物理化学课件：第七章 电化学

bB b
aB
bB
a
a
a
(
b b
)
b
(
b
b
1
)
[( bB
) ( bB
)
1
]
(
1
) bB
对1-1价电解质 NaCl ( B ) b bB
a
b b
bB b
aB
a2
2
(
bB b
)2
对1-2价电解质 Na2SO4 (B) b 3 4bB
1
( )2
a
b b
3
4
bB b
aB
a3
4
3
(
bB b
)3
1
2 3
§7.3 可逆电池及其电动势的测定
原电池是利用电极上的氧化还原反 应实现化学能转化为电能的装置
自发反应 原电池装置 电能
1.电池图式 例：丹尼尔电池 阳极： Zn Zn2+ + 2e阴极： Cu2+ + 2e- Cu 电池反应：Zn+Cu2+ Zn2++Cu
e
(－)
e G
盐 桥
(＋)
H2(g)
Zn Cl－ Zn2＋
K＋ H＋
电池反应： Zn(s)＋ 2H＋(aq) ＝ Zn2＋(aq)＋ H (g)
电极反应:电极上进行的得失电子的反应 阳极: 发生氧化反应的电极 阴极: 发生还原反应的电极
电池反应: 两个电极反应的总和
正极：电势高
负极：电势低
注
阳极 正极
阳极 负极
电解池
原电池
阴极 负极
阴极 正极
§7-1 化学电池导电机理和法拉第定律
产生于回路的电流： ➢ 电极及导线中的电子迁移； ➢ 溶液中的离子迁移； ➢ 电极－溶液界面的氧化还原反应。
——导电机理
➢法拉第定律：电路中通过的电量与在电极界面上发
生化学变化物质的质量成正比。 Qห้องสมุดไป่ตู้ m
M z ze M Az ze A
⑵ 通电时间t： t Q 1763C 7.05104 s
I 0.025 A
⑶ 阳极上放出氧气的物质的量
3 2
H2O
3e
3 4
O2
3H
nO2
3 4 nAu
3 6.09103 mol 4
4.57103 mol
§7-2电解质溶液的活度与活度因子
C A C Z AZ
整体化学势为：
z为得失电子数 。若通过的 电量为 Q，电极上发生反应 的进度为ξ，则有：
Q z F zF nB B
zF mB
BMB
(7-1-1)
F—法拉第常数 m——电极上发生反应的物质的质量
§7-1 化学电池导电机理和法拉第定律 ➢法拉第定律
法拉第常数在数值上等于1 mol电子的电量。已 知电子电量为1.6022×10-19 C
➢ 本章内容 §7-1 化学电池导电机理和法拉第定律 §7-2 可逆电池 §7-3 可逆电池热力学 §7-4 电极电势 §7-5 可逆电极的类型 §7-6 电池电动势和电极电势的应 §7-7 分解电压
§7-1 化学电池导电机理和法拉第定律
➢两类导体 ▪ 第一类导体：电子导体，如金属、石墨等。 1) 自由电子作定向移动而导电，导电总量全部由 电子承担 2) 导电过程中导体本身不发生变化 3) 温度升高，电阻也升高
离子平均活度（mean activity of ions）
a def (a a )1
=+
离子平均活度因子（mean activity factor of ions）
def ( )1
离子平均质量摩尔浓度（mean molality of ions）
b
def （ b
b
）1
由
电
b
解质的bB求b
电池表示： Zn|ZnSO4(a1)¦CuSO4(a2)|Cu
电池表示法：
规定：1）负（阳极）在左，正（阴极）在右，中间电解质溶液 2）注明所有物质的状态，溶液浓度，气体压力 3）相之间用“|”隔开，盐桥用“ ” 4）氧化还原电极和气体电极用Pt传导电流
RT ln a
RT ln a
RT ln a
RT
ln a
代入有：
RT ln a
( ) RT ln
a a
RT ln a
a
a
a a
b
b
b
a
b
/
b
a b / b
a
b
/
b
——三个活度，三个活度因子——
§7-1 化学电池导电机理和法拉第定律
➢两类导体 ▪ 第二类导体：离子导体，如电解质溶液、熔融电解
质等。 1) 正、负离子移动而导电，导电总量分别由正、
负离子分担 2) 导电过程中界面发生化学反应 3) 温度升高，电阻下降
§7-1 化学电池导电机理和法拉第定律
原电池
烧杯中的氧化还原反应：化学能转换为热能。
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。 3、电分析
第七章 电化学
➢本章学习要求： ▪了解电解质溶液的导电机理； ▪掌握原电池与电池反应的互译 ▪理解可逆电池电动势与热力学函数的关系； ▪掌握Nernst方程及其计算； ▪掌握各种类型电极的特征和电动势测定的主要应用。
第七章 电化学
F=L·e =6.022×1023 mol-1×1.6022×10-19 C =96484.6 C·mol-1 ≈96500 C·mol-1
§7-1 化学电池导电机理和法拉第定律
➢法拉第定律
例7-1-1、通电于Au(NO3)3溶液，电流强度I=0.025A， 析出Au的质量为1.20 g，已知M(Au)=197.0 g·mol-1。 求： ⑴ 通入电量Q；
⑵ 通电时间t； ⑶ 阳极上放出氧气的物质的量。
§7-1 化学电池导电机理和法拉第定律
例7-1-1、 ⑴ 通入电量Q Au3 3e Au
nAu
Au
mAu
M Au Au
1.20 197.0
1
mol
6.09 103 mol
Q zF 6.09103 3 96500 C 1763C
第七章 电化学
➢ 电化学——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。
定温定压可逆时：
r Gm
Wr'
W' max
电解 rGm W '
电能
化学能
电池 rGm W '
第七章 电化学
➢电化学的研究意义 1、电池： 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生物化学 和医学等方面都要用不同类型的化学电源。 2、电解：精炼和冶炼有色金属和稀有金属；
Zn (s) ＋2H＋ (aq) ＝Zn2＋ (aq) ＋H2 (g) 将该反应的氧化和还原两个半反应，分别于两容器控制进行 的电池装置，化学能转换为电能，如示意图。
➢ 电极和电池反应 锌电极：Zn(s)＝Zn2＋(aq)＋2e 为氧化反应，是阳极、负极; 氢电极： 2H＋(aq)＋2e＝H2(g) 为还原反应，是阴极、正极；