电解质溶液及电化学系统

1、第八章 电解质溶液及电化学系统主要内容1 电解质溶液及电化学系统研究的内容和方法2 电解质溶液的热力学性质3 电解质溶液的导电性质4 电化学系统的热力学重点1重点掌握了解电解质溶液的导电机理，理解离子迁移数、表征电解质溶液导电能力的的物理量（电导率、摩尔电导率）、电解质活度和离子平均活度系数的概念；2重点掌握离子氛的概念和德拜休克尔极限定律；3重点掌握理解原电池电动势与热力学函数的关系；掌握能斯特方程及其计算；难点1电解质溶液的导电机理，理解离子迁移数、表征电解质溶液导电能力的的物理量（电导率、摩尔电导率）、电解质活度和离子平均活度系数的概念；2离子氛的概念和德拜休克尔极限定律；3原电池电动势

2、与热力学函数的关系；能斯特方程及其计算教学方式 1. 采用CAI课件与黑板讲授相结合的教学方式。 2. 合理运用问题教学或项目教学的教学方法。 教学过程第8.1节 电解质溶液及电化学系统研究的内容和方法一、电解质溶液及电化学系统研究的内容1、电解质溶液电解质溶液的热力学性质电解质由于存在电离，正负离子之间的静电作用力使其偏离理想稀薄溶液所遵从的热力学规律，所以引入了离子平均活度和离子平均活度因子等概念。思考：理想稀薄溶液所遵从的热力学规律是什么？电解质溶液的导电性质高中阶段就学过电解质溶液的导电性质，为了表征电解质溶液的导电能力，则引入了电导、电导率、摩尔电导率等概念。2、电化学系统在两相或数

3、相间存在电势差的系统称为电化学系统。电化学系统的热力学性质电化学系统的热力学主要研究电化学系统中没有电流通过时系统的性质，即有关电化学平衡的规律。电化学系统的动力学电化学系统的动力学主要研究电化学系统中有电流通过时系统的性质，即有关电化学反应速率的规律。二、电化学研究的对象第8.2节 电解质溶液的热力学性质一、电解质的类型1、电解质的分类电解质的定义：解离：电解质在溶剂中解离成正、负离子的现象。强电解质：弱电解质：强弱电解质的分类除与电解质本身性质有关外，还取决于溶剂的性质。如CH3COOH在水中属弱电解质，而在液NH3中全部解离，是强电解质。真正电解质：以离子键结合的电解质属于真正电解质。潜

4、在电解质：以共价键结合的电解质属于潜在电解质。2、电解质的价型（看书讲解）设电解质S在溶液中解离成和二、离子的平均活度因子1、电解质和离子的化学势前面我们讲过化学势的定义，即：化学势就是偏摩尔Gibbs自由能。电解质溶液中的溶质B和溶剂A的化学也可定义为： 同样，电解质溶液中的正、负离子的化学势： 正、负离子的化学势只是形式上的定义，而无实验意义，因为不可能只改变某一种离子的物质的量。所以与联系起来。2、电解质和离子的活度及活度因子电解质由于存在电离，正、负离子之间的静电作用力使其偏离理想稀薄溶液所遵从的热力学规律，所以引入了离子平均活度和离子平均活度因子等概念。理想稀薄溶液中溶质的化学势：电

5、解质溶液中电解质：正离子：负离子：其中、分别为电解质和正、负离子活度。正、负离子的活度因子定义为： 例1：质量摩尔浓度为3mol/KgNa2SO4的水溶液，其和分别为多少？ 所以若电解质完全解离，则： 3、离子的平均活度和平均活度因子由于只能由实验测得其平均值，所以引入平均活度和平均活度因子。平均活度：平均活度因子：例2：用及表示完全解离的电解质的离子平均活度。分别应用到1-1型和2-2型、1-2型和2-1型、1-3型和3-1型。例8-1离子的平均活度因子的大小反映了电解质溶液的性质偏离理想稀薄溶液的程度，其值可由实验测得。三、电解质溶液的离子强度1、离子强度的定义从表8-1可以看出在稀溶液范

6、围内，离子价数高的，离子的平均活度因子越小，同价数时，浓度增大，越小，为了体现这两个因素对的综合影响，提出了离子强度这一物理量： 为离子的质量摩尔浓度，为离子的电价例8-22、计算离子平均活度因子的经验公式路易斯根据实验总结出如下公式： 四、电解质溶液的互吸理论1、离子氛模型德拜休克尔假定：电解质溶液对理想稀薄溶液的偏离主要来源于离子间相互作用，而离子间相互作用又以库仑力为主。2、德拜休克尔极限定律第8.3节 电解质溶液的导电性质一、电导及电导率和摩尔电导率1、电导及电导率复习1：下列溶液的离子强度是多少？（A）的NaCl溶液； （B）的Na2C2O4溶液；（C）的CuSO4溶液；（D）的Ba

7、Cl2溶液和的KCl溶液；解：由得：（A）（B）（C）（D）复习2：下列电解质溶液，离子平均活度系数最小的是哪一个（设浓度都为）？ D A ZnSO4 B CaCl2 C KCl D LaCl3解：因为越大，越小。物体导电能力的大小可以用两个物理量来表示，电阻和电导。电导:衡量电解质溶液导电能力的物理量,电导是电阻的倒数. 单位：西门子，式中为电导率，单位为：，是电阻率的倒数。是导体的截面积，是导体的长度。电导池常数： 同一电导池有相同的电导池常数2、摩尔电导率从表8-2可以看出，电解质溶液的电导率随浓度的改变而变，为了对不同浓度或不同类型的电解质的导电能力进行比较，定义了摩尔电导率。 单位：

8、例：用同一电导池分别测定浓度为和的1-1型电解质溶液，其电阻分别为和，则它们的摩尔电导率之比 6/1 。解：由得，注意在表示电解质的摩尔电导率时，应标明物质的基本单元，如： 则：例8-43、电导率及摩尔电导率与电解质的物质的量浓度的关系电导率与电解质的物质的量浓度的关系见图8-2摩尔电导率与电解质的物质的量浓度的关系见图8-3例：设某浓度时，CuSO4的摩尔电导率为，若在该溶液中加入1m3纯水，这时CuSO4的摩尔电导率将 B A 降低 B 增高 C 不变 D 无法确定解：随的下降而增高。二、离子在电场中的运动速率与电导1、离子的电迁移率离子的电迁移率：单位电场强度下离子的漂移速率。漂移速率：

9、离子在溶液中以恒定的速率运动时的速率。 的单位： 的单位：的单位是：2、离子的独立运动定律科尔劳施发现：具有同一阴离子或同一阳离子的盐类，它们的无限稀释的摩尔电导率之差值在同一温度下为一定值，而与另一阳离子或阴离子的存在无关，见表8-3。离子的独立运动定律：根据离子独立运动定律，可以应用强电解质无限稀释的摩尔电导率计算弱电解质无限稀释的摩尔电导率。例8-5例：已知298K时，NH4Cl，NaOH，NaCl的无限稀释的摩尔电导率分别为：、，则无限稀释的摩尔电导率为 。解：三、离子迁移数通电后，正、负离子分别向阴、阳两极移动，形成电流，为了表示各种离子传递电量的比例关系，提出了离子迁移数的概念。离

10、子迁移数：每种离子所运载的电流的分数（百分数）。正离子： 负离子： 第8.3节 电化学系统的热力学电化学：主要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。电化学的用途：1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。2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。3电分析4生物电化学一、电化学系统及其相间电势差有、两相，和分别代表两相的内电势，则两相间的电势差，常见的相间电势差有：金属溶液、金属金属以及两种电解质溶液间的电势差。1、电化学系统中相间的电势差金属与溶液间的电势差如图8-4所示，金属与溶液间

11、形成了双电层：a 金属上带过剩负电荷，溶液中有过剩正离子；b 金属上带正电，溶液带负电。金属与金属间的接触电势如图8-5所示，由于两种不同金属中的电子在接界处相互穿越的能力有差别，造成电子在界面两边的分布不均，一边带正电，一边带负电。液体接界电势（扩散电势）如图8-6所示，两电解质溶液的接界处有一多孔隔膜。液体接界电势很小，难以由实验测得稳定的数值，所以常用盐桥消除液体接界电势。盐桥一般是饱和KCl或NH4NO3溶液-正负离子的电迁移率很接近。二、原电池1、原电池(galvanic cell)：把化学能转变为电能的装置。阴极 (Cathode) ：发生还原作用的极称为阴极，在原电池中，阴极是正

12、极；在电解池中，阴极是负极。阳极(Anode)：发生氧化作用的极称为阳极，在原电池中，阳极是负极；在电解池中，阳极是正极。如图8-7所示：Zn电极：Zn(S)Zn2+2e-发生氧化作用，是阳极。电子由Zn极流向Cu极，Zn极电势低，是负极。Cu电极：Cu2+2e- Cu(S)发生还原作用，是阴极。电流由Cu极流向Zn极，Cu极电势高，是正极。上述两个反应称为电极反应，总反应称为电池反应。电池反应：Zn(S) +Cu2+(a)Zn2+(a)+Cu(S)-溶液标明活度，电池图式的书写：如CuZn电池规定：阳极写在左边，阴极写在右边，并按顺序应用化学势从左到右依次排列各相的物质；标明组成及相态；用单

13、垂线表示相与相间的界面，双垂线表示盐桥。例8-6例：电池的电池反应为：例：电池反应：中：阳极反应：阴极反应：电池反应：2、电极的类型（金属离子与其金属成平衡）电极（非金属单质与其离子成平衡）电极如：氢电极 如：甘汞电极 一种常用的参比电极价数不同的同种离子电极（氧化还原电极）（溶液）电极例8-73、原电池的分类三、原电池电动势及能斯特方程式1、原电池电动势例：Zu，Cu电池：由Zu，Cu棒构成两电极，放在电解液中，用盐桥连接两电解液，将两电极连接，产生电动势，这是电子流动产生电流引起的。电动势E：与T,P,电解液浓度m等有关2、可逆电池必须满足两个条件：a）电池中发生的反应必须是可可逆的，即充、放电时电池内发生的反应互为逆反应，即充、放电循环一周后体系要复原。b）反应体系复原的同时，环境也必须复原。3、能斯特方程式化学能电能：即借助化学反应而产生电流的一种装置。热力学：等T，P，可逆， 所做的功为化学反应的摩尔吉布斯函数变若在电池中进行，则电功 表示可逆电池的电动势来源于化学能。Z是反应的电荷数，F是法拉弟常数，即1mol电子的电量，96500C/mol。在若各物质在标准状态（）下： 称为标准电动势 能斯特方程式 电池反应的各物质的活度间关系4、标准电极电势a）确定电极电势常用方法由于无法单独测量一个电极的电极电势，于是选定一个标准