电化学原理-第5章：液相传质步骤动力学教程.ppt

液相传质的三种方式 稳态扩散过程 浓差极化的规律和浓差极化的判别 非稳态扩散过程 滴汞电极的扩散电流;研究液相传质动力学的意义;液相传质动力学，实际上是讨论电极表面物质浓度变化的速度（向电极表面传输物质的速度）。 与电极反应的速度有关，但如果我们假定电极反应速度很快，那么这种物质浓度的变化速度主要取决于液相传质的方式及其速度。 因此．我们要先研究液相传质的几种方式。;一、液相传质的三种方式 二、液相传质三种方式的比较 三、液相传质三种方式的相互影响;1、电迁移 2、对流 3、扩散;电迁移：电解质溶液中的带电粒子（离子）在电场作用下沿一定方向移动的现象。 电迁流量：由于电迁移使电极表面溶液中某种离子浓度发生变化的数量(单位：mol/(cm2s)。;电迁流量与i离子的迁移数有关，通过电迁移作用传输到电极表面的离子，有些是参与电极反应，有些不参加电极反应，只起到传导电流的作用。溶液中其它各种离子浓度越大，当通过一定电流时，则i离子的迁移数越小，电迁流量也越小。;2、对流;3 扩散;3 扩散;电极反应初期，浓度梯度较小，扩散较慢，扩散过来的反应粒子的数量远小于电极反应的消耗量，因此，使浓度梯度加大，扩散范围也增大，在扩散层中，反应粒子的浓度随时间和距电极表面距离的不同而不断变化。;稳态扩散：扩散的速度不断提高，扩散补充的反应离子数与电极反应消耗的反应粒子数相等，扩散层中，各点的反应粒子浓度分布不再随时间的变化而变化，仅仅是距离的函数。;稳态扩散流量;1、传质推动力： 电迁移 电场力 对流 重力差（温度差、密度差）；搅拌外力 扩散 化学位梯度（浓度差，浓度梯度） 2、传输的物质粒子： 电迁移 带电粒子 对流，扩散 离子、分子、微粒 3、溶质粒子和溶剂粒子的相对运动： 电迁移、扩散 有 对流 无;4、传质作用的区域：;如果采用一定措施， 例如向溶液中加入大量的局外电解质（即不参加电极反应的电解质），此时溶液中输送电荷的任务主要是由它承担，反应离子的电迁移传质作用可忽略，可以认为在紧靠电极表面的液层中（扩散层）只有扩散传质起作用。;1.电流通过电极时，三种传质方式可能同时存在，但在一定的区域中，起主要作用的传质方式往往只是其中一种或两种。 2.溶液中含有大量局外电解质时，液相传质过程将由对流和扩散两个连续步骤串联完成，因为对流传质的速度远大于扩散传质的速度，因此液相传质速度主要由扩散传质过程所控制;1、一定强度对流作用的存在，是实现稳态扩散过程的必要条件。 2、当电解液中无大量局外电解质存在时，电迁移作用不能忽略。此时，电迁移对扩散过程起叠加或抵消作用。;1、 液相传质的三种方式分别是（ ）、（ ）和（ ）。 2、推动力是浓度差的传质方式是（ ）。 A电迁移； B 对流； C扩散； D 带电粒子。 3、电迁移传输的物质是（ ）。 A 分子； B 微粒； C 带电离子； C 离子、分子、其他形式的物质微粒。 4、在紧靠电极表面的液层中，没有大量的局外电解质存在时，（ ）传质方式占主导地位。 A 电迁移； B 对流； C 扩散； D 电迁移、扩散。;一、理想条件下的稳态扩散 二、真实条件下的稳态扩散 三、旋转圆盘电极 四、电迁移对稳态扩散过程的影响 ;5.2.1 理想条件下的稳态扩散;若扩散步骤为控制步骤时，整个电极反应的速度就由扩散速度来决定，因此可以用电流密度来表示扩散速度。若以还原电流为正值;式（5.5）可以扩展为一般形式。假设电极反应为O+ne=R，则稳态扩散的电流密度为;在电解池通电之前， 。当通电后， 下降，如果当 ，则反应粒子的浓度梯度达到最大值，扩散速度也最大，此时的扩散电流密度为;将式（5.7）代入式（5.6）中，可得 或 从式（5.9）中可以看出，若 ，则 ，这当然是不可能的。这进一步证实，jd就是理想稳态扩散过程的极限电流密度。 ;;5.2.2 实际情况下的稳态扩散过程;根据流体力学理论可知： 边界层厚度： 动力粘滞系数： ;边界层：存在流速梯度 传递动量 决定因素 扩散层：存在浓度梯度 传递物质 决定因素 相互关系： ;u≠0;扩散层有效厚度： 或者： ;由 得对流扩