電化學(xué)A市公開課獲獎?wù)n件

1、 第七章 電 化 學(xué) Chapter 7 Electrochemistry電能 化學(xué)能電解電池 Chapter 7 Electrochemistry上一張下一張 回主目錄返回第1頁第1頁Chapter 7 Electrochemistry7.0、Introduction7.1、The theory of electrolyte solution7.2、Thermodynamically reversible cell and its electromotive force (E.M.F) measurement7.3、 Thermodynamic data from reversible ce

2、ll e.m.f.s7.4、 Thermodynamically reversible electrode potential and liquid junction potential7.5、The design of reversible cell7.6、Simple application of E.M.F measurements7.7、The example of reversible cell calculation7.8、Electrolysis and polarization 上一張下一張 回主目錄返回第2頁第2頁Chapter 7 Electrochemistry7.0、緒

3、論7.1、電解質(zhì)溶液理論7.2、可逆電池及電動勢測定7.3、可逆電池?zé)崃W(xué)7.4、電極電勢和液體接界電勢7.5、原電池設(shè)計(jì)7.6、電動勢測定應(yīng)用7.7、計(jì)算舉例7.8、電解與極化作用上一張下一張 回主目錄返回第3頁第3頁7.0、Introduction1.A short history of electrochemistry development2.Some practical (realistic) applications of electrochemistry上一張下一張 回主目錄返回第4頁第4頁7.0、緒 論 7.0、Introduction 例：,9,25日發(fā)射“神七”飛船上天后動

4、力起源就是太陽能電池 美國97.10.15發(fā)射土星探測衛(wèi)星“卡西尼”，在太空飛行了7年（.7.20）進(jìn)入土星大氣層。其動力主要來之于太陽能電池 這些電池中電從何而來？磁電？no 電化學(xué)應(yīng)用非常廣泛，在日常生活應(yīng)用中例子中，使我們感受最深莫過于電池。電池類型 用途 干電池： 手電筒等太陽能電池：主要用于航空器，無人看管燈塔上一張下一張 回主目錄返回 鉛-酸蓄電池 汽車、電動自行車、潛艇等可充電蓄電池： 高性能NiH2， 手機(jī)，照相機(jī)，手提計(jì)算機(jī)等 AgZn等電池第5頁第5頁1、電化學(xué)發(fā)展簡史 1.A short history of electrochemistry development (1

5、)、electric: 16吉爾白特（sirwill1am, Gilbert,1544-1603,當(dāng)初伊麗莎白女皇醫(yī)生）觀測到用毛皮掠過“琥珀”有吸引其它輕微物體能力，就用“electric”（希臘語“琥珀”）這個字來描述這一現(xiàn)象。 (2)、電堆現(xiàn)象發(fā)覺：18世紀(jì)，意大利醫(yī)生，解剖學(xué)者伽法尼（L.Galvani,17371798）在解剖青蛙時，偶然發(fā)覺把懸有青蛙腿銅鉤掛在鐵架臺上，當(dāng)蛙腿觸及金屬臺面時，蛙腿發(fā)生抽蓄，這就是伽法尼電堆現(xiàn)象。 (3)、伏特電池產(chǎn)生：依據(jù)伽法尼電堆現(xiàn)象，伏特創(chuàng)造了電堆電池伏特電池，即將不同金屬按Cu-Zn-Cu-ZnCu-Zn堆在電解質(zhì)溶液中，再將兩頭用導(dǎo)線相連，電

6、堆就能提供恒定電流。 上一張下一張 回主目錄返回第6頁第6頁1、電化學(xué)發(fā)展簡史 1.A short history of electrochemistry development (4)、電化學(xué)辦法分離金屬鈉和鉀：戴維（H.Davy,1778-1829,英國化學(xué)家，法拉第老師）利用伏特電池產(chǎn)生電，用電解辦法成功地從鈉、鉀氫氧化物中分離出了金屬鈉和鉀，這標(biāo)志著化學(xué)電源進(jìn)入實(shí)用 Faraday(1791-1867),英國物理學(xué)家和化學(xué)家，戴維助手和學(xué)生，他在老師工作基礎(chǔ)上，依據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出了法拉第定律，并且第一次明擬定義了電解質(zhì)、電極、陰極、陽極、離子、陰離子、陽離子這些概念。并指出陰極發(fā)生

7、還原反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。Faraday定律產(chǎn)生將電化學(xué)這一學(xué)科納入了科學(xué)研究。為電化學(xué)定量和以后電解工業(yè)奠定了理論基礎(chǔ)。 上一張下一張 回主目錄返回第7頁第7頁1、電化學(xué)發(fā)展簡史 1.A short history of electrochemistry development (5)、電從何而來？ (5)、電從何而來？ 在伏特創(chuàng)造電堆伏特電池后，電從何來變成了討論論題。 a、接觸說伏特本人觀點(diǎn) 電流體在張力作用下發(fā)生流動形成電流。 （那時沒有“電壓”、“電流”概念，更沒有電子概念，發(fā)電機(jī)是1870年以后才產(chǎn)生）伏特解釋從表面上看與我們今天用電流電壓描述電荷移動行為很象（電流體電荷，張力電

8、壓）。他認(rèn)為“電流體”是物質(zhì)本身所固有，同時也沒有解釋介質(zhì)作用。上一張下一張 回主目錄返回AB第8頁第8頁1、電化學(xué)發(fā)展簡史 1.A short history of electrochemistry development (5)、電從何而來？b.“化學(xué)說”法拉第，奧斯特瓦爾等化學(xué)工作者，他們認(rèn)為電堆供電必須伴隨金屬/溶液界面上化學(xué)反應(yīng)，不然不也許產(chǎn)生電，也就是說“化學(xué)作用產(chǎn)生了電，電就是化學(xué)作用”（法拉第語）。隨后法拉第定律提供了電量與化學(xué)反應(yīng)量之間定量關(guān)系。成了化學(xué)說無可反駁事實(shí)依據(jù)。 上一張下一張 回主目錄返回第9頁第9頁1、電化學(xué)發(fā)展簡史 1.A short history of e

9、lectrochemistry development (5)、電從何而來？ 由上述可知，電化學(xué)是前人在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷摸索、總結(jié)出來，現(xiàn)在我們能夠?qū)﹄娀瘜W(xué)下一個定義： 電化學(xué)主要是研究電能和化學(xué)能之間相 互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過程中相關(guān)規(guī)律科學(xué)。電能 化學(xué)能電解電池上一張下一張 回主目錄返回第10頁第10頁2、電化學(xué)應(yīng)用 2.Simple practical (realistic) applications of electrochemistry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； 尚有氧化著色等。電分析 生物電化學(xué)有機(jī)化學(xué)等電池 汽車、宇宙飛船、照明、通

10、訊、生化和醫(yī)學(xué)等方面都要用不同類 型化學(xué)電源。上一張下一張 回主目錄返回第11頁第11頁7.1 The theory of electrolyte solution1.Interpret the conduct electricity mechanism of electrolyte solution and Faradays law 2.Define ions transference number3.Define and indicate electric conductance , conductivity, and molar conductivity4.Define the acti

11、vity, the activity coefficient ,and the mean activity and the mean activity coefficient of ions in solution5.Use the DebyeHckel limiting law for the mean activity coefficient上一張下一張 回主目錄返回第12頁第12頁7.1電解質(zhì)溶液理論 7.1 Theory of electrolyte solution 1、 電解質(zhì)溶液導(dǎo)電機(jī)理及法拉第定律。 2、 離子遷移數(shù)。 3、 電導(dǎo)、電導(dǎo)率和摩爾電導(dǎo)率。 4、 電解質(zhì)活度、活度系

12、數(shù)、平均活度和平均 活度因子5、 德拜休克爾極限公式。第13頁第13頁1.解質(zhì)溶液導(dǎo)電機(jī)理及法拉第定律(1)、導(dǎo)體(conductor)(1)、導(dǎo)體(conductor) 第一類導(dǎo)體： 電子（空穴）導(dǎo)電，比如石墨、金屬、半導(dǎo)體等。導(dǎo)電時，導(dǎo)體本身不發(fā)生化學(xué)改變，且T，導(dǎo)電能力。 第二類導(dǎo)體： 離子導(dǎo)電，比如電解質(zhì)溶液、融鹽等。 陰極，通過電極（還原）反應(yīng)取得電子。 陽極，在電極上失去電子（氧化反應(yīng)）。 上一張下一張 回主目錄返回第14頁第14頁1.解質(zhì)溶液導(dǎo)電機(jī)理及法拉第定律(2)、原電池（Galvanic cell）(2) 、原電池（Galvanic cell）:化學(xué)能電能裝置。或者說是利用

13、兩極電極反應(yīng)以產(chǎn)生電流裝置 外電路：e 導(dǎo)電，電流i由正負(fù)， 電子e由負(fù)正 內(nèi)電路：離子導(dǎo)電+電極反應(yīng) ，陰離子正極， 陽離子負(fù)極。上一張下一張 回主目錄返回內(nèi)電路第15頁第15頁1.解質(zhì)溶液導(dǎo)電機(jī)理及法拉第定律 1.Interpret the conduct electricity mechanism of electrolyte solution and Faradays lawZn(S)Zn2+2e-發(fā)生氧化作用，是陽極。電子由Zn極經(jīng)外電路流向Cu極。Zn極電勢低，是負(fù)極。Zn(負(fù)極)電極：Cu2+2e- Cu(S)發(fā)生還原作用，是陰極。電流由Cu極經(jīng)外電路流向Zn極，Cu極電勢高，是

14、正極。Cu(正極)電極：(2)、原電池（Galvanic cell）上一張下一張 回主目錄返回第16頁第16頁1.解質(zhì)溶液導(dǎo)電機(jī)理及法拉第定律 1.Interpret the conduct electricity mechanism of electrolyte solution and Faradays law(3)、電解池：利用電能以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)裝置，即 電能化學(xué)能外電路電流方向：外電源正極陽極 陰極 電源負(fù)極 在第二類導(dǎo)體中，導(dǎo)電總量是由正、負(fù)離子共同承擔(dān), 陰離子遷向陽極(AnionAnode)；陽離子遷向陰極(CationCathode)，并分別在陽極和陰極發(fā)生氧化、還原反應(yīng)。 上

15、一張下一張 回主目錄返回第17頁第17頁4、電極(electrode)(1)、電極命名及作用(The role of electrodes and the name of electrodes)、電極命名及作用 依據(jù)電流或電子流動方向命名 正極：電勢高電極稱為正極，電流從正極流向負(fù)極。負(fù)極：電勢低電極稱為負(fù)極，電子從負(fù)極流向正極。依據(jù)電極反應(yīng)氧化還原性命名 陰極：(Cathode) 發(fā)生還原作用電極稱為陰極。陽極：(Anode) 發(fā)生氧化作用電極稱為陽極。在電化學(xué)中，對于電極名稱，習(xí)慣上，原電池用正極、負(fù)極； 電解池則用陰極、陽極。上一張下一張 回主目錄返回第18頁第18頁4、電極(elect

16、rode)(1)、電極命名及作用(The role of electrodes and the name of electrodes)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)電極：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-電極 ：當(dāng)一個電池與一外電路相連接時，如何擬定其 電極屬性？上一張下一張 回主目錄返回比如下列電池：第19頁第19頁4、電極(electrode)()、電流效率 ()、電流效率 表示式1 表示式2 上一張下一張 回主目錄返回理論計(jì)算應(yīng)得量為多少？第20頁第20頁(5)Faradays lawFaradays La

17、w、在電極界面上發(fā)生化學(xué)改變物質(zhì)質(zhì)量與通入電量 成正比。 、通電于若干個電解池串聯(lián)線路中，當(dāng)所取基本粒子荷電數(shù)相同時，在各個電極上發(fā)生反應(yīng)物質(zhì)，其物質(zhì)量相同，析出物質(zhì)質(zhì)量與其摩爾質(zhì)量成正比。比如 上一張下一張 回主目錄返回第21頁第21頁 (5)Faradays law1mol電子陰極1molAg+ (AgNO3溶液) Ag1mol(107.868g)沉積在陰極上 1mol電子陰極1mol(1/2Cu2+) (CuSO4溶液中) （1/2Cu）1mol(1/263.546g)沉積在陰極上 上一張下一張 回主目錄返回第22頁第22頁(5)Faradays law 依據(jù)法拉第定律，通電于若干串聯(lián)電

18、解池中，每個電極上析出物質(zhì)物質(zhì)量相同，這時，所選取基本粒子荷電絕對值必須相同。比如：荷一價電陰極 陽極荷二價電陰極 陽極荷三價電陰極 陽極上一張下一張 回主目錄返回第23頁第23頁(5)Faradays law(1)、 法拉第常數(shù)在數(shù)值上等于1mol元電荷電量，已知元電荷電量為1.602210-19C第24頁第24頁(5)Faradays law(2)、電量、得失電子數(shù)與電極上析出物質(zhì) 量之間相關(guān)系.電極反應(yīng)：陰極陽極 取電子得失數(shù)為z，通入電量為Q，則電極上發(fā)生反應(yīng)物質(zhì)量n 為： 或電極上發(fā)生反應(yīng)物質(zhì)質(zhì)量 m 為：上一張下一張 回主目錄返回第25頁第25頁(5)Faradays law例題例

19、題： 通電于 溶液，電流強(qiáng)度 ， 析出 。已知 。求： 通入電量 ； 通電時間 ； 陽極上放出氧氣物質(zhì)量。第26頁第26頁(5)Faradays law例題解法一. 取基本粒子荷單位電荷：即1/3Au,1/4O2 上一張下一張 回主目錄返回（依據(jù)Faradays law）第27頁第27頁(5)Faradays law例題解法二.基本粒子荷3個基本電荷：即Au, 3/4O2 t 同上上一張下一張 回主目錄返回第28頁第28頁法拉第定律意義 電化學(xué)上最早定量基本定律，揭示了 通入電量與析出物質(zhì)之間定量關(guān)系。 該定律使用沒有什么限制條件，在任何溫度、任何壓力下均能夠使用。上一張下一張 回主目錄返回第

20、29頁第29頁2.離子遷移數(shù)(Ions transference number) (1)、為何要討論離子遷移數(shù) (Why discuss ions transference number ?)(2) 電遷移率 (Ionic mobility)(3)、遷移數(shù)定義 (Define ions transference number )(4)、遷移數(shù)測定與計(jì)算 (Describe the measurement and calculation of ions transference number )第30頁第30頁2.離子遷移數(shù)(Ions transference number) (1)為何要討論離

21、子遷移數(shù)(Why discuss ions transference number ?) (1)為何要討論離子遷移數(shù) 無論是原電池還是電解池，在其整個電路中一定涉及到電子導(dǎo)電，離子導(dǎo)電及電極反應(yīng)。 電極反應(yīng)： 正極（陰極）Mz+zeM 得到電子，發(fā)生還原反應(yīng) 負(fù)極（陽極）AZ -zeA 失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 離子導(dǎo)電：Q=Q+Q-（I=I+I-）,但往往有Q+Q-（I+I-), Why? ( ) 為此，我們要有一個用來衡量溶液中正、負(fù)離子所承擔(dān)導(dǎo)電任務(wù)物理量遷移數(shù) 上一張下一張 回主目錄返回第31頁第31頁2.離子遷移數(shù) (Describe ions transference number)

22、 (2)電遷移率(Ionic mobility)離子在電場中運(yùn)動速率用公式表示為：式中 為電位梯度，百分比系數(shù) 和 分別稱為正、負(fù)離子電遷移率，又稱為離子淌度（ionic mobility），即相稱于單位電位梯度時離子遷移速率。它單位是。 電遷移率數(shù)值與離子本性、溶劑性質(zhì)、溫度等原因相關(guān)，能夠用界面移動法測量。上一張下一張 回主目錄返回第32頁第32頁2.離子遷移數(shù)(Describe ions transference number) 設(shè)想在兩個惰性電極之間有想象平面AA和BB，將溶液分為陽極部、中部及陰極部三個部分。假定未通電前，各部均含有正、負(fù)離子各5 mol(分別用+、-號代替)。上一張

23、下一張 回主目錄返回第33頁第33頁2.離子遷移數(shù)(Describe ions transference number) 兩電極間正、負(fù)離子要共同承擔(dān)4 mol電子電量運(yùn)送任務(wù)。 既然離子都是一價，則離子運(yùn)送電荷數(shù)量只取決于離子遷移速度。 上一張下一張 回主目錄返回第34頁第34頁2.離子遷移數(shù)(Describe ions transference number)1設(shè)正、負(fù)離子遷移速率相等， ，則導(dǎo)電任務(wù)各分擔(dān)2mol，在假想AA、BB平面上各有2mol正、負(fù)離子逆向通過。上一張下一張 回主目錄返回 設(shè)離子都是一價，當(dāng)通入4 mol電子電量時，陽極上有4 mol負(fù)離子氧化，陰極上有4 mol正

24、離子還原。 第35頁第35頁2.離子遷移數(shù)(Describe ions transference number) 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。Why?第36頁第36頁2.離子遷移數(shù)(Describe ions transference number) 2假設(shè)正離子遷移速率是負(fù)離子三倍， ，則正離子導(dǎo)3mol電量，負(fù)離子導(dǎo)1mol電量。在假想AA、BB平面上有3mol正離子和1mol負(fù)離子逆向通過 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。(超連至40)上一張下一張 回主目錄返回第37頁第3

25、7頁2.離子遷移數(shù)(Describe ions transference number) (a)向陰、陽兩極遷移正、負(fù)離子物質(zhì)量總和正好等于通入溶液總電量。 (b) 假如正、負(fù)離子荷電量不等，或電極本身也發(fā)生反應(yīng)，情況就要復(fù)雜一些。上一張下一張 回主目錄返回第38頁第38頁2.離子遷移數(shù)(Describe ions transference number) (3)遷移數(shù)定義(Define ions transference number ) 把離子B所運(yùn)載電流與總電流之比稱為離子B遷移數(shù)（transference number）用符號 表示。其定義式為：是量綱為1量，數(shù)值上總小于1。 因?yàn)檎?/p>

26、負(fù)離子移動速率不同，所帶電荷不等，因此它們在遷移電量時所分擔(dān)分?jǐn)?shù)也不同。 上一張下一張 回主目錄返回 這樣我們能夠用tB來表征溶液中離子B所承擔(dān)電量百分?jǐn)?shù)第39頁第39頁2.離子遷移數(shù)(Describe ions transference number) (3)遷移數(shù)定義(Define ions transference number ) 依據(jù)上面分析，遷移數(shù)在數(shù)值上可表示為： (假如正、負(fù)離子荷電量不等,且電解質(zhì)不是完全電離，上式推導(dǎo)見南京大學(xué)物理化學(xué)第四版P516517） 假如溶液中只有一個電解質(zhì)，則 假如溶液中有各種電解質(zhì)，共有 i 種離子，則： 上一張下一張 回主目錄返回負(fù)離子應(yīng)有類似

27、表示式。第40頁第40頁(4)離子遷移數(shù)測定及計(jì)算(Describe the measurement and calculation of ions transference number )測定： (1)、希托夫（Hifforf）法 依據(jù)前面講離子遷移模型可知，只要測出陽離子遷出陽極區(qū)或陰離子遷出陰極區(qū)物質(zhì)量及發(fā)生電極反應(yīng)物質(zhì)量就能夠求得ti，此即為希托夫法(其裝置見P304)計(jì)算：例題1 ( P305)用兩個銀電極電解AgNO3水溶液。電解前，溶液中每1kg水中含43.50mmol AgNO3。試驗(yàn)后，銀電量計(jì)中有0.723mmol Ag沉積。由分析得知，電解后陽極區(qū)有23.14g水和1.

28、390mmol AgNO3。試求t+和t-。上一張下一張 回主目錄返回第41頁第41頁(4)離子遷移數(shù)測定及計(jì)算(Describe the measurement and calculation of ions transference number )解 1）首先弄清楚電極反應(yīng) 陽極 Ag=Ag+e - 陰極 Ag+e -=Ag 2）引起陽極區(qū)電解質(zhì)濃度改變原因 a)電極反應(yīng)產(chǎn)生Ag+,使a(Ag+) b)Ag+向負(fù)極運(yùn)動遷出陽極區(qū)，使a( Ag+)由此得電解前后陽極區(qū)改變量之間關(guān)系 (計(jì)算陽極區(qū)遷移物質(zhì)量公式)上一張下一張 回主目錄返回AgAg銀量計(jì)Ag+NO-3第42頁第42頁(4)離子

29、遷移數(shù)測定及計(jì)算(Describe the measurement and calculation of ions transference number ) 求 n始 ，設(shè)通電前、后陽極水量不變（即水分子不發(fā)生遷移），則電解前陽極區(qū)23.14g水中含有AgNO3物質(zhì)量為 求 n電，依據(jù)Faraday s low，銀電量計(jì)中有0.723mmol Ag沉淀，則在電解池中陽極必有相同數(shù)量Ag被氧化成Ag+而進(jìn)入陽極區(qū)溶液中。 上一張下一張 回主目錄返回AgAg銀量計(jì)Ag+NO-3第43頁第43頁(4)離子遷移數(shù)測定及計(jì)算(Describe the measurement and calculati

30、on of ions transference number ) 例2：用Hifforf 法，用Cu電極電解已知濃度CuSO4溶液，通電電流20mA，時間為2-3h,串聯(lián)在電路上銀庫侖計(jì)陰極上有0.045g銀析出。陰極部溶液質(zhì)量為36.434g，據(jù)分析知，在通電前其中含CuSO41.1267g, 通電后含CuSO41.109g,求t(Cu2+)和t(SO42-). b)、在陰極上還原反應(yīng)， 解：已知陰極區(qū)Cu2+數(shù)量改變是由兩種原因引起，上一張下一張 回主目錄返回 a)、遷入；a(Cu2+ ),a(Cu2+)第44頁第44頁(4)離子遷移數(shù)測定及計(jì)算(Describe the measurem

31、ent and calculation of ions transference number )已知 M(1/2CuSO4)=79.75g/mol 則 n終= =1.390610-2mol n始= =1.413910-2mol n電= =3.75410-4mol 上一張下一張 回主目錄返回(計(jì)算陰極區(qū)遷移質(zhì)量公式) 由此得電解前后陰極區(qū)變量之間關(guān)系 第45頁第45頁(4)離子遷移數(shù)測定及計(jì)算(Describe the measurement and calculation of ions transference number )n遷= n終+ n電n始 =1.390610-2+3.7541

32、0-410413910-2 =1.42410-4 mol(也能夠先求 ，此時n表示（1/2SO42-）物質(zhì)量，如何求同窗們自己試一試)(2).界面移動法（自學(xué)） 上一張下一張 回主目錄返回第46頁第46頁P(yáng)roblemsP355 , 7.2 , 7.3（注意n始計(jì)算）第47頁第47頁3.電導(dǎo)，電導(dǎo)率和摩爾電導(dǎo)率（Electric conductance, conductivity, and molar conductivity） (1)電導(dǎo)定義(Define electric conductance) 導(dǎo)體導(dǎo)電能力可用電阻率表征，也能夠用電導(dǎo)率表征。（1）電導(dǎo)定義： 電導(dǎo)（electric c

33、onductance） 電導(dǎo)是電阻倒數(shù)，單位是-1或S 電導(dǎo)G 與導(dǎo)體截面積成正比，與導(dǎo)體長度成反比 普通第一類導(dǎo)體用電阻率表征其導(dǎo)電能力，而第二類導(dǎo)體則用電導(dǎo)率。上一張下一張 回主目錄返回第48頁第48頁3.電導(dǎo)，電導(dǎo)率和摩爾電導(dǎo)率（Electric conductance, conductivity, and molar conductivity） (1)電導(dǎo)定義(Define electric conductance)電導(dǎo)率（electrolytic conductivity）由于百分比系數(shù) 稱為電導(dǎo)率。 電導(dǎo)率相稱于單位長度、單位截面積導(dǎo)體電導(dǎo)，單位是 或 。 其實(shí)，電導(dǎo)率也就是電阻率

34、倒數(shù)：上一張下一張 回主目錄返回第49頁第49頁(3) 摩爾電導(dǎo)率（molar conductivity） 是含有1 mol電解質(zhì)溶液體積，單位為 ， 是電解質(zhì)溶液濃度，單位為 。摩爾電導(dǎo)率（molar conductivity）上一張下一張 回主目錄返回第50頁第50頁(3) 摩爾電導(dǎo)率（molar conductivity）既然有了 為何還要定義呢 ？ 反應(yīng)了一定體積電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力，但它沒有要求電解質(zhì)量，很顯著 與C相關(guān)，這對比較不同電解質(zhì)導(dǎo)電能力帶來不便，為此引入 與C關(guān)系： C=molm-3 Vm = =m3mol-1 上一張下一張 回主目錄返回第51頁第51頁(3) 摩爾電導(dǎo)率（

35、molar conductivity）又 (電解質(zhì)量一定，兩極間距離已要求 為1m) 由此能夠認(rèn)為， 為單位濃度電導(dǎo)率 同窗們請注意 和 區(qū)別： 要求了兩極間距離（1m）和面積（1m2），但物質(zhì)量未定。 要求了兩極間距離（1m）物質(zhì)量（1mol）但兩極面積不定。 上一張下一張 回主目錄返回第52頁第52頁(4) 電導(dǎo)測定(Conduction measurement)幾種類型電導(dǎo)池： 電導(dǎo)池電極通慣用兩個平行鉑片制成，為了預(yù)防極化，普通在鉑片上鍍上鉑黑，增長電極面積，以減少電流密度。上一張下一張 回主目錄返回第53頁第53頁(4) 電導(dǎo)測定(Conduction measurement)電導(dǎo)測

36、定裝置 電導(dǎo)測定事實(shí)上測定是電阻，慣用韋斯頓電橋如圖所表示。 AB為均勻滑線電阻， 為可變電阻，并聯(lián)一個可變電容 以便調(diào)整與電導(dǎo)池實(shí)現(xiàn)阻抗平衡，M為放有待測溶液電導(dǎo)池， 電阻待測。上一張下一張 回主目錄返回第54頁第54頁(4) 電導(dǎo)測定(Conduction measurement) 這時D，C兩點(diǎn)電位降相等，電橋達(dá)平衡。依據(jù)幾種電阻之間關(guān)系就可求得待測溶液電導(dǎo) I 是頻率在1000Hz左右高頻交流電源，G為耳機(jī)或陰極示波器。 接通電源后，移動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，上一張下一張 回主目錄返回第55頁第55頁(4) 電導(dǎo)測定(Conduction measur

37、ement) 若已知 測得 就可求得 電導(dǎo)池常數(shù) 單位是 實(shí)際測量中，由于兩電極間距離和鍍有鉑黑電極面積A無法用試驗(yàn)測量，通慣用已知電導(dǎo)率KCl溶液注入電導(dǎo)池，測定電阻后得到。然后用這個電導(dǎo)池測未知溶液電導(dǎo)率。 上一張下一張 回主目錄返回第56頁第56頁(4) 電導(dǎo)測定(Conduction measurement) 例題1(2) P308例題自己看例題：已知18時0.020moldm-3KCl =0.2397S m-1。在18時，以某電導(dǎo)池分別充以0.020moldm-3KCl和0.0014083moldm-3NaCNS酒精溶液時測得電阻分別為15.946和663.45。試計(jì)算(1) ；(2

38、)該NaCNS溶液摩爾電導(dǎo)率?上一張下一張 回主目錄返回解(1) = Rx = 0.239715.946=3.822m-1 第57頁第57頁P(yáng)roblemsP355 , 7.5 , 7.6第58頁第58頁 (5)摩爾電導(dǎo)率與C關(guān)系(Concentration Dependence of molar conductivity)(5) 與C關(guān)系 是與電解質(zhì)性質(zhì)相關(guān)常數(shù)。將直線外推至 ，得到無限稀釋摩爾電導(dǎo) 。 對強(qiáng)電解質(zhì)而言，通常當(dāng)濃度降至 下列時， 與 之間呈線性關(guān)系。德國科學(xué)家Kohlrausch總結(jié)經(jīng)驗(yàn)式為：伴隨濃度下降， 升高。上一張下一張 回主目錄返回第59頁第59頁(5)摩爾電導(dǎo)率與C

39、關(guān)系(Concentration Dependence of molar conductivity)為何伴隨c, 呢? 由于溶液中導(dǎo)電物質(zhì)量已給定，為1mol，因此，當(dāng)濃度減少時，粒子之間互相作用削弱，正、負(fù)離子遷移速率加快，溶液摩爾電導(dǎo)率必定升高。 但不同電解質(zhì)，摩爾電導(dǎo)率隨濃度降低而升高程度也大不相同。上一張下一張 回主目錄返回第60頁第60頁(5)摩爾電導(dǎo)率與C關(guān)系(Concentration Dependence of molar conductivity) 因此，弱電解質(zhì) 不能用外推法得到。怎么辦？ 對于弱電解質(zhì)，伴隨濃度下降， 也緩慢升高，但改變不大。即使溶液很稀時， 與 也不呈線

40、性關(guān)系，等稀到一定程度， 快速升高，比如 與 關(guān)系曲線。上一張下一張 回主目錄返回第61頁第61頁()離子獨(dú)立運(yùn)動定律和離子摩爾電導(dǎo)率(Ions dependent movement law and ion molar conductivity) 25時，一些電解質(zhì)在無限稀釋時摩爾電導(dǎo)率下列： (KCl)=0.01499Smmol-1 (LiCl)=0.01150Smmol-1 (KNO3)=0.01450Smmol-1 (LiNO3)=0.01101Smmol-1 0.00049sm2mol-10.00049sm2mol-10.00349sm2mol-1 0.00349sm2mol-1上一張

41、下一張 回主目錄返回從上述結(jié)果能夠看出： 含有相同陰離子甲鹽和鋰鹽之差為常數(shù)與陰離子 性質(zhì)無關(guān)。 含有相同陽離子氯化物和硝酸鹽之差為一常數(shù) 與陽離子性質(zhì)無關(guān)。 第62頁第62頁()離子獨(dú)立運(yùn)動定律和離子摩爾電導(dǎo)率(Ions dependent movement law and ion molar conductivity)上式稱為Kohlrausch 離子獨(dú)立移動定律。 德國科學(xué)家Kohlrausch 依據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)覺一個規(guī)律：在無限稀釋溶液中，每種離子獨(dú)立移動，不受其它離子影響，電解質(zhì)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：對于 型強(qiáng)電解質(zhì)：上一張下一張 回主目錄返回

42、第63頁第63頁()離子獨(dú)立運(yùn)動定律和離子摩爾電導(dǎo)率(Ions dependent movement law and ion molar conductivity) 這樣，弱電解質(zhì) 能夠通過強(qiáng)電解質(zhì) 或從手冊上查離子 ， 求得。比如P11 對于 型強(qiáng)電解質(zhì)，在濃度不太大時近似有離子摩爾電導(dǎo)率有必要指明涉及基本單元，比如 (g2+) =2 (1/2Mg2+) 上一張下一張 回主目錄返回 習(xí)慣上，將一電荷數(shù)為Z離子/z作為基本單位因?yàn)閙ol這么不同離子均含有mol基本電荷，故相稱于摩爾電荷電導(dǎo)率常見摩爾電荷電導(dǎo)率見311表 。注意，表中H+和OH-摩爾電導(dǎo)率尤其大。第64頁第64頁()離子獨(dú)立運(yùn)動

43、定律和離子摩爾電導(dǎo)率(Ions dependent movement law and ion molar conductivity)幾種故意義關(guān)系式： 1. 2.3. ( 為弱電解質(zhì)電離度)4. 對強(qiáng)電解質(zhì)近似有 對強(qiáng)電解質(zhì)近似有 5. 利用這些關(guān)系式，從試驗(yàn)測量可求得不可測量量。 上一張下一張 回主目錄返回第65頁第65頁(7)電導(dǎo)測定應(yīng)用(The application of electric conductance measurement) 事實(shí)水電導(dǎo)率小于110-4S.m-1就認(rèn)為是很純了，有時稱為“電導(dǎo)水”，若不小于這個值，那就必定含有某種雜質(zhì)。 純水本身有微弱解離，H+和OH-濃度

44、近似為10-7moldm3，查表得: (H2O)=5.510-2S.m2.mol-1,這樣水電導(dǎo)率應(yīng)為5.510-6Sm-1a.檢查水純度上一張下一張 回主目錄返回第66頁第66頁(7)電導(dǎo)測定應(yīng)用(The application of electric conductance measurement)清除雜質(zhì)辦法較多，依據(jù)需要，慣用辦法有： (1)用不同離子互換樹酯，分別去除陰離子和陽離 子，可得去離子水。 (2)用石英器皿，加入 和 ，清除 及 有機(jī)雜質(zhì)，二次蒸餾，得“電導(dǎo)水”。 普通蒸餾水中含有 和玻璃器皿溶下硅酸鈉等，不一定符合電導(dǎo)測定要求。a.檢查水純度上一張下一張 回主目錄返回第6

45、7頁第67頁(7)電導(dǎo)測定應(yīng)用(The application of electric conductance measurement) 設(shè)弱電解質(zhì)AB解離下列：起始 C 0 0平衡時 C(1-) C C 或 b.計(jì)算弱電解質(zhì)解離度和解離常數(shù)上一張下一張 回主目錄返回 以 作圖，從截距和斜率可求得 和 值。這就是德籍俄國物理化學(xué)家Ostwald提出定律，稱為Ostwald稀釋定律（Ostwalds dilution law）。 第68頁第68頁(7)電導(dǎo)測定應(yīng)用(The application of electric conductance measurement) 例：25時測得濃度為0.1

46、000moldm-3HAc溶液 為 5.20110-4Sm2mol-1，求HAc在該濃度下電離度及電離平衡常數(shù) 解：查表得25時 上一張下一張 回主目錄返回第69頁第69頁(7)電導(dǎo)測定應(yīng)用(The application of electric conductance measurement)=5.20110-4/0.038972=0.01334 依據(jù)離子獨(dú)立運(yùn)動定律：=(349.82+40.9)x10-4=0.038972 S.m2.mol-1上一張下一張 回主目錄返回第70頁第70頁(7)電導(dǎo)測定應(yīng)用(The application of electric conductance mea

47、surement) 求難溶鹽溶解度積時，注意： （1）難溶鹽飽和溶液濃度極稀，可認(rèn)為 值可從離子無限稀釋摩爾電導(dǎo)率數(shù)據(jù)表中查到。 （2）難溶鹽本身電導(dǎo)率很低，這時水電導(dǎo)率就不能忽略。因此： 利用摩爾電導(dǎo)率公式就能夠求得難溶鹽飽和溶液濃度C。c.測定難溶鹽溶解度積上一張下一張 回主目錄返回第71頁第71頁(7)電導(dǎo)測定應(yīng)用(The application of electric conductance measurement) c.測定難溶鹽溶解度積(Measure insoluble salt product) 例：25時，測出AgCl飽和溶液及配備此溶液高純水之 分別為3.4110-4和1.

48、6010-4Sm-1,試求AgCl在25時溶解度和溶度積。 查表得 (AgCl)=0.01383sm2mol-1,因此AgCl飽和溶液濃度為上一張下一張 回主目錄返回解： (AgCl)= (溶液) - (H2O)=(3.41-1.60)10-4=1.8110-4sm-1第72頁第72頁(7)電導(dǎo)測定應(yīng)用(The application of electric conductance measurement) c.測定難溶鹽溶解度積(Measure insoluble salt product)溶解度：AgCl濃度積 =(1.3110-5)2 =1.7210-8溶解度是無量綱量，是溶解固體質(zhì)量除

49、以溶劑質(zhì)量所得商。第73頁第73頁(7)電導(dǎo)測定應(yīng)用(The application of electric conductance measurement) d.電導(dǎo)滴定(Conductometric titration) 在滴定過程中，離子濃度不斷改變，電導(dǎo)率也不斷改變，利用電導(dǎo)率改變轉(zhuǎn)折點(diǎn)，擬定滴定終點(diǎn)。電導(dǎo)滴定長處是不用批示劑，對有色溶液和沉淀反應(yīng)都能得到較好效果，并能自動紀(jì)錄。比如： 1.用NaOH原則溶液滴定HCl2.用NaOH滴定HAc3.用 滴定 ,產(chǎn)物 均為沉淀上一張下一張 回主目錄返回第74頁第74頁P(yáng)roblemsP355 , 7.7 , 7.9第75頁第75頁4、 電解

50、質(zhì)活度、活度系數(shù)、平均活度和平均 活度因子(the activity, the activity coefficient, the mean activity, and the mean activity coefficient of ions in solution)(1)、Define the activity, the activity coefficient, the mean activity, and the mean activity coefficient of ions in solution(2)、Describe ionic strength上一張下一張 回主目錄返回第7

51、6頁第76頁(1)、離子平均活度和平均活度因子 (The mean activity and the mean activity coefficient of ions in solution) 在上一節(jié)計(jì)算強(qiáng)電解質(zhì)電離度和求難溶鹽飽和溶解度時，我們用是濃度，這在稀溶液近似計(jì)算中是能夠，不會引起很大誤差。但是在電解質(zhì)濃度較大時，則應(yīng)使用活度計(jì)算。 非電解質(zhì)化學(xué)勢表示式當(dāng)溶液很稀，可看作是抱負(fù)溶液， ，則：上一張下一張 回主目錄返回第77頁第77頁(1)、離子平均活度和平均活度因子 (The mean activity and the mean activity coefficient of i

52、ons in solution)電解質(zhì)化學(xué)勢表示式 強(qiáng)電解質(zhì)溶解后所有變成離子。為簡樸起見，先考慮1-1價電解質(zhì)，如HCl， (1)(2)比較(1)和(2)式，有 上一張下一張 回主目錄返回第78頁第78頁(1)、離子平均活度和平均活度因子 (The mean activity and the mean activity coefficient of ions in solution)對任意價型電解質(zhì)上一張下一張 回主目錄返回第79頁第79頁(1)、離子平均活度和平均活度因子 (The mean activity and the mean activity coefficient of ions in solution) 類似非電解質(zhì)溶液，我們定義電解質(zhì)溶液中i離子活度、活度因子和質(zhì)量摩爾濃度關(guān)系為： 我們盡管按上式定義了電解質(zhì)溶液中i離子活度，但我們無法使用上式,why? 由于我們無法用試驗(yàn)辦法測定電解質(zhì)溶液中某種離子