第一、二节 电解质溶液的导电性质

1、 物理化学电子教案第五章 原电池 电解池 电化学是研究电化学是研究电能电能与与化学化学能之间的相互转能之间的相互转 化过程中存在规律的科学。随着科技事业的发化过程中存在规律的科学。随着科技事业的发 展，现在电化学理论已被广泛应用于电源、电展，现在电化学理论已被广泛应用于电源、电 解、电镀、金属腐蚀与防腐、冶金及化工生产解、电镀、金属腐蚀与防腐、冶金及化工生产 等许多方面。在医药学领域，人们采用电化学等许多方面。在医药学领域，人们采用电化学 分析手段分析手段 开展了电泳、电位滴定、极谱分析开展了电泳、电位滴定、极谱分析 以及离子选择性电极的应用等许多卓有成效的以及离子选择性电极的应用等许多卓有成

2、效的 研究工作，在临床与科研方面发挥了重要的作研究工作，在临床与科研方面发挥了重要的作 用。用。 电能化学能 一般说来，电化学所研究的一般说来，电化学所研究的主要内容主要内容 有：有：电解质溶液理论；电解质溶液理论； 电化学平衡；电化学平衡； 电极过程动力学；电极过程动力学； 实用电化学。实用电化学。 本章根据专业要求，主要讨论前面部本章根据专业要求，主要讨论前面部 分内容。分内容。 一. 电解质溶液导电现象 导体导体 能够导电的物体能够导电的物体 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。导体，如金属、石墨等。 主要特

3、征：温度升高，导电能力下降主要特征：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。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原电池：化学能转化为电能的电化学装置 电化学装置电化学装置化学能和电能相互转换的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电解池和原电池均由电极和

4、电解质溶液组成 阳极：发生氧化反应的电极阳极：发生氧化反应的电极 阴极：发生还原反应的电极阴极：发生还原反应的电极 正极：电势高的电极正极：电势高的电极 负极：电势低的电极负极：电势低的电极 电极命名电极命名 电化学约定电化学约定 物理学约定物理学约定 一. 电解质溶液导电现象 阴阴 极极 阳阳 极极 e + e 电解池电解池 阳阳 极极 阴阴 极极 ee 原电池原电池 H2Cl2 H+ Cl H+ Cl 电解池电解池中与外电源负极相接的电极，电势较低，故为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，所以也是阴极负极，发生还原反应，所以也是阴极；与外电源正极相接；与外电源正极

5、相接 的电极，电势较高，为的电极，电势较高，为正极，发生氧化反应，所以也是阳正极，发生氧化反应，所以也是阳 极极。 原电池中发生原电池中发生氧化作用的阳极氧化作用的阳极，有多余的电子输出至，有多余的电子输出至 外电路，故外电路，故为电势较低的负极为电势较低的负极；发生还原作用的阴极发生还原作用的阴极，从，从 外电路接受电子，外电路接受电子，故为电势较高的正极故为电势较高的正极。 H+ Cl- 在电解质溶液（例在电解质溶液（例HCl）中插入二个铂电极（惰性电极）接）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：上电源，回路中有电流通过，其导电过程： （1）电子从负极流出）

6、电子从负极流出 （2）在阴极上交换电子）在阴极上交换电子 2H+ +2e- H2（还原反应）（还原反应） H+ 向阴极迁移向阴极迁移 （3）在阳极上交换电子）在阳极上交换电子 2Cl 2e- Cl2（氧化反应）（氧化反应） Cl 向阳极迁移向阳极迁移 （4）电子从阳极流回正极）电子从阳极流回正极 PtPt E e e 电解质溶液导电机理电解质溶液导电机理 综上所述，可得到电解质溶液的导电机理： 电流在溶液中的传导由正负离子定向迁移而共 同承担； 由于两电极上所发生的氧化还原反应，导致电 子得失，从而使电极与溶液界面处的电流得以连续 。 对于电解池，由于外电源消耗了电动，使电解池 内发生了非自发

7、反应,即 电能 化学能 对于原电池，由于电池内发生了自发的氧化还原 反应，即 化学能 电能 二、法拉第电解定律 1833年，法拉第（年，法拉第（Faraday）在大量实验基础上，归）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：量与通过的电量之间的关系： （1 1）电解时，在任一电极上发生化学反应的物质的量与）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；通入的电量成正比； （2 2）在几个串联的电解池中通入一定的电量后，各个电）在几个串联的电解池中通入一定的电量后，各个电

8、 极上发生化学反应的物质的量相同。极上发生化学反应的物质的量相同。 zF Q n nzFQ 或或 Q：电解时通过的电量；：电解时通过的电量； n：电极上参加反应的物质：电极上参加反应的物质B的的 物质的量：物质的量：z：电极反应中的电子计量系数；：电极反应中的电子计量系数；F：法拉第：法拉第 常数常数 注意：注意：电化学中，元电荷电化学中，元电荷e是指一个质子或一个电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，如子的电荷绝对值，为物质的量的基本单元，如H+、 、 等。 等。 2 Mg 2 1 3 4 PO 3 1 二、法拉第电解定律 法拉第常数法拉第常数F F 1mol1mol

9、元电荷所具有的电量元电荷所具有的电量 11 2319 molC96500molC09.96486 100221.6106022.1 LeF 法拉第定律没有使用的限制条件，在任何温度和压法拉第定律没有使用的限制条件，在任何温度和压 力下都能适用力下都能适用, ,是自然界中为数不多的最准确定律之一。是自然界中为数不多的最准确定律之一。 例例1 1 在一含有在一含有CuSO4CuSO4溶液的电解池中通入溶液的电解池中通入2.0A2.0A直流电直流电482s482s， 问有多少质量的铜沉积在阴极上？问有多少质量的铜沉积在阴极上？ C 0 .9640 . 2482 tIQ mol 0050. 0 965

10、002 0 .964 zF Q n g 32. 0640050. 0Mnm 解：通入的电量解：通入的电量Q为 阴极电极反应：阴极电极反应：Cu2+ + 2e- Cu 因此，沉积在电极上的铜的质量因此，沉积在电极上的铜的质量m为为 电极上参加反应的物质电极上参加反应的物质Cu2+的物质的量的物质的量n为为 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（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，通入接通电源，通入4mol4mol电子的电量。电子的电量。4mol4mol的正离子在的正离子在 阴极发生还

11、原反应，阴极发生还原反应，4mol4mol的负离子在阳极发生氧化反应。的负离子在阳极发生氧化反应。 同时，溶液中的离子作定向移动。由于同时，溶液中的离子作定向移动。由于电解质溶液内部电解质溶液内部 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。移速率的不同，各自输运的电量也不尽相同。从而造成从而造成 电解质在两极附近的溶液中浓度变化的不同。电解质在两极附近的溶液中浓度变化的不同。 阴阴 极极 通电前通电前 阳阳 极极 阴极区阴极区阳极区阳极区中间区中间区 + + + + + + + + + + + +

12、+ + + + + + 1. 1. 正负离子迁移速率相等，各自分担一半导电任务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 阴阴 极极 迁移情况迁移情况 阳阳 极极 阴极区阴极区阳极区阳极区中间区中间区 + + + + + + + + + + + + + + + + 阴阴 极极 阳阳 极极 阴极区阴极区阳极区阳极区中间区中间区 + + + + + + + + + + + + + + + + + 迁移结果迁移结果 通电结束后，中间区溶液浓度没有变化，阴极区和通电结束后，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，各减少了阳极区浓度发生了相同的变化，各减少

13、了2 mol正负离子。正负离子。 2. 2. 正离子的迁移速率是负离子的三倍，承担正离子的迁移速率是负离子的三倍，承担3/43/4导电任务导电任务 三、离子的电迁移和迁移数 阴阴 极极 迁移情况迁移情况 阳阳 极极 阴极区阴极区阳极区阳极区中间区中间区 + + + + + + + + + + + + + + + 阴阴 极极 阳阳 极极 阴极区阴极区阳极区阳极区中间区中间区 + + + + + + + + + + + + + + + + + 迁移结果迁移结果 通电结束后，中间区浓度保持不变，阴极区和阳极通电结束后，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，阳极区减少了正、负离子，阳极区减少了3 mol正、负离子。正、负离子。 （1）通过溶液的总电量）通过溶液的总电量Q等于正离子迁移的电量等于正离子迁移的电量Q 和 和 负离子迁移的电量负离子迁移的电量Q 之和。 之和。 QQQ r r Q Q 负离子的迁移速率 正离子的迁移速率 负离子迁移的电量 正离子迁移的电量 阴极区减少的物质的量 阳极区减少的物质的量 结论：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（二）离子迁移数