上一内容下一内容回主目录电能化学能电解电解电池电池第六章第六章 电化学电化学上一内容下一内容回主目录 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有关规律的科学上一内容下一内容回主目录电化学的用途电解 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 药物的监测和分析 生物电化学 生物氧化还原、体内代谢研究上一内容下一内容回主目录正极、负极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：上一内容下一内容回主目录阴极、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：(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：(Anode)Anode)上一内容下一内容回主目录原电池(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。
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：上一内容下一内容回主目录电解池(electrolytic cell)与外电源正极相接，是正极发生氧化反应，是阳极Cu(S)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：上一内容下一内容回主目录两类导体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.第一类导体上一内容下一内容回主目录两类导体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 又称离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等在溶液内部通过离子定向迁移来导电；在溶液内部通过离子定向迁移来导电；-在电极与溶液界面处则依靠电极上的氧在电极与溶液界面处则依靠电极上的氧化化-还原反应得失电子来导电还原反应得失电子来导电上一内容下一内容回主目录6.1 法拉第定律的文字表述法拉第定律的文字表述Faradays Law电解时在电极界面上发生化学变化电解时在电极界面上发生化学变化物质的质物质的质量量与通入的与通入的电量电量成正比。
成正比18331833年英国科学家法拉第年英国科学家法拉第(Faraday M)(Faraday M)在研在研究了大量电解过程后提出究了大量电解过程后提出Q=n电F上一内容下一内容回主目录法拉第常数法拉第常数F=Le 法拉第常数在数值上等于法拉第常数在数值上等于1 mol元电荷的电量元电荷的电量已知元电荷电量为已知元电荷电量为=6.0221023 mol-11.602210-19 C =96484.6 Cmol-196500 Cmol-1L:Avogadro常数常数上一内容下一内容回主目录12电极反应的通式可写为：电极反应的通式可写为：Q 通过电极的电量通过电极的电量z 电极反应的电荷数电极反应的电荷数(即转移电子数即转移电子数),取正值电极反应的反应进度，电极反应的反应进度，=nB/BF 法拉第常数法拉第常数M(氧化态）氧化态）+ze-=M(还原态）还原态）M(还原态）还原态）=M(氧化态）氧化态）+ze-法拉第定律的数学表达式 Q=zF n n电电 =z zP300 例 7.1.1上一内容下一内容回主目录7-2 离子的迁移数离子的迁移数离子的电迁移现象离子的电迁移现象在电场作用下在电场作用下,正离子向阴极移动正离子向阴极移动,负离子向阳极移动负离子向阳极移动称为称为电迁移电迁移.正负离子共同完成导电任务正负离子共同完成导电任务.6.2 6.2 离子的迁移数离子的迁移数上一内容下一内容回主目录离子电迁移的规律：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，情况就要复杂一些上一内容下一内容回主目录离子迁移数的定义 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：是量纲为1的量，数值上总小于1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 表示上一内容下一内容回主目录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：离子迁移数的定义迁移数在数值上还可表示为：上一内容下一内容回主目录6.3 电导、电导率、摩尔电导率电导（electric conductance）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：上一内容下一内容回主目录电导、电导率、摩尔电导率上一内容下一内容回主目录电导、电导率、摩尔电导率电导率（electrolytic conductivity）比例系数 k 称为电导率电导率也就是电阻率的倒数：电导率相当于单位长度、单位截面积导体的电导，单位是 或 上一内容下一内容回主目录电导、电导率、摩尔电导率摩尔电导率（molar conductivity）m 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 ，单位为 。
m上一内容下一内容回主目录公式使用时注意：应指明基本单元，且c 与m 基本单元一致是含有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 电导、电导率、摩尔电导率m上一内容下一内容回主目录电解质溶液的摩尔电导率电解质溶液的摩尔电导率注：注：任何电解质的任何电解质的 均是对均是对1mol1mol电解质而言电解质而言例如：例如：摩尔电导率的优点：摩尔电导率的优点：m m比电导比电导 率率 更客观表示电解质本身的导电能力更客观表示电解质本身的导电能力上一内容下一内容回主目录电导、电导率、摩尔电导率上一内容下一内容回主目录摩尔电导率与浓度的关系 由于溶液中导电物质的量已给定，都为1mol，所以，当浓度降低时，粒子之间相互作用减弱，正、负离子迁移速率加快，溶液的摩尔电导率必定升高但不同的电解质，摩尔电导率随浓度降低而升高的程度也大不相同上一内容下一内容回主目录强电解质的 与c的关系 随着浓度下降，升高，通常当浓度降至0.01mol.dm-3以下时，与 之间呈线性关系德国科学家Kohlrausch总结的经验式为：是与电解质性质有关的常数将直线外推至，得到无限稀释摩尔电导率L mmmm=摩尔电导率与浓度的关系上一内容下一内容回主目录强电解质的Lm 与c的关系上一内容下一内容回主目录弱电解质的 与c的关系 高浓度时，值很小，随着浓度下降，也缓慢升高，但变化不大。
当溶液稀到一定程度，迅速升高，（见 的 与 的关系曲线）弱电解质的 不能用外推法得到mmmmm上一内容下一内容回主目录离子独立移动定律离子独立移动定律 下面给出下面给出25时某些电解质的极限摩尔电导率时某些电解质的极限摩尔电导率数据：数据：电解质 m 差 值电解质 m 差 值 KCl149.934.9 HCl426.24.9 LiCl115.0 HNO3421.3 KNO3145.034.9 KCl149.94.9 LiNO3110.1 KNO3145.0可见可见上一内容下一内容回主目录 说明在极稀溶液中说明在极稀溶液中,阳离子的摩尔电导率不阳离子的摩尔电导率不受共存阴离子的影响受共存阴离子的影响,即即K+、Li+的极限摩尔电的极限摩尔电导率具有确定的值导率具有确定的值;同理同理,阴离子有相同的结论阴离子有相同的结论.离子独立移动定律离子独立移动定律上一内容下一内容回主目录离子独立移动定律 德国科学家柯尔劳许（Kohlrausch）根据大量的实验数据，发现了一个规律：在无限稀释溶液中，每种离子独立移动，不受其它离子影响，电解质的无限稀释摩尔电导率可认为是两种离子极限摩尔电导率之和：上一内容下一内容回主目录离子独立移动定律 这就称为Kohlrausch 离子独立移动定律。
这样，弱电解质的 可以通过强电解质的 或从表值上查离子的 求得P311 表7.3.2）上一内容下一内容回主目录电导测定的一些应用（1）水质的检验（2）弱电解质电离常数的测定（3）难溶盐溶度积的测定（4）电导滴定上一内容下一内容回主目录电导测定的一些应用（1）检验水的纯度水的种类电导率值/（Sm-1)普通自来水1.010-1(1000m Scm-1)蒸馏水 1.010-3(10m Scm-1)重蒸水1.010-4 (1m Scm-1)反复蒸馏的水6.310-6药用去离子水1.010-4检验用去离子水1.010-3水的理论电导率（298K）5.510-6上一内容下一内容回主目录电导测定的一些应用(2)计算弱电解质的解离度和解离常数设弱电解质AB解离如下：弱电解质溶液中，只有电离部分才承担传递电量;当无限稀释时可视为全部电离，全部例子参与导电，此时电导率为上一内容下一内容回主目录代入上一内容下一内容回主目录上一内容下一内容回主目录电导测定的一些应用（3）测定难溶电解质的溶解度 运用摩尔电导率的公式就可以求得难溶盐饱和溶液的浓度 2难溶盐本身的电导率很低，这时水的电导率就不能忽略，所以：1难溶盐饱和溶液的浓度极稀，可认为 ，的值可从离子的无限稀释摩尔电导率计算得到。
P313例7.3.2）上一内容下一内容回主目录上一内容下一内容回主目录电导测定的一些应用（4）电导滴定 在滴定过程中，离子浓度不断变化，电导率也不断变化，利用电导率变化的转折点，确定滴定终点电导滴定的优点是不用指示剂，对有色溶液和沉淀反应都能得到较好的效果，并能自动纪录例如：上一内容下一内容回主目录电导测定的一些应用1.用NaOH标准溶液滴定HCl2.用NaOH滴定HAc3.用 滴定 ，产物均为沉淀上一内容下一内容回主目录 物理化学电子教案第六章上一内容下一内容回主目录电能化学能电解电解电池电池上一内容下一内容回主目录6.1 电池上一内容下一内容回主目录电池的书面表示法电池的书面表示法1.1.左左边为负极，起边为负极，起氧化氧化作用；作用；右右边为正极，起边为正极，起还原还原作用2.2.“|”表示相界面，两液体间的接界用表示相界面，两液体间的接界用“”表示，表示，有液接电势差存在有液接电势差存在,同一相中的不同物质用逗号隔开同一相中的不同物质用逗号隔开3.3.“|”表示盐桥，使液接电势降到可以忽略不计表示盐桥，使液接电势降到可以忽略不计5.5.要注明温度，不注明就是要注明温度，不注明就是298.15 298.15 K K；要注明物态，要注明物态，气体要注明压力；溶液要注明浓度或活度。
气体要注明压力；溶液要注明浓度或活度4.4.气体和液体不能直接做电极，需要有导电的惰性气体和液体不能直接做电极，需要有导电的惰性电极，通常是铂电极电极，通常是铂电极上一内容下一内容回主目录Pb(s)PbSO4(s)K2 SO4(a 1)KCl(a2)PbCl2(s)Pb(s)）Pb(s)+SO42 (a1)2e PbSO4(s)+）PbCl2(s)+2e Pb(s)+2Cl (a2)总反应：总反应：PbCl2(s)+SO42 (a1)PbSO4(s)+2 Cl (a2)1 1、电池表示式、电池表示式 写化学反应写化学反应三、三、电池表示式与化学反应电池表示式与化学反应 上一内容下一内容回主目录2、从化学反应设计电池、从化学反应设计电池Zn(s)+H2SO4(a)H2(p)+ZnSO4(a)(-)Zn(s)Zn2+(a)+2e-(+)2H+(a)+2e-H2(p)Zn(s)|ZnSO4(a)|H2SO4(a)|H2(p)|Pt（1 1）氧化还原反。