第七章-天大物理化学电化学总结.ppt

第七章电化学概述电化学，电化学的研究对象，以及研究电能和化学能相互转化规律的三个科学部分：电解质溶液：(7.1-7.4)原电池：(7.5-7.9)电解和极化：(7.10-7.12)，(1)电解质溶液，电解质溶液是原电池和电解槽的工作介质，传导和传导机理，电极反应-法拉第定律(7.1)，离子定向迁移-离子迁移数(7.2)，(摩尔)电导率(速率)3333 离子平均活度系数、电解质溶液的活度、电导率和其他性质(7.4)、电解质溶液、溶解在溶剂中并完全或部分电离成离子溶液的电解质溶液的溶质、相应的称为电解质的溶质、电解质溶液的导电机理、正在进行氧化还原反应的带电离子进行定向运动、电极反应：上的获得和失去电子的反应、阳极：上的氧化反应电极、阴极：上的还原反应电极、电池反应：的两个电极反应的总和， 电解质溶液的导电机理，正电极：高电位，负电极：低电位，电解池，原电池，负电极，注意，法拉第定律，描述：通过电极的电量和电极反应的物质的量之间的关系，q-通过电极的电量，z-电极反应中的电荷量(即转移的电子数)取正值。 -电极反应进程，f-法拉第常数；F=Le=96485.309C/mol，电解过程中的法拉第定律同时适用于原电池放电过程，定义离子迁移数，定义：离子携带的电流与通过溶液的总电流之比是离子的迁移数，离子迁移数的测定方法，(1)电解后的Hittorf法n=电解前n -n反应-n迁移，t=Vc/n，(2)界面迁移法，电导率，电导率和摩尔电导率，1。定义，(1)电导率(G):单位S(1S=1-1)，(2)电导率():当电介质溶液填充在两个平行板电极之间，距离为1m，面积为1m2。单位S.m-1，(3)摩尔电导率( m) :溶液电导率与其浓度之比，单位S.m2.mol-1。反映电极间距为1m的溶液中1mol电解质的电导率。在平行电极1M之间分开，放1毫升电解质溶液，此时电导。m用来表示3之间的关系。摩尔电导率和浓度，以及4。科尔劳什离子独立运动定律。在无限稀释溶液中，离子彼此独立移动，不会相互影响。无限稀释电解质的摩尔电导率等于无限稀释中阴离子和阳离子的摩尔电导率之和。电导测量的应用，(1)计算弱电解质的离解度和离解常数，(2)计算不溶性盐的溶解度，(3)检查水的纯度，(4)电导滴定，弱电解质的部分电离。例如，乙酸，CH3COHOH=CH3COO-C(1-)CC在离解前c00的离解平衡，1。电解质的平均离子活度和平均离子活度(因子)系数，如果电解质的摩尔质量MX-为B，活度为A，则注：1。不能直接确定A()和A-(-)。而a()可以测量为2。ab=bbb (b电解质、阳离子、阴离子和平均值)3。上述表达式将广泛应用于一次电池的基本方程中。1.平均离子活度和平均离子活度(因子)系数，实际电解质溶液和无限稀释溶液之间的偏差程度，分析和讨论：(1)、(2)，应用上述公式时的要求：见实施例7.4.1、2。离子强度，定义：在稀溶液的范围内，路易斯总结为：3。德拜-哈克公式，目的：计算稀溶液电解质中离子的平均活度因子，理论：强电解质离子相互吸收理论，非缔合电解质理论，假设：(1)电解质完全电离。(2)溶液中离子间的力只是库仑力。3.德拜-哈克公式、德拜-哈克极限公式、单离子活度系数公式：稀溶液中平均离子活度系数公式：在298.15K水溶液中：A=0。原电池，原电池一种通过电极上的氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，是一门电化学研究电极和溶液界面发生的化学反应及相关现象的科学，是一门研究电能和化学能相互转化过程的规律以及电化学反应特征的科学。1.电化学反应通常应该在特定的装置(电池、电解池)中进行，伴随着电荷的流动。电化学反应的热力学特征是反应中吉姆萨函数的变化值小于系统与环境之间交换的电功。电化学反应的动力学特征是反应速率受电位差或端电压的强烈影响。可逆电池与电动势的测定。1.可逆电池。任何反应和过程都可逆的电池是可逆电池，它需要：(a)电极反应在热力学上是可逆的；(b)电极反应在无限接近电化学平衡的条件下进行，(c)电池中的其它过程必须是可逆的。2丹尼尔细胞，细胞表达规则：左侧负极：氧化反应；正极在右边：还原反应；三种相界面由表示；说明材料状态、活性和压力；气态物质应以惰性物质作为载体(电极)；符号排列顺序应真实反映电池中各种物质的接触顺序；如果根据上述规则书写的电池电势小于零，则实际电池情况与书写表达式相反。尽管丹尼尔电池的电极反应是可逆的，但在液体连接处的扩散过程是不可逆的，因此它是一个不可逆的电池。韦斯顿标准电池，韦斯顿标准电池是一种高度可逆的电池阳极：镉(汞齐)SO42-8/3H2O (L)硫化镉4.8/3H2O (S)2E-阴极：硫化汞4(S)2E-2HG(L)SO42-电池反应：镉(汞齐)硫化汞4 (S) 8/3H2O (L) 2HG (L)硫化镉4.8/3H2O(S)图： w(Cd)=12.5%(Hg)|硫化镉. 8/片用途：配合电位器测量原电池电动势。电池电动势的测量必须在电流无限接近于零的条件下进行。4。电池电动势的测定，Poggendorf消去法：三节电池：工作电池，标准电池，待测电池，电流计，滑线电阻电流计，无电流通过时：电池反应，1。电池表示，左正右负，阳极氧化失去电子，阴极还原得到电子。2.2。在阳极(或阴极)上找出“材料对”的氧化(或还原)反应，分别记下电极反应。注：(1)“物质对”中每种物质的状态、反应物和产物都是正确的。(2)首先是物质平衡，然后是电荷平衡(两个电极获得和损失的电子数应该相等)。和3。将两个电极反应相加得到电池反应。(2)一次电池热力学，1。电池电势和吉布斯函数，2。电池电势的温度系数，3。能斯特方程，锌(s) Cu2锌(s)Cu2，298.15K，3。能斯特方程，当电池反应达到平衡时，E=0:电极电位和液体结电位，1。原电池电动势，2。标准氢电极(SHE)，标准电极电位表(p29)(1)电极符号：“离子u中性状态”(2)电极反应：氧化态ze-还原态(3)电极电位值：e 0在氢电极之前，电池反应反向进行；在氢电极e 0，g 0之后，电池反应向前进行。3。电极电势和标准电极电势、电极电势的能斯特方程以及还原电极电势的水平提供了电极氧化态物质将电子还原成还原态物质的趋势的量度。对于由任意两个电极组成的电池，电动势E=E右-E左E为正，表明电池反应可以自发进行。示例：p31，3。电极电位和标准电极电位，4。电极反应电位与电池反应电位的关系，5。液体结势及其e4.如果发现e 0，则意味着电池的正负极颠倒，将进行校正。P30例7.7.1，电极类型，包括将吸附有某种气体的金属或惰性金属置于含有元素离子的溶液中。包括金属电极、氢电极、氧电极和卤素电极。(2)氢电极/氧电极结构：将镀有铂黑的铂片浸入含有氢或羟基的溶液中，并连续引入H2(g)/氧(g)以形成酸性或碱性氢电极。(1)金属电极和卤素电极Zn2 | zn3336 zn22e-ZnCl-| Cl2 | pt 3336 Cl2(g)2e-2cl-，包括金属不溶性盐电极和金属不溶性氧化物电极。(1)金属微溶盐电极：在金属上涂覆一层金属微溶盐，然后浸入含有与微溶盐相同负离子的易溶盐溶液中。最常用的是氯化银电极和甘汞电极。(1)甘汞电极金属为Hg，不溶性盐为Hg2Cl2(s)，可溶性盐溶液为KCl溶液，即C1-| Hg2 Cl 2(s)| Hg电极反应：Hg2 Cl 2(s)2e-2hg 2cl-优点：制备简单，电极电位稳定。因此，当测量电池的电动势时，它通常被用作参考电极。例如，锑-锑氧化物电极是通过用三氧化二锑层覆盖锑棒并将其浸入含氢或氢氧化物的溶液中而形成的。酸性：H，H2O|Sb2O3(s)|Sb电极反应：Sb2O3 (S) 6H6E-2Sb3H2O (G)，(2)金属不溶性氧化物电极，碱性：OH-，H2O|Sb2O3(s)|Sb电极反应：Sb2O3 (S) 3H2O 6E-2Sb6OH-，型电极氧化还原电极，4个应用，电池是由电极反应和电池反应设计的。电极反应和电池反应由电池符号书写。两个主要应用是电极反应和由电池符号书写的电池反应，负电极反应(氧化反应)，正电极反应(还原反应)，电池反应，=，左侧氧化反应，右侧还原反应。不参与反应的物质(离子)可以忽略不计；物料平衡和费用平衡；H2O平衡反应是在酸碱条件下进行的。通过电极反应和电池反应设计电池，找出电池反应中氧化还原物质；记下阳极(阴极)反应和阴极(阳极)反应，注意物料平衡和电荷平衡；根据电池符号写出电池表达式。自发过程分为两部分，一部分允许它经历氧化反应。其中一些会发生还原反应。然后分别找出相应的电极来实现这一反应。左阳和右阴形成一个电池。(3)电解、设计方法、极化、分解电压、电解操作，使电解质能在最小外加电压为分解电压的两极连续分解。极化，1电极极化，定义：电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极电位的现象称为电极极化，过电位：在一定的电流密度下，电极电位与其平衡电极电位之差的绝对值称为过电位，以此来表示。注：表示极化程度(不可逆程度)，随J变化，极化原因有：(1)浓差极化(由慢扩散引起)，(2)活化极化(由慢电化学反应引起)，说明：浓