第五章电化学精选文档.ppt
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1、第五章电化学本讲稿第一页,共五十五页电化学的用途电化学的用途电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属;电解法制备化工原料;电镀法保护和美化金属;还有氧化着色等。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。电分析 生物电化学本讲稿第二页,共五十五页第一节第一节 电解质溶液的导电性质电解质溶液的导电性质一、电解质溶液的导电机理一、电解质溶液的导电机理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又称电子导体,如金属、石墨等。1.第一类导体两类导体两类导体本讲稿第三页,共五十五页A.正、负离子作反向移动而导电
2、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 第二类导体第二类导体 又称离子导体,如电解质溶液、熔融电 解质等。本讲稿第四页,共五十五页原电池:化学能原电池:化学能电能电能电解池:电解池:电能电能化学能化学能3、原电池与电解池、原电池与电解池电势低的极称为负极电子从负极流向正极负极:电势高的极称为正极电流从正极流向负极正极:a、正、负级正、负级本讲稿第五页,共五十五页 发生还原作用的极称为阴极阴极:发生氧化作用的极称为阳极阳极:b、阴、阳级阴、阳级电极命名的对应关系电极命名的对应关系原电池原电池电解池电解池正级正级 阴极阴极(还原级还原级)负极负极 阳极阳
3、极(氧化级氧化级)正级正级 阳极阳极(氧化级氧化级)负级负级 阴极阴极(还原级还原级)本讲稿第六页,共五十五页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。Cu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。Zn电极:原电池原电池本讲稿第七页,共五十五页与外电源正极相接,是正极。发生氧化反应,是阳极。Cu(S)Cu2+2e-电极:与外电源负极相接,是负极。发生还原反应,是阴极。Cu2+2e-Cu(S)电极:电解池电解池本讲稿第八页,共五十五页离子迁移方向:阴离子迁向阳极阴离子迁向阳极阳离子迁向阴极阳
4、离子迁向阴极二、法拉第定律二、法拉第定律Faradays Law的文字表述 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。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(单位元电荷表示的物质)相同,析出物质的质 量与其摩尔质量成正比。本讲稿第九页,共五十五页 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:电极上发生反应的物质的质量 m 为:或法拉第定律的数学表达式法拉第定律的数学表达式本讲稿第十页,共五十五页F=Le 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=6.0221
5、023 mol-11.602210-19 C =96484.6 Cmol-196500 Cmol-1 是电化学上最早的定量的基本定律,揭示了通入的电量与析出物质之间的定量关系。该定律在任何温度、任何压力下均可以使用。该定律的使用没有什么限制条件。法拉第定律的意义本讲稿第十一页,共五十五页 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:单位元电荷单位元电荷阴极 阳极荷电粒子基本单元的选取荷电粒子基本单元的选取本讲稿第十二页,共五十五页例题:通电于 溶液,电流强度 ,析出 。已知 。求:通入电量 ;通电时间 ;阳极上放出
6、氧气的物质的量。本讲稿第十三页,共五十五页取基本粒子荷单位电荷:即本讲稿第十四页,共五十五页三、离子的电迁移和迁移数三、离子的电迁移和迁移数1 1、离子的电迁移现象、离子的电迁移现象 设想在两个惰性电极之间有想象的平面AA和BB,将溶液分为阳极部、中部及阴极部三个部分。假定未通电前,各部均含有正、负离子各5 mol,分别用+、-号代替。本讲稿第十五页,共五十五页 设离子都是一价的,当通入4 mol电子的电量时,阳极上有4 mol负离子氧化,阴极上有4 mol正离子还原。两电极间正、负离子要共同承担4 mol电子电量的运输任务。现在离子都是一价的,则离子运输电荷的数量只取决于离子迁移的速度。本讲
7、稿第十六页,共五十五页a设正、负离子迁移的速率相等,则导电任务各分担2mol,在假想的AA、BB平面上各有2mol正、负离子逆向通过。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。本讲稿第十七页,共五十五页b设正离子迁移速率是负离子的三倍,则正离子导3mol电量,负离子导1mol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。通电结束,阳极部正、负离子各少了3mol,阴极部只各少了1mol,而中部溶液浓度仍保持不变。本讲稿第十八页,共五十五页a.向阴、阳两极迁移的正、负离子物质的量总和恰好等于通入溶液的总电量。如果正、负离子荷电量不
8、等,或者电极本身也发生反应,情况就要复杂一些。离子的电迁移规律:离子的电迁移规律:b.本讲稿第十九页,共五十五页 把离子B所运载的电流与总电流之比称为离子B的迁移数(transference number)用符号 表示。是量纲为1的量,数值上总小于1。由于正、负离子移动的速率不同,所带的电荷不等,因此它们在迁移电量时所分担的分数也不同。其定义式为:2.离子的迁移数离子的迁移数本讲稿第二十页,共五十五页迁移数在数值上可表示为:负离子应有类似的表示式。如果溶液中只有一种电解质,则:如果溶液中有多种电解质,共有 i 种离子,则:本讲稿第二十一页,共五十五页第二节第二节 电解质溶液的电导电解质溶液的电
9、导一、电解质溶液的电导一、电解质溶液的电导电导电导电导是电阻的倒数,单位为 或 。电导L与导体的截面积成正比,与导体的长度成反比:本讲稿第二十二页,共五十五页电导率 电导率相当于单位长度、单位截面积导体的电导,单位是 或 。比例系数 称为电导率。本讲稿第二十三页,共五十五页摩尔电导率摩尔电导率 是含有1 mol电解质的溶液的体积,单位为 ,是电解质溶液的浓度,单位为 。在相距为单位距离的两个平行电导电极之间,放置含有1 mol电解质的溶液,这时溶液所具有的电导称为摩尔电导率m,单位为S m2 mol-1。本讲稿第二十四页,共五十五页 摩尔电导率必须对应于溶液中含有1mol电解质,但对电解质基本
10、质点的选取决定于研究需要。例如,对 溶液,基本质点可选为 或 ,显然,在浓度相同时,含有1mol 溶液的摩尔电导率是含有1mol 溶液的2倍。即:为了防止混淆,必要时在m后面要注明所取的基本质点。基本质点的选取基本质点的选取本讲稿第二十五页,共五十五页电导的测定:电导的测定:电导测定实际上测定的是电阻,常用的韦斯顿电桥。二、电导和电导率的测定二、电导和电导率的测定电导池常数 单位是 。通常用已知电导率的KCl溶液注入电导池,测定电阻后得到 。然后用这个电导池测未知溶液的电导率。例见P161例3电导池常数电导池常数电导率的测定电导率的测定本讲稿第二十六页,共五十五页三、电解质溶液的电导与浓度的关
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