为( )
考点八：氯碱工业
在U型管里装人饱和食盐水，用一根碳棒作阳极， 一根铁棒作阴极。接通直流电源。
1．电解饱和食盐水反应原理
阳极反应：2Cl——2e— = Cl2↑
阴极反应：2H+ + 2e— = H2↑
a
b
总反应：2NaCl + 2H2O
2NaOH + Cl2↑+ H2↑
2．离子交换膜法制烧碱
1、电解槽组成： 阳极室：阳极材料为金属钛网，有钛、钌的氧化物涂层，
依反应式找出相关物质的关系式 依电子守恒进行计算。
1、在Cu-Zn原电池中，100mLH2SO4 溶液的浓度为 1mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 1.12L 升气体，则流过导线的电子为———— mol,反应后溶液 的pH值为_________？（溶液体积变化忽略不计）
类题：资料244页举一反三第4题
书写注意事项：
①阴、阳极类似于原电池正、负极,电极反应式通常写离 子方程式，满足电子守恒
②总方程式通常写化学方程式，标条件：电解，若电解 的H+或OH-来自水，则反应物应写成水的形式，若来自 弱电解质，则应写弱电解质的分子形式。
第一章电化学理论基础
第一章电化学理论基础§1.1电化学体系的基本单元电化学体系：由两类不同导体组成，且在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系，通常有原电池、电解池、腐蚀电池三大类型。
电化学体系的基本单元：电极电解质溶液隔膜一、电极（electrode)1、电极的定义电极是与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，为多相体系，它是实施电极反应的场所。
2、电极的种类一般电化学体系为三电极体系，相应的电极为工作电极、参比电极和辅助电极。
3、工作电极（worsing electrode，简称WE）（1）定义：又称研究电极，是指所研究的反应在该电极上发生。
（2）对工作电极的基本要求（一般化解，也有特殊，如做电源，参与成流反应）a、所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响，并且能在较大的电位区域中进行测定。
b、电极必须不与溶剂或电解液部分发生反应。
c、电极面积不易太大（如获得较大的电流密度，是产生完善浓差极化的重要因素—极），电极表面最好应是均一、平滑的，且能够通过简单的方法进行表面净化等等，（以保证安全、可靠地传导电流；电流在电极上分布不均；起始物质顺利到达；电解产物的排出等）。
（3）工作电极的种类固体：如固体电极玻璃（GC）、铂、金、银、铅和导电玻璃等液体：如汞、汞齐已广泛用于电化学分析中（如极谱）4、辅助电极(comter electrode，简称CE）（1）定义：CE又称对电极，它和工作电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极上发生，但必须无任何方式限制电池观测的响应。
（2）对辅助电极的要求总的来说应使辅助电极的性能一般不显著影响研究电极上的反应，具体要求如下：a、用隔膜将两电极区的溶液隔离开。
b、结构上的要求：CE应具有大的表面积，以使其上的电流密度较小，从而保证外部所加的极化主要作用于工作电极上。
c、CE本身电阻要小，IR降小，极化也小d、对形状和位置也有一定要求。
应用电化学电化学理论基础PPT课件
电化学脱硝技术
利用电化学方法将废气中的氮氧化物转化为氮气和水等无害物质。
重金属离子回收技术展示
01
电镀废液处理
通过电解作用将废液中的重金属 离子还原为金属单质，实现重金 属的回收和废液的净化。
02
电池回收技术
03
电化学冶金技术
利用电化学方法将废旧电池中的 重金属离子提取出来，实现资源 的再利用。
通过电解作用从矿石或冶金废渣 中提取金属或其化合物，实现资 源的综合利用。
燃料电池类型
详细介绍质子交换膜燃料电池 （PEMFC）、固体氧化物燃料电池 （SOFC）、碱性燃料电池（AFC）等 主流燃料电池的特点及应用领域。
锂离子电池工作原理及性能评估
锂离子电池工作原理
深入解析锂离子电池的充放电过程，包括锂离子在正负极之间的 嵌入和脱出机制。
电池性能评估指标
介绍锂离子电池性能评估的主要指标，如能量密度、功率密度、 循环寿命、安全性等。
迁移过程
离子在电场作用下的定向移动，形成 电流。
界面现象及双电层结构
界面现象
不同相之间的界面上发生的特殊现象，如吸附、润湿、电毛细现象 等。
双电层结构
电极与电解质溶液界面上的电荷分布结构，包括紧密层和分散层。 紧密层内电荷密度高，分散层内电荷密度逐渐降低。
02
应用电化学领域概述
能源转换与储存技术
06
总结回顾与拓展思考
关键知识点总结回顾
电化学基本概念
包括电解质、电极、电位等核心概念的定义与性 质。
电化学体系分析
介绍不同类型电化学体系的组成、工作原理及应 用，如原电池、电解池和腐蚀电池等。
电化学反应原理
阐述电化学反应的基本过程，包括电荷转移、物 质传递和界面反应等。
利用电化学方法将废气中的氮氧化物转化为氮气和水等无害物质。
重金属离子回收技术展示
01
电镀废液处理
通过电解作用将废液中的重金属 离子还原为金属单质，实现重金 属的回收和废液的净化。
02
电池回收技术
03
电化学冶金技术
利用电化学方法将废旧电池中的 重金属离子提取出来，实现资源 的再利用。
通过电解作用从矿石或冶金废渣 中提取金属或其化合物，实现资 源的综合利用。
燃料电池类型
详细介绍质子交换膜燃料电池 （PEMFC）、固体氧化物燃料电池 （SOFC）、碱性燃料电池（AFC）等 主流燃料电池的特点及应用领域。
锂离子电池工作原理及性能评估
锂离子电池工作原理
深入解析锂离子电池的充放电过程，包括锂离子在正负极之间的 嵌入和脱出机制。
电池性能评估指标
介绍锂离子电池性能评估的主要指标，如能量密度、功率密度、 循环寿命、安全性等。
迁移过程
离子在电场作用下的定向移动，形成 电流。
界面现象及双电层结构
界面现象
不同相之间的界面上发生的特殊现象，如吸附、润湿、电毛细现象 等。
双电层结构
电极与电解质溶液界面上的电荷分布结构，包括紧密层和分散层。 紧密层内电荷密度高，分散层内电荷密度逐渐降低。
02
应用电化学领域概述
能源转换与储存技术
06
总结回顾与拓展思考
关键知识点总结回顾
电化学基本概念
包括电解质、电极、电位等核心概念的定义与性 质。
电化学体系分析
介绍不同类型电化学体系的组成、工作原理及应 用，如原电池、电解池和腐蚀电池等。
电化学反应原理
阐述电化学反应的基本过程，包括电荷转移、物 质传递和界面反应等。
电化学理论基础
测定电容和表面张力的变化是研究双电层结构的
基本手段 ！
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(1) 微分电容法
Cd dq / dE
1 d d ( -1) d1 1 1
Cd dq
dq
dq C紧 C分
0.1MNaF微分电容曲 线
0.01MNaF微分电容曲 线
40
(2) 电毛细曲线法
储汞瓶
参比电极
毛细管 显微镜
毛细管静电计示意图
电能或化学能不转变为热能而散失——理想状态。
严格地讲，只有由两个可逆电极放在同一种电解液中 所形成的电池，而且通过电池的电流又是无限小的情 况下，才能构成可逆电池。
15
二、电动势
电池的可逆电动势指的是电流趋近于零时，构成原电 池各相界面的电势差的代数和。主要有电极/溶液界面间 的电势差—电极电势；金属接触电势；液体接界电势。
44
四、极化和电极过程
1、极化 对于电极反应：Ox + ze → Red
根据电流的定义和法拉第定律：
i = dQ/dt
dn = dQ/zF
反应速度v可表示式：
v=－(dnOx/dt） = －(dne/dt） = dnRed/dt = i/zF
电极反应是异相的，其反应速度通常用单位面积的电流
密度来描述，即：
v = i/zFA = I/zF
式中：A—电极面积；I—电流密度
45
所以， v f (I ) g()
CE ：辅助电极；WE：工作电极；RE：参比电极
电极电位＝平衡电位
电极电位＝极化电位
46
极化：电流流过电极时电极电位偏离平衡电极 电位的现象。
过电位η：电流流过电极时，电极电位偏离平 衡电位的数值。
电化学基本知识ppt课件
电池过程
阴极
阳极
ZnSO4
CuSO4
Zn
Cu
盐桥
1.1 V
典型电化学过程
e
电化学过程的特点
Zn(s) + CuSO4(aq) ZnSO4(aq) + Cu(s) 半反应: Zn(s) Zn2+ + 2e- 阳极反应 Cu2+ + 2e- Cu(s) 阴极反应 电子不能在离子导体中运动 离子不能在电子导体中运动 即：电子与离子间必定在界面处发生了转化，这个转化就发生在离子导体和电子导体的界面处。
高频区为电极反应动力学（电荷传递过程）控制，低频区由电极反应的反应物或产物的扩散控制。
从图可得体系R、Rct、Cd以及参数，与扩散系数有关，利用它可以估算扩散系数D。由Rct可计算i0和k0。
扩散阻抗的直线可能偏离45，原因：
电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球面扩散； 除了电极电势外，还有另外一个状态变量，这个变量在测量的过程中引起感抗。
盐桥
1. 可以同时测量极化电流和极化电位； 2. 三电极两回路具有足够的测量精度。
三电极的优点
1.2.5.1 辅助电极的作用 实现WE导电并使WE电力线分布均匀。 1.2.5.2 辅助电极的要求 ①辅助电极面积大； 为使参比电极等势面，应使辅助电极面积增大，以保证满足研究电极表面电位分布均匀，如是平板电极： ； ②辅助电极形状应与研究电极相同，以实现均匀电场作用。
参比电极
常见的参比电极 ①甘汞电极； Hg|Hg2Cl2|Cl- 由于Hg+→Hg2+ （亚汞不稳定，高温时易变成Hg2+，受温度影响大。<70℃，另外，［Cl-］要饱和，防止 发生变化)。
大学化学之电化学基础PPT讲稿
20
5.2.2 原电池的符号表示
1.书写要求 （1） 负极写在左边，正极写在右边； （2）正负极之间用盐桥“‖”相接； （3）电极固体标志用一竖线“│”表示； （4）同相之不同物质间用“，”间隔； （5）若为离子时应注明其活度（浓度亦可）； （6）若电对不含金属导体，则需加一惰性导体； （7）纯气体、液体或固体与惰性电极名称之间以
17
5.2.1 原电池的概念
1.定义 原电池是利用氧化还原 反应产生电流的装置。
2.原电池的构成 ⑴电势不同的两个电极； ⑵盐桥； ⑶外电路（检流计）。
18
3.Daniell电池
e
—
+
图1 Daniell电池
电子由Zn极流向Cu极： Zn极电势低，为负极；Cu极电势高，为正极。
19
4.特征 正极：氧化剂(Cu2+)被还原，半电池反应为： Cu2+ + 2e → Cu 负极：还原剂(Zn)被氧化，半电池反应为： Zn → Zn 2+ + 2e 电池反应为： Cu2+ + Zn → Cu + Zn 2+
22
（2）电极组成：
正极：Pt│MnO4- （c1）,Mn2＋（c2）,H＋ （c3） 负极：Pt, O2 （p）│ H2O2 （c4）, H＋ （c3）
（3）电池符号：
（-）Pt, O2 （p）│ H2O2 （c4）, H＋ （c3）‖ MnO4- （c1）,Mn2＋（c2）,H＋ （c3） │ Pt（+）
①×5 + ② 得：
6Cl2（g）+ 12OH- = 10Cl- + 2ClO3-+ 6H2O 化简得：
3Cl2（g）+ 6OH- = 5Cl- + ClO3-+ 3H2O 3Cl2（g）+ 6NaOH = 5NaCl + NaClO3+ 3H2O
5.2.2 原电池的符号表示
1.书写要求 （1） 负极写在左边，正极写在右边； （2）正负极之间用盐桥“‖”相接； （3）电极固体标志用一竖线“│”表示； （4）同相之不同物质间用“，”间隔； （5）若为离子时应注明其活度（浓度亦可）； （6）若电对不含金属导体，则需加一惰性导体； （7）纯气体、液体或固体与惰性电极名称之间以
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5.2.1 原电池的概念
1.定义 原电池是利用氧化还原 反应产生电流的装置。
2.原电池的构成 ⑴电势不同的两个电极； ⑵盐桥； ⑶外电路（检流计）。
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3.Daniell电池
e
—
+
图1 Daniell电池
电子由Zn极流向Cu极： Zn极电势低，为负极；Cu极电势高，为正极。
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4.特征 正极：氧化剂(Cu2+)被还原，半电池反应为： Cu2+ + 2e → Cu 负极：还原剂(Zn)被氧化，半电池反应为： Zn → Zn 2+ + 2e 电池反应为： Cu2+ + Zn → Cu + Zn 2+
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（2）电极组成：
正极：Pt│MnO4- （c1）,Mn2＋（c2）,H＋ （c3） 负极：Pt, O2 （p）│ H2O2 （c4）, H＋ （c3）
（3）电池符号：
（-）Pt, O2 （p）│ H2O2 （c4）, H＋ （c3）‖ MnO4- （c1）,Mn2＋（c2）,H＋ （c3） │ Pt（+）
①×5 + ② 得：
6Cl2（g）+ 12OH- = 10Cl- + 2ClO3-+ 6H2O 化简得：
3Cl2（g）+ 6OH- = 5Cl- + ClO3-+ 3H2O 3Cl2（g）+ 6NaOH = 5NaCl + NaClO3+ 3H2O
第一章电化学理论基础全套课件
Huaihua University Chemistry and chemical egineering Department
工作电极可以是固体也可以是液体，能导电的 固体材料均能作电极。通常根据研.铂电极（Platinum electrode） 这种电极具有化学性质稳定、氢过电位小，而 且高纯度的铂易得到、容易加工等特点，但价格比 较昂贵。
建立合适的电极预处理步骤，保证氧化还原、
表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态
Applied Electrochemistry
Huaihua University Chemistry and chemical egineering Department
2 辅助电极（Counter electrode，CE）
1.1 电极(electrode)
电极是与电解质溶液或电解质接触的电子 导体或半导体，为多相体系
电化学体系借助于电极实现电能的输入或 输出，电极是实现电极反应的场所
Applied Electrochemistry
Huaihua University Chemistry and chemical egineering Department
Huaihua University Chemistry and chemical egineering Department
辅助电极
Applied Electrochemistry
Huaihua University Chemistry and chemical egineering Department
3.参比电极（Reference electrode，RE）
测量时，参比电极上通过的电流极小，不 致引起参比电极的极化（接近于理想不极化的 电极），参比电极具有已知恒定的电位，为研 究对象提供一个电位标准（相对于参比电极的 电极电势）。
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各种参比电极的制备和盐桥的制备
(电化学测定方法， 腾岛 昭 等著， 陈震等译， 1995, P87-99)
参比电极
The hydrogen electrode
The saturated calomel electrode
参比电极
通常根据实验要求选择参比电极。例如，对于如下的体系 Ag/AgCl/KCl (饱和水溶液)
第一章 电化学理论基础
1.1 电化学体系的基本单元
• 电化学池： • 原电池(Galvanic Cell)：化学能 电能 • 电解池(Electrolytic Cell)：电能 化学
能
• 一个简单的电化学实验：
• 组成：工作(研究)电极(W), 参比电极(R)， • 辅助(对)电极 (C), 电解质溶液，恒电势（位）仪 • (potentiostat), PC(接口+软件)。
变化
目的
实现极化电流的 变化与测量
测量WE通电时 的变化情况
1.1 电化学体系的基本单元
Question 1: 两电 极和三电极系统 有什么区别？为 什么一般的电 化学研究需用三 电极系统？
3) 可知研究电 极的电位,但 研究电极电 位难以恒定
4) 可以在恒定 电位下进行 电化学反应 并测量电流电位之间的 变化
判断 分析
已知
对“未知”施加挠动信 号
得到响应信号
判断分析得“已知”
1.1 三电极与两回路
A 研 WE
极化电源
辅助CE
对WE通 电、极 化，但 必须是 个闭合 的回 路，才 有电流 流过， 故需要 CE
A 被测体系
电位测量装置 V
盐桥
测量体系
为了记 录通电 后WE电 位变 化，需 RE
辅助CE 研 WE
• 恒电位仪的电位设定
• 三电极体系测定装置示意图
电化学测定体系的组成 一、三电极测定体系的构成要素、注意事项
1.1 电化学体系的基本单元
电解质溶液的导电机理 1. 导体的分类
第一类导体：金属、石墨和某些金属的化合物。 第二类导体：电解质水溶液。
2. 电解池与原电池 电解池: 电能转化为化学能 原电池：化学能转化为电能
• 研究电极的大小和形状
参比电极
顾名思义，参比电极是给出一个固定的值，其它的电极电势的 测量以此为基础。一个好的参比电极应该不受温度、时间和通 过小电流而变化, 应遵守Nernst 方程！
Type 1: the hydrogen electrode Type 2: the calomel electrode Type 3: glass electrode, ion-selective electrodes
cell
cell
Positive electrode
Cathode
Anode
Negative electrode
Anode
Cathode
电池
电解水
1.1 电化学体系的基本单元
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
1.1 电化学测量的基本知识
学习电化学测量的基本方法如下：
挠动信号 未知 响应信号
1.1 电化学体系的基本单元
• 电极（工作电极、对电极、参比电极）
工作电极：也称研究电极，是所研究的反应在该电极上发生。 可以是固体、液体
对电极：也称辅助电极，该电极和工作电极组成回路，使工作 电极上电流畅通。
参比电极：是已知电势并接近不极化的电极，基本上不通过电流， 用于测定研究电极相对于参比电极的电极电势。 对于化学电源和电解装置，对电极和参比电极合二为一，就是 两电极体系。
1.1 电化学体系的基本单元
• Anode: positive charge from electrode into solution (oxidation)
• Cathode: positive charge from solution to electrode (reduction)
Galvanic Electrolytic
参RE
实测图电解池VR大源自CERE 测量回路
WE E
极化回路
经典恒流法测量电路
原理图
两回路
① 极化回路（串联电路） 由：极化电源、WE、CE、 可变电阻以及电流表等组 成。
② 测量回路（并联电路） 由：控制与测量电位的 仪器、WE、RE、盐桥 等组成。
功能
调节或控制 流经WE的
电流
实现控制或 测量极化的
电极的分类
一般来说，电极可以分为如下四类：
(1). A. 一个金属电极与它的水溶液中的离子相接触, e.g. Cu/Cu2+ E =Eo + RT/(F) lnaMz+ 半反应： Mz+ + ze = M B. 一个非金属它的离子相接触， e.g. H2/H+ 或 Cl2/Cl-在一个惰性导电物质表面上 E =Eo + RT/(F) lnPH21/2/aH+
(2) 一个金属电极与一个水溶液中的阴离子相接触， 此阴离子 可与金属电极的离子形成难溶物。例如：Hg/Hg2Cl2/Cl-，the calomel electrode(甘汞电极) (3) 惰性电极，Pt, Au, C, Hg etc (4) 上述不能包括的电极，例如：化学修饰电极等
研究电极的大小和形状
1.1 电化学体系的基本单元
1.1 电化学体系的基本单元
1 Basic electrochemical devices
(Electrochemical reactors) • Two kinds of electrochemical devices:
Galvanic cell Electrolytic cell • The basic components of cells: anode（阳极） cathode（阴极） electrolyte （电解质）
与SCE相比该电极具有较小的温度系数，并且可制作得更加紧 凑。当实验体系中不允许氯化物存在时，可采用硫酸亚汞电极：
Hg/Hg2SO4/K2SO4 (饱和水溶液) 对于非水溶剂，会涉及到水溶液参比电极漏水的问题，因此采 用如下体系的电极会更合适。
Ag/Ag+ (0.01 M，在乙腈中)
因为对于非水溶剂，选择一个对测试溶液没有污染的参比电极 很困难，所以常采用准参比电极(quasireference electrode, QRE)。 它通常是一根银丝或铂丝，若在实验中本体溶液组分基本上保 持不变，尽管此金属丝的电势未知，但在一系列的测量中并不变 化。在报告相对于QRE的电势之前，必须采用一个真正的参比电 极对准参比电极的实际电势进行校正。
(电化学测定方法， 腾岛 昭 等著， 陈震等译， 1995, P87-99)
参比电极
The hydrogen electrode
The saturated calomel electrode
参比电极
通常根据实验要求选择参比电极。例如，对于如下的体系 Ag/AgCl/KCl (饱和水溶液)
第一章 电化学理论基础
1.1 电化学体系的基本单元
• 电化学池： • 原电池(Galvanic Cell)：化学能 电能 • 电解池(Electrolytic Cell)：电能 化学
能
• 一个简单的电化学实验：
• 组成：工作(研究)电极(W), 参比电极(R)， • 辅助(对)电极 (C), 电解质溶液，恒电势（位）仪 • (potentiostat), PC(接口+软件)。
变化
目的
实现极化电流的 变化与测量
测量WE通电时 的变化情况
1.1 电化学体系的基本单元
Question 1: 两电 极和三电极系统 有什么区别？为 什么一般的电 化学研究需用三 电极系统？
3) 可知研究电 极的电位,但 研究电极电 位难以恒定
4) 可以在恒定 电位下进行 电化学反应 并测量电流电位之间的 变化
判断 分析
已知
对“未知”施加挠动信 号
得到响应信号
判断分析得“已知”
1.1 三电极与两回路
A 研 WE
极化电源
辅助CE
对WE通 电、极 化，但 必须是 个闭合 的回 路，才 有电流 流过， 故需要 CE
A 被测体系
电位测量装置 V
盐桥
测量体系
为了记 录通电 后WE电 位变 化，需 RE
辅助CE 研 WE
• 恒电位仪的电位设定
• 三电极体系测定装置示意图
电化学测定体系的组成 一、三电极测定体系的构成要素、注意事项
1.1 电化学体系的基本单元
电解质溶液的导电机理 1. 导体的分类
第一类导体：金属、石墨和某些金属的化合物。 第二类导体：电解质水溶液。
2. 电解池与原电池 电解池: 电能转化为化学能 原电池：化学能转化为电能
• 研究电极的大小和形状
参比电极
顾名思义，参比电极是给出一个固定的值，其它的电极电势的 测量以此为基础。一个好的参比电极应该不受温度、时间和通 过小电流而变化, 应遵守Nernst 方程！
Type 1: the hydrogen electrode Type 2: the calomel electrode Type 3: glass electrode, ion-selective electrodes
cell
cell
Positive electrode
Cathode
Anode
Negative electrode
Anode
Cathode
电池
电解水
1.1 电化学体系的基本单元
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
1.1 电化学测量的基本知识
学习电化学测量的基本方法如下：
挠动信号 未知 响应信号
1.1 电化学体系的基本单元
• 电极（工作电极、对电极、参比电极）
工作电极：也称研究电极，是所研究的反应在该电极上发生。 可以是固体、液体
对电极：也称辅助电极，该电极和工作电极组成回路，使工作 电极上电流畅通。
参比电极：是已知电势并接近不极化的电极，基本上不通过电流， 用于测定研究电极相对于参比电极的电极电势。 对于化学电源和电解装置，对电极和参比电极合二为一，就是 两电极体系。
1.1 电化学体系的基本单元
• Anode: positive charge from electrode into solution (oxidation)
• Cathode: positive charge from solution to electrode (reduction)
Galvanic Electrolytic
参RE
实测图电解池VR大源自CERE 测量回路
WE E
极化回路
经典恒流法测量电路
原理图
两回路
① 极化回路（串联电路） 由：极化电源、WE、CE、 可变电阻以及电流表等组 成。
② 测量回路（并联电路） 由：控制与测量电位的 仪器、WE、RE、盐桥 等组成。
功能
调节或控制 流经WE的
电流
实现控制或 测量极化的
电极的分类
一般来说，电极可以分为如下四类：
(1). A. 一个金属电极与它的水溶液中的离子相接触, e.g. Cu/Cu2+ E =Eo + RT/(F) lnaMz+ 半反应： Mz+ + ze = M B. 一个非金属它的离子相接触， e.g. H2/H+ 或 Cl2/Cl-在一个惰性导电物质表面上 E =Eo + RT/(F) lnPH21/2/aH+
(2) 一个金属电极与一个水溶液中的阴离子相接触， 此阴离子 可与金属电极的离子形成难溶物。例如：Hg/Hg2Cl2/Cl-，the calomel electrode(甘汞电极) (3) 惰性电极，Pt, Au, C, Hg etc (4) 上述不能包括的电极，例如：化学修饰电极等
研究电极的大小和形状
1.1 电化学体系的基本单元
1.1 电化学体系的基本单元
1 Basic electrochemical devices
(Electrochemical reactors) • Two kinds of electrochemical devices:
Galvanic cell Electrolytic cell • The basic components of cells: anode（阳极） cathode（阴极） electrolyte （电解质）
与SCE相比该电极具有较小的温度系数，并且可制作得更加紧 凑。当实验体系中不允许氯化物存在时，可采用硫酸亚汞电极：
Hg/Hg2SO4/K2SO4 (饱和水溶液) 对于非水溶剂，会涉及到水溶液参比电极漏水的问题，因此采 用如下体系的电极会更合适。
Ag/Ag+ (0.01 M，在乙腈中)
因为对于非水溶剂，选择一个对测试溶液没有污染的参比电极 很困难，所以常采用准参比电极(quasireference electrode, QRE)。 它通常是一根银丝或铂丝，若在实验中本体溶液组分基本上保 持不变，尽管此金属丝的电势未知，但在一系列的测量中并不变 化。在报告相对于QRE的电势之前，必须采用一个真正的参比电 极对准参比电极的实际电势进行校正。