电化学教学资料 李狄-电化学原理-第一章-绪论.pptVIP

电化学原理 Fundamentals of Electrochemistry 绪论  Introduction 电化学研究对象 电化学科学的应用 电化学发展历史 第一节 电化学研究对象 一. 不同的导电回路 电子导电回路 Electronic Circuit 原电池 Galvanic Cell 电解池 Electrolytic Cell 电子导电回路 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 原电池 将化学能转化为电能的装置。 载流子：离子+电子 电解池 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。 载流子：电子＋离子 几个重要概念 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。 两种导电体系： 电子导电回路 电子-离子导体串联回路 两种导电体系的区别： 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 ，并且导电过程中必然伴随着化学反应。 二. 电化学体系的定义 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。 电化学反应：在电化学体系中发生的氧化还原反应。 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（-） 三. 电化学研究的内容 第一类导体 第二类导体 界面结构与性质 界面反应（电化学反应）动力学 第二节 电化学科学的应用 电化学科学在工业上的应用 电解式净水器 电解熔融NaOH 电化学科学在电池研究领域的应用 燃料电池原理图 电动汽车中电池工作原理图（左图为放电过程，右图为充电过程） 电化学在金属的腐蚀与防护中的应用 混凝土中钢筋的腐蚀 第三节 电化学发展历史 19世纪70年代 Helmholtz 提出了双电层的概念 ； 1889年 Nernst 提出电极电位公式 ； 1905年Tafel提出Tafel经验公式。 电化学学科的发展 电解质溶液 Electrolyte 重点要求 水化概念 离子间相互作用的物理模型（离子氛模型） 活度系数概念及其计算 溶液电导率，当量电导，迁移数概念及其计算 影响溶液导电能力的主要因素 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。 分类： 弱电解质与强电解质—根据电离程度 缔合式与非缔合式—根据离子在溶液中存在的形态 可能电解质与真实电解质—根据键合类型 离子与水分子的相互作用 一. 水的结构特点 水分子为具有不等性杂化轨道结构的强极性分子。 液态水是由大小不等的缔合体与自由水分子组成的缔合式液体；固态水（冰）是以氢键缔合成正四面体晶体。温度升高时，氢键破坏，晶体分裂为大小不等的缔合体 。 二. 电离与离子水化 电解质溶于水时，同时存在两种变化： 电离作用：中性原子或分子形成能自由移动的离子的过程。 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。 离子水化产生两种影响 ： 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。 三. 水化热 一定温度下，1mol自由气态离子由真空进入大量水中形成无限稀溶液时的热效应称为离子的水化热。 水化热特点： 加合性：已知某离子水化热与相应电解质水化热时可求另外离子的水化热。 不能直接测量某个单个离子的水化热。 四. 水化膜与水化数 水化膜：离子与水分子相互作用改变了定向取向的水分子性质，受这种相互作用的水分子层称为水化膜。 水化膜可分为原水化膜与二级水化膜。 水化数：水化膜中包含的水分子数。 主要指原水化膜（原水化数），但由于原水化膜与二级膜之间无严格界限，所以是近似值； 是定性概念，不能计算与测量。 离子间的相互作用 一. 离子氛理论 在每一个中心离子周围存在一个球型对称的异电性的离子氛， 离子在静电引力下的分布服从Boltzmann定律， 电荷密度与电势之间的关系服从Poisson方程。 基本假设 在稀溶液中，强电解质是完全电离的； 离子间的相互作用主要是静