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电化学基础
课程的主要内容(*为核心内容)
第1章 电解质溶液的性质和行为
第2章 电动势与电极电位
第3章* 电极与溶液界面结构与性质
第4章* 电极过程与电化学测试技术
第5章* 液相传质动力学
第6章* 电荷传递动力学
第7章* 气体电极过程
第8章 金属的电沉积
第9章 金属的阳极过程
课程基本要求
老规矩
了解来龙去脉,掌握知识体系
注意与前期课程内容的联系
第1章 电解质溶液的性质和行为
1.1 导体的分类
导体——能导电的物体
电子导体——金属
金属导电是在一定电场下,金属晶格中的自由电子定向流动的结果。
当电流通过这类导体时,除了它本身可能发热外,不发生任何化学变化。
电子导体的导电能力随着温度升高而降低。
1.1 导体的分类
离子导体——电解质溶液;熔融电解质
依赖正、负两种离子各向相反方向迁移以运输电量。
当插入电解质液体中的两电极之间存在电位差时,离子作定向运动,同时在电极上伴随有化学变化发生。
只有电极反应不断进行,才能使电路中的电子不断地作定向运动而导电。
由于离子迁移的速度随温度升高而加快,所以离子导体的导电能力随着温度升高而增大。
1.1 导体的分类
半导体——不同于上述两类导体
靠电子导电
或靠空穴导电
其导电能力随温度升高或受光的照射而增大。
1.2 电解定律
法拉第在总结大量实验的基础上,于1833年得出两条基本规律:
电解时,在电极上起反应的物质量与通过溶液的电量成正比;
当以相同的电量分别通过含不同电解质溶液的电解槽时,在各个电极上起反应物质的量与它们的化学当量成正比。
电解得到1克当量物质所需的电量叫1法拉第,以F表示。F的精确值为96484.8,但为计算方便起见,把它当作96500库仑。
这是理论值。实际问题涉及电流效率。
各种电量单位
库仑 C
安培·小时
即1安培电流通过1小时所流过的电量。安培小时和法拉第F(=96500库仑)之间的关系为:
1安培小时=1×60×60=3600库仑
安培·小时
各种电量单位
电化学当量
1库仑电量通过电解槽时所得产物的毫克数称为该物质的电化学当量(C)。
例如银、氢的电化学当量各为1.118毫克/库仑和0.010毫克/库仑。
也有用克/安培·小时来表示的:
例如银的电化学当量又可表示为4.025克/安培·小时。
氢的电化学当量又可表示为0.0375克/安培·小时。
1.3 电解质溶液的电导
比电导
1.3 电解质溶液的电导
当量电导
1.3 电解质溶液的电导
离子独立移动定律
1.3 电解质溶液的电导
电导的测定
1.3 电解质溶液的电导
离子的迁移数
1.4 强电解质溶液的静电理论
强电解质溶液的离子互吸理论概述
经典电离学说:假设弱电解质在溶液中“部分电离” 。对于强电解质,谈不上“部分解离成离子”和电离度等问题。该学说完全忽略了溶液中离子间的相互作用,无法解答强电解质在稀溶液中的“当量电导与浓度的平方根呈线性关系”这一实验事实。
修正:由德拜-休格尔于1923年提出的。该理论认为强电解质在溶液中是完全电离的,但是离子之间存在着一定的静电相互作用,使离子趋向于较有规律地排列,同时离子的热运动又力图使它们均匀地分散在溶液中。结果使得离子在溶液中的分布在一定程度上近程有序。
1.4 强电解质溶液的静电理论
离子氛
1.4 强电解质溶液的静电理论
静电理论在电解质电导问题上的应用
无限稀:正确
有限稀:偏差!!
为什么?
1.4 强电解质溶液的静电理论
松驰电力:
在外加电场作用下,中心正离子向阴极移动,此时平衡状态下的离子氛的对称性遭到破坏;
但因静电作用,离子间仍有恢复平衡重新形成离子氛的趋势。离子氛的消失和形成需要一定的时间——松驰时间;
松驰时间是有限的,说明运动着的中心离子周围的氛是不对称的,对在外加电场下运动的中心离子产生一种阻力——松驰电力;
它使得离子的运动速度减小,因而当量电导降低。
电泳力:
在外加电场作用下,中心正离子同其溶剂化分子一起向阴极移动;
而其带异号电荷的离子氛则同溶剂化分子一起向阳极移动;
这一运动阻滞了离子在溶液中的运动,产生附加的阻力——电泳力(它和胶体微粒在电场中运动时所受到的阻力相似);
电泳力的影响也降低了离子运动的速度,因而也使当量电导降低。
1.4 强电解质溶液的静电理论
根据离子氛模型和静电作用理论,并考虑到上面两种因素,德拜-休格尔-翁萨格推导出强电解质的当量电导与当量浓度之间的关系式。
对于1-1价型的电解质
实验验证:
静电理论在强电解质活度系数上的应用
活度和活度系数
注意活度的定义…
静电理论在强电解质活度系数上的应用
静电理论的体现包含在A中
详细讨论可参考理论电化学专著
在
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