南京工业大学物理化学课件第七章电化学.pptx

§7-1 电化学的基本概念和法拉第定律
1、基本概念:
电导体,简称导体:定义, 分类:
第一类是电子导体:作用机理:靠自由电子的定向运动而导电。
影响因素: 温度升高,由于导电物质内部质点的热运动加剧,阻
碍自由电子的定向运动,电阻增大,导电能力降低。
第二类是离子导体:作用机理:是依靠离子的定向运动而导电。
影响因素:温度升高时,由于溶液的粘度降低,离子运动速度加
快,在水溶液中离子化作用减弱等原因,导电能力增强。
电池:若用第一类导体,也就是金属联结两个电极,并使电流在两电极间通过,则构成外电路:这种装置就叫做电池。
电解池:若在外电路中并联一个有一定电压的外加电源,则将有
电流以外加电源流入电池,且使电池中发生化学变化,此时电能
就转化成化学能,这种电池就称为电解池。
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§7-1 电化学的基本概念和法拉第定律
如图所示:
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§7-1 电化学的基本概念和法拉第定律
直流电源与两电极相连接,电流方向是电源外电路中由正极流
向负极,而电子流动的方向正好与之相反,是由电源外电路中由
负极流向正极。
电极反应:电子流到电极上,那么在电极上就会进行有电子得失的化学反应
规定:发生氧化反应(也就是失去电子的反应)的电极就称为阳极
发生还原反应(也就是得到电子的反应)的电极称为阴极。
在阳极—阴极上发生的两个电极反应的总结果就表示成电池反应。
在电解池中,电子的流动方向是由电源负极流向正极,因而与电
源负极相连的电极是发生得到电子的反应是阴极,而与电源正极
相连的电极是发生失去电子的反应是阳极。
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§7-1 电化学的基本概念和法拉第定律
原电池:若电池能自发地在两极上发生化学反应并产生电流,此时化学能转化为电能,则该电池就称为原电池
示意图如下:
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§7-1 电化学的基本概念和法拉第定律
无论是在原电池还是电解池中,人们总是把电势较低的电极称为
负极,在电势较高的极称为正极,在电解池中阳极是正极,阴极
是负极。
在原电池中阳极是负极,阴极是正极。
2、法拉第定律:
法拉第定律:其结果可用下述两个定律来概括。
⑴、电解过程中,在电极上起作用的物质的质量(m)与电解质溶液中通过的电量(Q)成正比,即
若在溶液中通过的是恒定电流,电流强度为I,则在时间t内通过的电量为,则上式:
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§7-1 电化学的基本概念和法拉第定律
⑵、在不同的电解质溶液中通过相等的电量时,各电极上起作用的物质的质量与各自的化学当量成正比,即
式中: 是摩尔质量, 是以电子电荷为单位的离子的电荷数。
是一个适用于任何物质的常数——法拉第常数。
是化学当量。
是该物质的克当量数n
上式又可写成:
因此的物理意义:就是1克当量物质发生放电时通过溶液的电量:此值也就是电极上有1mol电子转移时所带的电量。
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§7-2 离子的迁移数
1、离子的电迁移现象:
电迁移:在电化学中,常将离子在电场作用下而引起的运动。
在电解质溶液中通入电流,溶液中正、负离子分别向阴、阳两
极迁移,同时在电极上放电。若通过溶液的电量为Q,则两极上
均有相等的电量Q通过,且均有等克当量数(Q/F)或等物质的量
的物质进行放电。
由于溶液中的导电是依靠正、负离子共同完成的,因此通过溶
液的总电量Q应等于正离子输送的电量Q+与负离子输送的电量Q-
之和,即Q= Q++ Q-,但因正、负离子所带的电量不一定相等;
它们的迁移速度又不等,所以输送的电量Q+和Q-并不相等,显
然向两极迁移的正、负离子的克当量数之和,等于任一电极上放
电物质的克当量数。
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§7-2 离子的迁移数
在阴极上放电的正离子的数量大于向阴极迁移的正离子数量;
在阳极上放电的负离子数量大于向阳极迁移的负离子数量,这是
因为电极上放电的离子并不全是迁移来的离子,电极附近溶液中
的该种离子也进行放电,而且是首先放电,所以,电极附近虽然
迁入某种离子,但该种离子在电极上放电数量大于它迁入的数量
,这种离子的浓度反而降低了。
电解质实例:
1、两个惰性电极组成的电解池,假想可分为三个部分:
阴极区、中间区、阳极区
2、电解池中的溶液含有16克当量/mol的1—1型电解质。
3、通过电解池的总电量为4F(4mol F)
4、负离子的迁移速度U-是正离子迁移速度U+的3倍。
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§7-2 离子的迁移数
如图所示:
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§7-2 离子的迁移数
通电前后各区域物质的量的变化情况:
上述结果表明:
电解后:三个区域的溶液都是电中性的
电解后,两电极附近的阴极区和阳极区中,浓度变化不相同。
式中、分别表示阴极区和阳极区内电解质克当量数(物质
的量)的减少。
2、离子的迁移数
某种离子的迁移数t