大学电化学第三章-3

1、1,第三章 电化学极化,2,3.1 电极电位与反应速度的关系,3.2 稳态电化学极化,3.3 双电层结构对电化学步骤反应速度的影响, 效应,3.4 多电子转移反应,3,决定“电化学极化“数值极化过电位的主要因素是外电流与交换电流的相对大小。,Butler-Volmer公式,4,3.3 双电层结构对电化学步骤反应速度的影响, 效应,一、 效应的内容,考虑到 的影响，用cO*和cR*代替cO和cR；用紧密层中的电势降 代替 ，得,阳离子，zO n,抑制作用,中性分子，zO =0,促进作用,阴离子，zO -n,促进作用显著,5,二、 效应的讨论,1),影响体现在两项中,活化能项系数,浓度项系数,影响

2、相反，浓度项系数影响大,2),影响 变化的因素,浓度影响：,特性吸附影响：正离子吸附 ，负离子吸附,6,三、 效应举例,7,2 SO42-,S2O82- + 2e,高过电位下：,zO =-2，n=1,第二项影响大,8,设电极反应 由下列两个电化学步骤串联组成：,3.4 多电子转移反应,一、简单多电子反应,(1) (2),其中 n1 + n2 = n；X 表示某种中间价态的反应产物，i10 和 i20分别表示（1），（2）两个步骤的交换电流。当电极反应处在稳态时，每一电化学步骤产生的电流相当于总电流 I 的 n1 / n 和 n2 / n 。,9,设n1 = n2 = na ， 联立（3.1a）

3、式和（3.1b）式并消去 X 项，得到极化曲线的表达式：,(3.1b),(3.1a),（3.2）,分析讨论（3.2）式可以获得如下有意义的认识：,10,1 如果i10 i20，则在（5.2）式分母中可略去含 i10 的项，并简化为,（3.3a）,同样，如果 i10 i20 ，则（3.2）式简化为,（3.3b）,由（5.3a）和（5.3b）式表明整个电极反应的动力学方程仅由交换电流较小的电化学步骤的动力学参数(i0, , ) 所决定。这一电化学步骤常称为电极反应的“控制步骤”。另外还表明，在此情况下通过稳态极化曲线求得的传递系数只是整个电极反应的“表观传递系数“。,11,2联立解（3.3b）式与

4、（3.1a）式，,（3.4）,得到,12,又若采用 Nernst 公式来处理 i0 大的电化学步骤（1），且忽略活度系数的影响，则通过电流时有,又由 ，推得,此结果与（3.4）式完全一致。这表明，交换电流大的电化学步骤的热力学平衡未受到破坏。,13,3若i10 ， i20 相差不大，则（3.2）式分母中两项均不能忽略。然而，在高极化区可以略去逆向反应而由（3.1a）式和（3.1b）式得到,据此关系，可以推得极化较大时中间产物的浓度变化公式为,随着极化的增大，中间产物浓度的变化趋势主要取决于各电化学步骤传递系数的大小。 综上分析不难看出，仅根据极化曲线的形式很难判定多电子电极反应的控制步骤，而若

5、能检测反应中间产物及其浓度随极化电势的变化关系，必将有助于判别电极反应的历程 。,（3.5）,14,二、多电子过程动力学,1.,2.,R-1,R,R+1,Y,n,n,多电子步骤由一系列基元步骤组成，每步得失电子数为1,控制步骤，n e,iR0 iRi0,n=n+n+n,15,1. 控步涉及的CR、CS？,二、多电子过程动力学,控制步骤前,控制步骤后,16,2. 控步的反应物浓度icR、iaR、iR0?,第R步,17,当c =0时,18,3. 普遍的巴伏公式,若n=1，,n+n+1=n，i总=n icR,若n1，,第R步反应 n次， ic,1次， ic/n,又由于每当单电子控制步骤进行n次，相当

6、于实现n个单电子反应,19,令,20,三、公式讨论,a) 单电子反应,n=0，n=0，n=1,b) 多电子过程,c) 确定控步的位置,21,d) 低过电位下的近似公式,线性公式,e) 高过电位下的近似公式,22,四、 利用反应级数和传递系数确定反应机理,1. 电极反应级数,和,2. 关于反应级数的说明,Zi=0，i粒子不是反应粒子 某i个粒子， Zi0，iA, Z，i为中间产物 Zi0，ci , i , 反应物,A + ne,Z,23,3. 判断反应机理举例,Zn/KOH体系，阳极极化,Zn(OH)2,Zn + 2OH- - 2e-,实验事实：,a) COH-一定， 关系满足半对数关系,b) 一定， COH- -iA关系,检测出中间粒子ZnOH,24,Zn(OH)2,Zn + 2OH- - 2e-,ZnOH,Zn + OH- - e-,（1）,Zn(OH)2,ZnOH +OH-e-,（2）,控制步骤：,平衡：,25,高过电位下：,验证：,a) COH-一定，,b) 一定，,26,4