8第八章_电解质溶液

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1、上一内容 下一内容 回主目录 O返回电能 化学能电解电解电池电池物理化学电子教案 第八章2018/1/2上一内容 下一内容 回主目录 O返回主要内容主要内容u电化学的基本概念和法拉第定律第 八章电解质溶液u离子的电迁移和迁移数u电导u强电解质溶液理论简介u电化学及电解质溶液概述2018/1/2上一内容 下一内容 回主目录 O返回电化学研究对象电能 化学能电解电解电池电池电化学主要是研究 电能和化学能之间的相互转化及转化过程中相关规律 的科学。电化学反应的条件 :电极、装置和介质Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回电化学的历史 1799年 意大利的 Volta 1833年 法国 Fara

2、day 1893年 德国 Nernst 1923年 荷兰 Debye与德国 Huckel 1940年代 苏联的弗鲁姆金 1970s M.FleischmannDate上一内容 下一内容 回主目录 O返回电化学的用途 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Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回本课程的学习内容 电解质溶液理论 电化学平衡 电极过程动力学 实用电化学Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回电解质溶液的相关概念复习 什么是

3、电解质？ 什么是电解质溶液？ 为什么研究电解质溶液？电化学反应发生所不可或缺的部分，传递电荷与物料Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回（ 1）基本概念）基本概念u两类导体u正极、负极u阴极、阳极u原电池u电解池u电流效率（ 2）法拉第定律）法拉第定律u定律的文字表示u法拉第常数u定律的数学式u粒子的基本单元u例题8.1电化学的基本概念和法拉第定律Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回两类导体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Date上一内容 下一内容 回主目录

4、O返回两类导体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（ P25）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。*固体电解质，如 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。Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回阴极、阳极发生 还原作用 的极称为 阴极 ，在原电池中，阴极是正极；在电解池中，阴极是负极。阴极：阴极：(Cathode)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。阳极：阳极：(Anode)Date上一内容

5、下一内容 回主目录 O返回正极、负极电势 低 的极称为 负 极，电子从负极流向正极。在原电池中负极是 阳极；在电解池中负极是 阴极 。负极负极：电势 高 的极称为 正 极，电流从正极流向负极。在原电池中正极是 阴极；在电解池中正极是 阳极 。正极正极：Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回离子迁移方向离子迁移方向：阴离子迁向阳极阳离子迁向阴极Anion nainCathodek,dktainCation n,danodeDate上一内容 下一内容 回主目录 O返回原电池 (galvaniccell)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

6、势高，是 正极 。Cu电极电极 ：Zn(S)Zn 2+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电极电极 ：Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回电极电极 ：电解池 (electrolyticcell)与外电源正极相接，是 正极 。发生氧化反应，是 阳极 。Cu(S) Cu 2+2e-电极电极 ：与外电源负极相接，是 负极 。发生还原反应，是 阴极 。Cu2+2e-Cu(S) Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回电流效率表示式表示式（ 1）电流效率 = 100%理论计算耗电量 实际消耗电量表示式表示式（ 2）电流效率 = 100%

7、电极上产物的实际量 理论计算应得量Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回法拉第定律的文字表述Faradays Law 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，其物质的量相同 ，析出物质的质量与其摩尔质量成正比。Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回法拉第常数F=Le法拉第常数在数值上等于 1mol元电荷的电量。已知元电荷电量为=6.0221023mol-11.602210-19C=96484.6Cmol-196500Cmol-1Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回法

8、拉第定律的数学描述 电极反应的反应进度电极上进行的反应可表示为式中 为化学物质 B的计量系数， B为反应物时为负， B为产物时为正。 表示电极反应式中 的计量系数。由于电子在反应中只起传递电荷的作用，其转移的量无所谓增减，以正值表示为宜，故无论是阳极反应还是阴极反应，其计量系数都应取正值。通电 t时刻时，若电子转移的量为 ，任一物质 B的增量为 ，则由反应进度的定义知（ 1）（ 2）Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回（ L是阿佛加德罗常数）是 1mol电子所带的电量，通电 t时刻时电子转移的量为法拉第定律的数学描述 电量与反应进度的数学表达式设任一时刻通过电极的电流强度为 I，则通电

9、 t时刻时流过的总电量为又 F=携带的电量则为二者是一回事，因此Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回法拉第定律的数学描述由式（ 2）知代入式（ 3）得 （ 4）式（ 4）即在电极反应中电量与反应进度的数学表达式。此式告诉我们，不管是电解过程还是原电池过程，只要电极上有电流流过，电极上就有物质的变化，其变化量即可计算。 Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回式 可以很好地解释法拉第的两个电解定律 :数学表达式对法拉第定律的解释 将 和 代入 (4)式得（ 5）或式（ 5）即法拉第定律文字描述的第一句话。Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回数学表达式对法拉第定律的解释当电路中

10、有多个电极串联时，因为通过的电量是相同的，所以转移电子的量也是相同的，用表示，由式（ 2）得（ 6）式（ 6）是对一个电极而言的，对多个电极串联时每个电极上的物质分别用 A、 B、 C、 表示，每个电极反应式中 的计量系数分别用 zA、 zB、 zC、 表示，由式（ 6）可得Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回显然式（ 7）表示的是法拉第电解第二定律。如电路中串联有氢电极、银电极和铜电极，同时析出氢气、银和铜。析出反应为数学表达式对法拉第定律的解释 （ 7）因则有Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回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

11、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：荷一价电荷一价电阴极 阳极荷三价电荷三价电阴极 阳极荷二价电荷二价电阴极 阳极Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回荷电粒子基本单元的选取例题： 通电于 溶液，电流强度 ， 析出 。 已知 。求： 通入电量 ； 通电时间 ； 阳极上放出氧气的物质的量。Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回荷电粒子基本单元的选取解法一解法一 取基本粒子荷单位电荷：即Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回荷电粒子基本单元的选取解法二解法二 t 同上取基本粒子荷 3个基本电荷：即 Au，Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回法

12、拉第定律的意义 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。Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回8.2 离子的电迁移和迁移数离子的电迁移现象电迁移率和迁移数离子迁移数的测定Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回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 5mol， 分别用 +、 -号代替。Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回离子的电迁移现象Date上一内容 下一内容 回

13、主目录 O返回离子的电迁移现象设离子都是一价的，当通入 4mol电子的电量时，阳极上有 4mol负离子氧化，阴极上有 4mol正离子还原。 两电极间正、负离子要共同承担 4mol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 。Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回离子的电迁移现象Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回设溶液中正负离子的浓度为 c，正离子的迁移速率为r+，负离子的迁移速率为 r-，迁移 4mol电荷所用时间为 t，则在该时间 t内，通过任一截面积为 A的截面 SS的电量必然为 4F，且 4F=Q+Q-离子的电迁移现象通过 SS截面

14、的正电荷所带电量为：通过 SS截面的负电荷所带电量为：Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回离子的电迁移现象1 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 。Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回离子的电迁移现象Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回离子的电迁移现象2 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 。Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回离子的电迁移现象Date上一内容 下一内容 回主目录 O返回离子电迁移的规律：1.正离子从阳极区迁出，向阴极区迁入并发生还原反应；负离子从阴极区迁