物理化学：6.1电化学的基本概念

1、第一节 电解质溶液的导电性质,一. 电解质溶液导电现象,导体 能够导电的物体,第一类导体：依靠电子的定向迁移来导电，又称电子 导体，如金属、石墨等。 主要特征：温度升高，导电能力下降 第二类导体：依靠离子的定向迁移来导电，又称离子 导体，如电解质溶液或熔融电解质等。 主要特征：温度升高，导电能力增强,一. 电解质溶液导电现象,电解池：电能转化为化学能的电化学装置 原电池：化学能转化为电能的电化学装置,电化学装置化学能和电能相互转换的装置,电解池和原电池均由电极和电解质溶液组成,阳极：发生氧化反应的电极 阴极：发生还原反应的电极 正极：电势高的电极 负极：电势低的电极,电极命名,电化学约定,物理

2、学约定,一. 电解质溶液导电现象,电解池中与外电源负极相接的电极，电势较低，故为负极，发生还原反应，所以也是阴极；与外电源正极相接的电极，电势较高，为正极，发生氧化反应，所以也是阳极。 原电池中发生氧化作用的阳极，有多余的电子输出至外电路，故为电势较低的负极；发生还原作用的阴极，从外电路接受电子，故为电势较高的正极,一. 电解质溶液导电现象,在电解质溶液（例HCl）中插入二个铂电极（惰性电极）接上电源，回路中有电流通过，其导电过程,1）电子从负极流出,2）在阴极上交换电子 2H+ +2e- H2（还原反应） H+ 向阴极迁移,3）在阳极上交换电子 2Cl 2e- Cl2（氧化反应） Cl 向阳

3、极迁移,4）电子从阳极流回正极,电解质溶液导电机理,二、法拉第电解定律,1833年，法拉第（Faraday）在大量实验基础上，归纳出了电流通过电解质溶液时，电极上发生反应的物质的量与通过的电量之间的关系： （1）电解时，在任一电极上发生化学反应的物质的量与通入的电量成正比； （2）在几个串联的电解池中通入一定的电量后，各个电极上发生化学反应的物质的量相同,或,Q：电解时通过的电量； n：电极上参加反应的物质B的物质的量：z：电极反应中的电子计量系数；F：法拉第常数,注意：电化学中，元电荷e是指一个质子或一个电 子的电荷绝对值，为物质的量的基本单元，如H+、 、 等,二、法拉第电解定律,法拉第常

4、数F 1mol元电荷所具有的电量,法拉第定律没有使用的限制条件，在任何温度和压力下都能适用,是自然界中为数不多的最准确定律之一,例1 在一含有CuSO4溶液的电解池中通入2.0A直流电482s， 问有多少质量的铜沉积在阴极上,解：通入的电量Q为,阴极电极反应：Cu2+ + 2e- Cu,因此，沉积在电极上的铜的质量m为,电极上参加反应的物质Cu2+的物质的量n为,二、法拉第电解定律,三、离子的电迁移和迁移数,一）离子的电迁移现象,离子的电迁移：在电场作用下，离子的定向运动,接通电源，通入4mol电子的电量。4mol的正离子在阴极发生还原反应，4mol的负离子在阳极发生氧化反应。同时，溶液中的离

5、子作定向移动。由于电解质溶液内部电量的输运是由正负离子共同担当的，且随每种离子迁移速率的不同，各自输运的电量也不尽相同。从而造成电解质在两极附近的溶液中浓度变化的不同,阴极,通电前,阳极,阴极区,阳极区,中间区,+ + + +,+ + + +,+ + + +,1. 正负离子迁移速率相等，各自分担一半导电任务,三、离子的电迁移和迁移数,阴极,迁移情况,阳极,阴极区,阳极区,中间区,+ +,+ +,阴极,阳极,阴极区,阳极区,中间区,+ +,+ + + +,+ +,迁移结果,通电结束后，中间区溶液浓度没有变化，阴极区和阳极区浓度发生了相同的变化，各减少了2 mol正负离子,2. 正离子的迁移速率是负离子的三倍，承担3/4导电任务,三、离子的电迁移和迁移数,阴极,迁移情况,阳极,阴极区,阳极区,中间区,+,+,阴极,阳极,阴极区,阳极区,中间区,+ + +,+ + + +,+,迁移结果,通电结束后，中间区浓度保持不变，阴极区和阳极区溶液的浓度发生了不同的变化，阴极区减少了1 mol正、负离子，阳极区减少了3 mol正、负离子,1）通过溶液的总电量Q等于正离子迁移的电量Q和负离子迁移的电量Q之和,结论,2,三、离子的电迁移和迁移数,三、离子的电迁移和迁移数,二）离子迁移数,离子迁移数t