电化学导论与基础知识
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第九章 电化学(电解质溶液)..
H e 1
1 H2 2
HCl水溶液
9
在（+）极液面接界处则 发生反应
Cl Cl2 e1
不断放出电子，可以看作 电子不断由溶液流出，进 入金属导体，电流从此流 过。 整个效果：电子仍然从负 极有电子流入溶液而又在 正极流出，这就构成了整 个回路中连续的电流 ，电 极反应使得电流在导体/ 液体接界面得以流通。
温度、溶液浓度、外加电场的电场强度
31
三、 离子的电迁移率u
离子的运动速率与外电场强度E的一般关系：
dE dE u u dl dl
u称为离子的电迁移率(有时称为离子淌度) 离子的电迁移率u：某离子在指定溶液中在 电场强度E=1V/m时的运动速率。m2 s1 V1
当通电结束，阴、阳两极部溶液浓度相同，但比原溶 液各少了2mol，而中部溶液浓度不变。
26
（2）正负离子运动速率不相同(+= 3-)
设正离子迁移速率是负离子的三倍， υ+=3υ-，则正 离子导3F电量，负离子导1F电量。在假想的AA、 BB平面上有3mol正离子和1mol负离子逆向通过。
度加快，在水溶液中离子水化作用减弱等
原因，电阻下降
导电总量分别由正、负离子分担
5
2. 电池 由第一类导体联结两个电极并使电流在两极间 通过，构成外电路的装置叫做电池。
3. 原电池 电池能自发地在两极上发生化学 反应，并产生电流，将化学能转 变为电能的装置称为原电池。
4. 电解池 将电能转变为化学能的装置。
18
*电流效率
实际电解过程中，电极上常发生副反应或次级反应，析出一定 数量的某一物质时所消耗的电量要比按照法拉第定律计算所需 的理论电量多一些。此两者之比称为电流效率，通常用百分数 来表示。
1电分析化学导论
例：甘汞电极
Hg—Hg2Cl2—Cl-
电极反应
Hg2Cl2+ 2e- = 2 Hg + 2Cl-
电极电位 （25℃）
Hg
2 Cl 2
/ Hg
Hg 2 Cl 2 / Hg
0 . 05电位取决于电极内参比溶液中的 αCl- ，当αCl-一定，甘汞电极的电极电位恒定。
衡电位（即能斯特公式计算的电位）的现象；
• 电极电位与平衡电位之差称为过（超）电位； • 极化产生的原因：浓差极化和电化学极化； • 一般阳极（正极）极化，电极电位更正，阴极（负极） 极化，电极电位更负。利用过电位的大小评价电极的极 化程度； • 一般来说，析出金属时过电位较小，但析出物为气体时， 尤其是H2（阴极析出）和O2（阳极析出），过电位很大。
减小浓差极化的方法：增大电极面积、减 小电流密度、提高温度、搅拌溶液等。
2. 电化学极化：电极反应速度慢引起的；
阴极反应：必须使阴极电位比平衡电位更 负一些；阳极反应：必须使阳极电位比平 衡电位更正，电极反应才能进行。
1. 第一类电极
由金属浸入含有该金属离子的溶液组成 电极反应 ： Mn+ + ne- = M 25℃
二、按电极用途分类
1.指示电极和工作电极
能反映溶液中待测离子的活度或浓度； 在测试过程中，溶液主体浓度不发生变化的电极称为指
示电极；
例：电位分析中的离子选择性电极
在测试过程中，有较大电流通过，溶液的主体浓度发生
显著变化的电极称为工作电极。 例：电解分析和库仑分析中所用的Pt电极
2.参比电极
（1）作用 接通电路，消除或减小液接电位。 （2）使用条件 a.盐桥中电解质不含被测离子。
仪器分析 第八章 电分析化学导论
42/68
盐桥：一个盛满饱和KCl和3%琼脂的U形管。
由于饱和KCl溶液浓度很高（3.5-4.2 mol/L）， 因此，K+和Cl-离子向外扩散成为盐桥与两个溶 液液接界面上离子扩散的主要部分。
盐桥中，K+和Cl-的扩散速度几乎相等，因此在 两个液接界面上产生两个数值很小、且几乎相 等、方向相反的液接电位，近于完全消除。
38/68
39/68
40/68
2. 液体接界电位 L
定义：两种不同离子或不同浓度溶液接触界
面上，存在着微小电位差，称之为液体接界电位。 产生原因：各种离子具有不同的迁移速率。
41/68
电化学分析中，经常使用有液接界面的参比电 极，所以液接电位普遍存在。
液接电位往往难于测量，为减小其影响，实际 工作中通常在两个溶液之间用 盐桥 连接。
34/68
以锌电极为例：当锌片与含有Zn2+的溶液相
接触时：
金属锌有失去电子氧化为Zn2+的倾向；同时溶 液Zn2+中有从锌片上取得电子而沉积的倾向。
由于Zn氧化倾向大于Zn2+的还原倾向，致使锌 片上聚集了较多电子而带负电荷，溶液中Zn2+ 受锌片负电荷吸引，使溶液界面带正电荷，形 成双电层，产生电位差，即电极电位。
电极电位的测定方法。 液体接界电位的产生原因及消除方法。 浓差极化的产生原因与消除方法。 电化学极化的产生原因。
48/68
第八章 电分析化学导论
1. 根据电极的组成分类 2. 根据电极所起的作用分类
第四节 电极的种类
1. 根据电极的组成分类
第一类电极：金属-金属离子电极；
09电化学分析导论
南京大学高鸿：各类电极和电极过程的电流理论与示波极谱 滴定。 复旦大学邓家祺教授：活化分析。 中国科学院环境生态研究中心：库仑分析。
湖南大学、核工业部Байду номын сангаас五所、上海工业大学、中国科学院南
京土壤研究所上海冶金研究所：离子选择性电极。
电化学分析导论
我国电分析化学方面的研究也很有特色
武汉大学：电化学传感器和生物电化学。
实用价值：金属和含共同配位体的两个难解离络合物组成的 电极（pM电极）
电化学分析导论
4、零类电极
惰性金属（Pt、Au、C等）电极，这类电极本身 不参与电极反应，仅作为氧化态和还原态物 质传递电子的场所，同时起传导电流的作用， 如
Fe3 , Fe2 Pt
Fe 0.0591lg Fe
Ag Ag
Ag
Ag Ag
0.0592 lg Ag 25C ，，由 Ag
Ag
S
2
, S 2
Cd
2
Ag
Ag
0.0592 K sp Ag2 S 0.0592 0.0592 lg lg Cd 2 lg Cd 2 Ag 2 K spCdS 2 2 Ag
电化学分析导论
电化学分析导论
定义：自发地将本身的化学能转变为电能。
阳极：发生氧化反应的电极； 阴极：发生还原反应的电极； 电流方向是Ag电极流向Cu电极
原电池
外电路中，电子流动的方向是Cu电极流向Ag电极。
正极：Ag电极；
负极：Cu电极 盐桥：使两个半电池保持电中性
电化学分析导论
定义：实现电化学反应所需能量由外部电源供给。
电化学分析导论
湖南大学、核工业部Байду номын сангаас五所、上海工业大学、中国科学院南
京土壤研究所上海冶金研究所：离子选择性电极。
电化学分析导论
我国电分析化学方面的研究也很有特色
武汉大学：电化学传感器和生物电化学。
实用价值：金属和含共同配位体的两个难解离络合物组成的 电极（pM电极）
电化学分析导论
4、零类电极
惰性金属（Pt、Au、C等）电极，这类电极本身 不参与电极反应，仅作为氧化态和还原态物 质传递电子的场所，同时起传导电流的作用， 如
Fe3 , Fe2 Pt
Fe 0.0591lg Fe
Ag Ag
Ag
Ag Ag
0.0592 lg Ag 25C ，，由 Ag
Ag
S
2
, S 2
Cd
2
Ag
Ag
0.0592 K sp Ag2 S 0.0592 0.0592 lg lg Cd 2 lg Cd 2 Ag 2 K spCdS 2 2 Ag
电化学分析导论
电化学分析导论
定义：自发地将本身的化学能转变为电能。
阳极：发生氧化反应的电极； 阴极：发生还原反应的电极； 电流方向是Ag电极流向Cu电极
原电池
外电路中，电子流动的方向是Cu电极流向Ag电极。
正极：Ag电极；
负极：Cu电极 盐桥：使两个半电池保持电中性
电化学分析导论
定义：实现电化学反应所需能量由外部电源供给。
电化学分析导论
第十一章电化学导论答案
答案
11-01.液接电位是怎样产生的？
答： 液接电位产生于具有不同电解质或浓度不同的同 种电解质溶液界面之间，由于离子扩散通过界面的速 率不同，有微小的电位差产生，这种电位差称为液接 电位。
11-02.阴极和阳极，正极和负极是怎样定义的？
答：负极：电子流出的极 阴极：接电源负极 正极：电子流入的极 阳极：接电源正极
-0.793V
11-07. 写出下列电池的半电池反应及电池反应，计算其电动势，该 电池是电解池还是原电池？
Zn|ZnSO4(0.1mol/L)||AgNO3(0.01mol/L)|Ag
解： 右边：Ag e- Ag
E右Βιβλιοθήκη E Ag／Ag
0.059 lg
Ag
0.799 0.059 lg 0.01
Cd CdX24- 0.200mol / L，X- 0.150mol / L SCE
Eθ Cd2+
/
Cd
=
0.403V,ESCE
=
0.244
3V,
计算CdX2-的形成常数。 4
解： Cd2+ =5.1510-10 mol/L
Cd2+ +4X- ƒ
CdX
24
K稳
=
CdX
24
解：
左边：Cd-2e- +2X- =CdX2
E E右 E左
E左 ESCE E=0.244 3 0.893 0.648 7V
E左
E Cd2／Cd
0.059 2
lg
Cd2
=-0.403+
0.059 2
lg
Cd
2
11-01.液接电位是怎样产生的？
答： 液接电位产生于具有不同电解质或浓度不同的同 种电解质溶液界面之间，由于离子扩散通过界面的速 率不同，有微小的电位差产生，这种电位差称为液接 电位。
11-02.阴极和阳极，正极和负极是怎样定义的？
答：负极：电子流出的极 阴极：接电源负极 正极：电子流入的极 阳极：接电源正极
-0.793V
11-07. 写出下列电池的半电池反应及电池反应，计算其电动势，该 电池是电解池还是原电池？
Zn|ZnSO4(0.1mol/L)||AgNO3(0.01mol/L)|Ag
解： 右边：Ag e- Ag
E右Βιβλιοθήκη E Ag／Ag
0.059 lg
Ag
0.799 0.059 lg 0.01
Cd CdX24- 0.200mol / L，X- 0.150mol / L SCE
Eθ Cd2+
/
Cd
=
0.403V,ESCE
=
0.244
3V,
计算CdX2-的形成常数。 4
解： Cd2+ =5.1510-10 mol/L
Cd2+ +4X- ƒ
CdX
24
K稳
=
CdX
24
解：
左边：Cd-2e- +2X- =CdX2
E E右 E左
E左 ESCE E=0.244 3 0.893 0.648 7V
E左
E Cd2／Cd
0.059 2
lg
Cd2
=-0.403+
0.059 2
lg
Cd
2
应用电化学 第一章 电化学理论基础 [兼容模式]
![应用电化学 第一章 电化学理论基础 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/1a185cf2770bf78a65295440.png)
电极过程是一种复杂过程，按其反应类型，它是一 个异相氧化还原过程，又因这种过程发生在“电极/溶液” 的荷电界面上，所以与化学反应相比，有如下两个特征：
两个特征：
1．分区进行。即氧化、还原反应可以分别在阳极 和阴极进行，反应中涉及的电子通过电极和外电路传 递。
2．“电极/溶液”界面附近的电场对电极反应的 活化作用。在一定范围内通过改变电极电势，可以连 续地改变界面电场的强度和方向，并在相应范围内随 意的和连续的改变电极反应的活化能和反应速度。换 言之，在“电极/溶液”界面上，我们有可能在一定 范围内随意地控制反应表面的“催化活性”与反应条 件。所以说，电极过程是一种很特殊的异相催化反应。
恒温恒压下荷电粒子i从α相转移到β相 ÌGiα→β = μiβ- μiα + Zie0(φβ - φ α)
平衡时： μiβ + Zie0φβ = μiα + Zie0φ α
μ
β
i
=
μ
α
i
两相间建立平衡电势
电化学研究对象
电化学体系由两类导体共同完成电流的 传递，导体间电流传递任务的交接是在电极 界面上完成，途径为电极反应： 例如：Cu2++2e-→ Cu(S)
• 由此可见,研究电极过程动力学的首要目的在于找出整 个电极过程的控制步骤,并通过控制步骤来影响整个电
极过程的进行速度,而这又建立在对电极过程基本历程 的分析和弄清个分步骤动力学特征的基础之上。
电极的极化
处在热力学平衡状态的电极体系,因正、负方向的 反应速度相等,净反应速度等于零.相应的平衡电极电 势可由Nernst公式计算.当有外电流通过时,净反应速 度不等于零,即原有的热力学平衡受到破坏,致使电极 电势偏离平衡电势,这种现象在化学上称为电极的“极 化现象” 。
两个特征：
1．分区进行。即氧化、还原反应可以分别在阳极 和阴极进行，反应中涉及的电子通过电极和外电路传 递。
2．“电极/溶液”界面附近的电场对电极反应的 活化作用。在一定范围内通过改变电极电势，可以连 续地改变界面电场的强度和方向，并在相应范围内随 意的和连续的改变电极反应的活化能和反应速度。换 言之，在“电极/溶液”界面上，我们有可能在一定 范围内随意地控制反应表面的“催化活性”与反应条 件。所以说，电极过程是一种很特殊的异相催化反应。
恒温恒压下荷电粒子i从α相转移到β相 ÌGiα→β = μiβ- μiα + Zie0(φβ - φ α)
平衡时： μiβ + Zie0φβ = μiα + Zie0φ α
μ
β
i
=
μ
α
i
两相间建立平衡电势
电化学研究对象
电化学体系由两类导体共同完成电流的 传递，导体间电流传递任务的交接是在电极 界面上完成，途径为电极反应： 例如：Cu2++2e-→ Cu(S)
• 由此可见,研究电极过程动力学的首要目的在于找出整 个电极过程的控制步骤,并通过控制步骤来影响整个电
极过程的进行速度,而这又建立在对电极过程基本历程 的分析和弄清个分步骤动力学特征的基础之上。
电极的极化
处在热力学平衡状态的电极体系,因正、负方向的 反应速度相等,净反应速度等于零.相应的平衡电极电 势可由Nernst公式计算.当有外电流通过时,净反应速 度不等于零,即原有的热力学平衡受到破坏,致使电极 电势偏离平衡电势,这种现象在化学上称为电极的“极 化现象” 。
电分析化学导论ppt课件-2024鲜版
03
利用微纳米技术实现对生物样品的高灵敏度、高选择性检测，
如细胞内外物质的分析、生物大分子的检测等。
32
光谱技术在电分析中应用
01
光谱电化学
结合光谱技术和电化学方法，研究电极过程的动力学和机理，以及电极
材料的结构和性质。
02
表面增强拉曼光谱在电分析中的应用
利用表面增强拉曼光谱技术提高电分析的灵敏度和选择性，实现对痕量
2024/3/28
电解分析法
通过电解过程对物质进行定性和定量分 析。
库仑分析法
基于法拉第电解定律，通过测量电解过 程中所消耗的电量进行分析。
6
电分析化学在各个领域应用
环境监测
用于水质、大气、土壤等环境样品的检 测和分析。
食品工业ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
用于食品营养成分、添加剂和有害物质 的分析和检测。
生物医学
在生物样品分析、药物研发和临床医学 等领域有广泛应用。
34
THANKS
2024/3/28
35
电分析化学定义与发展
利用物质的电学和电化学性质 进行表征和测量的科学。
02
发展历程
01
电分析化学定义
2024/3/28
从伏打电池的发现到现代电化学 分析技术的不断革新。
5
电分析化学研究内容
电导分析法
通过测量溶液的电导率来分析溶液中的 离子浓度。
电位分析法
利用电极电位与待测物质浓度之间的关 系进行分析。
物质的检测。
2024/3/28
03
光电化学传感器
将光电转换技术与电化学传感器相结合，构建高灵敏度、高选择性的光
电化学传感器，用于环境、生物等领域的分析检测。
现代电化学-第1章电化学基础
*
身边的电化学
手机、计算器、手提电脑、照相机、摄像机等的电池，汽车的蓄电池，燃料电池－化学电源，利用电化学原理制备的电化学品
电
*
煤气（CO）报警器，交警检测司机喝酒量的检测 器，糖尿病人监测血液中葡萄糖含量的检测仪－电 化学传感器 钢铁厂、纺织厂、化工厂、制药厂以及矿山 等排放废水中氰、砷的处理；生活污水，造纸 厂、印染厂、食品及酿酒厂废水中有机耗氧物的 处理，医院污水中病菌、病毒和寄生虫卵等致病 微生物的处理－环境电化学
*
材料科学与化学工程学院 王贵领
现代电化学
参考资料
电化学方法：原理和应用（第二版）：巴德等，2005
电化学原理（修订版）或（第三版）李荻
电极过程动力学导论（第三版），查全性，2002
*
第1章：电化学基础
1.1 什么是电化学
电化学是研究化学能和电能之间相互转化以及相关的 定律和规则的科学。 电化学是研究离子导体的物理化学性质以及电子导体 （金属、半导体）和离子导体（电解质溶液、熔盐、固 体电解质）之间的界面上所发生的各种伴有电现象的反 应过程的科学。
38岁的男子在一次袭击中脑部受伤，6年来，他的肢体一直没有做出过任何有意义的动作,美国韦尔－康奈尔医学院的尼古拉斯·希夫博士领导的研究小组在该男子的脑中植入了数个电极，通过开、关电极来进行一种深度脑刺激治疗，经过6个月治疗，他已经可以用短促但能听得见的声音讲话。
电化学在生物和医学中应用的突破
1.3 电化学基础
中国此次行动其实是为了寻找公海资源，而美国等媒体主要也是因为自己“没抢着”才有了对中国的这番横加指责。
对于国际公海中的资产其实是“谁先占到谁就拥有开采权”，形象地说，中国这次就是“家长为孩子找食儿”的行为，是为“80后”、“90后”开发寻找新资源矿产的行为。
身边的电化学
手机、计算器、手提电脑、照相机、摄像机等的电池，汽车的蓄电池，燃料电池－化学电源，利用电化学原理制备的电化学品
电
*
煤气（CO）报警器，交警检测司机喝酒量的检测 器，糖尿病人监测血液中葡萄糖含量的检测仪－电 化学传感器 钢铁厂、纺织厂、化工厂、制药厂以及矿山 等排放废水中氰、砷的处理；生活污水，造纸 厂、印染厂、食品及酿酒厂废水中有机耗氧物的 处理，医院污水中病菌、病毒和寄生虫卵等致病 微生物的处理－环境电化学
*
材料科学与化学工程学院 王贵领
现代电化学
参考资料
电化学方法：原理和应用（第二版）：巴德等，2005
电化学原理（修订版）或（第三版）李荻
电极过程动力学导论（第三版），查全性，2002
*
第1章：电化学基础
1.1 什么是电化学
电化学是研究化学能和电能之间相互转化以及相关的 定律和规则的科学。 电化学是研究离子导体的物理化学性质以及电子导体 （金属、半导体）和离子导体（电解质溶液、熔盐、固 体电解质）之间的界面上所发生的各种伴有电现象的反 应过程的科学。
38岁的男子在一次袭击中脑部受伤，6年来，他的肢体一直没有做出过任何有意义的动作,美国韦尔－康奈尔医学院的尼古拉斯·希夫博士领导的研究小组在该男子的脑中植入了数个电极，通过开、关电极来进行一种深度脑刺激治疗，经过6个月治疗，他已经可以用短促但能听得见的声音讲话。
电化学在生物和医学中应用的突破
1.3 电化学基础
中国此次行动其实是为了寻找公海资源，而美国等媒体主要也是因为自己“没抢着”才有了对中国的这番横加指责。
对于国际公海中的资产其实是“谁先占到谁就拥有开采权”，形象地说，中国这次就是“家长为孩子找食儿”的行为，是为“80后”、“90后”开发寻找新资源矿产的行为。
电化学基础
MnO2＋4OH－
氧化数和氧化态
氧化数：（Oxidation number）用来表示配位化合物中，所有 配体及成配位键的电子对都被去掉后，中心原子所带的电 荷数。标明氧化数使用罗马数字，并且省略正氧化数的正 号。书写时既可以将氧化数写成上标标在元素符号后面， 如 FeIII，也可将氧化数写在括号内标在元素名称后面，如 铁（III），元素名称与括号之间不留空格。 氧化态： （Oxidation State）表示一个化合物中某个原子的 氧化程度。形式氧化态是通过假设所有异核化学键都为 100%离子键而算出来的。氧化态用阿拉伯数字表示，可 以为正数、负数或是零。 • 氧化态和氧化数常常不加区分地使用，但在配位化学中， 两者是有区别的。计算氧化数时，不考虑电负性差异，认 为成配位键的电子为配体占有。此外，氧化数用罗马数字 表示，但氧化态用阿拉伯数字表示。
• 固体电解质
– K4AgI5, AgBr，γ-氧化铝
原电池例1
• 将反应 H2 + CuCl2 →2HCl + Cu 设计成原电 池。
• 解： 正极半反应：Cu2+(aq) + 2e → Cu(s) 正极符号： Cu2+(c1) | Cu(s)
负极半反应：H2 (g) - 2e → 2H + (aq) 负极符号：Pt,H2(p) H+(c2)
氧化还原电对
• 这种同一元素的氧化态与还原态彼此依靠，互转 化的关系，是一个共轭关系。这种关系称为氧化 还原电对，简称电对。
• 通常书中给出的是还原电对，即表达为： 氧化态/还原态 或 Ox / Red 例： Cr2O72－/Cr3＋，Zn2＋/Zn， Sn4+/Sn2+ ，
Fe3+/Fe2+ ， MnO4－/MnO2， SO42－/H2SO3
电分析化学导论新版zhong
药物电化学
研究药物在生物体内的电化学行为， 为药物设计和筛选提供依据。
生物传感与成像
利用电化学方法实现生物传感和成像， 为疾病诊断和治疗提供有效手段。
电分析化学的发展趋势与展望
01
交叉学科融合
加强与其他学科的交叉融合，如 物理学、生物学、医学等，拓展
电分析化学的应用领域。
03
微型化与集成化
发展微型化和集成化的电分析系 统，实现便携式和实时检测。
生物医学研究
在生物医学研究中，离子选择性电极可用于研究生物体 内离子的浓度变化和作用机制。
04
电位分析法
电位分析法的原理
基于电化学反应的电位变化
电位分析法基于电化学反应过程中产生的电位变化，通过测量电位变化来推算反应的进行程度和物质的浓度。
平衡电位与能斯特方程
在特定条件下，电化学反应达到平衡状态时的电位称为平衡电位，其与反应物质的浓度之间满足能斯特方程。
生物电化学
结合生物学和电化学技术，研究生物分子在 电化学过程中的行为和作用机制。
微纳流控电化学
通过微纳流控技术，实现电化学检测的微型 化和集成化。
电分析化学在生命科学中的应用
生物分子检测
利用电化学方法检测生物分子，如 DNA、蛋白质和酶等。
细胞电化学
研究细胞膜电位、细胞内离子浓度等 电化学性质，揭示细胞生命活动的机 制。
塑料膜电极由塑料膜和内参比 溶液组成，对特定离子有响应 。
酶电极
酶电极由酶膜和内参比溶液组 成，对生物活性物质有响应。
离子选择性电极的应用
离子浓度的测定
离子选择性电极可用于测定溶液中特定离子的浓度。
环境监测
在环境监测中，离子选择性电极可用于检测水体、土壤 等中的离子浓度。
应用电化学-1-1-基础知识
2021/8/2
36
1. 1 电化学体系的基本单元
电极(电子导体) 隔膜 电解质溶液（离子导体） 电解池的设计与安装
2021/8/2
37
1.1.1 电极(electrode)
工作（研究）电极(working electrode, WE)
电极材料的选择：背景电流小、电势窗口宽、导电性好、 稳定性高、重现性好、表面活性及表面 吸附性能等。
2. 特殊的异相催化反应：
电极电位不同，催化能力不同 电极电位改变，可以大幅影响催化能力 电极电位连续可调，催化活性连续变化
3. 氧化还原等当量进行，得失电子数相同；
4.电极反应一般在常温常压下进行，反应所用氧
化剂或还原剂为电子，环境污染少。
2021/8/2
25
0.4 电化学的应用
电化学是一门具有广泛应用领域的重要交叉学科，在
厂、印染厂、食品及酿酒厂废水中有机耗氧物的
处理，医院污水中病菌、病毒和寄生虫卵等致病
微生物的处理－环境电化学
2021/8/2
30
▪ 脑电图、心电图等诊断技术；治疗尿毒症的人工肾
脏，电化学治癌，电化学控制药物释放－电化学在医 学上的应用
问题：神州六号，嫦娥登月飞船、舰船潜艇中用到哪些 电化学知识？
2021/8/2
3、1800年，英国的尼科尔森和卡里斯尔采用伏特电池电解水。
2021/8/2
22
4、1807年，Davy电解了熔融的NaOH和KOH，制得金属K和Na。 5、大量的生产实践和科学实验知识的积累推动了电化学理
论工作的发展。1833年，Farady提出“法拉第定律”。 6、1889年，Nerst建立了电极电势公式，提出了电极电势与
第8章-电化学分析法导论
第8章电化学分析法导论(Chapter Introduction to Electrochemical Analysis) （2学时）教学目的和要求：1.了解电化学分析法的概念及分类。
2.了解电化学分析中常用的电极和分类。
3.熟悉自发电池和电解池。
4.掌握电极电位的计算方法。
5.了解扩散电位（液接电位和盐桥的作用）。
6.了解电解现象。
7.掌握分解电压、析出电位、过电压过电位的概念。
8.学会析出电位和分解电压的计算。
教学要点和所涵盖的知识点：电化学分析法的概念及分类；常用的电极和分类，自发电池和电解池；电极电位的计算方法，扩散电位（液接电位和盐桥的作用）；电解现象（分解电压、析出电位、过电压、过电位）。
重点和难点：电解现象（分解电压、析出电位、过电压、过电位）。
一定义和内容（一）定义电化学分析法也称为电分析化学，尽管存在不同意见，一些著名学者还是提出了大多数人可接受的定义。
50年代，I.M. Kolthoff 提出：Electroanalytical Chemistry as the application of electrochemistry to analytical chemistry。
80 年代，由于分析化学的快速发展，电分析化学的内容的扩充和更新，这一定义不能准确适应，J.A.Plambeck 修正了这一定义：Electroanalytical chemistry is that branch of chemical analysis that employs electrochemical methods to obtain information related to the amounts,properties, and environments of chemical species.在我国早期引用Kolthoff 的定义。
80年代后，提出的中文定义为：“依据电化学和分析化学的原理及实验测量技术来获取物质的质和量及状态信息的一门科学。
研究生电化学基础教程[可修改版ppt]
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界面电势分布？
界面热力学分析
界面211
自由能 体相G = f(T,P,n) 界面G = f(T,P,A,n)
恒温恒压： dG= dn dG=dA + dn
Ad + n d = 0 -d = d = q d+ c d 吉布斯吸附等温式！(电子一粒子)
静电势基准：真空无限远处的点电 荷为零电势 (物理)
电化学：离子=带电荷的物质粒子 需要考虑：电作用＋化学作用
过程模型
(a)
W2 +
界面203
W1
W2
W1
(b)
能量变化
真空中无穷远处 i, , =0
真空中距表面近处 i=0, =
实物相内空穴中 i=0, =
实物相内部
i
=
i
zi e0 W1
基础122
物理化学：热力学动力学，容量性质，强 度性质，熵，自由能，活度，化学势，活 化能，平衡常数，速度常数，吸附，静电 作用，布郎运动，能级，费米能级，波兹 曼分布，泊松公式，菲克定律，流体力学 ，流量，扩散….
电势，能斯特公式，电学基本概念
参考书
基础123
查全性，电极过程动力学导论，第三版，
电子离子
基础107
电子电路：并联、串联, V=IR, 欧姆定律, 基尔霍夫定律
离子导电：相同规律, 只是R表达复 杂, 与E 、I、化学变化相关
电池过程
阳极
基础108
1.1 V 阴极
Zn
盐
Cu
桥
ZnSO4
CuSO4
电池过程
基础109
Zn (s) + CuSO4 (aq) ZnSO4 (aq) + Cu (s)
《电化学分析导论》PPT课件共39页
个性问题： （1）电位分析：离子选择电极与膜电位 （2）电流滴定：电解产生滴定剂 （3）极谱分析：浓差极化 重点掌握：原理、特点与应用
2021/8/6
5. 电化学分析的学习参考资料
(1)《电化学分析导论》，科学出版社，高小霞等，1986 (2)《电化学分析》，中国科大出版社，蒲国刚等，1993 (3)《电分析化学》，北师大出版社，李启隆等，1995 (4)《近代分析化学》，高等教育出版社，朱明华等，1991
（3）依据应用方式不同可分为： 直接法和间接法。
2021/8/6
3. 电化学分析法的特点
准确度高 精密库仑滴定分析的理论相对误差为0.0001% 灵敏度较高 有些方法(脉冲伏安法测水中痕量砷, 其最
小含量达10-9%)的灵敏度可与发射光谱等 方法相当
测量范围广 视具体方法而异（可分析微量、中等含量、纯物质等) 设备较简单、操作方便、易于实现自动化 选择性较好 除电导分析和恒电流电重量分析法以外,其他都有
1. 什么是电化学分析
应用电化学的基本原理和实验技术，依据物质电化学性质 来测定物质组成及含量的分析方法称为电化学分析或电分析化 学。
2. 电化学分析法的重要特征
（1）直接通过测定电流、电位、电导、电量等物理量， 在溶液中有电流或无电流流动的情况下，来研究、确定参与 反应的化学物质的量。
（2）依据测定电参数分别命名各种电化 学分析方法：如电位、电导分析法；
《电化学分析导论》PPT课件
第一章 电化学分析导论
an introduction to electrochemical analysis
第一节 电化学分析法 概 述
generalization of electrochemical analysis
2021/8/6
5. 电化学分析的学习参考资料
(1)《电化学分析导论》，科学出版社，高小霞等，1986 (2)《电化学分析》，中国科大出版社，蒲国刚等，1993 (3)《电分析化学》，北师大出版社，李启隆等，1995 (4)《近代分析化学》，高等教育出版社，朱明华等，1991
（3）依据应用方式不同可分为： 直接法和间接法。
2021/8/6
3. 电化学分析法的特点
准确度高 精密库仑滴定分析的理论相对误差为0.0001% 灵敏度较高 有些方法(脉冲伏安法测水中痕量砷, 其最
小含量达10-9%)的灵敏度可与发射光谱等 方法相当
测量范围广 视具体方法而异（可分析微量、中等含量、纯物质等) 设备较简单、操作方便、易于实现自动化 选择性较好 除电导分析和恒电流电重量分析法以外,其他都有
1. 什么是电化学分析
应用电化学的基本原理和实验技术，依据物质电化学性质 来测定物质组成及含量的分析方法称为电化学分析或电分析化 学。
2. 电化学分析法的重要特征
（1）直接通过测定电流、电位、电导、电量等物理量， 在溶液中有电流或无电流流动的情况下，来研究、确定参与 反应的化学物质的量。
（2）依据测定电参数分别命名各种电化 学分析方法：如电位、电导分析法；
《电化学分析导论》PPT课件
第一章 电化学分析导论
an introduction to electrochemical analysis
第一节 电化学分析法 概 述
generalization of electrochemical analysis
分析化学第8章电化学分析导论
第8 章
8.1 化学电池
一、基本概念 二、电池表达式
电分析化学引论
8.3 液接电位及其消除
一、 液接电位的形成 二、 液接电位的消除 盐桥 液接电位的消除—盐桥
8.2 电极电位
一、标准电极电位及其测量 二、Nernst方程式 方程式 三、条件电极电位φΘ’ 条件电极电位
8.4 电极极化与超电位
一、电极的极化 二、去极化 三、超电位η
ai = γ i ci
的活度系数， 单位埃) 其中 γi 为离子 i 的活度系数，与离子电荷 zi、离子大小 å (单位埃 单位埃 和离子强度I)有关: 和离子强度I)有关: 有关
1 I = ∑ci zi2 2
替标准电极电位ϕΘ。
lgγ ± = −0.512z [
2 i
I 1 + Ba I
0
]
实际工作中， 为方便直接求出浓度， 实际工作中 ， 为方便直接求出浓度 ， 常以条件电极电位 ϕ Θ’ 代
阳极 E 阴极
电池电动势: 电池电动势 E = ϕc - ϕa+ϕ液接 = ϕ右 - ϕ左+ϕ液接
例：铜锌电池，电池符号（-）Zn|ZnSO4(a1)‖CuSO4(a2) |Cu(+)
Zn电 ： 电极 Cu电 ： 电极 Zn Cu2+ + 2e Zn2+ + 2e Cu Zn2+ + Cu
电池反应： Zn + Cu2+
8.3
液接电位及其消除(Elimination) 液接电位及其消除
一、 液接电位的形成
当两个不同种类或不同浓度的溶液直接接触时， 当两个不同种类或不同浓度的溶液直接接触时，由于浓 度梯度或离子扩散使离子在相界面上产生迁移。 度梯度或离子扩散使离子在相界面上产生迁移。当这种迁移 速率不同时会产生电位差，称产生了液接电位。 速率不同时会产生电位差，称产生了液接电位。 它不是电极反应所产生， 它不是电极反应所产生 ， 因此会影响电池电动势的测 定，实际工作中应消除。 实际工作中应消除。
8.1 化学电池
一、基本概念 二、电池表达式
电分析化学引论
8.3 液接电位及其消除
一、 液接电位的形成 二、 液接电位的消除 盐桥 液接电位的消除—盐桥
8.2 电极电位
一、标准电极电位及其测量 二、Nernst方程式 方程式 三、条件电极电位φΘ’ 条件电极电位
8.4 电极极化与超电位
一、电极的极化 二、去极化 三、超电位η
ai = γ i ci
的活度系数， 单位埃) 其中 γi 为离子 i 的活度系数，与离子电荷 zi、离子大小 å (单位埃 单位埃 和离子强度I)有关: 和离子强度I)有关: 有关
1 I = ∑ci zi2 2
替标准电极电位ϕΘ。
lgγ ± = −0.512z [
2 i
I 1 + Ba I
0
]
实际工作中， 为方便直接求出浓度， 实际工作中 ， 为方便直接求出浓度 ， 常以条件电极电位 ϕ Θ’ 代
阳极 E 阴极
电池电动势: 电池电动势 E = ϕc - ϕa+ϕ液接 = ϕ右 - ϕ左+ϕ液接
例：铜锌电池，电池符号（-）Zn|ZnSO4(a1)‖CuSO4(a2) |Cu(+)
Zn电 ： 电极 Cu电 ： 电极 Zn Cu2+ + 2e Zn2+ + 2e Cu Zn2+ + Cu
电池反应： Zn + Cu2+
8.3
液接电位及其消除(Elimination) 液接电位及其消除
一、 液接电位的形成
当两个不同种类或不同浓度的溶液直接接触时， 当两个不同种类或不同浓度的溶液直接接触时，由于浓 度梯度或离子扩散使离子在相界面上产生迁移。 度梯度或离子扩散使离子在相界面上产生迁移。当这种迁移 速率不同时会产生电位差，称产生了液接电位。 速率不同时会产生电位差，称产生了液接电位。 它不是电极反应所产生， 它不是电极反应所产生 ， 因此会影响电池电动势的测 定，实际工作中应消除。 实际工作中应消除。
2024年电分析化学导论教案(含多场合)
电分析化学导论教案(含多场合)电分析化学导论教案一、教学目的本课程旨在让学生了解电分析化学的基本原理和方法，掌握电化学分析的基本技术，培养学生的实际操作能力和创新思维能力，为后续专业课程学习和科研工作打下坚实基础。
二、教学内容1.电分析化学概述电分析化学是研究物质在电场作用下产生的化学现象及其应用的科学。
本课程主要介绍电分析化学的基本原理、方法和技术，包括电位法、电解法、库仑法、伏安法等。
2.电化学基础知识（1）电极与电解质溶液界面现象（2）电极过程动力学（3）电极反应类型及电极电位3.电位法（1）电极电位与溶液中离子活度的关系（2）参比电极与指示电极（3）直接电位法与间接电位法4.电解法（1）电解原理与电解过程（2）电解装置与电解操作（3）电解分析法的应用5.库仑法（1）库仑滴定原理（2）库仑滴定装置与操作（3）库仑滴定法的应用6.伏安法（1）伏安分析原理（2）伏安分析仪与操作（3）伏安分析法的应用7.电分析化学新技术及应用（1）化学修饰电极（2）生物电分析化学（3）光谱电化学（4）电化学传感器三、教学方法1.理论教学：采用课堂讲授、案例分析、小组讨论等多种教学方式，使学生在理解基本原理的基础上，掌握电化学分析的方法和技术。
2.实验教学：结合理论教学，开展实验教学，培养学生的实际操作能力和创新思维能力。
3.现代教育技术：利用多媒体、网络等现代教育技术手段，丰富教学资源，提高教学效果。
四、考核方式1.平时成绩：包括课堂表现、作业、实验报告等。
2.期中考试：笔试，主要考查学生对电化学基础知识、电位法、电解法、库仑法、伏安法等理论知识的掌握。
3.期末考试：笔试，综合考查学生对电分析化学的基本原理、方法、技术的理解和应用能力。
4.实验考核：实验操作和实验报告，主要考查学生的实际操作能力和实验结果分析能力。
五、教学进度安排1.电分析化学概述（2学时）2.电化学基础知识（6学时）3.电位法（6学时）4.电解法（4学时）5.库仑法（4学时）6.伏安法（4学时）7.电分析化学新技术及应用（2学时）8.实验教学（12学时）六、教学资源1.教材：选用权威、实用的电分析化学教材。
第7部分电分析化学导论
当有电流通过电极时，总的反应速率不等于零，即 原有的热力学平衡被破坏，致使电极电位偏离平衡 电位，这种现象叫做极化现象。
电化学极化 浓差极化 理想极化电极 去极剂 不极化电极或去极化电极
超电位（η）：η＝E－Eeq
13.7 电化学电池中的电极系统
所谓电化学电池中的电极系统，是指电分析化学实 验中通常用到的二个或三个电极的测试体系。
规定阳极电流为正值，阴极电流为负值。这与传统 的习惯相反，过去前者定义为负值，后者为正值。
但是，国内外相关文献均未接受这一推荐，因此本 课程中仍按过去习惯，即阴极电流为正值，阳极电 流为负值。
13.9 电分析化学方法概述
13.9.1 静态和动态测试方法
静态方法又称稳态法：即平衡态或非极化条件下的 测量方法。体系没有电流通过，如电位法和电位滴 定法；有电流通过，但电流很小，电极表面能快速 地建立起扩散平衡，如微电极体系等。
第7部分电分析化学导论
7.1 电化学池
电化学池（electrochemical cells）通常简称 为电池，它是指两个电极被至少一个电解质 相所隔开的体系。
考察单个界面上发生的电化学现象在实验上 是困难的，实际上，必须研究电化学池的多 个界面集合体的性质。
就电化学体系而言，电极上的电荷转移是通 过电子（或空穴）运动实现，在电解液相中 电荷迁移是通过离子运动进行的，这就涉及 到一些基本概念。
目前通用的标准电极电位值都是相对值而非绝对值。
13.5.2 标准电极电位与条件电位
对于可逆电极反应
，用Nernst（能斯特）
公式表示电极电位与反应物活度之间的关系为
氧化态活度和还原态活度均等于1，此时的电极电位 即为标准电极电位（EӨ）。25℃时：
13.5.3 电极电位与电极反应的关系
电化学极化 浓差极化 理想极化电极 去极剂 不极化电极或去极化电极
超电位（η）：η＝E－Eeq
13.7 电化学电池中的电极系统
所谓电化学电池中的电极系统，是指电分析化学实 验中通常用到的二个或三个电极的测试体系。
规定阳极电流为正值，阴极电流为负值。这与传统 的习惯相反，过去前者定义为负值，后者为正值。
但是，国内外相关文献均未接受这一推荐，因此本 课程中仍按过去习惯，即阴极电流为正值，阳极电 流为负值。
13.9 电分析化学方法概述
13.9.1 静态和动态测试方法
静态方法又称稳态法：即平衡态或非极化条件下的 测量方法。体系没有电流通过，如电位法和电位滴 定法；有电流通过，但电流很小，电极表面能快速 地建立起扩散平衡，如微电极体系等。
第7部分电分析化学导论
7.1 电化学池
电化学池（electrochemical cells）通常简称 为电池，它是指两个电极被至少一个电解质 相所隔开的体系。
考察单个界面上发生的电化学现象在实验上 是困难的，实际上，必须研究电化学池的多 个界面集合体的性质。
就电化学体系而言，电极上的电荷转移是通 过电子（或空穴）运动实现，在电解液相中 电荷迁移是通过离子运动进行的，这就涉及 到一些基本概念。
目前通用的标准电极电位值都是相对值而非绝对值。
13.5.2 标准电极电位与条件电位
对于可逆电极反应
，用Nernst（能斯特）
公式表示电极电位与反应物活度之间的关系为
氧化态活度和还原态活度均等于1，此时的电极电位 即为标准电极电位（EӨ）。25℃时：
13.5.3 电极电位与电极反应的关系
第二章 电化学分析法导论 第二节 化学电池与电极电位
M m
Mm+ 十n e- ＝ M(m-n)+
M(m -n )
θ
M m M(m -n ) -
RT a (M m ) ln nF a(M ( m n ) )
如：Pt| Fe3+(a1) |
15:36:24
Fe3
Fe2+(a2)
Fe2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
θ
Fe3 Fe2
a(Fe3 ) 0.05916lg a(Fe2 )
电解电池：由外电源提供电能，使电流 通过电极，在电极上发生电极反应的装 置。
电池工作时，电流必须在电池内部和外 部流过，构成回路。 溶液中的电流：正、负离子的移动。
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原电池
阳极：发生 氧化反应的 电极（负 极）； 阴极：发生 还原反应的 电极（正 极）； 阳极≠正极 阴极≠负极 电极电位较 正的为正极
电位差：+0.799 V； 银电极的标准电极电位：+0.799 V。 在298.15 K 时，以水为溶剂，当氧化态和还原态的活度等 于1 时的电极电位称为：标准电极电位。
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四、电极与电极分类
1.参比电极 标准氢电极
基准，电位值为零(任何温度)。
甘汞电极
0.1mol/LAg-AgCl 电极 KCl 浓度 电极电位（V） 0.1 mol / L +0.2880 标准 Ag-AgCl 电极 1.0 mol / L +0.2223 饱和 Ag-AgCl 电极 饱和溶液 +0.2000
温度校正，（标准Ag-AgCl电极），t ℃时的电极电位为： Et= 0.2223- 6×10-4(t-25) （V）
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4
法拉第笼
5
法拉第定律 Faraday Law（1883年）
第一定律：
m KQ KIt
第二定律：
It Q m M M nF nF
m-产物质量;Q-反应电量；n-摩尔数；M-摩尔质量； Z-反应电子计数量；F-法拉第常数
6
法拉第定律的几个要点
1. 2. 3.
电和化学反应相互作用的定量关系 不受电极和外界条件的影响 适用于多个电化学装置的反应（串联）
11
实例1
用强度为0.025A的电流通过硝酸金Au(NO3)3 溶液，当阴极上有1.2g Au(s)析出时，试计算(a) 通过了多少电量？（b）需通电多长时间？
阴极：Au3 3e Au( s ) 3 3 阳极： H 2O 3e O2 ( g ) 3H 2 4 (a )通过的电量为： m 1. 2 Q nF 3 96500 1763 M 197 (b)通电时间： Q 1763 t＝ ＝ 7.05104s I 0.025
一、电化学研究内容
电化学主要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。
二、电化学特点
1. 历史悠久
2.
3.
应用广泛
电化学现象广泛存在
2
1. 历史悠久
1799
1883 1887
伏特电堆
法拉第定律 物理学杂志
3
伏特电堆 Volta Pile（1799年）
1799 V.Volta 伏特电堆 （献给十九世纪的最重要的礼物）
（1）自然界普遍存在水 电解质溶液 带电离子
（2） u
a i
ui
相间自发转移，界面电势差 （3）界面存在过剩电荷 界面电势差
16
17
三、电化学学科范畴
物理化学 热力学 动力学 统计热力学 量子力学
热化学，电化学，光化学，……， 胶体化学，催化化学，计算化学，……
18
四、应用电化学
应用电化学：在电化学基本原理基础上,系 统地研究讨论电化学原理在各个相关领域 中的应用,涉及到环境科学、能量科学、生 物学、信息科学与材料科学等诸多领域的 电化学信息。
4.
适用于单个电化学装置的多个反应（并联）
7
多个电化学装置的反应（串联）
8
NaCl
AgNO3
FeBr3
反应公式
（1）阴极反应： 阳极反应： （2）阴极反应： 阳极反应：
H 2 0 e OH 1/ 2H 2
Cl 1 / 2Cl2 e
Ag e Ag
23
ç µ ¯ º § Ñ Ö « ö Î ¨ « » µ Û Â
ç º µ ¯ Ñ §« Ö Î ö ¨ «« Ö À » ©Æ ä Ì Ø µ ã µ Ô ç ³ Ø ¯ Ñ º §µ ç ³ Ø ç ¼ µ â µ ç ³ Ø ç ³ µ Ø Í » Ê ½ Ê ¼ µ Ä Ê é Ð ´ » Ï ä ç » µ « ç » µ « µ ç Î º ¹ Í µ ç ³ Ø µ ç ¶ ¯ Ê Æ õ » Ì þ Ü Ë Ä ¸ ç ³ µ Ø
13
2. 应用广泛
能源（电池、燃料电池、…） 材料（电解、腐蚀、电镀、…） 生命（心电图、电泳、…） 环境（三废治理、…） 信息（传感器、电加工、…）
14
蓄电池、干电池、锂电池、氧化银电池等电 池，它们的基本原理都是将化学能转变为电 能。
铜-锌电池
韦斯顿标准电池
15
3. 电化学现象广泛存在
22
3. 电化学分析法的特点
（1）灵敏度、准确度高，选择性好 被测物质的最低量可以达到10-12mol/L数量级。
（2）电化学仪器装置较为简单，操作方便
直接得到电信号，易传递，尤其适合于化工生产中的自动 控制和在线分析。 （3）应用广泛 传统电化学分析：无机离子的分析； 测定有机化合物也日益广泛； 有机电化学分析；药物分析； 电化学分析在药物分析中也有较多应用。 活体分析。
12
实例2
需在10¬10cm2的薄铜片两面镀上0.005cm厚的 Ni层(镀液为Ni(NO3)2)，假设镀层能均匀分布， 用2.0A的电流强度得到上述厚度的镍层时需要 通电多长时间？设电流效率为96.0%。已知金 属镍的密度为8.69g/cm3，Ni(s)的摩尔质量为 58.69g/mol.
1. 电镀层中含镍的物质的 量为： m 1 0 1 0 0.0 0 5 2 8.6 9 ( Ni ) m o l 0.1 5 16 M 5 8.6 9 电极反应： Ni 2 2e Ni 通入的电量： m Q n F / (0.1 5 16 9 6 50 0 2) / 0.9 6 3.0 5 1 04 C M 需通电的时间： Q 3.0 5 1 04 t s 1 5 20 s 4.2 4h I 2
ç » µ « µ Ä » « º ¯ » ©¸ ý µ ç Î º µ Ú Ú µ Ú µ ã Á Ò º þ ¶ ý È À À À À µ ç µ ç ç µ ç µ « » » « « » « » £
1. 什么是电化学分析
应用电化学的基本原理和实验技术，依据物质电化学性质 来测定物质组成及含量的分析方法称为电化学分析或电分析化 学。
2. 电化学分析法的重要特征
（ 1 ）直接通过测定电流、电位、电导、电量等物理量， 在溶液中有电流或无电流流动的情况下，来研究、确定参与 反应的化学物质的量。 （2）依据测定电参数分别命名各种电化 学分析方法：如电位、电导分析法； （3）依据应用方式不同可分为： 直接法和间接法。
19
五、电分析化学
电分析化学(Electroanalytical Chemistry)是 指研究电化学原理在分析方法方面的具体应用 的学科。
20
电化学、应用电化学、电分析化学三者的 关系
电化学
应用电化学
电分析化学
21
六、 电化学分析的特点与学习方法
characteristics and learning method of electrochemical analysis
Ag Ag e
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Fe （3）阴极反应： Fe e 1/ 2Br2 e 阳极反应： Br
2
9
单个电化学装置的多个反应（并联）
10
电流效率的计算
理论电量 100 ％ 实际电量
一定物质的量
实际产物量 100 ％ 一定电量 理论产物量