物理化学下册第七章 电化学 讲义

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1、物理化学物理化学版权所有：武汉科技大学化学工程与技术学院 Copyright 2007 WUST. All rights reserved.E Electrochemistry lectrochemistry 化学工程与技术学院化学工程与技术学院2本章基本要求本章基本要求1 了解电化学研究的主要内容，掌握电解质溶液的导电机理、法拉第定律、电化学基本概念与术语（电解池、原电池、阴极、阳极）。2 掌握电解质溶液的电导、电导率和摩尔电导率、极限摩尔电导率的概念，掌握电导的测定和电导率、摩尔电导率的计算，掌握离子独立运动定律及与离子摩尔电导率的关系，了解无限稀释时离子迁移数、离子的摩尔电导率和离子电迁

2、移率的关系。3 了解电导测定在水纯度的检验、弱电解质电离度和电离常数、难溶盐溶解度的计算、电导滴定等方面的应用。3本章基本要求本章基本要求4 掌握电解质溶液中溶质的活度和活度系数、离子的平均活度和平均活度系数、离子强度的概念及其关系，了解平均活度系数的测定及其影响因素。5 掌握可逆电池装置及其电动势测定、液体接界电势，电池的表示方法及由电池表达式写出电极反应、电池反应。6 掌握可逆电池热力学关系式及其计算。7 了解可逆电极的分类、可逆电极电势表示、标准电极和标准电极电势。8 了解电极极化概念、分解电压、离子析出电势及电解分离。47.1 电解质溶液的导电机理及法拉第定律7.2 离子的迁移数7.3

3、 电导、电导率和摩尔电导率7.4 平均离子活度因子及德拜-休克尔极限公式7.5 可逆电池及其电动势的测定7.6 原电池热力学7.7 电极电势和液体接界电势7.8 电极的种类7.9 原电池设计举例本章主要内容本章主要内容5第七章第七章 电化学电化学化学能化学能电能电能电电解解池池原原电电池池电化学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。学。66 1. 1. 利用化学反应来产生电能利用化学反应来产生电能将能够自发进行的化学反应放在将能够自发进行的化学反应放在原电池原电池装置装置中使化学能转化为电能；中使化学能

4、转化为电能； 2. 2. 利用电能来驱动化学反应利用电能来驱动化学反应将不能自发进行的反应放在将不能自发进行的反应放在电解池电解池装置中输装置中输入电流使反应得以进行。入电流使反应得以进行。 物理化学中的电化学主要着重介绍电化学的基础理论部分物理化学中的电化学主要着重介绍电化学的基础理论部分用热力学的方法来研用热力学的方法来研究究化学能与电能之间相互转换的规律化学能与电能之间相互转换的规律，重点是，重点是原电池原电池和和电解池电解池工作原理与热力学性质工作原理与热力学性质，分为以下两个部分：，分为以下两个部分：7电化学的用途电化学的用途电解电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属； 电解法制备化工原

5、料； 电镀法保护和美化金属； 氧化着色等。 电池电池 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。电分析电分析 极谱分析图7.1 铅酸蓄电池 8电解质溶液的导电机理法拉第定律7.1 电解质溶液的导电机理及法电解质溶液的导电机理及法拉第定律拉第定律97.1 电解质溶液的导电机理及电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律特点：自由电子作定向移动而导电 导电过程中导体本身不发生变化第一类导体，第一类导体，又称电子导体，如金属、石墨等。1.电解质溶液的导电机理电解质溶液的导电机理ZnCueI10特点：正、负离子定向移动而导电导电过程中有化学反应发生第二类导体，又称离子导体

6、，如电解质溶液、熔融电解质等。7.1 电解质溶液的导电机理及电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律ZnCueI11正极：正极：与外电源正极相接阳极：阳极：发生氧化反应电极反应：Cu(S) Cu2+2e-负极：负极：与外电源负极相接阴极：阴极：发生还原反应电极反应：电极反应：Cu2+2e-Cu(S)7.1 电解质溶液的导电机理及电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律电解池12正极：正极：得到电子的一极阴极：阴极：发生还原反应电极反应：电极反应：Cu2+2e-Cu(S)负极：负极：流出电子的一极阳极：阳极：发生氧化反应电极反应：电极反应：Zn(S) Zn2+2e-7.1 电解质溶液的导电机

7、理及电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律原电池ZnCu13离子迁移方向离子迁移方向Anion Anode阴离子迁向阳极阴离子迁向阳极Cation Cathode阳离子迁向阴极阳离子迁向阴极7.1 电解质溶液的导电机理及电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律142. 法拉第定律（法拉第定律（）在电极界面上发生化学变化物质的量与通入的电量成正比，即 Q n 7.1 电解质溶液的导电机理及电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律15取电子的得失数为 z，通入的电量为 Q，当反应进度为 时，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：z-M e MA e Azzz

8、QmnMMzFQzF7.1 电解质溶液的导电机理及电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律16F=Le 法拉第常数法拉第常数 =6.0221023 mol-11.602210-19 C =96484.6 Cmol-196500 Cmol-17.1 电解质溶液的导电机理及电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律191.6022 10C在数值上等于1 mol元电荷的电量。已知元电荷电量为17例例7.1 通电于Au(NO3)3溶液，电流强度I=0.025A，析出Au(s)=1.20g。已知M(Au)=197.0 gmol-1。求： 通入电量Q； 通电时间t； 阳极上放出氧气的物质的量。例题例题1

9、8解: 1-11.20 g(1) 3 96500C mol 197.0 g mol = 1763 CQzF 41763 C(2) 7.05 10 s0.025 AQtI2313(3) (O )(Au)41.20 g3 =4.57 10 mol4 197.0 g molnn 3+Au3e = Au224OHO2H O4e 例题例题19例题例题例例7.2 用Pt电极电解CuCl2溶液，通过的电流为20A，经过20min后，问：(1) 在电解池的阴极上析出多少质量的Cu？(2) 在阳极上能析出多少体积的298K、100kPa下的Cl2(g)？20例题例题解: (1)阴极反应：Cu2+ + 2e-Cu

10、(S)1120A20min63.5g.mol2 96500C molQmnMMzF=7.898g(2) 阳极反应：2Cl- 2e-Cl22(Cl )(Cu)nn110.1244mol 8.315J molK298K100kPanRTpV=3.082dm321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。适用条件适用条件 该定律在任何温度、任何压力下均可以使用。法拉第定律的意义法拉第定律的意义7.1 电解质溶液的导电机理及电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律计算依据：计算依据：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

11、质，其物质的量相同，析出物质的质量与其摩尔质量成正比。227.2 离子迁移数离子迁移数离子迁移数的定义离子迁移数的测定2323两个电极：两个电极： 流出的电荷量流入的电荷量流出的电荷量流入的电荷量 总电荷量总电荷量在导线中电荷量由电子传递；在导线中电荷量由电子传递；在溶液中电荷量由离子传递：在溶液中电荷量由离子传递： 总电荷量总电荷量正离子传递的电正离子传递的电荷荷量量负离子传递的电负离子传递的电荷荷量量 即：即：QQQ 或：或： III1. 离子迁移数的定义离子迁移数的定义 而：而： 正离子的运动速度正离子的运动速度v+ 负离子的运动速度负离子的运动速度v 通电通电 t 时间后，两极附近溶液