电化学基本概念

1、电化学基本概念第1页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四第2页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四第3页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四 三、电化学现象普遍存在(a) i i i为带电荷粒子 相间自发转移(b) 相界面存在过剩电荷 界面电位差(c) 自然界普遍存在水 电解质溶液第4页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电化学势 Electrochemical PotentialGi = i- i + Zie0( - )平衡时： i + Zie0 = i + Zie0 两相间建立平衡电势恒温恒压下荷电粒子i从相转移到相第

2、5页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电极（Electrode)电极材料/电解质Zn|Zn2+, SO42-Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液第6页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四第7页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电极（Electrode)电极材料/电解质Zn|Zn2+,SO42-,Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液传递电荷氧化或还原反应的地点“半电池”第8页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电极（电化学）反应Electrode (Electrochemical）Reac

3、tion特殊的异相氧化还原反应氧化和还原反应分别在不同的地点进行第9页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四第10页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电极（电化学）反应Electrode (Electrochemical）Reaction特殊的异相氧化还原反应氧化和还原反应分别在不同的地点进行电场的强度和方向可改变反应的活化能和速度第11页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电化学装置(Electrochemical Device)电池(Cell)电(化学)池原电池 (Primary Cell)体系自发地将本身的化学能变为电能(G0)第12

4、页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四 铅酸蓄电池 (1860年-)IeePb2+PbSO4-2ePbPb2+PbSO4+2ePbO2H2O H+SO4=SO4= H+硫酸 放 电 (对外作功)正极负极第13页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四 铅酸蓄电池 (1860年-)eePb2+PbSO4 +2ePbPb2+PbSO4 -2ePbO2H2O H+SO4=SO4= H+硫酸充 电 (吸收电能)正极负极第14页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四正极反应PbO2+H2SO4+2H+2e PbSO4+2H2ORed Ox负极反应Pb+H2

5、SO4 PbSO4+2H+2eOxRed电池总反应Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O(对外反应)放电充电(吸收电能)第15页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电化学装置(Electrochemical Device)电化学装置需要满足：至少包括一对分区进行(成对存在)的电极反应。在电解质溶液中，不同电荷的离子作不同方向的定向迁移。在外线路中，电子由阳极往阴极的定向移动。第16页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四Pb2+PbSO4 -2eeePb2+PbSO4 +2ePbPbO2H2O H+SO4=SO4= H+硫酸正极负极第17页，共3

6、7页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电极的名称和过程电 极阳极 Anode阴极 Cathode 反 应电解池原电池驱向离子氧 化正极、电势高负极、电势低阴离子 Anion 还 原负极、电势低 正极、电势高阳离子 Cation第18页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电化学研究重点物理化学固态电化学光电化学生物电化学结构化学量子化学统计力学溶液电化学(电解质溶液)平衡态电化学热力学电极过程界(表)面电化学动力学第19页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电化学基础研究平衡态电化学电极过程界(表)面电化学固态电化学光电化学生物电化学应用电化学领域电

7、池、电解电镀、腐蚀电加工、电泳电分析、传感器.第20页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电极的名称和过程电 极阳极 Anode阴极 Cathode 反 应电解池原电池驱向离子氧 化正极、电势高负极、电势低阴离子 Anion 还 原负极、电势低 正极、电势高阳离子 Cation第21页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四11-2 法拉弟定律Faraday law (1834年)Q- 反应电量n-摩尔数，Z-反应电子计数量，F-法拉弟常数（1891年）第22页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四第23页，共37页，2022年，5月20日，19

8、点4分，星期四法拉弟常数 F (1891年)F = 6.0231023 电子/mol 1.60210-19 库仑/电子 = 96487 库仑/mol 96500 c /mol 第24页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四法拉弟定律的几个要点1. 电和化学反应相互作用的定量关系F是基本物理常数之一Q = nZF第25页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四法拉弟定律的几个要点1. 电和化学反应相互作用的定量关系2. 不受电极、外界条件的影响第26页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四阴极阳极（隋性）银阴极银阳极电解精炼Cl2AgFe2+Na+H

9、+Cl-OH-Ag+H+NO3-Ag+Fe+H+Br+OH-Ag+Br2H2e-e-ii阴极阴极隋性惰性 (1) NaCl (2) AgNO3(3) FeBr3第27页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四(1) 阴极上: H+e-1/2H2气体产物 阳极上: Cl- 1/2Cl2+e-(2) 阴极上: Ag+e-Ag固体产物 阳极上: AgAg+e-(3) 阴极上: Fe3+e-Fe2+溶液产物 阳极上: Br- 1/2Br2+e-第28页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四法拉弟定律的几个要点1. 电和化学反应相互作用的定量关系2. 不受电极、外界条件的影

10、响3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）第29页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四阴极阳极银阴极银阳极Na+H+Cl-OH-e-iH2Cl2Ag+H+NO3-Ag+Age-iAg+第30页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四法拉弟定律的几个要点1. 电和化学反应相互作用的定量关系2. 不受电极、外界条件的影响3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）4. 适用于单个电化学装置的多个反应（并联）第31页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四H+OH-e-iH2H+NO3-Ag+Age-iAg+OH-NO3-Ag+O2银阴极银阳极Ag+

11、 + e = AgH+ + e = 1/2 H2第32页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电流效率（一定物质量）（一定电量）第33页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四电化学研究重点物理化学固态电化学光电化学生物电化学结构化学量子化学统计力学溶液电化学(电解质溶液)平衡态电化学热力学电极过程界(表)面电化学动力学第34页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四如何比较、测量和认识不同电解质溶液的导电能力11-3. 电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率第35页，共37页，2022年，5月20日，19点4分，星期四XYZXYZXYZXYZX + Y + ZXYZ区带电泳分离过程逆流聚