《物理化学第八章 电解质溶液课件_ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理化学第八章 电解质溶液课件_ppt课件（138页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2018/9/21,物理化学电子教案第八章,电 化 学,2018/9/21,具体研究电子导体和离子导体两相间界面现象及各种效应.,引 言,电化学定义:,是研究电能和化学能转换关系的一门学科.,引 言,2018/9/21,应用电化学,理论电化学,电化学研究内容:,电化学研究内容,理论电化学,电解质溶液理论,电化学热力学,电化学动力学,量子电化学等,2018/9/21,应用电化学：,电化学研究内容,电化学工业,化学电源,电催化,金属的腐蚀与防护,电化学传感器,电化学分析,生物电化学,2018/9/21,电化学主要任务,在阐述电解质溶液导电特征的基础上,扼要介绍 电解质溶液理论.,重点说明电化学系统
2、的平衡性质,包括可逆电池、 电动势及与热力学函数的关系.,在有限电流通过电极时,电极反应偏离平衡所引起 的极化现象和有关的动力学规律.,电化学主要任务是:,(1) 电解质溶液理论-第八章,(2)电化学热力学-第九章,(3)电化学动力力学-第十章,2018/9/21,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,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。,1、原电池和电解池,一、电化学中的基本概念,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,原电池：,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,由化学能转变为电能的装置叫原电池。,2018/9/21,电解池：,8.1
3、电化学中的基本概念和电解定律,由电能转变为化学能的装置叫电解池。,2018/9/21,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,第一类导体:,2、导体：能导电的物质称为导电体。,特点：,如金属、石墨等,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,是靠自由电子的迁移导电导体叫第一类导体。(又称电子导体),2018/9/21,第二类导体：是靠自由电子的迁移导电导体叫第二类导体（又称离子导体),特点：,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
4、分担,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,如电解质溶液、熔融电解质等,2018/9/21,*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。,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,离子导体不能单独完成导电任务, 必须与金属导体接触而形成 “金属 -电解质溶液-金属” 串联系统, 得以完成导电任务.,离子导体的导电机理,可见, 要使电流连续不断地通过溶液, 是通过 “溶液中离子向电极定向迁移和离子在两类导体界面 上发生电化学反应”来实现的.,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,电势低的极称为负极，
5、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：,3、正极、负极：,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,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：,原电池中: (正极)阴极； 电解池中: (负极)阴极。,原电池中， （负极）阳极； 电解池中， （正极）阳极。,4、阴极、阳极：,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,阳离子迁向阴极,阴离子迁向阳极,在原电池中,在阴极上发生还原的是,在阳极上发生氧化的是,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,阳极上发生氧化作用,阴极上发生还原作用
6、,在电解池中,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,阳极上发生氧化作用,阴极上发生还原作用,在电解池中，用惰性电极,电极上的反应次序由离子的活泼性决定,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,阳极上发生氧化作用,阴极上发生还原作用,在电解池中，都用铜作电极,电极有时也可发生反应,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,Faraday 归纳了多次实验结果，于1833年总结出了电解定律, 在电极界面上发生化学变化物质的质量与通入的电荷量成正比。, 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
7、质的量相同，析出物质的质量与其摩尔质量成正比。,1、法拉第 Faraday电解定律,二、电解定律,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,2018/9/21,法拉第 Faraday常数,已知元电荷电量 e 为,法拉第Faraday电解定律,人们把在数值上等于1 mol元电荷的电量称为1法拉第 (F),2018/9/21,如果在电解池中发生如下反应：,若反应进度为 时需通入的电量为,法拉第 Faraday电解定律,2018/9/21,根据电学上的计量关系,这就是Faraday电解定律的数学表达式,若电流强度是稳定的的，则,Faraday电解定律,2018/9/21,荷电粒子基本单元的选取,根据法拉
8、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：,Faraday电解定律,2018/9/21,例题：,通电于 溶液，电流强度,求： 通入电量 通电时间 阳极上放出氧气的质量,阴极上析出,已知,Faraday电解定律,2018/9/21,解1:,若电极反应表示为,阴极,阳极,析出1.20g Au(s)时的反应进度为,Faraday电解定律,2018/9/21,Faraday电解定律,2018/9/21,解2,若电极反应表示为,阴极,阳极,析出1.20g Au(s)时的反应进度为,Faraday电解定律,2018/9/21,Far
9、aday电解定律,2018/9/21,Faraday电解定律的意义, 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。,意义,2018/9/21,或,2、电流效率,Faraday电解定律的意义,2018/9/21,小结,2018/9/21,8.2 离子的电迁移率和迁移数,离子的电迁移现象,离子的电迁移率和迁移数,离子迁移数的测定,2018/9/21,阳极部,中部,阴极部,阳极,阴极,始态,离子的电迁移现象,2018/9/21,阳极部,中部,阴极部,阳极,阴极,始态,终态,离子的电迁移现象,2
10、018/9/21,离子的电迁移现象,2018/9/21,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。,离子电迁移的规律：,2018/9/21,离子的电迁移率和迁移数,离子在电场中运动的速率用公式表示为：,为电位梯度,称为正、负离子的电迁移率,单位 。,2018/9/21,离子的电迁移率和迁移数,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。,离子的电迁移率又称为离子淌度(ionic mobility)，相当于单位电位梯度时离子迁移的速率,离子
11、淌度：,2018/9/21,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。,是量纲一的量，单位为1，数值上总小于1。,由于正、负离子迁移的速率不同，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：,离子迁移数,2018/9/21,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：,离子迁移数的规律,2018/9/21,原电池和电解池,电解质溶液的导电特征,离子导体的导电机理,上节课复习,法拉第 Faraday电解定律
12、,8.2 离子的电迁移率和迁移数,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,离子的电迁移现象,离子的电迁移率和迁移数,离子迁移数的测定,2018/9/21,离子迁移数的规律,2018/9/21,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( ), 解离度为 。,离子的电迁移,离子迁移数的规律,2018/9/21,离子迁移数的定义,离子的电迁移,2018/9/21,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t，所以：,同理,离子迁移数的定义,2018/9/21,
13、因为溶液是电中性的，所以,（ ，电场梯度相同）,离子迁移数的定义,2018/9/21,第一次课结束：2011.10.17,2018/9/21,原电池和电解池,电解质溶液的导电特征,离子导体的导电机理,上节课复习,法拉第 Faraday电解定律,8.2 离子的电迁移率和迁移数,8.1 电化学中的基本概念和电解定律,离子的电迁移现象,离子的电迁移率和迁移数,离子迁移数的测定,2018/9/21,离子迁移数的测定,离子迁移数的测定方法：,1Hittorf 法,2界面移动法,2018/9/21,离子迁移数的测定,2018/9/21,1Hittorf 法,在Hittorf迁移管中装入已知浓度的电解质溶液
14、，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,离子迁移数的测定,2018/9/21,Hittorf 法中必须采集的数据：,1. 通入的电量，由库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
15、,离子迁移数的测定,2018/9/21,离子迁移数的测定,2018/9/21,试求 和 的离子迁移数。,例题：,称重阴极部溶液质量为,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。,据分析知，在通电前含,在通电后含,离子迁移数的测定,2018/9/21,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，,解法1：,离子迁移数的测定,2018/9/21,离子迁移数的测定,2018/9/21,解法2：,先求 的迁移数，以 为基本粒子,阴极上 不发生反应，电解不会使阴极部 离子的浓度改变。电解时 迁向阳极，迁移使阴极部 减少。,求得,离子迁移数的测定,2018/9/21,解法3：,先求 的迁移数，以 为基本粒子,已知,离子迁移数的测定,2018/9/21,解法4：,(2) 阳极部先计算 迁移数，阳极部 不发生反应， 迁入。,（1）阳极部先计算 的迁移数，阳极部Cu氧化成，另外 是迁出的，,如果分析的是阳极部的溶液，基本计算都相同，只是离子浓度变化的计算式不同。,离子迁移数的测定,2018/9/21,离子迁移数的测定,2界面移动法,2018/9/21,在界移法的左侧管中先放入 溶液至 面，然后小心加入HCl溶液，使 面清晰可见。,
