電化學(xué)極力推薦學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1電化學(xué)極力推薦電化學(xué)極力推薦第一頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。2022-7-1u電化學(xué)的基本概念和法拉第定律u離子的電遷移和遷移數(shù)u電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)第1頁/共50頁第二頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。第一節(jié)第一節(jié) 電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性u(píng)研究對(duì)象u電化學(xué)用途u兩類導(dǎo)體u正極、負(fù)極u陰極、陽極u原電池u電解池u電流效率u定律的文字表示u法拉第常數(shù)u定律的數(shù)學(xué)式u粒子的基本單元第2頁/共50頁第三頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。電能化學(xué)能電化學(xué)主要是研究電化學(xué)主要是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)規(guī)律轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)規(guī)律的科學(xué)。

2、的科學(xué)。電化學(xué)就是研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)電化學(xué)就是研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)。（。（From: John OM Bockris）第3頁/共50頁第四頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。電解 精煉和冶煉有色金屬和稀有金 屬；電解法制備化工原料； 電鍍法保護(hù)和美化金屬； 電化學(xué)氧化著色等。電池 汽車、宇宙飛船、照明、通訊、 生化和醫(yī)學(xué)等方面都要用不同類 型的化學(xué)電源。電分析 生物電化學(xué)第4頁/共50頁第五頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。A.自由電子作定向移動(dòng)而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中導(dǎo)體本身不發(fā)生變化C.溫度升高，電阻也升高D.導(dǎo)電總量全部由電子承擔(dān)又稱電子導(dǎo)體，如金屬、石墨等。1. 第一類

3、導(dǎo)體第5頁/共50頁第六頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。A.正、負(fù)離子作反向移動(dòng)而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過程中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生C.溫度升高，電阻下降D.導(dǎo)電總量分別由正、負(fù)離子分擔(dān)又稱離子導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液、熔融電解質(zhì)等。*固體電解質(zhì)，如 等，也屬于離子導(dǎo)體，但它導(dǎo)電的機(jī)理比較復(fù)雜，導(dǎo)電能力不高，這里以討論電解質(zhì)水溶液為主。2AgBrPbI、第6頁/共50頁第七頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。電勢(shì)低的極稱為負(fù)極，電子從負(fù)極流向正極。在原電池中負(fù)極是陽極；在電解池中負(fù)極是陰極。電勢(shì)高的極稱為正極，電流從正極流向負(fù)極。在原電池中正極是陰極；在電解池中正極是陽極。第7頁/共50頁第八頁，編輯于星期二：九點(diǎn)

4、二十五分。發(fā)生還原作用的極稱為陰極，在原電池中，陰極是正極；在電解池中，陰極是負(fù)極。發(fā)生氧化作用的極稱為陽極，在原電池中，陽極是負(fù)極；在電解池中，陽極是正極。第8頁/共50頁第九頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。離子遷移方向：Anion Anode陰離子遷向陽極Cation Cathode陽離子遷向陰極第9頁/共50頁第十頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。Cu2+2e- Cu(S)發(fā)生還原作用，是陰極。電流由Cu極流向Zn極，Cu極電勢(shì)高，是正極。Zn(S)Zn2+2e-發(fā)生氧化作用，是陽極。電子由Zn極流向Cu極，Zn極電勢(shì)低，是負(fù)極。第10頁/共50頁第十一頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分

5、。與外電源正極相接，是正極。發(fā)生氧化反應(yīng)，是陽極。Cu(S) Cu2+2e-與外電源負(fù)極相接，是負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)，是陰極。Cu2+2e-Cu(S)第11頁/共50頁第十二頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。電流效率= 100%理論計(jì)算耗電量實(shí)際消耗電量電流效率= 100%電極上產(chǎn)物的實(shí)際量理論計(jì)算應(yīng)得量第12頁/共50頁第十三頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 在電極界面上發(fā)生化學(xué)變化物質(zhì)的質(zhì)量 與通入的電量成正比。 通電于若干個(gè)電解池串聯(lián)的線路中，當(dāng)所取的基本粒子的荷電數(shù)相同時(shí)，在各個(gè)電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，其物質(zhì)的量相同，析出物質(zhì)的質(zhì)量與其摩爾質(zhì)量成正比。第13頁/共50頁第十四頁，編輯于星

6、期二：九點(diǎn) 二十五分。 取電子的得失數(shù)為 z，通入的電量為 Q，則電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量 n 為： 電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量 m 為：z-M e MA e AzzzQmnMMzFQnzFQnzF或第14頁/共50頁第十五頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。F=Le 法拉第常數(shù)在數(shù)值上等于1 mol元電荷的電量。已知元電荷電量為191.6022 10C=6.0221023 mol-11.602210-19 C =96484.6 Cmol-196500 Cmol-1第15頁/共50頁第十六頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 根據(jù)法拉第定律，通電于若干串聯(lián)電解池中，每個(gè)電極上析出物質(zhì)的量相同，這時(shí)

7、，所選取的基本粒子的荷電絕對(duì)值必須相同。例如：陰極 陽極2111H , Cu, Au2232211O , Cl42陰極 陽極23H , Au22233O , Cl42陰極 陽極22H , Cu, Au3221O , Cl2第16頁/共50頁第十七頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。例題： 通電于 溶液，電流強(qiáng)度 ， 析出 。已知 。求： 通入電量 ； 通電時(shí)間 ； 陽極上放出氧氣的物質(zhì)的量。33Au(NO )0.025 AI -1M(Au)=197.0 g molAu(s)=1.20 gQt第17頁/共50頁第十八頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。取基本粒子荷單位電荷：即211Au, O34 1

8、-11.20 g(1) 1 96500 C mol197.0 g mol /3 = 1763 CQnzF 41763 C(2) 7.05 10 s0.025 AQtI23111(3) (O )( Au)431.20 g1 =4.57 10 mol4 197.0 g mol/3nn 第18頁/共50頁第十九頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 t 同上取基本粒子荷3個(gè)基本電荷：即 Au，23O4 1-11.20 g(1) 3 96500 C mol197.0 g mol = 1763 CQnzF 2313(3) (O )(Au)41.20 g3 =4.57 10 mol4 197.0 g moln

9、n 第19頁/共50頁第二十頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 是電化學(xué)上最早的定量的基本定律，揭示了通入的電量與析出物質(zhì)之間的定量關(guān)系。 該定律在任何溫度、任何壓力下均可以使用。 該定律的使用沒有什么限制條件。第20頁/共50頁第二十一頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。離子的電遷移現(xiàn)象電遷移率和遷移數(shù)離子遷移數(shù)的測定第21頁/共50頁第二十二頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 設(shè)想在兩個(gè)惰性電極之間有想象的平面AA和BB，將溶液分為陽極部、中部及陰極部三個(gè)部分。假定未通電前，各部均含有正、負(fù)離子各5 mol，分別用+、-號(hào)代替。第22頁/共50頁第二十三頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 設(shè)

10、離子都是一價(jià)的，當(dāng)通入4 mol電子的電量時(shí)，陽極上有4 mol負(fù)離子氧化，陰極上有4 mol正離子還原。 兩電極間正、負(fù)離子要共同承擔(dān)4 mol電子電量的運(yùn)輸任務(wù)。 現(xiàn)在離子都是一價(jià)的，則離子運(yùn)輸電荷的數(shù)量只取決于離子遷移的速度。第23頁/共50頁第二十四頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。1設(shè)正、負(fù)離子遷移的速率相等，則導(dǎo)電任務(wù)各分擔(dān)2mol，在假想的AA、BB平面上各有2mol正、負(fù)離子逆向通過。rr 當(dāng)通電結(jié)束，陰、陽兩極部溶液濃度相同，但比原溶液各少了2mol，而中部溶液濃度不變。第24頁/共50頁第二十五頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。2設(shè)正離子遷移速率是負(fù)離子的三倍， ，則正離子

11、導(dǎo)3mol電量，負(fù)離子導(dǎo)1mol電量。在假想的AA、BB平面上有3mol正離子和1mol負(fù)離子逆向通過。3rr 通電結(jié)束，陽極部正、負(fù)離子各少了3mol，陰極部只各少了1mol，而中部溶液濃度仍保持不變。第25頁/共50頁第二十六頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。1.向陰、陽兩極遷移的正、負(fù)離子物質(zhì)的量總和恰好等于通入溶液的總電量。()2.()QQrr ( =(正離子所傳導(dǎo)的電量正離子所傳導(dǎo)的電量極部電解質(zhì)物質(zhì)的量的極部電解質(zhì)物質(zhì)的量的極部電解質(zhì)物質(zhì)的量的負(fù)離子所傳導(dǎo)的電量極部電解質(zhì)物質(zhì)的量的負(fù)離子所傳導(dǎo)的電量正離子的遷移速率正離子的遷移速率負(fù)離子的遷移速率負(fù)離子的遷移速率陽減少陽減少陰減少陰

12、減少 如果正、負(fù)離子荷電量不等，如果電極本身也發(fā)生反應(yīng)，情況就要復(fù)雜一些。第26頁/共50頁第二十七頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 把離子B所運(yùn)載的電流與總電流之比稱為離子B的遷移數(shù)（transference number）用符號(hào) 表示。Bt是量綱為1的量，數(shù)值上總小于1。Bt 由于正、負(fù)離子移動(dòng)的速率不同，所帶的電荷不等，因此它們?cè)谶w移電量時(shí)所分擔(dān)的分?jǐn)?shù)也不同。BBdef ItI其定義式為：第27頁/共50頁第二十八頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。IQrUtIQrrUU遷移數(shù)在數(shù)值上還可表示為：1tt負(fù)離子應(yīng)有類似的表示式。如果溶液中只有一種電解質(zhì)，則：+1ittt如果溶液中有多種電解

13、質(zhì)，共有 i 種離子，則：第28頁/共50頁第二十九頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。1Hittorf 法 在Hittorf遷移管中裝入已知濃度的電解質(zhì)溶液，接通穩(wěn)壓直流電源，這時(shí)電極上有反應(yīng)發(fā)生，正、負(fù)離子分別向陰、陽兩極遷移。 小心放出陰極部（或陽極部）溶液，稱重并進(jìn)行化學(xué)分析，根據(jù)輸入的電量和極區(qū)濃度的變化，就可計(jì)算離子的遷移數(shù)。 通電一段時(shí)間后，電極附近溶液濃度發(fā)生變化，中部基本不變。第29頁/共50頁第三十頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。Hittorf 法中必須采集的數(shù)據(jù)：1. 通入的電量，由庫侖計(jì)中稱重陰極質(zhì)量的增加而得，例如，銀庫侖計(jì)中陰極上有0.0405 g Ag析出，14(

14、)0.0405 g /107.88 g mol3.754 10 mol n電2. 電解前含某離子的物質(zhì)的量n(起始）。3.電解后含某離子的物質(zhì)的量n(終了）。4.寫出電極上發(fā)生的反應(yīng)，判斷某離子濃度是增加了、減少了還是沒有發(fā)生變化。5.判斷離子遷移的方向。第30頁/共50頁第三十一頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率電導(dǎo)的測定電導(dǎo)的測定電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系離子獨(dú)立移動(dòng)定律和摩爾電導(dǎo)率第31頁/共50頁第三十二頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。電導(dǎo)（electric condutance）電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，單位為 或 。1S 1 GR電導(dǎo)

15、與導(dǎo)體的截面積成正比，與導(dǎo)體的長度成反比：GAGl, UIRGIU第32頁/共50頁第三十三頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。電導(dǎo)率（electrolytic conductivity）因?yàn)锳Gl比例系數(shù) 稱為電導(dǎo)率。k 電導(dǎo)率相當(dāng)于單位長度、單位截面積導(dǎo)體的電導(dǎo)，單位是 或 。 1S m11m電導(dǎo)率也就是電阻率的倒數(shù)：GlkA 1 lAkR第33頁/共50頁第三十四頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。摩爾電導(dǎo)率（molar conductivity） 在相距為單位距離的兩個(gè)平行電導(dǎo)電極之間，放置含有1 mol電解質(zhì)的溶液，這時(shí)溶液所具有的電導(dǎo)稱為摩爾電導(dǎo)率 ，單位為 。 mL21S mmol

16、mmdef kkVcL 是含有1 mol電解質(zhì)的溶液的體積，單位為 ， 是電解質(zhì)溶液的濃度，單位為 。mV31mmolc3mol m第34頁/共50頁第三十五頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。電導(dǎo)測定的裝置 電導(dǎo)測定實(shí)際上測定的是電阻，常用的韋斯頓電橋如圖所示。 AB為均勻的滑線電阻， 為可變電阻，并聯(lián)一個(gè)可變電容 以便調(diào)節(jié)與電導(dǎo)池實(shí)現(xiàn)阻抗平衡，M為放有待測溶液的電導(dǎo)池， 電阻待測。1RFxRI 是頻率在1000Hz左右的高頻交流電源，G為耳機(jī)或陰極示波器。第35頁/共50頁第三十六頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 接通電源后，移動(dòng)C點(diǎn)，使DGC線路中無電流通過，如用耳機(jī)則聽到聲音最小，這時(shí)

17、D，C兩點(diǎn)電位降相等，電橋達(dá)平衡。根據(jù)幾個(gè)電阻之間關(guān)系就可求得待測溶液的電導(dǎo)。314xRRRR31411AC1BCxRGRR RR第36頁/共50頁第三十七頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。電導(dǎo)池常數(shù) 單位是 。celllKA1m 因?yàn)閮呻姌O間距離 和鍍有鉑黑的電極面積 無法用實(shí)驗(yàn)測量，通常用已知電導(dǎo)率的KCl溶液注入電導(dǎo)池，測定電阻后得到 。然后用這個(gè)電導(dǎo)池測未知溶液的電導(dǎo)率。lAcellKcelllRKAcell1KRkR第37頁/共50頁第三十八頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。第38頁/共50頁第三十九頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。強(qiáng)電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率隨著濃度的增加而升高。當(dāng)濃度增

18、加到一定程度后，解離度下降，離子運(yùn)動(dòng)速率降低，電導(dǎo)率也降低，如 和KOH溶液。24H SO弱電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率隨濃度變化不顯著，因濃度增加使其電離度下降，粒子數(shù)目變化不大，如醋酸。中性鹽由于受飽和溶解度的限制，濃度不能太高，如KCl。第39頁/共50頁第四十頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 由于溶液中導(dǎo)電物質(zhì)的量已給定，都為1mol，所以，當(dāng)濃度降低時(shí)，粒子之間相互作用減弱，正、負(fù)離子遷移速率加快，溶液的摩爾電導(dǎo)率必定升高。但不同的電解質(zhì)，摩爾電導(dǎo)率隨濃度降低而升高的程度也大不相同。第40頁/共50頁第四十一頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 mL 隨著濃度下降， 升高，通常當(dāng)濃度降至 以下時(shí)

19、， 與 之間呈線性關(guān)系。德國科學(xué)家Kohlrausch總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)式為： mL30.001mol dm mLc m m(1)cLL 是與電解質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。將直線外推至，得到無限稀釋摩爾電導(dǎo)率 。0c mL第41頁/共50頁第四十二頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。 mL 隨著濃度下降， 也緩慢升高，但變化不大。當(dāng)溶液很稀時(shí)， 與 不呈線性關(guān)系，等稀到一定程度， 迅速升高，見 的 與 的關(guān)系曲線。 mLcc3CH COOH mL mL mL弱電解質(zhì)的 不能用外推法得到。mL第42頁/共50頁第四十三頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。這就稱為Kohlrausch 離子獨(dú)立移動(dòng)定律。這樣，弱電解質(zhì)

20、的 可以通過強(qiáng)電解質(zhì)的 或從表值上查離子的 求得 德國科學(xué)家Kohlrausch 根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)律：在無限稀釋溶液中，每種離子獨(dú)立移動(dòng)，不受其它離子影響，電解質(zhì)的無限稀釋摩爾電導(dǎo)率可認(rèn)為是兩種離子無限稀釋摩爾電導(dǎo)率之和： m m,+ m, LLL m,+ m,LLmLmL第43頁/共50頁第四十四頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。（1） 檢驗(yàn)水的純度 純水本身有微弱的解離， 和 的濃度近似為 ，查表得 ，+HOH7310 mol dm221 m2 (H O)=5.5 10 S mmolL615.5 10 S m這樣，純水的電導(dǎo)率應(yīng)為 事實(shí)上，水的電導(dǎo)率小于 就認(rèn)為是很純的了，有時(shí)稱為“電導(dǎo)水”，若大于這個(gè)數(shù)值，那肯定含有某種雜質(zhì)。411 10 S m第44頁/共50頁第四十五頁，編輯于星期二：九點(diǎn) 二十五分。去除雜質(zhì)的方法較多，根據(jù)需要，常用的方法有： (1)用不同的離子交換樹酯，分別去除陰離子和陽離子，得去離子水。 (2)用石英器皿，加入 和，去除及有機(jī)雜質(zhì)，二次蒸餾，得“電導(dǎo)水”。4KMnOKOH2CO 普通的蒸餾水中含有 和玻璃器皿溶解的硅酸鈉等，不一定符合電