导体的分类.ppt

第六章 电解质溶液,电化学研究对象: 电化学是研究电能与化学能之间相互转化以及转化过程中所遵循的规律，在这些研究中常涉及电解质溶液。 电解质溶液是一种可以导电的液态物质，即为一种导体。它与固态金属导体的导电机制不同。,第六章 电解质溶液,6-1 导体的分类 6-2 电解质溶液导电原理 6-3 离子的水化作用 6-4 电导、电导率 6-5 离子的电迁移 6-6 电解质溶液的活度,电化学的用途,电分析 生物电化学,结束,6-1 导体的分类,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,一、按导电机制不同导体可以分为两类,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 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。,二、电解质的分类（根据电离程度不同）： 强电解质：在溶液中或熔融状态下完全电离成正、负离子。 弱电解质：只有部分电离。 强、弱电解质的划分不仅与电解质的本性有关，还与溶剂性质、溶液组成有关。 如KI溶于水中形成的溶液为强电解质；而在丙酮或醋酸中为弱电解质。 三、按价型不同分类 NaCl 1-1型电解质 Na2SO4 1-2型电解质 CuSO4 2-2型电解质,结束,6-2 电解质溶液导电原理,一、电解池与原电池 1 正、负极与阴、阳极 2 电解池与原电池 电解池：利用电能以发生化学反应的装置。 电解质水电离：正离子负极（外电场） 负离子正极（外电场） 负离子在正极，失电子，发生氧化反应阳极 正离子在负极，得电子，发生还原反应阴极 阴： 阳：,原电池：利用化学能转化为电能装置。,正极、负极,阴极、阳极,离子迁移方向,离子迁移方向：,阴离子迁向阳极,阳离子迁向阴极,原电池(galvanic cell),电解池(electrolytic cell),二、法拉第定律 电流产生的化学作用与电量之间的关系： （1）电解时，电极上起反应物质的量与通过溶液的电量成正比。（法拉第第一定律） （2）以相同电量通过含有不同电解质溶液的电解槽时，在每个电极上发生反应的各物质，其得（失）电子的物质的量相等。 Q1mol物质发生电化学反应所需电量（库仑） z1mol物质发生电化学反应所需电子的量 需3mol电子。 F法拉第常数（96500库仑/mol） 1法拉第1mol电子带电量 但实际电极上可能发生副反应，所以消耗的电量往往大于理论计算量，二者之比称为电流效率。,电流效率,例题： 通电于 溶液，电流强度 ， 析出 。已知 。 求： 通入电量Q； 通电时间t； 阳极上放出氧气的物质的量。,解:,法拉第定律的意义, 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。, 该定律在任何温度、任何压力下均可以使用。, 该定律的使用没有什么限制条件。,结束,6-3 离子的水化作用,水化作用的定性描述，自己看。,结束,6-4 电导、电导率和摩尔电导率,一、电导（导体的导电能力） G电导，单位：西门子S，常写为 ，读作姆欧。 G 的物理意义：当导体两端电位差为1V时，每秒通过导体的电量数值上 = 电导 G. 二、电导率 电导的大小反映一均匀导体的导电能力，它正比于导体截面积A，与导体长度l 成反比，即： 称为电导率（或比电导），即单位体积的电导。 的物理意义：两电极距离为1m，横截面积为1m2的两电极之间电解质溶液的电导。 其单位是： j 电流密度 单位电势梯度下的电流密度,三、摩尔电导率 1、 为两电极间单位体积电解质溶液的电导。当电解质浓度不同时，单位体积的电导，即电导率不同。 为比较不同浓度相同类型，或不同类型相同浓度的电解液的导电能力，又提出摩尔电导率的概念。 摩尔电导率( )的物理意义：相距1m的两电极间的溶液中含 1mol电解质时电解液的电导。 设电解液浓度为C(mol/m3)，则含1mol电解质的溶液体积: 为单位体积电解质溶液的电导。,2、无限稀释摩尔电导率 ： 同种电解质，浓度不同时，电导率不一样。 不同电解质，由于其在水中电离程度不同，（即使浓度相同），导电性也不一样，如强、弱电解质区别。 强电解质：几乎完全电离 弱电解质：部分电离，且浓度，电离程度。 强、弱电解质的相同点：C， ,强、弱电解质的不同点：强电解质C， 幅度小， 且C 0， 趋于一极限值 ，称为无限稀释摩尔电导率。 科尔劳施发现 的关系图。 在稀溶液范围成直线关系，可外推获得强电解质的 。而弱电解质不存在此种关系，不能用外推法求 。,四、电导的测定 及 和 的计算 1、G 的测定: 通过测R来得求G. 用惠斯通电桥来测溶液的R。 调 R2使T表为零时： 2、 的测定: 取决于电导池的几何特征，称为电导池常数（或电极常数）。 电导池常数直接测定有困难，往往用间接法测。 即：用此电解池测已知电导率溶液（常用KCl）的电导，来求电导池常数。,结束,6-5 离子的电迁移,一、离子的电迁移率 离子在外电场作用下，在溶液中沿电场方向移动。 一定温度、浓度下，离子在电场方向上的迁移速率V与两极间电势梯度成正比： 时离子的电迁移速率（m/s）称为离子的电迁移率。 单位: 二、离子的摩尔电导率 两电极间距离为1m的电解质溶液中,含有1摩尔离子时溶液的电导称为离子的摩尔电导率，以 和 分别表示正、负离子的摩尔电导率。 在离子浓度无限稀时的离子的摩尔电导率称作离子的无限稀释摩尔电导率。用 表示。 在离子浓度无限稀时，离子间的相互作用可以忽略，此时离子的运动可以认为是彼此独立的，称为离子独立运动。此时离子的电迁移率和电导率不受其它离子的影响，只与离子的种类和溶剂性质有关。,三、电解质电导与离子电导的关系 无限稀释时，正、负离子运动彼此独立，因而电解质的 为两离子无限稀释摩尔电导率之和： 此式称作离子独立运动定律。其中 分别为正、负离子的化学计量数。 四、电解质的电导率与离子电迁移率的关系 正、负离子的电迁移速率为 正、负离子的浓度分别为 电解质截面积为 则通过参考截面的电流I是1秒钟内正、负两种离子导通电流之和。 每秒通过A的正、负离子的量,此式为1-1型、2-2型等等价离子电解质的电导率与离子电迁移率间的关系。其摩尔电导率 与电迁移率关系为： 五、离子的迁移数 电解质溶液导通电量由正、负离子共同完成。每种离子导通的电量只占总电量的一部分，称离子迁移数，分别用 表示:,根据离子独立运动定律可得：,结束,6-6 电解质溶液的活度,由于正、负离子间存在相互作用（静电引力），再加上离子的水化等复杂因素，即使离子浓度很稀，也使电解质溶液的行为与理想稀溶液有偏差。 所以其热力学性质研究时需引入活度的概念。 一、电解质与离子的化学势 电解质：溶质B的化学势： 正、负离子的化学势： 由于溶液为电中性，所以正、负离子不可单独添加到溶液中，无法实验测量 、 。所以只能获得 偏离标准态的差值.,1mol B，在溶剂中完全电离为 二、电解质和离子的活度及活度因子 活度的定义式参照非电解质中活度的定义式，则：,一定T、P下， 值一定，a与标准态的 选择有关。 若用质量摩尔浓度M+ M-表示，则活度与质量摩尔浓度的关系式为： 三、离子的平均活度和平均活度因子 由于不能单独测定个别离子的活度和活度因子，所以常用平均离子活度和平均活度因子的概念。,不能单独测得，而 可由实验测量求得。有了 ， 四、德拜尤格尔极限定律 与电解质溶液的组成、温度及其他组分的存在有关。 实验发现，同样浓度，温度下，离子价数高低对 影响较大。 而在稀溶液中， 只与浓度和离子价数有关，而与离子的本性无关。 且价数的影响比浓度的影响更大些。因此路易斯和仑道尔引进离子强度I的概念.,其定义为： I离子强度,单位mol/Kg. 若同时存在几种电解质也可用此式计算I。 德拜尤格尔强电解质理论，认为：电解质溶液与理想稀溶液发生偏差的主要原因在于:电解质溶液中离子带有电荷，由于静电引力的作用，离子的独立自由运动受到异种离子的影响。据此导出离子平均活度因子 与离子强度I的关系： 称为德拜尤格尔极限定律,A常数，与溶剂密度，介电常数，溶液组成有关。 25水溶液中 A=0.5093 例6-3 用德拜尤格尔极限定律计算溶