物理化学-电化学3
物理化学和电化学的理论和实践
物理化学和电化学的理论和实践是化学领域非常重要的研究方向。
物理化学主要研究物质在分子或原子层面上的物理性质，例如热力学、热动力学、光谱学等，而电化学则研究物质电化学反应的动力学规律、电化学电池和电解池等。
二者密切相关，相互补充，对于探索自然规律和实现科学技术进步都具有重要作用。
一、物理化学的理论和实践物理化学的重要研究领域之一是热力学。
热力学研究物质在温度、压力、体积等条件下的物理性质和变化规律，例如热力学第一定律、热力学第二定律等。
它不仅能解释自然现象，例如热力学第二定律解释了热量不能从低温物体转移到高温物体的现象，而且也广泛应用于工程领域，例如汽车发动机、电厂等。
利用热力学的知识可以优化发动机内部的燃烧过程，提高能源利用率，减少能源消耗。
另一个重要的研究领域是光谱学。
光谱学研究物质的光谱性质，也就是光在物质中传播时的变化规律。
不同的物质吸收和反射不同波长的光，这些信息可以帮助我们了解物质的组成和结构。
光谱学在生物医药、材料科学等领域都有应用，例如药物研究中利用荧光光谱监测药物分子的结构变化。
二、电化学的理论和实践电化学是研究物质在电场和电流中发生变化的科学。
它主要研究物质的电化学反应、溶液中离子的传输行为、电化学电池和电解池等。
其中最重要的研究内容是电化学反应动力学，也就是研究电化学反应速率和机理。
电化学反应动力学对于制备高品质的化学产品和半导体等材料具有重要意义。
例如，电镀是一种制备金属薄膜的常用方法。
利用电化学电池可以将金属离子还原成金属原子，并在电极表面沉积下来形成均匀的金属薄膜。
电镀工艺对于电子工业、汽车、航空等行业都有应用。
漆面修复时，电化学还被用来清除铁锈、污垢等。
电池是电化学研究最为重要的应用之一。
电池中，化学反应产生电子，并通过外部电路流动，从而给外部设备提供电力。
电池包括干电池、蓄电池、燃料电池等，都是非常重要的能源来源。
研究电池的构造和理论，可以提高电池的性能，实现电池的可持续发展。
物理化学电化学知识点总结
物理化学电化学知识点总结一、原电池的原理1．构成原电池的四个条件（以铜锌原电池为例）①活拨性不同的两个电极②电解质溶液③自发的氧化还原反应④形成闭合回路2．原电池正负极的确定①活拨性较强的金属作负极，活拨性弱的金属或非金属作正极。
②负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应③外电路由金属等导电。
在外电路中电子由负极流入正极④内电路由电解液导电。
在内电路中阳离子移向正极，阴离子会移向负极区。
Cu－Zn原电池：负极: Zn-2e=Zn2+ 正极：2H+ +2e=H2↑总反应：Zn +2H+=Zn2+ +H2↑氢氧燃料电池，分别以OH和H2SO4作电解质的电极反应如下：碱作电解质：负极：H2—2e-+2OH-=2 H2O 正极：O2+4e-+2 H2O=4OH-酸作电解质：负极：H2—2e-=2H+ 正极：O2+4e-+4H+=2 H2O总反应都是：2H2+ O2=2 H2O二、电解池的原理1．构成电解池的四个条件（以NaCl的电解为例）①构成闭合回路②电解质溶液③两个电极④直流电源2．电解池阴阳极的确定①与电源负极相连的一极为阴极，与电源正极相连的一极为阳极②电子由电源负极→导线→电解池的阴极→电解液中的（被还原），电解池中阴离子（被氧化）→电解池的阳极→导线→电源正极③阳离子向负极移动；阴离子向阳极移动④阴极上发生阳离子得电子的还原反应，阳极上发生阴离子失电子的氧化反应。
注意：在惰性电极上，各种离子的放电顺序三．原电池与电解池的比较原电池电解池（1）定义化学能转变成电能的装置电能转变成化学能的装置（2）形成条件合适的电极、合适的电解质溶液、形成回路电极、电解质溶液（或熔融的电解质）、外接电源、形成回路（3）电极名称负极正极阳极阴极（4）反应类型氧化还原氧化还原（5）外电路电子流向负极流出、正极流入阳极流出、阴极流入四、在惰性电极上，各种离子的放电顺序：1、放电顺序：如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写书写电极反应式。
电化学3
P ( H 2 ) / Pθ RT ln 2F a ( H + )2 P ( H 2 ) / P θ ⋅ a (OH − )2 RT ln 2 2F ⋅ a ( H 2O )2 Kw P ( H 2 ) / P θ ⋅ a (OH − ) 2 RT RT ln K w − ln F 2F a ( H 2O )2
对氢离子可逆的氧化还原电极——醌氢醌电极 （常用于测定溶液中的pH值） 醌氢醌： 等分子比的醌（C6H4O2，以Q表示）和氢醌（C6H4(OH)2，以 H2Q表示）的复合物。（一般是1:1构成的分子晶体） 它在水溶液中按下式分解： C6H4O2⋅C6H4(OH)2→ C6H4O2 + C6H4(OH)2
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§7.8 电极的种类
氢电极——碱性溶液 在碱性溶液中的氢电极： 电极反应分为二步： 1. 2H+ + 2e－＝H2(g) 2. 2H2O＝2H+ +2OH－（在水溶液中处于平衡状态，ΔG=0） 总的电极反应为： 2H2O+ 2e－＝H2(g) +2OH－
2返回
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6H+
6e－→
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§7.8 电极的种类
§7.8 电极的种类
氢醌是弱有机酸，可按下式解离，其解离度很小。 C6H4(OH)2→ C6H4O22－ + 2H+ C6H4O22－离子与C6H4O2可发生氧化还原反应 C6H4O22－→ C6H4O2 + 2e－ 醌氢醌电极的电极反应为： C6H4O2 + 2e－→ C6H4O22－ C6H4O22－+ 2H+ → C6H4(OH)2 C6H4O2 + 2H+ + 2e－→ C6H4(OH)2
物理化学-第七章-电化学
通入的总电量：Q I t 0.23060 360库仑
电极上起化学反应物质的量：
n Q 360 0 00373mol zF 196500
析出Ag的质量： m=n×MAg=0.00373×107.88=0.403g
二、电导、电导率和摩尔电导率
体积与浓度的关系如何呢？
c n V
（mol·m-3）
若n为1mol
Vm
1 c
m
Vm
c
S·m2·mol-1
注意:c的单位:mol﹒m-3
3.电导、电导率和摩尔电导率之间的关系
G 1 R
K l A
G K
m
Vm
c
例： 298K时，将0.02mol·dm-3的KCl溶液放入 电导池，测其电阻为82.4Ω，若用同一电导池充 0.0025mol.dm-3的K2SO4溶液，测其电阻为 326Ω，已知298K时，0.02mol·dm-3的KCl溶液 的电导率为0.2768S．m-1 （1）求电导池常数； （2）0.0025mol．dm-3的K2SO4溶液的电率； （3）0.0025mol．dm-3的K2SO4溶液的摩尔电 导率。
★电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、 生化和医学等方面都要用不同类型的化学 电源。
★ ⒊电分析 ★ ⒋生物电化学
§7-1 电解质溶液的导电性质 一、电解质溶液的导电机理
1．导体： 能够导电的物体叫导体。
第一类： 靠导体内部自由电子的定向运动而导电的物体
如 金属导体
石墨
性质:
A.自由电子作定向移动而导电
F:法拉第常数，即反应1mol电荷物质所需电量 1F=96500库仑/摩尔
物理化学中的电化学反应机理
物理化学中的电化学反应机理电化学反应是物理化学中的一个重要分支，它研究电子、离子、分子之间的相互作用及其在化学反应中所起的作用。
其中，电化学反应机理是电化学研究的核心。
本文将从电化学反应的基本概念、电化学反应的类型、电化学反应机理及其应用等方面进行探讨。
一、电化学反应的基本概念电化学反应是由电子、离子或电场引起的化学反应，它是化学与物理之间的交叉领域。
在电解质溶液中，若在两个半导体金属板之间加上外电势，在电势作用下离子将沉积于电极上，或由电极上脱离，并在电子、离子之间形成化学反应，这种反应即称为电化学反应。
电化学反应需要电极，电极是将电化学反应中参与反应的物质，将它们与反应的溶液分开的一个界面。
正极是引发还原反应的电极，负极则促进氧化反应。
电化学反应受到电极电位、离子活度等因素的影响。
二、电化学反应的类型电化学反应类型通常分两类。
一类称为电解反应，它是通过电能转化成化学能的过程。
电解质溶液中的阳、阴离子在电解时，分别向阴、阳极靠拢，产生电化学反应，电解反应称为电解质阳、阴离子填充或消耗的过程，同时也是化学还原剂、氧化剂生成或失活的过程。
另一类称为电池反应，电池反应是利用化学能转化成电能的过程。
它是在两个半电池之间建立起外电路，半电池中的物质发生氧化还原反应，由于电子转移，电子产生电流的流动，完成了把化学能转化为电能的过程。
三、电化学反应机理电化学反应机理是指电化学反应发生时，离子与电子之间的相互作用过程。
电极反应的发生需要在电极表面建立一层相应的离子界面和电荷界面，而反应速率则受到界面电荷的影响。
电化学反应机理是用来描述电化学反应过程的，通过研究机理，可以更好地理解电化学反应及其规律。
以阴极还原反应为例，当电化学反应发生在阴极上，阴极表面的金属得到电子，从而转化为离子。
因此，在阴极上，反应物接受电子，得出固态产物，并且触发电子传输过程。
电子传输的能力越强，则阴极还原反应越容易发生。
四、电化学反应的应用电化学反应机理已经在很多方面得到了应用，包括电化学合成、电化学储能、电化学分析等领域。
电化学原理第三章
2021/12/31
微分电容曲线可求给定电极电位下的电极表面剩余电荷q Cd＝dq/dQ 积分后可得
qCdd积分常数
无电荷排斥作用，界面张力最大; 此时的电极电位称为零电荷电位,常用符号Φ0表示。
q( )i
3.6
无论电极表面存在剩余电荷符号如何，界面张力均随剩余电 荷数量的增加而降低。 由上式
可直接由电毛细曲线斜率求某一电位密度下电极电位 表面剩余电荷密度q判断表面剩余电荷密度符号 及零电荷电位。
2021/12/31
由微分电容定义和李普曼方程，由电毛细曲线很易求得微分电容 值
因
q
所以 Cd2
2
(3.25)
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可根据电毛细曲线确定零电荷电位φO，从而可利用式（3.24）求得 任－电极电位下的电极表面剩余电荷密度q，即
q
qodq
oCdd
(3.3)6
故可计算从零电荷电位φO到某一电位φ之间的平均电容值Ci
即由3.21和3.22求得该浓度下的离子表面剩余量。
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§ 双电层的微分电容
一、 双电层的电容
界面剩余电荷的变化将引起界面双电层电位差改变，因而电极/溶 液界面具有贮存电荷的能力，即具有电容的特性。
理想极化电极可作为平板电容器处理，即把电极/溶液界面的两个 剩余电荷层比拟成电容器的两个平行板，由物理学知，该电容器 的电容值为一常数，即
d为紧贴电极表面排列的水化离子的电荷中心与电极表面的 距离，也为离子电荷能接近表面的最小距离。紧密层厚度为d， 若假定d内介电常数为恒定值。则该层内电位分布是线性变化的。 从x=d到溶液中远处剩余电荷为零的双电层部分即为分散层。其 电位分布是非线性变化的。
物理化学 电化学
能导电的物质称为导电体，通常分为两类： 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 C. 温度升高，电阻也升高
D. 导电总量全部由电子承担
第二类导体又称离子导体，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
阳极上发生氧化作用
2 H 2 O l O 2 (g ) 4 H 4 e
-
电源 +
-
Pt
e
e
+
-
阴极上发生还原作用
2H
Pt
aq 2 e H 2 (g )
N a 2S O 4
电解池
电极上的反应次序由 离子的活泼性决定
在电解池中， 都用铜作电极
阳极上发生氧化作用
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。 发生还原作用的极称为阴极。
阴极：
在原电池中，阴极是正极；在 (Cathode) 电解池中，阴极是负极。
在原电池中
负载电阻
阳离子迁向阴极
正 极 -
负 极
在阴极上发生还原的是
Cu
2
Zn
e
-
Cu
2+
e
aq 2e
l A
1
面 积 =A
单位长方体
m
1
电导率
电导率也就是电阻率的倒数：
R k 1
(a )
电导率的定义
电导率与电解质性质、浓度、溶液浓度有关。
物理化学电化学课件
重金属离子去除。
物理化学电化学的发展历程
早期发展
物理化学电化学的早期发展可以追溯到18世纪，当时科学家开始研究电解现象和电池的 原理。
现代发展
20世纪以来，随着电子学和材料科学的快速发展，物理化学电化学在能源转换和储存、 工业应用以及环境监测与治理等领域取得了重要突破。
未来展望
随着可再生能源和环保意识的不断提高，物理化学电化学在未来将发挥更加重要的作用。 未来研究方向包括新型电池和燃料电池技术的开发、高效能量转换与储存材料的探索以及 环境友好型电化学过程的开发等。
恒温水浴
用于控制实验温度，保证实验 结果的准确性和可靠性。
电化学实验操作与安全
实验前应仔细阅读相关 操作规程和注意事项， 确保实验安全。
在实验过程中，应佩戴 防护眼镜、实验服和化 学防护手套等个人防护 用品。
避免使用易燃、易爆、 有毒或有腐蚀性的试剂 ，并确保实验室有良好 的通风 系统。
在实验结束后，应按照 实验室规定正确处理废 弃物，并确保实验室安 全卫生。
要点二
详细描述
物理化学电化学在生物医学领域的应用广泛，如生物传感 器、药物输送等。生物传感器可用于检测生物体内的物质 浓度，为疾病的诊断和治疗提供依据。药物输送方面，利 用物理化学电化学方法可将药物精准地输送到病变部位， 提高药物的疗效并降低副作用。此外，物理化学电化学还 可用于基因治疗、组织工程等领域的研究和应用。
电感的感抗
电感是衡量线圈产生自感电动 势能力的物理量，定义为线圈 的自感电动势与通过线圈的电 流的比值。
电容与电感的应用
电容和电感在电子电路中有着 广泛的应用，如滤波器、振荡 器、变压器等。
电解与电镀
电解的概念
电解是将电能转化为化学能的化 学反应过程，通过电解可实现金 属的提取和精炼、电解反应的合
物理化学习题答案-电化学部分
物理化学-电化学部分习题答案4. 在18 o C 时，已知0.01 mol/dm 3 KCl 溶液的电导率为0.12205 S m -1，用同一电导池测出0.01 mol/dm 3 KCl 和0.001 mol/dm 3 K 2SO 4的电阻分别为145.00 Ω和712.2 Ω。
试求算（1）电导池常数；（2）0.001 mol/dm 3 K 2SO 4溶液的摩尔电导率。
解. （1）用标准KCl 溶液求电导池常数：170.1700.14512205.0-=⨯===m R GK cell κκ（2）K 2SO 4溶液的摩尔电导率：12302485.02.71210001.071.17-⋅⋅=⨯⨯====Λmol m S cR K c G K ccell cell m κ8. 在25 o C 时，一电导池充以0.01 mol/dm 3 KCl 和0.1 mol/dm 3 NH 3·H 2O 溶液，测出两溶液的电阻分别为525 Ω和2030 Ω，试计算此时NH 3·H 2O 溶液的解离度。
已知25 o C 时0.01 mol/dm 3 KCl 的电导率为0.1409 S m -1，()()121240198.0,00734.0--∞-+∞⋅⋅=⋅⋅=mol m S OH mol m S NH m m λλ 解. 用标准KCl 溶液求电导池常数：()()()()KCl R KCl KCl G KCl K cell κκ==0.1 mol/dm 3 NH 3·H 2O 溶液的电导率为：()()()()()123232303643.020305251409.0-⋅=⨯=⋅=⋅=⋅m S O H NH R KCl R KCl O H NH G K O H NH cell κκ0.1 mol/dm 3 NH 3·H 2O 溶液的摩尔电导率为：()()()124323232310643.3101.003643.0--⋅⋅⨯=⨯=⋅⋅=⋅Λmol m S O H NH c O H NH O H NH m κ ()()()1242302714.00198.000734.0--∞+∞∞⋅⋅=+=+=⋅Λmol m S OHNH O H NH m m m λλ NH 3·H 2O 溶液的解离度：()()0134.002714.010643.342323=⨯=⋅Λ⋅Λ=-∞O H NH O H NH m m α12. 在18 o C 时，测得CaF 2饱和水溶液及配制该溶液的纯水的电导率分别为3.83×10-3 和1.5×10-4 S m -1。
天津大学物理化学第七章-电化学PPT课件
对阳极区的Ag+ 进行物料衡算，假定通电前后阳极区的水量不变(水分 子不迁移)，则电解前阳极区23.14g水中原有AgNO3的物质的量为:
n 电 解 前 ( A g N O 3 )4 1 3 0 . 0 5 0 0 2 3 . 1 4 m m o l1 . 0 0 7 m m o l = n 电 解 前 ( A g + )
化学能与电能之间 相互转换的规律
原电池
利用化学反应来 产生电能将 能够自发进行的 化学反应放在原 电池装置中使化 学能转化为电能
电解池
利用电能来驱动 化学反应将 不能自发进行的 反应放在电解池 装置中输入电流 使反应得以进行
-
4
无论是原电池还是电解池，其内部工作介质都离不 开电解质溶液。因此本章除介绍原电池和电解池外，还
电解过程 法拉第定律 同时适用于
原电池放电过程
1 mol 电子电量=L×e = 6.023×1023(mol-1)×1.602×10－19 (库仑，C) = 96485 C·mol-1 = 1 F
-
12
电极反应的通式可写为：
或：
M ( 氧 化 态 ) z e
M ( 还 原 态 )
M ( 还 原 态 ) M ( 氧 化 态ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)z e
但如将逆反应放入如图 所示装置内，通电后，逆反 应可进行。
极板/溶液：电子得失 溶液中： 离子定向迁移
利用电能来发生化学反 应的装置成称为电解池
H2 阴极－
Fe
电解池
-
电源
O2 ＋阳极 Ni
KOH 水溶液
6
物理化学_电化学
无论是原电池还是电解池，其共同的特点是， 无论是原电池还是电解池，其共同的特点是，当外 电路接通时： 电路接通时： 在电极与溶液的界面上有电子得失的反应发生； 在电极与溶液的界面上有电子得失的反应发生； 电子得失的反应发生 溶液内部有离子作定向迁移运动 离子作定向迁移运动。 溶液内部有离子作定向迁移运动。 极板与溶液界面上进行的化学反应电极反应 极板与溶液界面上进行的化学反应电极反应 两个电极反应之和为总的化学反应： 两个电极反应之和为总的化学反应： 原电池电池反应； 电解池 电解反应 原电池电池反应； 电解池电解反应 电池反应
AB Ex = EN AB′
9
§7.6 原电池热力学 1. 由E计算∆rGm 计算∆ 计算
例：Zn + CuSO4 === Cu + ZnSO4 恒温、恒压、可逆条件下： 恒温、恒压、可逆条件下： ∆ rGT , p = Wr′ 每摩尔电池反应所做的可逆电功为： 每摩尔电池反应所做的可逆电功为：
∆rGm
电池恒温可逆放电，吸热； 电池恒温可逆放电，吸热；
电池恒温可逆放电，放热。 电池恒温可逆放电，放热。
11
∆r H m = − ZFE + Qr
1) 可逆原电池
反应物
2) 电池外恒压反应
产物
过程(1): 过程
∆H=－ZFE＋Qr ＋
过程(2)： 过程 ： ∆H=Qp
过程(1)、 是状态函数) 过程 、(2) ∆H 相等 (因H是状态函数 因 是状态函数 与过程有关) 但 Qr ≠ Qp (因Q与过程有关 因 与过程有关 测E 和(∂E/∂T)p 可得到 Qp ∂ ∂
$
RT E=E − ln 2 F aZn2+ ⋅ pH2 / p$ aZn RT ln =E − 2F aZn2+
物理化学 第七章电化学总结
如果正、负离子荷电量不等，如果电极本身也发生反 应，情况就要复杂一些。
29
（2）迁移数 transfer number 某种离子运载的电流与通过溶液的总电流之比 称为该离子的迁移数, 以t 表示。
即每有1mol Ag+被还原或1molAg沉积下来，通过的 电量一定为96500C
21
2+ + 2e对于电极反应：Cu = Cu
z=2, Q=96500C 时：
Q 96500 C 0.5mol zF 2 96500 mol 1 C
n(Cu ) (Cu )
n(Cu) (Cu) 0.5mol
49
3.摩尔电导率与浓度的关系
例1例2例3例4例5
0.04 HCl 0.03 0.02 NaOH
0.01
0 0
AgNO3 CH3COOH 0.5 1.0 1.5
•随着电解质浓度c降低, 离子间引力减小, 离子 运动速度增加,故摩尔 电导率m增大。
m/(S m2 mol-1)
c , F , v , m 。
F=L· e
=6.0221367×1023 mol-1×1.6022×10-19 C =96485.309 C· -1 mol
≈96500 C· -1 mol
19
对各种电解质溶液, 每通过96485.309C的电量,
在任一电极上发生得失1mol电子的反应, 同时相
对应的电极反应的物质的量亦为1mol（所选取的 基本粒子荷一价电）.
物理化学总结-电化学-思维导图
3.德拜-休克尔极限公式
7.4 电解质溶液的活 度、活度因子及德 拜-休克尔极限公式
化学可逆性 热力学可逆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 电池的可逆含义
实际可逆性 电池的表示方法 1.可逆电池
电池电动势的定义 丹聂耳电池和韦斯顿标准电池
波根多夫对消法 2.电池电动势的测定
7.5 可逆电池及其电动势的测定
第七章 电化学
7.6 原电池热力学
2.原电池电动势的计算
3.液体接界电势及其消除 液接电势的计算
7.8 电极的种类
金属电极和卤素电极
1.第一类电极 氢电极
氧电极 酸性、碱性下氧电极反应
2.第二类电极
金属-难溶盐电极 金属-难溶氧化物电极
3.第三类电极 氧化还原电极
4.不同类型电极之间标准电极电势的 换算
7.9 原电池的设计
设计电池一般步骤（三步） 1.氧化还原反应 2.中和反应 3.沉淀反应 4.扩散过程——浓差电池 5.化学电源
柯尔劳施离子独立运动定律
4.离子独立运动 定律和离子的摩 尔电导率
计算弱电解质的解离度及解离常数
计算难溶盐的溶解度 5.电导测定的应用
电导滴定
7.3 电导、 电导率和 摩尔电导
平均离子活度 活度因子
1.平均离子活度和平均活度因子
定义：I=1/2∑（bB ZB^2 ） 求解
2.离子强度
内容lgγ±=—Az+｜z-｜ 适用范围：强电解质稀溶液
7.2 离子 的迁移数
电导G：G=1/R，单位S
强电解质 弱电解质
电导率与 溶液浓度 的关系
电导率，G=1/R=κA/l
1.定义
摩尔电导率Λm：在相距为单位长度的两平 行电极之间，放置有1 电解质溶液时的电导
物理化学电化学总结
物理化学电化学总结1. 引言物理化学电化学是研究化学过程中涉及电子转移的科学。
随着电子技术的发展，电化学的研究在科学和工程中扮演着重要的角色。
本文将总结物理化学电化学的基本概念、原理和应用。
2. 电化学基础电化学是研究电子转移和化学反应之间相互关系的学科。
它的基础是电解质溶液中的电离和电极上的电荷转移过程。
2.1 电解质溶液电解质溶液是指在溶解过程中离解成离子的化合物，如盐类、酸类和碱类。
在电解质溶液中，离子之间发生相互作用，并形成离子云。
这些离子可以通过电荷转移参与化学反应。
2.2 电极电极是电解质溶液中电子转移的场所。
根据电极上产生和接收电子的能力，可以将电极分为氧化剂和还原剂。
•氧化剂：具有高电子亲和性的物质，可接受电子，将其本身还原。
•还原剂：具有低电子亲和性的物质，可提供电子，将其本身氧化。
2.3 电池电池是利用化学能产生电能的装置。
它由正极、负极和电解质溶液组成。
电池中的化学反应将化学能转化为电能。
•正极：发生氧化反应的电极。
•负极：发生还原反应的电极。
3. 电化学过程电化学过程涉及到两个重要的过程：氧化和还原。
3.1 氧化反应氧化反应指物质失去电子而增加氧化态的过程。
氧化反应在正极发生，是电池中电荷转移的起点。
例如，铜（Cu）在溶液中氧化为二价铜离子（Cu2+）的反应方程式为：Cu -> Cu2+ + 2e-3.2 还原反应还原反应指物质获得电子而减少氧化态的过程。
还原反应在负极发生。
例如，二价铜离子（Cu2+）在负极还原成纯铜（Cu）的反应方程式为：Cu2+ + 2e- -> Cu3.3 电解电解是指通过外加电势将化合物分解成离子。
电解可以是非自发的，需要外加电势才能进行。
例如，将氯化钠溶液通过电解分解成氯离子和钠离子的反应方程式为：2NaCl -> 2Na+ + 2Cl-4. 应用电化学在许多领域都有广泛的应用，包括电池、腐蚀、电镀和电分析等。
4.1 电池电池是电化学最常见的应用之一。
理解物理化学中的电化学过程
理解物理化学中的电化学过程物理化学是研究物质性质和变化规律的一门学科，其中电化学是其重要分支之一。
电化学过程指的是在电化学反应中，原子、分子或离子通过电流传输以进行化学反应的过程。
电化学过程不仅在工业生产中有重要应用，还在环境保护和能源存储等领域具有广泛的意义。
本文将从电化学基本概念、电极反应和电化学动力学三个方面来探讨理解物理化学中的电化学过程。
一、电化学基本概念在介绍电化学过程前，先来了解一些电化学的基本概念。
1. 电解和电池电解是指在电解质溶液中，通过施加电压使物质发生化学变化的过程。
而电池则是将化学能转化为电能的装置，包括蓄电池和电解池两种。
蓄电池可以反复充放电，用于储存和输出电能；而电解池则是实现电化学反应的场所。
2. 电解质和非电解质电解质是在溶液中能够产生离子的物质，如盐酸、硫酸等；而非电解质则是不能产生离子的物质，如蔗糖、乙醇等。
在电化学过程中，电解质的离子起着重要的作用。
二、电极反应电极反应是电化学过程中的核心内容，分为氧化反应和还原反应两种。
氧化反应指的是物质失去电子的过程，而还原反应则是物质获得电子的过程。
在电池或电解池中，电子从氧化反应的物质转移到还原反应的物质中，完成电化学反应。
在电化学反应中，通常需要用两种电极：阳极和阴极。
阳极是氧化反应发生的地方，而阴极则是还原反应发生的地方。
通过外部电源的作用，将阳极和阴极连接起来，电流就会流动，电化学反应随之发生。
三、电化学动力学电化学动力学研究的是电化学反应的速率和机理。
在电化学过程中，电流和反应速率之间存在关系，称为法拉第定律。
法拉第定律指出，电流的大小与参与反应的物质的物质的物质转移的速率成正比，与化学反应的速率成正比。
此外，电化学动力学还研究了电化学反应的热力学性质，例如电动势和化学平衡。
电动势是指电化学电池转化化学能为电能的能力，用于评估电化学反应的能力和方向。
而化学平衡则描述了电化学反应的平衡状态，包括电极处的浓度、温度和压力等因素。
物理化学-电化学
通常情况下，同一电解质溶液中正离子、负离子所迁 移的电量不相等，因为两种离子运动速度不相等。
电解质溶液的导电行为，可以用离子的迁移速率、离 子的电迁移数以及电导、电导率、摩尔电导率和离子 摩尔电导率等物理量来定量的描述。
一、离子迁移数
电迁移：离子在电场作用下而产生的运动，阳离子向阴 极迁移，阴离子向阳极迁移的现象称为电迁移。
在电迁移的同时，阴、阳离子（正、负）离子分别在两 个电极上发生电极反应，从而两个电极附近区域，离子浓 度发生变化。
假定使用惰性电极点解1-1价型的电解质溶液，设想在 两个惰性电极之间有假想的界面，将溶液分为阳极区、中 间区及阴极区三个部分。假定未通电前，每个区均含有正、 负离子各5 mol，用+、-号代替。
阴极区 中间区 阳极区
-
+
++++ + ++++ + ++++ +
- ---- ----- -----
a .通电前
设离子都是一价的，当通入3F的电量时，阳极上有3 mol 负离子氧化，阴极上有3 mol正离子还原。
两电极间正、负离子共同承担3F电量的运输任务 若离子都是一价的，则离子运输电荷的数量只取决于离 子迁移的速度。
Cu电极： Cu2+ + 2e →Cu 还原反应，阴极 正极
Fe电极： Fe - 2e → Fe2+ 氧化反应，阳极 负极
电池反应： Cu2+ + Fe → Cu + Fe2+
物理化学课件：电化学
03 电化学动力学
电极过程速度与反应机理
总结词
电极过程速度主要取决于反应机理和反应速率常数。
详细描述
在电化学系统中，电极过程的速度通常由反应机理和反应速率常数控制。反应机理是指反应的具体步骤和相互转 化的物质，而反应速率常数则是描述反应速度的常数，通常与温度和浓度有关。不同的反应机理会有不同的速率 控制步骤，因此理解反应机理对于理解和预测电极过程的速度非常关键。
研究电化学方法在废气处理中 的应用，如二氧化硫、氮氧化 物等有害气体的去除。
土壤修复
研究电化学方法在土壤修复中 的应用，如重金属污染土壤的 修复、有机物污染土壤的修复 等。
环境友好能源
研究电化学方法在环境友好能 源开发中的应用，如燃料电池
、超级电容器等。
生物电化学
生物电化学界面
研究生物界面上的电化学过程，如生物分子 电子转移、能量转换等。
稳态技术
稳态技术包括控制电流、电位或电压的方法，以及记录电流、电位或电压响应 的技术。这些技术可以用来研究电极表面的吸附、反应动力学和电子转移过程 等。
暂态方法与技术
暂态方法
暂态方法是指系统从一个稳态过渡到另一个稳态的过程。在电化学研究中，暂态 方法通常用于研究电化学反应的动力学过程，以及电子转移机制等。
扩散传质过程动力学
总结词
扩散传质过程是电化学反应中物质传递的主要方式之 一，其动力学受到物质浓度和扩散系数的影响。
详细描述
在电化学系统中，物质传递通常通过扩散来实现。扩散 传质过程的动力学受到物质浓度和扩散系数的影响。当 电极表面上的物质浓度低于溶液本体中的浓度时，物质 会从溶液本体向电极表面扩散，从而补充电极表面上的 反应物。扩散系数是描述物质扩散能力的常数，通常与 物质的分子大小、形状和溶液粘度等因素有关。理解扩 散传质过程的动力学对于优化电化学反应的效率和稳定 性非常重要。
物理化学电化学(新)PPT课件
波根多夫对消法
检流计中无电流通过时：
E E AC x N AC
.
38
§7.6 原电池热力学
根据热力学第二定律：
dGT，p = δW’r
又
W’=-EIt=-EQ,
δW’r = - Ed(zFξ) = dGT，p 则单位反应进度的反应：
ΔrGmG T,p zFE
标准态下进行的反应：ΔrGmӨ = - zFEӨ
3Δ )rG m zF ;Δ r E S m z F E T p Q rm , T Δ rS m
.
43
§7.7 电极电势和液体接界电势
1. 电极电势 选氢电极作为参考标准，定义其在标准态
下的电极电势为0，以此电极为负极与欲测电 极组成电池，测得此电池的电动势即为欲测电 极的电极电势,也称为还原电极电势。
之间的关系:
QzF
Q --通过电极的电量;
z -- 电极反应的电荷数（即转移电子数)
ξ--电极反应的反应进度;
F -- 法拉第常数, ≈96500 C·mol-1.
.
7
例题
0.20 A的电流通过 CuCl2溶液2 h，在 阴极上析出了Cu和H2，析出Cu的质量为 0.3745 g，求析出H2标准状况下的体积， Cu的相对原子质量为63.33。
17
5. 应用举例
(1)柯尔劳施公式可以求算弱电解质的极限摩尔电
导率。
例题
已知25℃HCl、CH3COONa和NaCl极限摩 尔电导率分别是426.16×10-4、91.01×10-4和
126.45 S·m2·mol-1, 求CH3COOH 的极限摩尔电 导率。
.
18
(2)计算弱电解质的解离度及解离常数
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一、电极电势的产生机理
•
1、相间电势差：如金属与溶液
• 2．接触电势差：存在于两金属相之间（不同金属电 子逸出功不同）
•
3、液体接界电势差（扩散电势）：两液间形成的
电势差（离子密度，浓度不同），
•
用对消法测定的原电池电动势是电池的各个相面上
电势差的代数和。
•
以丹尼尔电池为例（用Cu作导线）
第七节 电极电势和液体接界电势
阳极反应： H2 2H+ + 2e• 阴极反应： Zn2+ + 2e- Zn
• 电池反应：H2 + Zn2+ Zn + 2H+
• 按 Nernst 方程：
E
E
RT 2F
ln
a(Zn) a(H ) 2
a(Zn2 ) p(H 2 ) / p
.
E
E
RT 2F
ln
a(Zn) a(Zn2 ) .
第7节 电极电势的能斯特方程
• 用R表示还原态，O表示氧化态，电极反应 写成还原反应的形式，能斯特方程为
E(电极) E（ 电极） RT ln a(R) vR .....................7.7.1 zF a(O) vO
写出电极电势的步骤(补充)： 1）以还原式写出电极反应； 2）在RT/zF项中，z取电极反应中得到的电子数； 3）在对数号后，还原态的幂作分子，氧化态的幂作 分母
反应能自发进行。
• 原电池的标准电动势为Eθ=Eθ(右)－Eθ(左) • C、E(右) ﹥0时,且E(右)值越正，反应趋势越大，在阴极上是电极电势越
正的离子优先还原。
• D、E(左)﹤0，且E(左)值越负，反应趋势越大，在阳极上是电极电势越
负的物质优先氧化， • E、电极电势愈负，失电子的趋势愈大；电极电势愈正，则得电子的趋势
△φ1:阳极电势差，Zn与ZnSO4之间的电势差 △φ2:ZnSO4溶液与CuSO4溶液之间的电势差，为液体 接界电势（扩散电势） △φ3：为阴极电势差，Cu与CuSO4之间的电势差。
E＝△φ1+△φ2+△φ3
第七节 电极电势和液体接界电势
• 二、电极电势 • 1，定义：单个电极的电势差的绝对值是无法测
愈大。
第七节 电池电动势的计算
• 解：阳极反应：
•
阴极反应：
E(电极) E（ 电极） RT ln a(R) vR .....................7.7.1 zF a(O) vO
第七节 电池电动势的计算
• E=E右一E左＝0.3007-（-0.8557）＝1.1564V
第七节 电池电动势的计算
第七节 液体接界电势及其消除
• 2．液体接界电势的计算： • （教材32-33页，自学） • 3．减小液体接界电势的方法： • 在两液体间连接上一个盐桥，它是高浓度的电解
质溶液，溶液中电解质的阴、阳离子迁移数极为 接近，使液体接界电势降低到最小值。
§7.8 电极的种类
1. 第一类电极
金属电极:是由金属单质和它的离子溶液组成的电极。 惰性金属＋气体电极：氢电极、氧电极、卤素电极。
第七章 电化学
• 第七节 电极电势和液体接界电势 • 第八节 电极的种类 • 第九节 原电池设计
• 教学主要内容及重点难点：
• 主要内容：电极电势和液体接界电势、三 类电极、原电池设计
• 重点：电极电势、氢电极、甘汞电极、原 电池设计
• 难点：液体接界电势、原电池设计
第七节 电极电势和液体接界电势
§7.8 电极的种类
将碱性氢电极与酸性标准氢电极组成电池： Pt | H2(g) | H+ OH-, H2O | H2(g) |Pt
阳极： (1/2)H 2(g) H+ + e阴极： H2O + e- (1/2)H2(g) + OH电池反应： H2O H+ + OH-
电池反应平衡时：E=0
(3) 氧电极
25℃标准电极电势： E H2O,OH / O2 (g) 0.401V
酸性氧电极与碱性氧电极标准电极电势关系：
第7节 电极电势的能斯特方程
• 3、电极电势的意义： • A、还原电极电势的高低，为该电极氧化态物质获得电子被还原成还原态
物质这一反应趋向大小的量度。
• B、由任意两个电极构成的电池，其电动势E=E(右)－E(左)，E(右)表示 阴极电极电势，E(左) 表示阳极电极电势，如果E﹥0，表示该条件下电池
电极反应：2H++2e-H2(g)
标准电极电势：E {H H2(g)} 0
优点：电动势随温度改变很小。
碱性:
OH–, H2O | H2(g) | Pt
电极反应：2H2O+2e-H2(g)+2OH-
标准电极电势： E
{OH
H2(g)}
RT F
ln Kw
-0.828 V
碱性标准电极电势是如何求出的？
得的，事实上是一个相对电势。
第七节 电极电势和液体接界电势
由标准氢电极（H2的压力为100kPa，溶液中H＋的活度为1） 为阳极，规定氢电极的标准电极电势为零，待测电极作为阴
极，发生还原反应。这样测(氢)＝E(电极)
Eθ (氢) = 0
第7节 电极电势的能斯特方程
§7.8 电极的种类
结构：将镀有铂黑的铂片浸入含有H+或OH-的溶液中，并
不断通O2(g)就构成了酸性或碱性氧电极 酸性氧电极: H+,H2O|O2(g)|Pt 电极反应： O2(g)+4H++4e-2H2O
25℃时标准电极电势：E H 2O, H / O2 (g) 1.229V
碱性氧电极:OH-,H2O|O2(g)|Pt 电极反应：O2(g)+2H2O+4e-4OH-
(1)金属电极和卤素电极：均较简单，如 Zn2+|Zn: Zn2++2e-Zn Cl- | Cl2|Pt: Cl2(g)+2e-2Cl-
(2)氢电极 结构：将镀有铂黑的铂片浸入含有H+ 或OH-的溶液中，并不断通H2(g)就构 成了酸性或碱性氢电极。
§7.8 电极的种类
酸性:
H+ | H2(g) | Pt
• 计算电池电动势的步骤（以铜锌电池为例 ） • 第一步：先写出电极反应 • 阳极反应： • 阴极反应： • 第二步：写出电池反应： • 第三步：写出电池反应电动势表达式
• 其中
第七节 液体接界电势及其消除
• 定义：在两种不同溶液界面上存在的电势差称为液体
接界电势或扩散电势。它是由溶液中离子扩散速度不同 引起的。