电化学电解质溶液

电化学的用途
⒈电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属 电解法制备各种化工原料、金属复合材料
和表面特种材料 电化学防腐
2.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 电化学分析 ⒋ 生物电化学
导 体（conductor）
1. 第一类导体
又称电子导体（electric conductor)
电化学概念
+

e
e

阴
阳
H+
极
极
Cl
H2
e
Cl2
e
阳
阴
极
H+
极
Cl
电解池
原电池
电解池中与外电源负极相接的电极，电势较低，故为负极， 发生还原反应，所以也是阴极；与外电源正极相接的电极，电 势较高，为正极，发生氧化反应，所以也是阳极。
原电池中发生氧化作用的阳极，有多余的电子输出至外电路， 故为电势较低的负极；发生还原作用的阴极，从外电路接受电 子，故为电势较高的正极。
1807年,Davy(戴维)用电解法成功从K,Na的氢氧化物中 分离出金属K, Na.
1833年,Faraday(法拉第)据实验结果归纳出著名的法 拉第定律,为电化学的定量研究奠定了理论基础.
1870年,Edison(爱迪生)发明了发电机,电解才被广泛 应用于工业生产中.
电化学发展历史(2)
1 8 9 3 年 , Nernst( 能 斯 特 ) 据 热 力 学 理 论 提 出 了 Nernst公式.
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：
荷一价电
阴极
1 11
2 H2,
Cu, 2
Au 3
荷二价电
阴极
2
H2 ,
Cu,
Au 3
荷三价电
阴极
3 2
H2
,
Au
阳极
1 4 O2 ,
1 2 Cl2
阳极
1 2 O2 , Cl2
*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。
电解质溶液导电原理
金属导体和离子导体
分类
材料 导电机构 通电后
温度变化
电子导体 金属，石墨 自由电子 导体无变化 温度升高，，
运动
导电能力下降
离子导体 电解质溶液； 离子移动 溶液组成发 温度升高，导
33
阳极 4 O2 , 2 Cl2
荷电粒子基本单元的选取
例题：
通电于 Au(NO3 )3 溶液，电流强度 I 0.025 A ，
析出 Au(s)=1.20 g 。已知 M(Au)=197.0 g mol-1。 求：
固体电解质
生变化 电能力增加
电化学概念
电化学装置化学能和电能相互转换的装置
电解池：电能转化为化学能的电化学装置 原电池：化学能转化为电能的电化学装置
电解池和原电池均由电极和电解质溶液组成
电极命名
阳极：发生氧化反应的电极 电化学约定 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 物理学约定
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
E.金属和石墨
导 体（conductor）
⒉ 第二类导体
又称离子导体（ionic conductor） 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 E. 电解质和熔融电解质
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，析出物质的质量与其摩尔质量 成正比。
法拉第定律的数学表达式
Mz ze M Az- ze A
取电子的得失数为 z，通入的电量为 Q，则电极
上发生反应的物质的量 n 为：
溶液中离子做定向移动： Cl－1→正极＋ H＋→负极－
电池反应：2HCl H2 + Cl2
离子迁移方向
离子迁移方向：
阴离子迁向阳极
Anion Anode
阳离子迁向阴极
Cation Cathode
法拉第电解定律
Faraday’s Law of electrolysis
⒈ 在电极界面上发生化学变化物质的质量与通入的 电量成正比。
原电池(primary cell)
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。
电解池(electrolytic cell)
1905年,Tafel(塔菲尔)注意到电极反应的不可逆性, 提出了半经验的Tafel公式,以描述电流密度与氢超 电势间的关系.
20世纪40年代,弗鲁姆金以电极反应速率及其影响 因素为主要研究对象,逐步形成了电极反应动力学.
因电极上发生反应时,电子的跃迁距离小于1nm,利 用固体物理理论和量子力学方法研究电极和溶液界 面上进行反应的机理,更能反映出问题的实质,这是 研究界面电化学反应的崭新领域, 称为量子电化学.
电化学研究对象
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。
电能
电解池 电池
化学能
电化学发展历史(1)
1600年,Gilbert(吉尔伯特)观察到毛皮擦过的琥珀能 吸引微小物体,即后来称为摩擦生电的现象.
1799年,Volta(伏打)制得了银锌交替叠堆的可产生火 花的直流电源(即原电池),为电化学研究提供了条件.
n

Q zF
或 Q nzF
电极上发生反应的物质的质量 m 为：
m

nM

Q zF
M
法拉第常数
法拉第常数在数值上等于1 mol元电荷的电量。
已知元电荷电量为 1.6022 1019 C
F=L·e =6.022×1023 mol-1×1.6022×10-19 C =96484.6 C·mol-1 ≈96500 C·mol-1
电极①：
与外电源负极相接，是负极。
①
② 发生还原反应，是阴极。
Cu2++பைடு நூலகம்e-→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-
电化学装置
以Pt为电极，HCl溶液为电解质。
电极上方式化学反应： 正极：2Cl－－2e→Cl2 负极：2H＋＋2e→H2