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1、湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超7.47.4电解质溶液的活度活度因子及DH极限公式电解质溶液的活度活度因子及DH极限公式绪 论7.1 电极过程、绪 论7.1 电极过程、电解质溶液及法拉第定律电解质溶液及法拉第定律7.2 7.2 离子的迁移数离子的迁移数7.3 7.3 电导、电导率和摩尔电导电导、电导率和摩尔电导湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超绪论电能电能相互转换及转换规律相互转换及转换规律化学能化学能电化学电化学负极：负极：Zn2Zn 2e正极：正极：碳棒碳棒MnO2糊糊NH4Cl糊锌筒糊锌筒2MnO2H2O 2eMn2O3 2OH(主反应主反应)湖北大
2、学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超电化学电化学 电解质溶液通电时的性质 电解质溶液通电时的性质(7.27.3)电解质溶液理论热力学平衡性质 电极溶液界面热力学平衡性质电解质溶液理论热力学平衡性质 电极溶液界面热力学平衡性质(7.57.9)(即电极即电极)动力学性质(7.107.12) 实用电化学电化学在各有关领域中的应用动力学性质(7.107.12) 实用电化学电化学在各有关领域中的应用 ( 如如:半导电化学，电生物物理学、半导电化学，电生物物理学、 燃料电池等燃料电池等 )(7.4 )(7.4 )湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超电化学电化学材料学材料学材料科学
3、与电化学材料科学与电化学电化学电化学材料学材料学电化学材料科学电化学材料科学+ +交叉交叉湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超电化学材料科学电化学材料科学微观电化学材料科学宏观电化学材料科学微观电化学材料科学宏观电化学材料科学考察所有与电子、离子和量子的流动现象和材料有关的问题以及它们与社会环境之间的交互作用微观电化学材料科学考察所有与电子、离子和量子的流动现象和材料有关的问题以及它们与社会环境之间的交互作用微观电化学材料科学涵盖了材料的有关带电界面上所发生的现象，以及这些现象与材料内部结构之间的关系和利用此现象来改变内部结构的工艺宏观电化学材料科学涵盖了材料的有关带电界面上所
4、发生的现象，以及这些现象与材料内部结构之间的关系和利用此现象来改变内部结构的工艺宏观电化学材料科学湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超气体、生物、温度传感材料；信 息转换材料、电接触材料等传感、信息材料传感信息 材料电镀、电泳、电铸、阳极化、磷 化、防护性涂层等电沉积、表面着 色、涂层与精饰等表面工程正极、负极、电解质、硅材料； 半导体、密封材料等光电、燃料、太阳 能、贮能电池材料电池材料电解质、快离子导体、隔膜材料电解质、隔膜材料电解材料碳、氧化物、聚合物、金属材 料；复合物材料等阳极、阴极 其它电极材料电极材料主要研究内容子类大类气体、生物、温度传感材料；信 息转换材料、电
5、接触材料等传感、信息材料传感信息 材料电镀、电泳、电铸、阳极化、磷 化、防护性涂层等电沉积、表面着 色、涂层与精饰等表面工程正极、负极、电解质、硅材料； 半导体、密封材料等光电、燃料、太阳 能、贮能电池材料电池材料电解质、快离子导体、隔膜材料电解质、隔膜材料电解材料碳、氧化物、聚合物、金属材 料；复合物材料等阳极、阴极 其它电极材料电极材料主要研究内容子类大类微观电化学材料科学研究的内容：微观电化学材料科学研究的内容：湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超包括：电极材料、电解材料和电池材料包括：电极材料、电解材料和电池材料电 化 学 材 料 科 学电 化 学 材 料 科 学材料的
6、电化学制备科学包括：材料的电化学加工和表面工程材料的电化学制备科学包括：材料的电化学加工和表面工程材料的电化学研究材料的电化学现象包括：腐蚀与防护和电化学传感器等电化学的材料学材料的电化学研究材料的电化学现象包括：腐蚀与防护和电化学传感器等电化学的材料学电化学系统中的材料的组织、加工和性能电化学系统中的材料的组织、加工和性能采用电化学技术制备各种材料采用电化学技术制备各种材料湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超阳离子向阴极定向移动阳离子向阴极定向移动7.1 电极过程电解质溶液及法拉第定律7.1 电极过程电解质溶液及法拉第定律离子导体的特点： 离子的定向移动，温度升高导电能力增加
7、电化学装置电解池：利用电能以发生化学反应原电池：利用两极反应以产生电流凡阳极发生氧化反应电极：凡阴极发生还原反应电解质溶液：阴离子向阳极定向移动离子导体的特点： 离子的定向移动，温度升高导电能力增加电化学装置电解池：利用电能以发生化学反应原电池：利用两极反应以产生电流凡阳极发生氧化反应电极：凡阴极发生还原反应电解质溶液：阴离子向阳极定向移动湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超ZnCuZnSO4(aq)CuSO4(aq)PtPt Na2SO4(aq)ZnCu2 CuZn2电能化学能电能化学能化学能电能化学能电能电解池 负电解池 负: 2H2e H2原 电池原 电池Zn2e Zn2
8、Cu22e Cu直流电源与电极连接，强迫 电流在电解质溶液中通过，使电 极溶液界面上发生电极反应两电极与外电路中负载 接触后，自发地发生电极反 应，将电流送到外电路做功直流电源与电极连接，强迫 电流在电解质溶液中通过，使电 极溶液界面上发生电极反应两电极与外电路中负载 接触后，自发地发生电极反 应，将电流送到外电路做功IeNa， HOH，2 4SO IeM 2 2 4SO (还原还原,阴阴)(氧化氧化,阳阳)(氧化氧化,阳阳)(还原还原,阴阴)正正: 2OH2e H2O O221电池反应电池反应:2H2OHH2 O2 H2O21湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超数学表达式：数
9、学表达式：n QQz F F法拉第常数，法拉第常数，1mol电子电量电子电量z11 =z2 2 =多个电解池串联，当多个电解池串联，当Q一定时，一定时，Great Britain1791-1867Micheal FaradayInvention of the electric motor and generator, and the principles of electrolysis:Faradays Law法拉第定律法拉第定律湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超mQQm100%100% =实法实法实法实法说明说明: 适用于任何 适用于任何 T、p，不受电解质溶液的浓度、电极
10、材 法拉第定律亦适用原电池过程。电流效率 料、溶剂性质等影响。，不受电解质溶液的浓度、电极材 法拉第定律亦适用原电池过程。电流效率 料、溶剂性质等影响。电镀锌 ：电镀锌 ：Zn22e Zn(主反应主反应)He H2(副反应副反应) 电解食盐水：电解食盐水：2Cl Cl22e(主反应主反应) Cl2中一部分溶解在溶液中发生次级 反应，生成次氯酸 盐和氯酸盐中一部分溶解在溶液中发生次级 反应，生成次氯酸 盐和氯酸盐湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超例711例711300K、 下电解H300K、 下电解H2 2SOSO4 4溶液，当通入的电流为5安培 时，欲获得0.04mol的氢气
11、需通电多少时间？溶液，当通入的电流为5安培 时，欲获得0.04mol的氢气需通电多少时间？0p0.04mol的氧气需通电多少时间？欲获得0.04mol的氧气需通电多少时间？欲获得湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超7.2 离子的迁移数7.2 离子的迁移数Qvz Qvz + + =1.离子的电迁移与迁移数的定义电迁1.离子的电迁移与迁移数的定义电迁:在电场的作用下离子的定向移动。 迁移过程：在电场的作用下离子的定向移动。 迁移过程：Q+QQ结论结论:QQti i= =i 离子迁移数离子迁移数ti1i 离子所担任的导电任务占总导电量的分数量纲为离子所担任的导电任务占总导电量的分数量
12、纲为1的纯数的纯数湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超 Evui i= = = =ii ivvt = =ii iuut而而离子的电迁移率离子的电迁移率 u ：离子的迁移速率：离子的迁移速率f（本性、温度、浓度、电场强度等）（本性、温度、浓度、电场强度等）一定离子在指定溶剂中电场强度为一定离子在指定溶剂中电场强度为1伏每米时的速率，量纲为伏每米时的速率，量纲为m2 s1 V1湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超c=0.01mol L1， 18=0.20mol L1，25影响离子迁移数的因素 离子的本性影响离子迁移数的因素 离子的本性(包括与该离子并存的反号离子的本
13、性包括与该离子并存的反号离子的本性)HClKClLiCl0.1670.504 0.670电解质 迁移数电解质 迁移数t(Cl)电解质电解质NaClCaCl2LaCl3t(Cl)0.6080. 5740.537迁移数迁移数+ +zc湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超25 当正负离子价数不等时，离子的浓度影响 离子的迁移数 当正负离子价数不等时，离子的浓度影响 离子的迁移数; 温度上升，正、负离子迁移数趋于相等 温度上升，正、负离子迁移数趋于相等; 外加电场对迁移数一般无影响。 外加电场对迁移数一般无影响。0.01LaCl3molL1t电解质电解质+ +zc0.050.200.0
14、10.5370.5520.577KCl0.5100.5100.511湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超iit =离子电迁 量总的通过电 量=离子电迁 量总的通过电 量iii iiztz()() = =迁 移电 解迁 移电 解2. 离子迁移数的测定方法(1) 希托夫法离子迁移数的测定方法(1) 希托夫法基本原理:参考: 大学化学 92，No.4，P基本原理:参考: 大学化学 92，No.4，P25 朱灵峰 河南农业大学朱灵峰 河南农业大学求：阳、阴极部（求：阳、阴极部（z zii）迁移迁移湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超用两个银电极电解质量百分数为用两个银电
15、极电解质量百分数为0.7422%的的KCl水溶 液。阳极反应为：水溶 液。阳极反应为：Ag(s)Cl AgCle，所产生的，所产生的 AgCl沉积于电极上。当有沉积于电极上。当有548.93库仑的电量通过上述电 解池时，实验测出阳极区溶液质量为库仑的电量通过上述电 解池时，实验测出阳极区溶液质量为117.51g，其中含，其中含 KCl 0.6659g，试求溶液中正、负离子的迁移数。，试求溶液中正、负离子的迁移数。例721例721湖北大学 化学化工学院董超湖北大学 化学化工学院董超原理:原理:(2) 界面移动法界面移动法 P306借助溶液的颜色、折射率等的不同，测定两种电解质溶液形成的界面在一定通电时间内所移动的距离，求得离子迁移数。借助溶液的颜色、折射率等的不同，测定两种电解质溶液形成的界面在一定通电时间内所移动的距离，求得离子迁移数。z cVFtQ+ +=2 4abVd=式中:式中:d为液柱玻璃管的直径为液柱玻璃管的直径c为为CdCl2 2溶液的浓度溶液的浓度湖北大
