电化学工作站的原理与应用讲解
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Байду номын сангаас
Zn 2+ （氧化反应）
（+）Cu极 Cu2+ + 2e
Cu （还原反应）
电池反应
Zn + Cu2+
Zn 2+ + Cu （氧化还原反应）
盐桥的组成和特点 ：
高浓度电解质溶液 正负离子迁移速度差不多
盐桥的作用 ：
1）防止两种电解质溶液
混和，消除液接电位， 确保准确测定
1
2）提供离子迁移通道
（传递电子）
（二）电化学体系的基本单元
1、电极
指与电解质溶液接触的电子导体或半导体。 电化学体系分为二电极、三电极体系、四 电极体系。
①工作电极（WE ）
又称研究电极，指示电极。（主体浓度无显著变化）
对工作电极的要求：所研究的电化学反应不会因电极 自身发生的反应而受到影响，测定的电位区域较宽，电 极不与溶剂或电解液组分发生反应，电极面积不宜太大， 表面均一、平滑、易净化等。
工作电极
固体电极: 玻碳（GC ）、Pt、Au、Ag、 Pb
液体电极: 汞或汞齐
②辅助电极（CE ） (又称对电极)
与工作电极组成回路，使工作电极上电 流畅通，以保证研究的反应在电极上发生。
若测量过程中通过的电流较大时，为使 参比电极的电位保持稳定，必须使用辅助电 极，否则将影响测量的准确性。
③参比电极（RE ）
参比电极：其电位则不受试液组成变化的影 响，具有较恒定的数值。 理想的参比电极为：（a）电极反应可逆，符 合Nernst 方程;（b）电势不随时间变化; （c ）微小电流流过时，能迅速恢复原状 ; （d）温度影响小. 虽无完全符合的，但一些可以基本满足要求 .
A、甘汞电极
作电解池 阴极： Zn2? ? 2e? ?? ? Zn(s)
阳极 2Ag(s) ? 2Cl? ?? ? 2AgCl(s) ? 2e?
净反应： 2Ag(s) ? ZnCl2 ?? ? Zn(s) ? 2AgCl(s)
3、组成电池的基本要素
① 一对电极 ② 电活性物质 ③ 电解质 ④ 外电路 ⑤ 必要时要有隔膜（如双液电池）
电能与化学能（ Electric and chemical power ）
化学能（chemical power ） 是指在一定温度下可以全部变 为 “有用功”的那部分能量。
在可逆状态下，化学能与电能由下式确定：
△G = －nFE
5、可逆电池和不可逆电池
1）可逆电池（ Reversible cell ）
2） 不可逆电池（ Irreversible cell ）
凡是不能满足可逆电池条件的电池通称为不可逆电池。
如图所示的电池，其电池反应不可逆∶
放电时∶ 充电时：
Zn + CuSO 4 =Cu + ZnSO 4
Cu + Cu 2+ =Cu 2+ + Cu
电池反应不可逆，电池不是可逆电池
使用盐桥的双液电池可近似地认为是 可逆电池，但并非是严格的热力学可逆电 池，因为盐桥与电解质溶液界面存在因离 子扩散而引起的相间电势差，扩散过程不 是热力学可逆过程。
4、电极反应和电池反应
原电池∶ Zn 电极： Cu 电极：
电解池∶ Zn 电极： Cu 电极：
Zn = Zn 2+ + 2e Cu 2+ + 2e = Cu
Zn2+ + 2e = Zn Cu = Cu 2+ + 2e
电极反应和氧化还原反应
电极反应是一种特殊的氧化还原反应，与通常的氧化还 原反应不同的是前者是一种通过电极而进行的间接电子传递 反应，后者是氧化剂和还原剂之间进行的直接电子传递反应。
凡是进行还原反应的 电极称为阴极
e
e
电源
－
＋
阴? 阳 极 Θ极
电解质溶液
溶液中的阴离子向正极迁 移，从正极上失去电子而 发生氧化反应
电位高的电极称为正极
凡是进行氧化反应的 电极称为阳极
-+
-
+
阴极
阳极
? Zn2? Zn ? ? 0.763V
?Cu 2+ /Cu = 0.337 V
位于金属活动性顺序铜以前的金属如 Zn、Fe、Ni给出电子的能力比铜强
在化学能和电能相互转化时，始终处于热力学平衡状 态的电池。
可逆电池的条件
①电池反应可逆
例如铅酸蓄电池∶ PbO 2 ? 2H 2SO4 ?????放充电电??? 2PbSO4＋2H2O
再如Daniell 电 池∶
Zn + CuSO 4 ?????放充电电??? Cu + ZnSO 4
②电池中的一切过程均可逆，工作电流趋于零
金属活动性顺序铜之后的银、 金，给出电子的能力比铜弱 .
Zn(s)|ZnSO 4||HCl|AgCl(s) | Ag(s)
作原电池 (? ) Zn(s) ?? ? Zn2? ? 2e?
净反应
(? ) 2AgCl(s) ? 2e ? ?? ? 2Ag(s) ? 2Cl ?
Zn(s) ? 2AgCl(s) ?? ? 2Ag(s) ? 2Cl? ? Zn2?
电池反应 Zn2+ + Cu
Zn + Cu 2+ （被动氧化还原反应）
电池的电动势等于右边的还原电极电势 减去左边的还原电极电势.
电解池中电解质溶液的导电机理
电极反应
在电解池中正极为 阳极，负极为阴极； 在原电池中则相反
溶液中的阳离子向负极迁 移，从负极上取得电子而 发生还原反应
电位低的电极称为负极
池
电极浓差电池 一次电池
化学电源 二次电池
电解池
燃料电池
1．原电池： Daniel 电池——铜锌电池结构
(-) Zn ︱Zn2+(1mol/L) ‖ Cu 2+(1mol/L) ︱Cu (+)
? Zn2? Zn ? ? 0.763V
?Cu 2+ /Cu = 0.337 V
电极反应
（-）Zn极 Zn – 2e
电化学工作站的原理与应用
一、电化学的基本概念
（一）化学电池
1、 原电池(primary cell) ：将化学能转化为电能的装置。
2、 电解池（electrolytic cell ）：将电能转化为化学能的装置。
3、 电池分类简表
{｛ ｛｛｛ 电池
单液电池
液态电池
原 电
双液电池 固态电池 电解质浓差电池 浓差电池
2．电解池：
（阳）Cu ︱Cu 2 +(1mol/L) ‖ Zn2+(1mol/L) ︱Zn （阴）
?Cu 2+ /Cu = 0.337 V
电极反应 ——外加电压
? Zn2? Zn ? ? 0.763V
（阴极）Zn极 Zn2+ + 2e
Zn （还原反应）
（阳极）Cu极 Cu - 2e
Cu 2+ （氧化反应）
Zn 2+ （氧化反应）
（+）Cu极 Cu2+ + 2e
Cu （还原反应）
电池反应
Zn + Cu2+
Zn 2+ + Cu （氧化还原反应）
盐桥的组成和特点 ：
高浓度电解质溶液 正负离子迁移速度差不多
盐桥的作用 ：
1）防止两种电解质溶液
混和，消除液接电位， 确保准确测定
1
2）提供离子迁移通道
（传递电子）
（二）电化学体系的基本单元
1、电极
指与电解质溶液接触的电子导体或半导体。 电化学体系分为二电极、三电极体系、四 电极体系。
①工作电极（WE ）
又称研究电极，指示电极。（主体浓度无显著变化）
对工作电极的要求：所研究的电化学反应不会因电极 自身发生的反应而受到影响，测定的电位区域较宽，电 极不与溶剂或电解液组分发生反应，电极面积不宜太大， 表面均一、平滑、易净化等。
工作电极
固体电极: 玻碳（GC ）、Pt、Au、Ag、 Pb
液体电极: 汞或汞齐
②辅助电极（CE ） (又称对电极)
与工作电极组成回路，使工作电极上电 流畅通，以保证研究的反应在电极上发生。
若测量过程中通过的电流较大时，为使 参比电极的电位保持稳定，必须使用辅助电 极，否则将影响测量的准确性。
③参比电极（RE ）
参比电极：其电位则不受试液组成变化的影 响，具有较恒定的数值。 理想的参比电极为：（a）电极反应可逆，符 合Nernst 方程;（b）电势不随时间变化; （c ）微小电流流过时，能迅速恢复原状 ; （d）温度影响小. 虽无完全符合的，但一些可以基本满足要求 .
A、甘汞电极
作电解池 阴极： Zn2? ? 2e? ?? ? Zn(s)
阳极 2Ag(s) ? 2Cl? ?? ? 2AgCl(s) ? 2e?
净反应： 2Ag(s) ? ZnCl2 ?? ? Zn(s) ? 2AgCl(s)
3、组成电池的基本要素
① 一对电极 ② 电活性物质 ③ 电解质 ④ 外电路 ⑤ 必要时要有隔膜（如双液电池）
电能与化学能（ Electric and chemical power ）
化学能（chemical power ） 是指在一定温度下可以全部变 为 “有用功”的那部分能量。
在可逆状态下，化学能与电能由下式确定：
△G = －nFE
5、可逆电池和不可逆电池
1）可逆电池（ Reversible cell ）
2） 不可逆电池（ Irreversible cell ）
凡是不能满足可逆电池条件的电池通称为不可逆电池。
如图所示的电池，其电池反应不可逆∶
放电时∶ 充电时：
Zn + CuSO 4 =Cu + ZnSO 4
Cu + Cu 2+ =Cu 2+ + Cu
电池反应不可逆，电池不是可逆电池
使用盐桥的双液电池可近似地认为是 可逆电池，但并非是严格的热力学可逆电 池，因为盐桥与电解质溶液界面存在因离 子扩散而引起的相间电势差，扩散过程不 是热力学可逆过程。
4、电极反应和电池反应
原电池∶ Zn 电极： Cu 电极：
电解池∶ Zn 电极： Cu 电极：
Zn = Zn 2+ + 2e Cu 2+ + 2e = Cu
Zn2+ + 2e = Zn Cu = Cu 2+ + 2e
电极反应和氧化还原反应
电极反应是一种特殊的氧化还原反应，与通常的氧化还 原反应不同的是前者是一种通过电极而进行的间接电子传递 反应，后者是氧化剂和还原剂之间进行的直接电子传递反应。
凡是进行还原反应的 电极称为阴极
e
e
电源
－
＋
阴? 阳 极 Θ极
电解质溶液
溶液中的阴离子向正极迁 移，从正极上失去电子而 发生氧化反应
电位高的电极称为正极
凡是进行氧化反应的 电极称为阳极
-+
-
+
阴极
阳极
? Zn2? Zn ? ? 0.763V
?Cu 2+ /Cu = 0.337 V
位于金属活动性顺序铜以前的金属如 Zn、Fe、Ni给出电子的能力比铜强
在化学能和电能相互转化时，始终处于热力学平衡状 态的电池。
可逆电池的条件
①电池反应可逆
例如铅酸蓄电池∶ PbO 2 ? 2H 2SO4 ?????放充电电??? 2PbSO4＋2H2O
再如Daniell 电 池∶
Zn + CuSO 4 ?????放充电电??? Cu + ZnSO 4
②电池中的一切过程均可逆，工作电流趋于零
金属活动性顺序铜之后的银、 金，给出电子的能力比铜弱 .
Zn(s)|ZnSO 4||HCl|AgCl(s) | Ag(s)
作原电池 (? ) Zn(s) ?? ? Zn2? ? 2e?
净反应
(? ) 2AgCl(s) ? 2e ? ?? ? 2Ag(s) ? 2Cl ?
Zn(s) ? 2AgCl(s) ?? ? 2Ag(s) ? 2Cl? ? Zn2?
电池反应 Zn2+ + Cu
Zn + Cu 2+ （被动氧化还原反应）
电池的电动势等于右边的还原电极电势 减去左边的还原电极电势.
电解池中电解质溶液的导电机理
电极反应
在电解池中正极为 阳极，负极为阴极； 在原电池中则相反
溶液中的阳离子向负极迁 移，从负极上取得电子而 发生还原反应
电位低的电极称为负极
池
电极浓差电池 一次电池
化学电源 二次电池
电解池
燃料电池
1．原电池： Daniel 电池——铜锌电池结构
(-) Zn ︱Zn2+(1mol/L) ‖ Cu 2+(1mol/L) ︱Cu (+)
? Zn2? Zn ? ? 0.763V
?Cu 2+ /Cu = 0.337 V
电极反应
（-）Zn极 Zn – 2e
电化学工作站的原理与应用
一、电化学的基本概念
（一）化学电池
1、 原电池(primary cell) ：将化学能转化为电能的装置。
2、 电解池（electrolytic cell ）：将电能转化为化学能的装置。
3、 电池分类简表
{｛ ｛｛｛ 电池
单液电池
液态电池
原 电
双液电池 固态电池 电解质浓差电池 浓差电池
2．电解池：
（阳）Cu ︱Cu 2 +(1mol/L) ‖ Zn2+(1mol/L) ︱Zn （阴）
?Cu 2+ /Cu = 0.337 V
电极反应 ——外加电压
? Zn2? Zn ? ? 0.763V
（阴极）Zn极 Zn2+ + 2e
Zn （还原反应）
（阳极）Cu极 Cu - 2e
Cu 2+ （氧化反应）