第七章电化学-2013分析
合集下载
相关主题
- 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)。
5
§7-1 电解池、原电池和法拉第定律
1. 导体的分类
① 电子导体: 依靠自由电子运动而导电，随温度 升高，电阻增大
② 离子导体: 依靠离子定向运动而导电，随温度 升高，电阻减小
2. 常用基本术语
原电池: 将化学能转变为电能的装置 电解池: 将电能转变为化学能的装置
6
§7-1 电极过程、电解质溶液和法拉第定律
3
② 环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬 离子等污染物；
③ 化学电源；
④ 金属的防腐蚀问题，大部分金属腐蚀是电化 学腐蚀问题；
⑤ 许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递 都涉及到电化学机理。
⑥ 应用电化学原理发展起来的各种电化学分析
法已成为实验室和工业监控的不可缺少的手
段。
4
燃料电池
燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应 直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是 由于反应过程中不涉及到燃烧，因此其能量转换 效率不受"卡诺循环"的限制，其能量转换率高达 60%－80%，实际使用效率则是普通内燃机的 2－3倍。
电解质溶液中，串联到电路上，根据通电后电极 反应的物质的量求出所通过的电量。 ② 银电量计、铜电量计、气体电量计
13
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
本节重点 ① 基本概念：原电池、电解池；正极、负极；
阳极、阴极 ② 电解质溶液导电机理：离子的定向运动、电
极反应 ③ 法拉第定律
14
§7-2 离子的迁移数
1
4. 电池由两个电极和电极之间的电解质构成。原电池和电
解池中电流通过时，极板与电解质界面上必定发生电极
反应。
5. 电化学的研究内容应包括两个方面：
① 一是电解质的研究，即电解质学，其中包括电解质的
导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性
质等，其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质
溶液理源自文库；
② 另一方面是电极的研究，即电极学，其中包括电极的
平衡性质和通电后的极化性质，也就是电极和电解质
界面上的电化学行为。
2
6. 在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工 业为基础的学科。它的应用主要有：
① 电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的 无机物基础工业；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等 的精炼也都用的是电解法；机械工业使用电镀、电抛 光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整；
t
I I I
t
I I I
t t 1
某种离子运载电流的多少，取决于离子的运动速度、
浓度和所带电荷
I Asvc z F I Asvc z F c z c z
t
v v v
t
v v v
迁移数与正负离子的运动速度有关，凡是影响离子运
动速度的都可影响迁移数，如浓度、温度。
16
迁移数受浓度影响的主要原因是由于离子之间的相互作用， 浓度较低时这种作用不明显，当浓度较大时，阴阳离子的 相互作用增强，运动速度均减慢。 若阴阳离子价数相同，则迁移数变化不大； 若阴阳离子价数不同，浓度对迁移数影响比较显著。
电极反应: 单个电极上发生的氧化或还原反应. 电池反应: 两个电极反应的总结果. 阳极: 发生氧化反应的电极. 阴极: 发生还原反应的电极. 正极: 电势高的电极. 负极: 电势低的电极.
电解池：正极为阳极，负极为阴级； 原电池：正极为阴极，负极为阳极
7
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
3. 电解池：将电能转化为化学能的装置
阴阳 极极
4. 原电池：将化学能转变为电能的装置
阳阴 极极
8
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
5. 电解质溶液导电机理 电解质溶液的导电过程包括电极反应和电解质溶 液中离子的定向迁移
6. 法拉第定律 ① 电解池或原电池中，电极上发生的化学反应 的物质的量与通过电池的电量成正比
Q=n电F F=Le=96485 C/mol（法拉第常数）
第七章 电化学
1. 电化学是研究电能和化学能之间的相互转化及转 化过程中有关规律的科学。电能和化学能 相互 转化可通过电池来完成。
2. 电池分为原电池和电解池。 ① 原电池：将化学能转变为电能的装置 ② 电解池：将电能转变为化学能的装置
3. 能自发进行的化学反应，如在原电池中进行，则 可作电功；对于非自发的反应，在电解池中对其 作电功，可以进行。
• 希托夫法测定迁移数
20
若用惰性电极，两极区电解质减少
阳极区物质的减少量 正离子迁出阳极的量 t 电极反应的物质的量 通过电解池的电量
阴极区物质的减少量 负离子迁出阴极的量 t 电极反应的物质的量 通过电解池的电量
17
§7-2 离子的迁移数
阴极区
中间区
阳极区
Q Q
(C 迁移电量) ( A迁移电量)
v v
阳极区物质的减少 阴极区物质的减少
18
惰性电极，两极区电解质减少
§7-2 离子的迁移数
若用可溶性电极
阴极区
中间区
阳极区
n末=n始+n电-n迁
19
§7-2 离子的迁移数
4. 迁移数的测定
希托夫法 先测定电解前溶液的浓度，再 测定电解后阳、阴极区电解质 的量，假定溶剂水不迁移，求 得阳极区物质的量和阴极区的 量的变化，电极反应的物质的 量通过电量计得到。
1. 电迁移
电迁移: 离子在电场作用下引起的运动 正离子向阴极，负离子向阳极迁移，由正、负离子共同
完成导电任务。
Q Q Q
I I I
2. 离子的迁移数
某种离子迁移的电量与通过溶液的总的电量之比，
称为迁移数，t表示
t
Q Q Q
t
Q Q Q
15
§7-2 离子的迁移数
2. 离子的迁移数
若溶液中只有一种阳离子和阴离子
11
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
➢法拉第定律对电化学的发展起了很大的作用，是 自然科学中最精确的定律之一。 ➢它不受温度、压力、电解质浓度、电极材料、溶 剂性质的影响； ➢对原电池、电解池都适用。
12
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
7. 电量计 ① 测量回路中通过电量的一种装置。将电极置于
9
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
M (氧化态） ze M（还原态）
M (还原态）M（氧化态） ze
n电 z
Q zF
10
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
6. 法拉第定律
② 在恒稳电流情况下，同一时间内通过电路中 各点的电量是相等的；即通过金属导线的电 量等于通往任意电极表面的电量，等于电极 反应得失的电量，等于通过电解质溶液的电 量。
§7-1 电解池、原电池和法拉第定律
1. 导体的分类
① 电子导体: 依靠自由电子运动而导电，随温度 升高，电阻增大
② 离子导体: 依靠离子定向运动而导电，随温度 升高，电阻减小
2. 常用基本术语
原电池: 将化学能转变为电能的装置 电解池: 将电能转变为化学能的装置
6
§7-1 电极过程、电解质溶液和法拉第定律
3
② 环境保护可用电渗析的方法除去氰离子、铬 离子等污染物；
③ 化学电源；
④ 金属的防腐蚀问题，大部分金属腐蚀是电化 学腐蚀问题；
⑤ 许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递 都涉及到电化学机理。
⑥ 应用电化学原理发展起来的各种电化学分析
法已成为实验室和工业监控的不可缺少的手
段。
4
燃料电池
燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应 直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是 由于反应过程中不涉及到燃烧，因此其能量转换 效率不受"卡诺循环"的限制，其能量转换率高达 60%－80%，实际使用效率则是普通内燃机的 2－3倍。
电解质溶液中，串联到电路上，根据通电后电极 反应的物质的量求出所通过的电量。 ② 银电量计、铜电量计、气体电量计
13
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
本节重点 ① 基本概念：原电池、电解池；正极、负极；
阳极、阴极 ② 电解质溶液导电机理：离子的定向运动、电
极反应 ③ 法拉第定律
14
§7-2 离子的迁移数
1
4. 电池由两个电极和电极之间的电解质构成。原电池和电
解池中电流通过时，极板与电解质界面上必定发生电极
反应。
5. 电化学的研究内容应包括两个方面：
① 一是电解质的研究，即电解质学，其中包括电解质的
导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性
质等，其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质
溶液理源自文库；
② 另一方面是电极的研究，即电极学，其中包括电极的
平衡性质和通电后的极化性质，也就是电极和电解质
界面上的电化学行为。
2
6. 在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工 业为基础的学科。它的应用主要有：
① 电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的 无机物基础工业；铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等 的精炼也都用的是电解法；机械工业使用电镀、电抛 光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整；
t
I I I
t
I I I
t t 1
某种离子运载电流的多少，取决于离子的运动速度、
浓度和所带电荷
I Asvc z F I Asvc z F c z c z
t
v v v
t
v v v
迁移数与正负离子的运动速度有关，凡是影响离子运
动速度的都可影响迁移数，如浓度、温度。
16
迁移数受浓度影响的主要原因是由于离子之间的相互作用， 浓度较低时这种作用不明显，当浓度较大时，阴阳离子的 相互作用增强，运动速度均减慢。 若阴阳离子价数相同，则迁移数变化不大； 若阴阳离子价数不同，浓度对迁移数影响比较显著。
电极反应: 单个电极上发生的氧化或还原反应. 电池反应: 两个电极反应的总结果. 阳极: 发生氧化反应的电极. 阴极: 发生还原反应的电极. 正极: 电势高的电极. 负极: 电势低的电极.
电解池：正极为阳极，负极为阴级； 原电池：正极为阴极，负极为阳极
7
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
3. 电解池：将电能转化为化学能的装置
阴阳 极极
4. 原电池：将化学能转变为电能的装置
阳阴 极极
8
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
5. 电解质溶液导电机理 电解质溶液的导电过程包括电极反应和电解质溶 液中离子的定向迁移
6. 法拉第定律 ① 电解池或原电池中，电极上发生的化学反应 的物质的量与通过电池的电量成正比
Q=n电F F=Le=96485 C/mol（法拉第常数）
第七章 电化学
1. 电化学是研究电能和化学能之间的相互转化及转 化过程中有关规律的科学。电能和化学能 相互 转化可通过电池来完成。
2. 电池分为原电池和电解池。 ① 原电池：将化学能转变为电能的装置 ② 电解池：将电能转变为化学能的装置
3. 能自发进行的化学反应，如在原电池中进行，则 可作电功；对于非自发的反应，在电解池中对其 作电功，可以进行。
• 希托夫法测定迁移数
20
若用惰性电极，两极区电解质减少
阳极区物质的减少量 正离子迁出阳极的量 t 电极反应的物质的量 通过电解池的电量
阴极区物质的减少量 负离子迁出阴极的量 t 电极反应的物质的量 通过电解池的电量
17
§7-2 离子的迁移数
阴极区
中间区
阳极区
Q Q
(C 迁移电量) ( A迁移电量)
v v
阳极区物质的减少 阴极区物质的减少
18
惰性电极，两极区电解质减少
§7-2 离子的迁移数
若用可溶性电极
阴极区
中间区
阳极区
n末=n始+n电-n迁
19
§7-2 离子的迁移数
4. 迁移数的测定
希托夫法 先测定电解前溶液的浓度，再 测定电解后阳、阴极区电解质 的量，假定溶剂水不迁移，求 得阳极区物质的量和阴极区的 量的变化，电极反应的物质的 量通过电量计得到。
1. 电迁移
电迁移: 离子在电场作用下引起的运动 正离子向阴极，负离子向阳极迁移，由正、负离子共同
完成导电任务。
Q Q Q
I I I
2. 离子的迁移数
某种离子迁移的电量与通过溶液的总的电量之比，
称为迁移数，t表示
t
Q Q Q
t
Q Q Q
15
§7-2 离子的迁移数
2. 离子的迁移数
若溶液中只有一种阳离子和阴离子
11
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
➢法拉第定律对电化学的发展起了很大的作用，是 自然科学中最精确的定律之一。 ➢它不受温度、压力、电解质浓度、电极材料、溶 剂性质的影响； ➢对原电池、电解池都适用。
12
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
7. 电量计 ① 测量回路中通过电量的一种装置。将电极置于
9
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
M (氧化态） ze M（还原态）
M (还原态）M（氧化态） ze
n电 z
Q zF
10
§7-1电极过程、电解质溶液和法拉第定律
6. 法拉第定律
② 在恒稳电流情况下，同一时间内通过电路中 各点的电量是相等的；即通过金属导线的电 量等于通往任意电极表面的电量，等于电极 反应得失的电量，等于通过电解质溶液的电 量。