電化學(xué)基本概念

第五章電化學(xué)基本要求1.理解電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理。理解離子的電遷移和遷移數(shù)的概念和物理意義。2.理解電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率的定義和物理意義，以及它們之間的相互關(guān)系，掌握相關(guān)的計(jì)算。3.理解電導(dǎo)與離子濃度的關(guān)系、離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律，掌握有關(guān)計(jì)算和應(yīng)用。4了解電導(dǎo)測(cè)定的應(yīng)用。理解電解質(zhì)溶液的活度、平均活度系數(shù)、平均濃度和離子強(qiáng)度的定義，并掌握有關(guān)的計(jì)算，掌握Debye-huckel極限公式。5掌握可逆電池的基本概念和電池的書寫規(guī)則。6了解電池電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生機(jī)理，理解用鹽橋消除液體接界電勢(shì)的原理。7理解可逆電池電動(dòng)勢(shì)和電極電勢(shì)的測(cè)定原理，掌握它們的計(jì)算和有關(guān)的應(yīng)用。8了解電解過程的有關(guān)基本概念和基本原理，理解電極產(chǎn)生極化的原因。9了解電化學(xué)在生物學(xué)中的應(yīng)用。第一節(jié)電化學(xué)基本概念一.電子導(dǎo)體與離子導(dǎo)體導(dǎo)體能夠?qū)щ姷奈矬w第一類導(dǎo)體：依靠電子的定向遷移來導(dǎo)電，又稱電子導(dǎo)體，如金屬、石墨等。

主要特征：溫度升高，導(dǎo)電能力下降

第二類導(dǎo)體：依靠離子的定向遷移來導(dǎo)電，又稱離子導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)等。

主要特征：溫度升高，導(dǎo)電能力增強(qiáng)二、原電池與電解池電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的電化學(xué)裝置原電池：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置電化學(xué)裝置化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換的裝置

電解池和原電池均由電極和電解質(zhì)溶液組成陽極：發(fā)生氧化反應(yīng)的電極陰極：發(fā)生還原反應(yīng)的電極正極：電勢(shì)高的電極負(fù)極：電勢(shì)低的電極電極命名電化學(xué)約定物理學(xué)約定陰極陽極e+e電解池陽極陰極ee原電池H2Cl2H+ClH+Cl

電解池中與外電源負(fù)極相接的電極，電勢(shì)較低，故為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，所以也是陰極；與外電源正極相接的電極，電勢(shì)較高，為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以也是陽極。原電池中發(fā)生氧化作用的陽極，有多余的電子輸出至外電路，故為電勢(shì)較低的負(fù)極；發(fā)生還原作用的陰極，從外電路接受電子，故為電勢(shì)較高的正極。H+Cl- 在電解質(zhì)溶液（例HCl）中插入二個(gè)鉑電極（惰性電極）接上電源，回路中有電流通過，其導(dǎo)電過程：（1）電子從負(fù)極流出（2）在陰極上交換電子

2H++2e-

H2（還原反應(yīng)）

H+向陰極遷移（3）在陽極上交換電子

2Cl––2e-

Cl2（氧化反應(yīng)）

Cl–向陽極遷移（4）電子從陽極流回正極PtPtEee電解質(zhì)溶液導(dǎo)電機(jī)理三、法拉第電解定律

1833年，法拉第（Faraday）在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，歸納出了電流通過電解質(zhì)溶液時(shí)，電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量與通過的電量之間的關(guān)系：（1）電解時(shí)，在任一電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量與通入的電量成正比；（2）在幾個(gè)串聯(lián)的電解池中通入一定的電量后，各個(gè)電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量相同。

或Q：電解時(shí)通過的電量；n：電極上參加反應(yīng)的物質(zhì)B的物質(zhì)的量：z：電極反應(yīng)中的電子計(jì)量系數(shù)；F：法拉第常數(shù)

注意：電化學(xué)中，元電荷e是指一個(gè)質(zhì)子或一個(gè)電子的電荷絕對(duì)值，為物質(zhì)的量的基本單元，如H+、

、

等。法拉第常數(shù)F

1mol元電荷所具有的電量法拉第定律沒有使用的限制條件，在任何溫度和壓力下都能適用,是自然界中為數(shù)不多的最準(zhǔn)確定律之一。例1在一含有CuSO4溶液的電解池中通入2.0A直流電482s，問有多少質(zhì)量的銅沉積在陰極上？解：通入的電量Q為陰極電極反應(yīng)：Cu2++2e-

Cu因此，沉積在電極上的銅的質(zhì)量m為電極上參加反應(yīng)的物質(zhì)Cu2+的物質(zhì)的量n為四、離子遷移數(shù)（一）離子的電遷移現(xiàn)象離子的電遷移：在電場(chǎng)作用下，離子的定向運(yùn)動(dòng)接通電源，通入4mol電子的電量。4mol的正離子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，4mol的負(fù)離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。同時(shí)，溶液中的離子作定向移動(dòng)。由于電解質(zhì)溶液內(nèi)部電量的輸運(yùn)是由正負(fù)離子共同擔(dān)當(dāng)?shù)?，且隨每種離子遷移速率的不同，各自輸運(yùn)的電量也不盡相同。從而造成電解質(zhì)在兩極附近的溶液中濃度變化的不同。陰極通電前陽極陰極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)++++++++++++++++++1.正負(fù)離子遷移速率相等，各自分擔(dān)一半導(dǎo)電任務(wù)陰極遷移情況陽極陰極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)++++

++++++++++++++陰極陽極陰極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)

++++++++++

++++++++遷移結(jié)果通電結(jié)束后，中間區(qū)溶液濃度沒有變化，陰極區(qū)和陽極區(qū)濃度發(fā)生了相同的變化，各減少了2mol正負(fù)離子。2.正離子的遷移速率是負(fù)離子的三倍，承擔(dān)3/4導(dǎo)電任務(wù)陰極遷移情況陽極陰極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)

++++++++++++++++++陰極陽極陰極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)

+++++++++++

+++++++遷移結(jié)果通電結(jié)束后，中間區(qū)濃度保持不變，陰極區(qū)和陽極區(qū)溶液的濃度發(fā)生了不同的變化，陰極區(qū)減少了1mol正、負(fù)離子，陽極區(qū)減少了3mol正、負(fù)離子。（1）通過溶液的總電量Q等于正離子遷移的電量Q＋和負(fù)離子遷移的電量Q－之和。結(jié)論：（2）（二）離子遷移數(shù)離子