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、绪论
电子导电回路:n凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的回路称之
为电子导电回路。
载流子:自由电子
2、原电池:将化学能转化为电能的装置。
载流子:离子+电子
3.电解池:ü由外电源提供电能,使电流通过电极,在电极上发生电极反应的装置。
n载流子:电子+离子
?电子导电回路中只有单纯的电子(空穴)流动;
?电子—离子导体串联回路中两种载流子是通过电极/溶液界面的氧化还原反应传递电荷的,并且导电过程中往往伴随着化学反应。
几个重要概念
n第一类导体:凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体,即载流子为自由电子(或空穴)的导体,叫做电子导体,也称第一类导体。
第二类导体:凡是依靠物体内的离子运动而导电的导体叫做离子导体,也称第二类导体。
n电化学体系:两类导体串联组成的,在电荷转移过程中不可避免地伴随有物质变化的体系。
n电化学反应:在电化学体系中发生的氧化还原反应。
n电极反应:电极/溶液界面(两类导体界面)发生的电化学反应。
?阳极(anode):发生氧化反应的电极
原电池(-)电解池(+)
?阴极(cathode):发生还原反应的电极
原电池(+)电解池(-)
电解质:溶于溶剂或熔化时形成离子,从而具有导电能力的物质
电解质溶于水时,同时存在两种变化:
n电离作用:中性原子或分子形成能自由移动的离子的过程。
n水化作用:物质与水发生化合叫水化作用,又称水合作用。
离子与水分子相互作用导致水分子定向排列,这样的结果破坏了水层的四面体结构,离子不能裸露存在。
?溶剂对溶质的影响:离子水化减少溶液中自由分子的数量,同时增加离子的体积;
?溶质对溶剂的影响:带电离子的水化破坏附近水层的四面体结构,改变邻近水分子层的介电常数。
n活度系数:活度与浓度的比值,反映了粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想溶液的偏差。
影响溶液电导的主要因素:
?离子数量
?离子运动速度
离子本性:半径跟价数,半价大,价数低,则速度低
温度:抛物线,温度高,导电率加强。
浓度:抛物线,浓度高,离子间作用力加强,阻力大,速度慢。
黏度:粘度高,阻力大,速度慢。
电化学热力学
?相间:两相界面上不同于基体性质的过度层。
?相间电位:两相接触时,在两相界面层中存在的电位差。
?产生电位差的原因:荷电粒子(含偶极子)的非均匀分布 。
形成相间电位的可能情形
?剩余电荷层:带电粒子在两相间的转移或利用外电源向界面两侧充电;
?吸附双电层:阴、阳离子在界面层中吸附量不同,使界面与相本体中出现等值反号电荷;
?偶极子层:极性分子在界面溶液一侧定向排列;
?金属表面电位:金属表面因各种短程力作用而形成的表面电位差。
长程力:作用力随距离的增加而缓慢减少,如库仑力;
短程力:作用力随距离的增加而急速减小,如核力。
n绝对电位:金属(电子导电相)与溶液(离子导电相)之间的电位差。
相对(电极)电位:研究电极与参比电极组成的原电池电动势称为该电极的相对(电极)电位
?参比电极:能作为基准的,本身电极电位恒定的电极称为参比电极。
可逆电池
n阳离子(第一类)可逆: 金属在含有该金属离子的可溶性盐溶液中所组成的电极。
n阴离子(第二类)可逆:金属插入其难溶盐和与该难溶盐具有相同阴离子的可溶性盐溶液中。
氧化还原可逆电极:铂或其它惰性金属插入同一元素的两种不同价态离子溶液中
气体电极:气体吸附在铂或其它惰性金属表面与溶液中相应的离子进行氧化还原反应并达到平衡
不可逆电极
第一类不可逆电极:金属在不含该金属离子的溶液中形成的电极。
第二类不可逆电极:标准电位较正的金属在能生成该金属难溶盐或氧化物的溶液中形成的电极。
第三类不可逆电极:金属浸入含有某种氧化剂的溶液中形成的电极。
不可逆气体电极:一些具有较低氢过电位的金属在水溶液中,尤其在酸中,形成的电极。
?液体接界电位:相互接触的两个组成不同或浓度不同的电解质溶液之间存在的相间电位。
一. 三种电化学体系:
?原电池(Galvanic cell):凡是能将化学能直接转变为电能的电化学装置叫做原电池或自发电池;
?电解池(Electrolytic cell):将电能转化为化学能的电化学体系叫电解电池或电解池;
?腐蚀电池(Corrosion cell):只能导致金属材料破坏而不能对外界做电功的短路原电池。
电池的可逆性:电池进行可逆变化必须具备两个条件:
?电池中的化学变化是可逆的,即物质的变化是可逆的;
电池中能量的转化是可逆的,即电能或化学能不转变为热能而散失。
电极/溶液界面的结构与性质
理想极化电极
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