电解质溶液电化学的基本概念和电解定律.pdf

第八章 电解质溶液 一、电化学的研究对象 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。 二、电化学的发展概况 1600 年，吉尔白特发现用毛皮擦过的琥珀对轻微物体有吸引行为 1799 年，伏打从银片、锌片交替的叠堆中成功地产生了可见火花，从而提供了用直流电源进行广泛研究的可 能性。 1807 年，戴维用电解成功地从钠、钾的氢氧化物中分离出了钠和钾。 1833 年，法拉第根据多次实验结果归纳出了著名的法拉第定律。（电化学的理论基础） 三、电化学理论 ★ 电解质的电离理论 ★ 强电解质溶液的离子互吸理论和电导理论 ★ 原电池电动势的产生理论 ★ 电极反应动力学的理论 四、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 五、电化学研究的主要内容 ♣ 电解质溶液理论（如离子互吸、离子水合、离子缔合、电导理论、电离平衡等） ♣ 电化学平衡（如可逆电池、电极电势、电动势以及可逆电动势与热力学函数之间的关系等） ♣ 电极过程（如从动力学的角度阐明电极上所发生反应的细节） ♣ 实用电化学（电化学原理在各有关领域中的应用，如半导体电化学，燃料电池等） 8.1 电化学的基本概念和电解定律 一、基本概念 1 、两类导体 第一类导体（电子导体，如金属、石墨等） A. 自由电子作定向移动而导电 B.导电过程中导体本身不发生变化 C.温度升高，电阻也升高 D.导电总量全部由电子承担 第二类导体（离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等） A.正、负离子作反向移动而导电 B.导电过程中有化学反应发生 C.温度升高，电阻下降 D.导电总量分别由正、负离子分担 ! 固体电解质，如AgBr 、 PbI2 等，也属于离子导体，但它导电的机理比较复杂，导电能力不高，本章以讨 论电解质水溶液为主。 2 、电池——原电池和电解池 3 、电极 按电势高低：正极：电势高的极称为正极电流从正极流向负极 原电池 电解池 负极：电势低的极称为负极电子从负极流向正极 正极 阴极 阳极 按反应类型 阴极(Cathode) ：发生还原作用的极称为阴极 负极 阳极 阴极 阳极(Anode) ：发生氧化作用的极称为阳极 二、法拉第定律(Faraday ’s Law) 1、内容： 通电于电解质溶液之后 (1) n ∝ Q 8-1 (2) 若干个电解池串联，当所取的基本粒子的荷电数相同时，有 mi ∝ Mi 2 、数学表达式 (1) Q = n z F Q 电量(C) F = Le = 96500C·mol-1 法拉第常数 z 电子的计量系数 M z + +ze − →M A z − −ze − →A 注意: z 与M 的取值对应关系 Q （2 ）m nM M zF 3 、基本单元 荷一价电 阴极 1 H , 1 Cu, 1 Au 阳极 1 O , 1 Cl 2 2 2 3 4 2 2 2 4、法拉第定律的意义 （1 ） 法拉第定律是电化学上最早的定量的基本定律，揭示了通入的电量与析出物质之间的定量关系。 （2 ） 该定律在任何温度、任何压力下均可以使用。 5、电流效率(副反应或次级反应) 例如：电解食盐溶液时，阳极上所生成的 Cl2 部分溶解在溶液中发生次级反应而生成次氯酸盐和氯酸盐。因 此，实际所消耗的电量要比按法拉第定律计算所需的理论电量多一些。 8.2 离子的电迁移率和迁移数