電化學的基本概念和法拉第定律

1、第一節(jié) 電化學的基本概念和法拉第定律 一、基本概念 1. 導體: 能導電的物質(zhì)稱為導電體簡稱導體 (1) 第一類導體: 電子導體（如金屬、石墨及某些金屬的化合物等）。 導電機理: 靠自由電子的定向運動而導電，在導電過程中本身可能發(fā)熱，但不發(fā)生化學變化。 特性: 隨溫度的升高，由于質(zhì)點的熱運動加劇，阻礙了自由電子的定向運動，因而電阻增大，導電能力降低。 (2) 第二類導體: 離子導體（如電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)等）。 導電機理: 靠離子的定向運動而導電，即依賴正、負兩種離子各向反方向遷移以運輸電量，當插入電解質(zhì)溶液中的兩電極間存在電位差時，正離子移向陰極，負離子移向陽極，同時在電極上有化學變化發(fā)

2、生。 特性: 溫度升高時，由于溶液的粘度降低，離子運動速度加快，在水溶液中離子水化作用減弱等原因，導電能力增強。 2. 電池: 由第一類導體聯(lián)結(jié)兩個電極并使電流在兩極間通過，構(gòu)成外電路的裝置叫做電池。 3. 電解池: 在外電路中并聯(lián)一個有一定電壓的外加電源，則將有電流從外加電源流入電池，迫使電池中發(fā)生化學變化，這種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的電池稱為電解池 4. 原電池: 電池能自發(fā)地在兩極上發(fā)生化學反應，并產(chǎn)生電流，此時化學能轉(zhuǎn)化為電能，則該電池就稱為原電池。 5. 正極和負極: 電勢較高的極稱為正極，電勢較低的極稱為負極。電流總是由正極流向負極，電子的流向與之相反。 6. 陽極和陰極: 發(fā)生氧化反

3、應的電極稱為陽極，發(fā)生還原反應的電極稱為陰極。 兩種電化學裝置的正、負極和陰、陽極之間的對應關系: 在電解池中，與外電源負極相接的電極接受電子，電勢較低，發(fā)生還原反應，所以該電極是負極也是陰極；與外加電源正極相接的電極，電勢較高，發(fā)生氧化反應，所以該電極是正極也是陽極。 在原電池中，發(fā)生氧化反應的電極是陽極，同時它輸出多余的電子，電勢較低，所以該電極是陽極也是負極；發(fā)生還原反應的電極是陰極，它接受電子，電勢較高，所以該電極是陰極也是正極。 當電池中有電流通過時，第一類導體中的電子和第二類導體的離子在電場的作用下都作定向移動。第二類導體中電流的傳導是通過離子的定向移動而完成的，陰離子總是移向陽極

4、（不一定是正極），而陽離子總是移向陰極（不一定是負極）。當陰、陽離子分別接近異性電極時，在電極與溶液接觸的界面上分別發(fā)生電子的交換（包括離子或電極本身發(fā)生氧化或還原反應）。整個電流在溶液中的傳導是由陰、陽離子的移動而共同承擔。 圖7.1 電解池示意圖二、法拉第定律 電解是電能轉(zhuǎn)化為化學能的過程。當把兩個電極插入裝有電解質(zhì)溶液的電解槽中并接上直流電源，此時在電極和溶液界面上可以觀察到有化學反應發(fā)生。在生產(chǎn)實踐中除了對電解所得的是什么產(chǎn)物感興趣之外，還要考慮電解時所耗的電量與產(chǎn)物量之間的關系。 法拉第在總結(jié)大量實驗的基礎上，于1833年總結(jié)出了兩條基本規(guī)則，稱為法拉第定律，內(nèi)容為：通電于電解質(zhì)溶液之后，(1) 在電極上（即兩相界面上）發(fā)生化學變化的物質(zhì)的量與通入的電量成正比；(2) 將幾個電解池串聯(lián)，通入一定的電量后，在各個電解池的電極上發(fā)生反應的物質(zhì)其物質(zhì)的量等同，析出物質(zhì)的質(zhì)量與其摩爾質(zhì)量成正比。 如欲從含有離子的溶液中沉積1 mol金屬M，即 M2+ +2e- M需要通過1mol×z+個電子，z+是出現(xiàn)在電極反應式中的電子計量系數(shù)。此時，若通過的電量為Q時，所沉積出該金屬的物質(zhì)的量(法拉第定律的數(shù)字表達式) 或一般寫作 所沉積的金屬的質(zhì)量為 式中，F(xiàn)稱為法拉