第7章 电化学(1)

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1、2022-5-30电能电能化学能化学能第七章第七章 电化学电化学（Electrochemistry）2022-5-30第七章电化学第七章电化学（Electrochemistry）1、电化学研究内容电化学研究内容2、电化学研究历史、电化学研究历史3、电化学的用途、电化学的用途简介简介 、电化学研究内容电化学研究内容电能电能 化学能化学能电化学主要是研究电化学主要是研究电能电能和和化学能化学能之间的之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学。相互转化及转化过程中有关规律的科学。2、电化学研究历史、电化学研究历史1893年：能斯特年：能斯特(Nernst)方程方程1780年：年：伽伐尼伽伐尼发现生物电

2、发现生物电1799年：年：伏特伏特( (Volta) )电堆电堆1834年：法拉弟年：法拉弟( (Faraday)定律定律1905年：塔菲尔年：塔菲尔(Tafel)方程方程3、电化学的用途、电化学的用途 电解：电解：精炼有色金属和稀有金属；电解法制备化工精炼有色金属和稀有金属；电解法制备化工原料；电镀法保护和美化金属；还有氧化着色等。原料；电镀法保护和美化金属；还有氧化着色等。 电池：电池： 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生化和医汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生化和医学等方面都要用不同类型的学等方面都要用不同类型的化学电源化学电源。 生物电化学生物电化学 电化学分析电化学分析一次电池一次电池蓄电池

3、蓄电池燃料电池燃料电池本章学习内容本章学习内容电解质溶液导电机理及法拉第定律电解质溶液导电机理及法拉第定律离子的迁移数、电导、电导率、摩尔电导率离子的迁移数、电导、电导率、摩尔电导率电解质平均离子活度因子及德拜休克尔极限公式电解质平均离子活度因子及德拜休克尔极限公式分解电压、极化作用、电解时的电极反应分解电压、极化作用、电解时的电极反应可逆电池及其电动势的测定可逆电池及其电动势的测定原电池热力学、电极电势和液体接界电势、电极种类原电池热力学、电极电势和液体接界电势、电极种类原电池设计举例原电池设计举例（一）电解质溶液（一）电解质溶液（二）电化学平衡二）电化学平衡（三）电解与极化作用（三）电解与

4、极化作用本堂课学习内容本堂课学习内容7.1电极过程、电解质溶液及法拉第定律电极过程、电解质溶液及法拉第定律7.2离子的迁移数离子的迁移数7.1 电极过程、电解质溶液及法拉第定律电极过程、电解质溶液及法拉第定律1、电解池和原电池、电解池和原电池2、电解质溶液导电机理、电解质溶液导电机理3、法拉第定律、法拉第定律原电池原电池(galvanic cell) 实现实现化学能化学能和和电能电能相互转换的两类电化学装置：相互转换的两类电化学装置：1 1、电解池和原电池电解池和原电池电解池电解池(electrolytic cell)化学能化学能电能电能电能电能化学化学能能 1 1、电解池和原电池电解池和原电

5、池 电化学装置的基本构成：电化学装置的基本构成： 须将两个电子导体作为须将两个电子导体作为电极电极( (electrode) )浸入电解质溶液，浸入电解质溶液，使使溶液与电极直接溶液与电极直接 接触；接触；两电极间两电极间电解质溶液电解质溶液定向移定向移动，传输电流通过；动，传输电流通过；电池外用另一电子导体连接电池外用另一电子导体连接两电极，使电流在两电极间两电极，使电流在两电极间通过通过构成构成外电路外电路及电流循环及电流循环流动。流动。 1 1、电解池和原电池电解池和原电池 电极的命名：电极的命名：阳极阳极( (Anode) )：发生发生氧化反应氧化反应；阴极阴极( (Cathode)

6、)：发生发生还原反应还原反应。 阳极阳极和和阴极：阴极： 正极正极和和负极：负极： 电势较高者为正极，较低者为负极。电势较高者为正极，较低者为负极。电解池电解池：阴极阴极为为负极负极，阳极阳极为为正极正极。原电池原电池：阴极阴极为为正极正极，阳极阳极为为负极负极。 1 1、电解池和原电池电解池和原电池 电极反应与电化反应：电极反应与电化反应： 电化反应电化反应：两个电极反应之和。对原电池称为：两个电极反应之和。对原电池称为电池电池反应反应，对电解池则称为，对电解池则称为电解反应电解反应。阳极阳极()： Zn Zn2+ + 2e阴极阴极()：Cu2+ + 2e Cu以以铜铜-锌原电池锌原电池为例

7、：为例： 电极反应：电极反应：在在电极溶液界面上发生的伴有电子得电极溶液界面上发生的伴有电子得失的失的氧化氧化或或还原反应还原反应。电池反应：电池反应：Zn+Cu2+ Zn2+ Cu 1 1、电解池和原电池电解池和原电池 电化学反应电化学反应不同于一般化学反应的特征：不同于一般化学反应的特征： 电化学反应在电化学反应在电化学池电化学池中进行，伴有中进行，伴有电荷的流动电荷的流动； 电化学反应电化学反应热力学特征热力学特征： WGpT , 可可逆逆不不可可逆逆原电池原电池中进行的是吉布斯函数中进行的是吉布斯函数减小减小的反应；的反应；电解池电解池中进行的是吉布斯函数中进行的是吉布斯函数增大增大的

8、反应；的反应； 电化学反应电化学反应动力学特征动力学特征：反应速率受反应速率受电势差电势差或或端电压端电压强烈影响。强烈影响。2、电解质溶液的导电机理、电解质溶液的导电机理 自由电子自由电子作定向移动而导电；作定向移动而导电； 导电过程中导电过程中导体本身不发生变化导体本身不发生变化； 温度升高，电阻也温度升高，电阻也升高；升高； 导电总量全部由导电总量全部由电子电子承担。承担。又称又称电子导体电子导体，如金属、石墨等。，如金属、石墨等。第一类导体：第一类导体：2、电解质溶液的导电机理、电解质溶液的导电机理第二类导体：第二类导体： 又称又称离子导体离子导体，如电解质溶液、，如电解质溶液、熔融电

9、解质等。熔融电解质等。 正、负离子正、负离子作反向移动而导电；作反向移动而导电； 导电过程中导电过程中有化学反应发生有化学反应发生； 温度升高，电阻温度升高，电阻下降；下降； 导电总量分别由导电总量分别由正、负离子正、负离子分担。分担。2、电解质溶液的导电机理、电解质溶液的导电机理 PtCu 2Cu Cl溶溶液液2CuCl 离子电迁移离子电迁移(Electro-migration)： 在电场作用下离子定向迁移，此为在电场作用下离子定向迁移，此为物理过程物理过程。 电极反应：电极反应：此为此为化学过程化学过程。电解质溶液电解质溶液导电机理导电机理：溶液中离子：溶液中离子定向迁移定向迁移和和电极反

10、应电极反应。CueCuCuCleClPt2)(2)(22电电极极：电电极极：2CuClCuCl222、法拉第定律、法拉第定律（Faradays law） zL z电极反应：电极反应： 氧化态氧化态ze-还原态还原态当电极反应的反应进度为时：当电极反应的反应进度为时：通过电极的元电荷的物质的量：通过电极的元电荷的物质的量：通过电极的电荷数：通过电极的电荷数：通过电极的电量：通过电极的电量：LeQ z -1mol96500CLeF FQ 法法拉拉第第常常数数 z公式推导公式推导BBn 、法拉第定律、法拉第定律（Faradays law）-1mol96500CLeF FQ 法法拉拉第第常常数数 z电

11、化学上最早的定量基本定律，揭示了电化学上最早的定量基本定律，揭示了通过电极通过电极的电量的电量与与电极反应的物质的量电极反应的物质的量之间的定量关系。之间的定量关系。迈克尔迈克尔法拉第法拉第(Michael Faraday，1791-1867)英国物理学家、化学家，英国物理学家、化学家，19世纪最伟大的实验世纪最伟大的实验科学家之一，也是著名的自学成才的科学家。科学家之一，也是著名的自学成才的科学家。、法拉第定律、法拉第定律（Faradays law）-1mol96500CLeF FQ 法法拉拉第第常常数数 z 依据依据法拉第定律法拉第定律，制得电量测量装置，制得电量测量装置电量计电量计或或库