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物理化学(Physics Chemistry) 主讲教师：魏鹃 E-mail: weipeilan2004@163.com 电话:(67176) §6 电化学 电化学主要是研究电能和化学能之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学。 研究对象: 电化学的用途 ⒈电解 精炼和冶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。 ⒉电池 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化学电源。 ⒊电分析 ⒋生物电化学 §6.1 电解质溶液的导电机理及法拉第定律 1.电解质溶液的导电机理 自由电子作定向移动而导电 导电过程中导体本身不发生变化 温度升高，电阻也升高 导电总量全部由电子承担 又称电子导体，如金属、石墨等。 第一类导体 正、负离子作反向移动而导电 导电过程中有化学反应发生 温度升高，电阻下降 导电总量分别由正、负离子分担 又称离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等。 1.1电解质溶液的导电机理－电解池 电解池：将电能转化为化学能的装置 1.1电解质溶液的导电机理－电解池 离子迁移方向： 阴离子迁向阳极 阳离子迁向阴极 在电解质溶液和电极的界面间，又是如何导电的呢？ 导电机理：电极反应的发生，使电极和电解质溶液界面处能有电流通过。同时阴极和阳极间形成电场，在电场的作用下，溶液中的正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移，二者的迁移方向相反，但导电方向却是一致的 。 电解质溶液的导电过程包括: 电极反应和电解质溶液中离子的定向迁移。 Cu(s)→ Cu2++2e- Cu2++2e-→Cu(s) 1.2电解质溶液的导电机理－原电池 还原反应，阴极 原电池：自发地在两个电极上发生化学反应，并产生电流的装置；或将化学能转化为电能的装置 CuSO4 Cu Fe Cu电极： Fe电极： Fe - 2e → Fe2+ 氧化反应，阳极 负极 正极 Cu2+ + Fe → Cu + Fe2+ 电池反应： 原电池的阴极为正极，阳极为负极。阴阳对正负 Cu2+ + 2e →Cu 离子迁移方向： 阴离子迁向阳极 阳离子迁向阴极 与电解池中离子的迁移方向一致 电解池和原电池中，电解质溶液的导电过程都包括: 电极反应和电解质溶液中离子的定向迁移。 2. 法拉第定律（Faraday’s Law ） 2. 在电极界面上发生化学变化物质的量与通过溶液或电极的电量成正比。 1. 通电于若干个串联的电解池线路中，在每个电极上发生电极反应得失电子总数相同。 电子的得失数为 z，通入的电量为 Q，电极上发生n mol反应： F 法拉第常数在数值上等于1 mol元电荷的电量。已知元电荷电量为 F=L·e =6.022×1023 mol-1×1.6022×10-19 C ≈96500 C·mol-1 电化学上最早的定量的基本定律，揭示了通入的电量与电极反应之间的定量关系。 该定律在任何温度、任何压力下均可以使用。 该定律的使用没有过多限制条件。 法拉第定律的意义： 法拉第定律说明电极上发生的电极反应与通过电极的电量之间有严格的定量关系。可设计电量计(库仑计)来测量电路中通过的电量，其原理是测定电极上发生电极反应的物质的量（摩尔数）来确定电路中通过的电量 3. 电量的测定 电流通过电解质溶液时，电解质溶液内部通过的电量是正、负离子共同迁移的结果，正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移。 通常情况下，同一电解质溶液中正离子、负离子所迁移的电量不相等，因为两种离子运动速度不相等。 电解质溶液的导电行为，可以用离子的迁移速率、离子的电迁移数以及电导、电导率、摩尔电导率和离子摩尔电导率等物理量来定量的描述。 §6.2 离子迁移数 一、离子迁移数 电迁移：离子在电场作用下而产生的运动，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移的现象称为电迁移。 在电迁移的同时，阴、阳离子（正、负）离子分别在两个电极上发生电极反应，从而两个电极附近区域，离子浓度发生变化。 假定使用惰性电极点解1-1价型的电解质溶液，设想在两个惰性电极之间有假想的界面，将溶液分为阳极区、中间区及阴极区三个部分。假定未通电前，每个区均含有正、负离子各5 mol，用+、-号代替。 设离子都是一价的，当通入3F的电量时，阳极上有3 mol负离子氧化，阴极上有3 mol正离子还原。 两电极间正、负离子共同承担3F电量的运输任务 若离子都是一价的，则离子运输电荷的数量只取决于离子迁移的速度。 设正离子迁移速率是负离子的二倍，υ +=2υ- ，则正离子导2F的电量，负离子导1F的电量。在假想的每个平面上都有2mol正离子和1mol负离