物理化学电子教案7

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1、 淮阴师范学院化学系淮阴师范学院化学系物理化学教研室 http:/202.195.113.152:2080/wlhx/index.htm物理化学电子教案Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回第七章 电解质溶液强电解质溶液理论简介强电解质溶液理论简介电电 导导离子的电迁移和迁移数离子的电迁移和迁移数法拉第定律法拉第定律电化学的基本概念电化学的基本概念Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回本章基本要求 电解质溶液导电性质的物理量（电导 、电导率、摩尔电导率、电迁移率，迁移 数）。 理 离子平均活度及平均活度系数定义 并掌握其计算。了解离子强度的定义。 了 德拜休格尔极限公式计算离子平

2、均活度系数的方法。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回（1 1）基本概念）基本概念u研究对象 u电化学用途 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 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7.1 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。电能化学能电解电解电池电池Date 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

3、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

4、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)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

5、：( (Anode)Anode)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Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回原电池(galvanic cell)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。CuCu电极电极 ：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。ZnZn电极电极 ：Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回电解池(electrolytic cell)与外电源正极相接，是正极 。 发生氧化反应，是阳极。 Cu(S)

6、 Cu2+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)电极电极：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 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 2）电流效率= 100%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FaradayFaradays Laws 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

7、与其摩尔质量成正比。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回法拉第定律的数学表达式取电子的得失数为 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1 mol元电荷的电量。已知元电荷电量为=6.0221023 mol-11.602210-19 C =96484.6 Cmol-196500 Cmol-1Date 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 电极上析出物质的物质的量相同，这时，所选取的基

8、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返回法拉第定律的意义 是电化学上最

9、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7.2 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5 mol，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设离子都是一价的，当通入4 mol电子的电量时，阳极上有4 mo

10、l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。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

11、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.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、负离子荷电量不等，如果电极本身也发 生反应，情况就要复杂一些。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回离子的电迁移率离子在电场中运动的速率

12、用公式表示为：式中 为电位梯度，比例系数 和 分别称为正 、负离子的电迁移率，又称为离子淌度（ionic mobility），即相当于单位电位梯度时离子迁移的速率。它的单 位是。 电迁移率的数值与离子本性、电位梯度、溶剂性 质、温度等因素有关，可以用界面移动法测量。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回离子迁移数的定义把离子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：Date 上一内容 下一内容 回主目

13、录O返回迁移数在数值上还可表示为：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：离子迁移数的定义Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回离子迁移数的定义设相距为l、面积为A的两个平行惰性电极，左方接外电源负极，右方接正极，外加电压为E。在电极间充以电解质 的溶液，它的浓度为c （单位为 ），解离度为 。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回离子迁移数的定义设正离子迁移速率为 ，单位时间向阴极方向通 过任意截面 的物质的量为 ，所迁移的电 量为 ，因为是单位时间，所以：同理Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回离子迁移数的定

14、义因为溶液是电中性的，所以（，电场梯度相同）Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回迁移数的测定方法1Hittorf 法在Hittorf迁移管中装入已知浓度 的电解质溶液，接通稳压直流电源， 这时电极上有反应发生，正、负离子 分别向阴、阳两极迁移。小心放出阴极部（或阳极部 ）溶液，称重并进行化学分析， 根据输入的电量和极区浓度的变 化，就可计算离子的迁移数。通电一段时间后，电极附近溶 液浓度发生变化，中部基本不变。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回迁移数的测定方法Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回迁移数的测定方法Hittorf 法中必须采集的数据：1. 通入的电量，由库

15、仑计中称重阴极质量的增加而得 ，例如，银库仑计中阴极上有0.0405 g Ag析出，2. 电解前含某离子的物质的量n(起始）。3.电解后含某离子的物质的量n(终了）。4.写出电极上发生的反应，判断某离子浓度是增加了 、减少了还是没有发生变化。5.判断离子迁移的方向。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回迁移数的测定方法例题：在Hittorf 迁移管中，用Cu电极电解已知浓度的溶液。通电一定时间后，串联在电路中的银库仑计阴极上有 析出。阴极部溶液质量为，据分析知，在通电前其中含 ，通电后含 。试求 和 的离子迁移数。Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回迁移数的测定方法解法1：先求 的迁移数，以 为基本粒子，已知 ：阴极上 还原，使 浓度下降迁往阴极，迁移使阴极部 增加，Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回迁移数的测定方法解法2 先求 的迁移数，以 为基