电能与化学能之间的转换过程(ppt 62页).ppt

1、第五章电化学、Electrochemistry，依次研究电化学在电能与化能之间的相互转换和转换过程中存在的规律的科学。 电化学研究内容1、电解质溶液理论2、电化学平衡3、电极过程动力学4、实用电化学、电化学的发生，1600年吉尔伯特发现了摩擦带电。 2、1791年，Galvani发现了电堆现象。 3、1799年，Volta制作了“伏特小区”。 1800年，尼古森和卡里斯尔电解了水。 5，1807年，Davy对熔化的NaOH和KOH进行了电解。 6、1833年，Farady提出了“法拉第定律”。 和， 本章的内容是第1节电解质溶液的导电性第8节可逆电池热力学第2节电解质溶液的导电性第9节电极电位

2、第3节电导的测定以及第10节电极的种类第4节强电解质溶液第11节浓差电池第5节单元电池第12节应用了电池电动势测定的第6节电池电动势的发生第13节电极的极化和过电位第7节电池电动势的测定第十四节生物膜电位概述，第一节电解质溶液的导电性，电解质溶液的导电机理1 .导体的分类第一类导体：也称为电子导体、金属、石墨某些金属的化合物。 a .自由电子取向移动导电的b .导电中导体自身发生变化c .温度上升，电阻也上升的d .导电总量全部由电子负担。第二类导体：也称为电解质溶液、熔融电解质等离子传导体。 a .正、负离子向反方向移动导电的b .在导电过程中发生化学反应c .温度上升，电阻下降的d .导电

3、总量分别由正、负离子分担。 固体电解质如AgBr、PbI2等也是离子传导体，但其传导机理比较复杂，传导能力不高，本章主要探讨电解质水溶液。 2 .电解单元和一次电池将电解单元：的电能转换为化学能一次电池：将化学能转换为电能，二、法拉第定律，标记： 1电解时，使电极发生化学变化的物质的量与通过的电能成正比。 如果在2电解质溶液中流过nz摩尔的电子的电量，则在电极上反应的物质的量为n摩尔。 式： Q=nZF例1mol电子通过AgNO3溶液，将1mol的Ag还原成Ag，通过CuSO4溶液，1/2molCu2还原成铜，影响因素：法拉第定律是科学中最准确的定律之一，不受温度、压力、电解质浓度的三、 离子

4、的电迁移：离子迁移方向：阴离子迁移到阳极阳离子，离子的电迁移示意图，第二节电解质溶液的电导，一，电导定义：电阻的倒数L=1/R1， 电导g与导体的截面积成正比，与导体的长度成反比的单位： s (西门子)或-1(-1)二，电导率定义：电阻率的倒数=1/=(1/R)(l/A)=L(l/A )，三，摩尔电导率的定义：在相隔1m的两平行电极之间放置含有1mol电解质的溶液由于溶液中的导电物质的量已经被给予，全部为1mol，所以浓度下降时，粒子间的相互作用变弱，正、负离子的移动速度变快，溶液的摩尔电导率必然上升。 但是根据电解质的不同，摩尔电导率随着浓度的降低上升的程度也有很大差异。 表达式： m=Vm

5、=/C单位： S m -1 mol -1，第三节电导的测定及其应用，一、电导的测定1测定原理2测定器，1检验水的纯度： (普通蒸馏水) 110-3Sm-12测定弱电解质的电离度和电离常数弱电解质的电离度可以表示为=m/m 3测定难溶性盐的溶解度：(盐) (溶液) (H2O )，由于难溶性盐的溶解度小，溶液极薄，盐为强电解质，因此m (盐)=的4电导滴定常见离子的电导率：1.0 x10 -1 S m -1普通蒸馏水的电导率：1.0 x10 -3 S m -1药用去离子水的电导率：1.0X10-4 sm-1，2，电导率测定的应用，电导滴定：分析化学该方法电导滴定可用于酸碱中和、生成沉淀、氧化还原等

6、各种滴定反应。 其原理通常是滴定溶液中的一个离子与滴加到试剂中的一个离子结合生成解离度极小的电解质或固体沉淀，再将溶液中的一个离子置换为另一个离子，改变电导率。 第四节强电解质溶液理论一、溶液中的强电解质的平均活性度和平均活性度系数相对于强电解质C A-水溶液3360 cvav-vczv-az-=a/m-a-/m-=a=ma-=-m-a=，以CdCl2为例其中：平均活性系数整体活性a整体活性、强电解质溶液的离子相互吸收理论离子气氛(ionic atmosphere )是器件冲击理论中的重要概念。 他们认为，溶液中，每个离子被反转离子包围，由于正、负离子的相互作用，离子的分布变得不均匀。 深冲击

7、是基于离子气氛的概念，导入几个假设，推导出强电解质稀溶液中离子活性系数的修正公式，称为深冲击极限定律。 由于单个离子的活性系数不能通过实验测定来验证，因此该公式不太有用。 迪休克极限定律的常用公式：该公式仅适用于强电解质稀溶液、离子可作为点电荷处理的系统。 式中是离子平均活性度系数，由该式得到的是理论修正值。 电动势法可测量的实验值用于验证理论修正值的适用范围。 二、离子强度I=1/2 mBZB2 lg=-常数I该公式仅适用于离子强度小于0.01mol Kg-1的稀溶液。 三、强电解质溶液的离子相互吸收能力离子氛围设备休格极限式、弛豫效果(relaxation effect )是指，由于各离子

8、的周围有一个离子氛围，因此在外部电场的作用下，正负离子向相反方向移动，原来的离子氛围解体，确立新的离子氛围该力使离子的移动速度降低，使摩尔电导率降低。 电泳效应(electrophoretic effect )，溶液中离子经常溶解。 通过施加电场，溶剂化的中心离子和溶剂化的离子气氛中的离子向相反方向移动，粘性力增加，阻碍离子的运动，使离子的移动速度和摩尔电导率降低，这被称为电泳效应。devicholon-on-gerconduction理论考虑到缓和和电泳两个效果，推算了某浓度时的电解质的摩尔电导和无限稀释时的摩尔电导之差的定量修正公式， 可逆电池必须满足的条件：电池的反应化学变化可逆能量移动

9、可逆电池工作时产生的其他过程(例如离子的移动)也是可逆例：可逆电池(-)Pt|H2(g) |HCl(a) AgCl(s 第一类电极金属及其阳离子组成的电极、氢电极、氧电极、卤素电极、水银排列电极、第二类电极、金属难溶性盐及其阴离子组成的电极、金属氧化物电极、第三类电极氧化还原电极、三、电池的写法、发生了1氧化反应的负极写在左，发生了还原反应的正极写在右。 2将各电池的物质及其存在状态(气液固)按实际顺序以化学式从左到右排列，气体显示压力，溶液显示浓度或活性度。 用单垂线“”表示3相界面，用逗号表示可混溶液相间的边界，用二垂线“”表示盐桥。 4气体不能直接作为电极，必须吸附在惰性金属(例如Pt、

10、Au )上，电极附近的溶液因吸附在电极上的气体而饱和。 画电池图纸可以省略惰性金属。 5标明温度，不标明298.15 K物态，气体必须标明压力，溶液必须标明浓度。 第六节电池电动势的产生，一、电极与溶液之间的相界面电位差电金属的结构：由排列成格子状的金属离子和存在于其间的电子构成。 双电层理论：在容易溶于水的金属中，金属离子微量溶于水。 对于惰性金属，电子进入水溶液。 二、液体边界电位与盐桥，一、液体接触电位liquid junction potential在两种不同的电解质溶液或电解质相同而浓度不同的溶液界面形成双电层，产生微小的电位差，称为液体接触电位。 2 .例a0.1MHCl 0.01

11、MHCl VH VCl-右边带正电，左边带负电b. 0.1MKCl 0.1MHCl VH VK左边带正电， 右边带负电的26.78 MVC.0.1 mhcl0. 05 MK no3vhvkvcl-vno3.液接电位的消除液接电位的存在是电池的不可逆盐桥组成：电解质及凝胶状琼脂(3%琼脂溶液中接近正负离子移动速度的电解质，例如KCl、KNO3或NH4no3、80 25凝固)的原因是：盐桥中的盐浓度高，与其基本上是盐桥的电解质的扩散引起的，但v正=V相反，产生的电位差小，而且这两个液接电位的方向正好相反，进而相互接触。 当产生原因：不同的导线接触时，电子反而逃逸的数量不同，在接触面上形成双电层结构

12、的电池Cu|Zn|znso4(AQ )|cuso4(AQ )|cue=vcu/znvzn/Zn2vzn2/Cu2vcu2/Cu=v接触v负极v液接v正极v负极Weston standard cell，标准电池(Standard Cell) :电势稳定，常用作标准。镉汞电池(Weston电池)负极3360镉汞齐(含12.5汞)正极3360汞和硫酸亚汞的糊电解液：CdSO4.H2O的结晶及其饱和溶液Hg ()电极反应： (-) Cd (汞齐) CD2e () Hg2so4(s ) CD22 2hg (l ZF中的dE/dT :电池电动势的温度系数。 H:G=H-TS H=G TS得到h值，三、可逆

13、电池的放电反应过程中的热量的校正运算Q r、m=TrS m=ZFT(dE/dT )p (dE/dT)p0、电池既不吸热也不散热、Pt， h2(p1)|HCl (0. 1摩尔kg-1 )|cl2(p2)、pt (-) h2(p1)2h (ah )2e-() cl2(p2)2e-2 cl-(ACL-)网络反应：写出h2(p1)cl2()电池的表达式和电极反应，电池反应的g 已知该电池25的情况下的电动势为0.6753V，每温度上升1K，电动势就下降6.510-4V/K。 Ag(s ) ()反应：正极2AgCl 2e2Ag 2Cl-负极Cd-2eCd2电池2AgCl2Ag CdCl2通过电极反应已知Z=2，因此，g=-zfe=-2965000.06573=-130.34 kjs=(de/dt ) pzf=296500 对电池的反应： AABB=gghhg=grtln (g/g ) g (h/h ) h/(a/a ) a (b/b ) BG=-zfea=b关于实际溶液。 用活量代替浓度进行补正