物理化學(xué)：7.1 法拉第（Faraday）定律

1、2021/3/20,1,7.1 法拉第（Faraday）定律,一、電化學(xué)中主要考慮的兩類導(dǎo)體 1. 電子導(dǎo)體： 只傳遞電子而不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如金屬導(dǎo)體。 特點(diǎn)：T，R（原子熱運(yùn)動(dòng)加劇阻礙電子的定向運(yùn)動(dòng),2021/3/20,2,2. 離子導(dǎo)體： 在溶液內(nèi)部通過離子定向遷移來導(dǎo)電； 在電極與溶液界面處則依靠電極上的氧化-還原反應(yīng)得失電子來導(dǎo)電。 特點(diǎn)：T，R（粘度，離子運(yùn)動(dòng)，離子水化作用,2021/3/20,3,二、關(guān)于電極的一些基本規(guī)定,1. 按電極電位的高低分：電位高者為正極； 電位低者為負(fù)極。 并規(guī)定外電路中電流方向：正極 負(fù)極 2. 按電極反應(yīng)分：發(fā)生氧化反應(yīng)者為陽極； 發(fā)生還原反應(yīng)者為陰

2、極。 3. 一般地，對原電池的電極稱正極或負(fù)極； 對電解池的電極稱陽極或陰極,2021/3/20,4,例如：原電池,左電極：H2發(fā)生氧化反應(yīng) H2 2e 2 H+ 右電極：Cl2發(fā)生還原反應(yīng) Cl2 + 2e 2 Cl 外電路中電子流動(dòng)方向： 左極 右極 外電路電流方向： 右極 左極 右極為正極，左極為負(fù)極,原電池： 正極，還原反應(yīng) 負(fù)極，氧化反應(yīng),2021/3/20,5,電解池,左電極，H+ 還原反應(yīng) 2 H+ + 2e H2 右電極：Cl 氧化反應(yīng) 2 Cl 2e Cl2 電解池,陽極，氧化反應(yīng)（接外電源正極） 陰極，還原反應(yīng)（接外電源負(fù)極,2021/3/20,6,共性： 無論是原電池還是

3、電解池，電解液中： 陽離子向還原電極（發(fā)生還原反應(yīng)的電極）定向遷移； 陰離子向氧化電極（發(fā)生氧化反應(yīng)的電極）定向遷移。 電流在溶液中的總傳導(dǎo)是由陰、陽離子的定向遷移共同承擔(dān)的,2021/3/20,7,三、法拉第定律,法拉第定律是經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的總結(jié)，于1834年由法拉第得到。 有兩層含義： i）m Q （電極反應(yīng)物質(zhì)的量正比于通過電解液的電量）； ii）串聯(lián)電解池，各電極上起等當(dāng)量反應(yīng)（通過的電量相等,2021/3/20,8,例：金屬離子 M Z+ 在陰極還原成 M ： M Z+ + Z e M,2021/3/20,9,其中 F 為常數(shù)：Faraday 常數(shù) 1mol 電子電量的絕對值： F

4、= Le0 = (6.0221023/mol ) ( 1.60221019C ) = 96484.6 C / mol 一般地： F = 96500 C/mol 需牢記,2021/3/20,10,對于Faraday 定律 Q = nZF 的幾點(diǎn)說明 i）適用范圍：純離子導(dǎo)體；不受 T、P、溶劑性質(zhì)、電解 池大小形狀限制； ii）電流效率：由于電極上可能有副反應(yīng)，實(shí)際得到的某反應(yīng)產(chǎn)物的量往往小于由 Faraday定律計(jì)算得到的值，兩者之比值即電流效率,2021/3/20,11,iii）由于 F = 96500 值較大，所以： a. 用電解法制備、生產(chǎn)時(shí)，耗電量很大，原因在于 Q = nZF 大； b. 反之，用電分析法檢測物質(zhì)時(shí)，信號靈敏（n雖微小，但對應(yīng)的 Q 較大）； c. 庫侖分析： 通過測定通電量 Q 陰極上金屬沉積量（精確、微量分析,2021/3/20,12,那么，在電化學(xué)中是如何精確測量通過電解池的電量 Q 的呢,四、電量計(jì)（庫侖計(jì),1. 銀（Ag）電量計(jì),2021/3/20,13,基于法拉第定律，串聯(lián)的電解池，各電極等當(dāng)量反應(yīng)，通過電量相等,將 Ag 電量計(jì)串聯(lián)于電路，則陰極反應(yīng),稱重通電前后陰極 Ag 的重量變化 W ( g ), 則通電量,Ag+ + e Ag,2021/3/20,14,2021/3/20