07 电化学分解
《电化学分析法》课件
电化学分析法的优缺点
优点
准确性高、灵敏度高、选择性好
缺点
操作复杂、实验时间较长
应用前景
在环境监测、药物研究、生物分析等领域具有广泛的应用前景。
总结和展望
电化学分析法的意义
电化学分析法在科学研究和工程应用中发挥着重 要的作用，为我们认识和应用化学提供了重要的 手段。
未来电化学分析方法的发展趋势
未来，我们可以期待更加高效、快速和精确的电 化学分析方法的出现，并在更多的领域得到应用。
透析法
透析法是利用物质在半透膜上的透析性质进行分析的电化学方法。 通过离子或分子的扩散过程，可以实现对物质的分离、浓缩和检测。
循环伏安法
循环伏安法是一种通过在电势上下限之间循环扫描电流，研究和分析电极表面的电化学行为的方法。 它可以用于研究电极表面的反应动力学、电催化性能等，并在电化学储能、电分析化学等领域得到广泛 应用。
恒定电位法
恒定电位法是一种常用的电化学分析方法，通过控制电位保持在恒定值上， 测量与电位变化相关的电流，实现对物质的定量或定性分析。 该方法需要使用特定的实验装置和操作步骤，确保实验的准确性和重现性。
极谱法
极谱法是一种利用电极在一定电势范围内产生的电流与电势之间的关系，进 行分析和检测的电化离子，以及各种化学物质的含量和浓度。
《电化学分析法》PPT课 件
这是一份关于电化学分析法的PPT课件，通过本课件，我们将深入探讨电化 学分析法的基本原理和应用，帮助大家更好地理解和运用这一重要的分析方 法。
什么是电化学分析法
电化学分析法利用电化学反应的原理和方法，对化学物质进行分析和检测。通过控制电位、电流等参数， 实现对物质的定量或定性分析。 电化学分析法可分为恒定电位法、极谱法、透析法和循环伏安法等不同的分类。
物理化学第7章 电化学参考答案
第7章 电化学 习题解答1. 将两个银电极插入AgNO 3溶液，通以0.2 A 电流共30 min ，试求阴极上析出Ag 的质量。
解：根据BItM m zF=得 Ag Ag 0.23060107.87g 0.4025 g 196500ItM m zF⨯⨯⨯===⨯2. 以1930 C 的电量通过CuSO 4溶液，在阴极有0.009 mol 的Cu 沉积出来，问阴极产生的H 2的物质的量为多少？ 解：电极反应方程式为： 阴极 2Cu2e Cu(s)+-+→阳极 222H O(l)H (g)2OH 2e --→++在阴极析出0.009 mol 的Cu ，通过的电荷量为:Cu Q (0.009296500) C 1737 C nzF ==⨯⨯=根据法拉第定律，析出H 2的物质的量为2H Cu 19301737mol 0.001 mol 296500Q Q Q n zFzF --====⨯ 3. 电解食盐水溶液制取NaOH ，通电一段时间后，得到含NaOH 1 mol/dm 3的溶液0.6 dm 3，同时在与之串联的铜库仑计上析出30.4 g 铜，试问制备NaOH 的电流效率是多少？ 解：根据铜库仑计中析出Cu(s)的质量可以计算通过的电荷量。
Cu Cu 30.4mol 0.957 mol 1163.52m n M ===⨯电 理论上NaOH 的产量也应该是0.957 mol 。
而实际所得NaOH 的产量为(1.0×0.6) mol = 0.6 mol所以电流效率为实际产量与理论产量之比，即0.6100%62.7%0.957η=⨯=4. 如果在10×10 cm 2的薄铜片两面镀上0.005 cm 厚的Ni 层[镀液用Ni(NO 3)2]，假定镀层能均匀分布，用 2.0 A 的电流强度得到上述厚度的镍层时需通电多长时间？设电流效率为96.0%。
已知金属的密度为8.9 g/cm 3，Ni(s)的摩尔质量为58.69 g/mol 。
电化学基本原理与应用-第7章
第7章气体电极过程第7章气体电极过程主要内容7.1 氢电极过程7.2 氧电极过程7.3 电化学催化7.1 氢电极过程7.1.1 研究氢电极过程的意义7.1.2 氢电极阴极过程7.1.3 析氢过电位及其影响因素7.1.4 析氢机理7.1.5 氢的阳极过程7.1.1 研究氢电极过程的意义（1）氢电极过程在工业上得到广泛的应用。
如：电解食盐水——制氯气、氢气、烧碱；电解水——制氢、分离重氢；氢氧燃料电池——氢电极（H氧化）；2电镀——阴极析氢（产生危害）；（2）金属酸腐蚀——析氢，必须控制。
（3）标准氢电极。
7.1.2 氢电极阴极过程氢电极阴极过程：氢离子在电极上获得电子还原为氢原子，最后以氢气泡的形式析出的过程。
整个电极过程可以分为以下单元步骤：（1）液相传质过程：H3O+(溶液本体) →H3O+(电极表面附近液层)（2）电化学反应步骤：还原为吸附氢原子。
H3O+ + e-→MH + H2O (M-金属)（3）表面转化步骤：i)复合脱附：MH+ MH →H2该反应本质是化学转化反应。
ii)电化学脱附：MH+ H3O+ + e-→H2+ H2O（4）新相生成步骤：由电极表面脱附下来的氢分子聚集并生成气相，以气泡形式从溶液中逸出。
nH2→H2气泡↑7.1.2 氢电极阴极过程7.1.3 析氢过电位及其影响因素由于缓慢步骤形成的阻力，在氢电极的平衡电极电位φe,H 下不会发生析氢过程，只有克服了这一阻力才能进行氢的析出。
因此，只有在比φe,H 更负的电位下才有氢的析出，两者之间差值的绝对值称为“析氢过电位ηH ”。
在一定的电流密度下，氢析出的电位φk 与φe,H 之差即为析氢过电位ηH 。
如电流密度i 1时，ηH1 = φM -φe,H 。
显然i 越大，ηH 越大。
①当i 很小时，ηH 与i 呈线性关系，ηH = R p i ②当i 很大时，ηH 与log i 呈线性关系，ηH = a+b log i ，即Tafel 公式。
李发美第七版电化学
0.296 0.352 pH x 6.86 5.91 0.059
实际测量方法(仪器直读法)
图8-9
pH计、复合pH电极、用双标准校正
E K SpH pH
1 S
E
1 S 1 S
K S
pH( 6.86 ) pH( 4.00 ) pH x
1 S
E1 E2
1.直接比较法
Es K S lg fcs E x K S lg fc x cx E E x Es S lg cs c x cs 10E / S
标样与试样的温度， 总离子强度一致。
常温下， S 0.059 (V )
n
E Ex Es E Es Ex
j k
2.303 RT nF
lg
a
a
M n M n
k S lg
a
a
M n M n
k S lg a
M n
S lg a
M n
ISE Ag / ACl m K S lg aM ISE K S lg aM
n
n
习题2
ClMn+ Mn+
ISE的性能
1
1、电极斜率和转换系数
2
pH1 pH2
ISE K S lg A
如： GE K SpH
S理 0.059
S实 pH
SHE 0.000 V
1、银-氯化银电极：
组成：玻璃管， KCl 溶液， Ag 和 AgCl ， 素烧瓷芯(盐桥) 电极表示式：Ag︱AgCl (s)︱Cl电极反应 ：AgCl + e
电化学催化水分解
电化学催化水分解水分解是一种广泛使用的制氢（H2）方法。
电化学催化水分解从水中释放出氢和氧气，这产生了可再生的燃料和不排放二氧化碳的能源。
在这种方法中，使用电力来分解水，以便产生氢气。
电化学催化水分解被认为是绿色化学的一种形式，因为此方法并不涉及任何化学反应。
在水分解过程中，需要使用电力将水分解成氢和氧气。
电荷移动会引起化学反应，例如在正极绕了一圈后，钠离子会被氧化成氧气或对二膦调和到别的化合物中。
电化学催化水分解可通过优化电化学反应条件来实现，即水分解的能力必须在一定时间内通过加热或冷却来优化。
电化学水分解可以通过两种机制实现。
一种是电解池机制，另一种是羟化钙（CaOH）机制，其中可能包括其他的辅助剂和铈催化剂。
这两种机制都可以使PS1发光。
电化学分解水的机制基于催化剂的增强能力，提高发生水分解反应的速度，催化剂为铂，钯，铱，钼的氧化物，氯化物和其他衍生物，以及其他光反应催化剂，例如Rh（I）配合物和铱（III）配合物。
对于光催化水分解，使用半导体材料，例如二氧化钛（TiO2）和铋酸钡（BaBiO3），使其在阳光下吸收光能并增加其氧化还原催化活性。
当光子撞击到某些材料的表面时，可提供电子激发。
如果一个电子被推到减性半导体的材料边界上，它们将在那里停留并为光学镀剂生成电荷。
这些电荷可以被电极接受并用于水分解反应。
此外，一些有机物质如树脂和氨基氧化母体，也可以作为光催化水分解的催化剂来促进反应发生。
电化学催化水分解的一个重要参数是反应的热力学响应。
水分解反应的热力学响应指的是发生反应所需的能量和热量，通常用电势或电压表示。
高电势或电压会增加反应速率，但也会增加能量需求和催化剂的损耗。
因此，优化反应条件是非常重要的。
通常，电化学催化水分解是在微观催化剂之间进行的，因此催化剂必须将电流引导到水中，以便将水分解成氢和氧气。
优化电极的表面积和电子传递速度，以便实现高效的水分解，并最终生产其适当的应用。
总之，电化学催化水分解是一种绿色的可持续制氢方法，可以在不产生任何污染物的情况下，生成氢气来供应各种应用。
南京工业大学 物理化学 第七章 电化学分解
电源
H2 阴极－
Fe
电解池
O2
＋阳极 Ni
KOH 水溶液
例：氢与氧的反应
电解池：
阴极: 2H+ + 2e－ H2
阳极：H
2O
1 2
O2
+2H+
+2e-
电解反应:
H2O
H2
1 2
O2
电解池： 阳极：正极 阴极：负极
阳离子向阴极运动； 阴离子向阳极运动。
原电池：
阳极: H2 2H+ + 2e－
Q zF
式中：Q 通过电极的电荷量；
z 电极反应的电荷数(即转移电子数), 取正值；
电极反应的反应进度， = nB/B； F 法拉第常数，F = Le = 96485.340 C·mol–1。
例：电解AgNO3: 1 F 电荷量通过，析出 1 mol Ag; 电解CuSO4: 1 F 电荷量通过，析出 0.5 mol Cu。
1 mol 电子的电荷量=L×e = 6.022×1023 mol–11.602 10–19 C = 96 485 C·mol–1 = 1 F
电极反应的通式可写为
M氧化态 ze
M还原态
或
M还原)
M氧化) ze
通过电极的电荷量正比于电极反应的反应进度与电 极反应电荷数的乘积，比例系数为法拉第常数。
物理化学中的电化学主要介绍电化学的基础理论部 分用热力学的方法来研究化学能与电能之间相互转 换的规律，重点是原电池和电解池工作原理与热力学性 质，分为以下两个部分：
(1) 利用化学反应来产生电能将能够自发进行 的化学反应放在原电池装置中使化学能转化为电能；
(2) 利用电能来驱动化学反应将不能自发进行 的反应放在电解池装置中输入电流使反应得以进行。
电化学分析法(最全)
电化学分析法[日期：2011-06-24] 来源：作者：[字体：大中小] 电化学分析法（electroanalytical chemistry）是根据电化学原理和物质在溶液中的电化学性质及其变化而建立起来的一类分析方法。
这类方法都是将试样溶液以适当的形式作为化学电池的一部分，根据被测组分的电化学性质，通过测量某种电参量来求得分析结果的。
电化学分析法可分为三种类型。
第一种类型是最为主要的一种类型，是利用试样溶液的浓度在某一特定的实验条件下与化学电池中某种电参量的关系来进行定量分析的，这些电参量包括电极电势、电流、电阻、电导、电容以及电量等；第二种类型是通过测定化学电池中某种电参量的突变作为滴定分析的终点指示，所以又称为电容量分析法，如电位滴定法、电导滴定法等；第三种类型是将试样溶液中某个待测组分转入第二相，然后用重量法测定其质量，称为电重量分析法，实际上也就是电解分析法。
电化学分析法与其他分析方法相比，所需仪器简单，有很高的灵敏度和准确度，分析速度快，特别是测定过程的电信号，易与计算机联用，可实现自动化或连续分析。
目前，电化学分析方法已成为生产和科研中广泛应用的一种分析手段。
第一节电势分析法电势分析法是一种电化学分析方法，它是利用测定原电池的电动势(即用电势计测定两电极间的电势差)，以求得物质含量的分析方法。
电势分析法又可分为直接电势法(potentiometric analysis)和电势滴定法(potentiometric titration)。
直接电势法是根据测量原电池的电动势，直接求出被测物质的浓度。
应用最多的是测定溶液的pH。
近些年来，由于离子选择性电极的迅速发展，各种类型的离子选择性电极相继出现，应用它作为指示电极进行电势分析，具有简便、快速和灵敏的特点，特别是它能适用于其它方法难以测定的离子。
因此，直接电势法在土壤、食品、水质、环保等方面均得到广泛的应用。
电势滴定法是利用电极电势的变化来指示滴定终点的分析方法。
电化学反应的方程式
电化学反应的方程式电化学反应是指在电解质溶液中，通过载流子（通常是电子和离子）的转移而进行的化学反应。
它不仅在科学研究中有重要的应用，而且在工业生产和环境保护中也扮演着重要角色。
本文将介绍电化学反应的基本原理、电解质溶液中反应的方程式，并且分析了一些实际应用。
在电化学反应中，最常见的是电解质溶液中发生的反应。
电解质溶液中的溶剂是电解质的载体，它能够形成离子，使得电流可以通过电解质溶液中进行传递。
电解质溶液中的反应通常可以用半反应方程式来表示。
半反应方程式是对电化学反应中发生的氧化还原反应的简化表示。
在半反应方程式中，被氧化的物质叫做氧化剂，它接受电子从被还原的物质，而被还原的物质叫做还原剂，它损失电子给氧化剂。
例如，氯化银在水溶液中的氧化还原反应可以用以下方程式表示：AgCl(s) + e- → Ag(s) + Cl-(aq)在这个反应中，氯化银被还原为银，失去了一个电子，而氯离子被氧化为氯原子，接受了一个电子。
这个反应中的电子转移发生在电解质溶液中。
还有其他一些常见的电化学反应的方程式。
例如，电池中的反应可以表示为：2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)这个方程式表示了氢气和氧气在电池中的电化学反应，生成水。
这是一个放电反应，也就是化学能转变为电能的过程。
电化学反应的应用非常广泛。
其中一个最重要的应用就是电解过程。
电解是用电能促使非自发反应发生的过程。
而电解过程中的半反应方程式可以帮助我们理解这个过程。
例如，电解氯化钠可以得到氯气和氢气。
这个过程可以用以下的方程式表示：2NaCl(aq) → 2Na+(aq) + Cl2(g) + 2e-2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)这两个方程式表示了氯化钠在电解过程中的两个半反应。
其中一个半反应是氯离子被氧化为氯气，而另一个半反应是水分子被还原为氢气和氢氧根离子。
这个反应在氯碱工业中有着重要的应用。
此外，电化学反应还在能源产生和储存领域发挥着重要作用。
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法拉第定律
❖ 例题：用强度为0.025A（A=C·S-1）的电流通过 Au(NO3)3溶液，当阴极上有1.20gAu(s)析出时， 试计算：(a)通过了多少电量。(b)需通电多长时间。 (c)阳极上将放出多少O2？（换算为STP状态，用 V表示）（已知MAu=197.0g·mol-1)
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(二） 原电池
7.6 原电池与可逆电池 7.7 可逆电池的热力学 7.8 电极电势和电池的电动势 7.9 电动势测定的应用 7.10 辅导答疑
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(三） 电解与极化
7.11 分解电压 7.12 极化作用 7.13 电解时电极上的反应 7.14 辅导答疑
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7.1 引 言
❖ 电化学是研究电能和化学能相互转化规律的一门 学科，是物理化学的一个重要分支
❖ 电池是实现化学能与电能转化的电化学装置 ❖ 将化学能转化为电能的装置叫原电池 ❖ 将电能转化为化学能的装置叫电解池
电解
电能
电池
化学能
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7.1 电化学的基本概念和法拉第定律
二、基本概念： 1、电极反应：在电池的两极上发生的反应 2、电池反应：电池发生的总反应 3、负极：电势较低的极，电子从负极流向正极
正极：电势较高的极，电流从正极流向负极 4、阳极：发生氧化反应的电极
阴极：发生还原反应的电极
物理 化学
第七章 电化学
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第七章 电化学
（一）电解质溶液 （二）原电池 （三）电解与极化
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(一） 电解质溶液
7.0 引言 7.1 电化学的基本概念和法拉第定律 7.2离子的电迁移和迁移数 7.3电导、电导率和摩尔电导率 7.4 电解质的平均活度因子和德拜-休克尔公式 7.5辅导答疑
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7.1 电化学的基本概念和法拉第定律
原电池： 阳极：氧化反应，电势低，负极（失电子） 阴极：还原反应，电势高，正极（得电子）
电解池： 阳极：氧化反应，电势高，正极（失电子） 阴极：还原反应，电势低，负极（得电子）
电流方向总是由正极流向负极，而电子的流向相反
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Cu电极：
Cu2++2e-→ Cu(S) 发生还原作用，是阴极。电 流由Cu极流向Zn极，Cu极电 势高，是正极。
电极的极性由两电极本身的化学性质决定。
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电解池(electrolytic cell)
电极①：
与外电源负极相接，是负极
发生还原反应，是阴极
①
② Cu2++2e-→Cu(s)
电极②：
与外电源正极相接，是正极 发生氧化反应，是阳极 Cu(s)→ Cu2++2e-
电极的极性由所接的外电源的性质决定
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法拉第定律
四、法拉第定律： 通电于电解质溶液后，在电极上发生化学反应
的物质的物质的量与通入的电量成正比。
法拉第定律常数 1摩尔质子的电荷，即1摩尔电子所带电量的绝
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法拉第定律
❖ 例如：欲从含有MZ+离子的溶液中沉积1mol金属 M，MZ+ +Z +e M ，需要通过(1×Z+) mol电 子 ，所以通过的电量为Q 时，所沉淀出金属的物 质的量为
Q nM z F
或写作 Q nz F
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对值称法拉第常数，用F表示。
F = L·e = 6.022×1023mol×1.6022×10-19C = 96485C·mol-1 ≈ 96500C·mol-1
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法拉第定律的数学表达式
Mz ze M Az- ze A
取电子的得失数为 z，通入的电量为 Q，则电极
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法拉第定律
解：（１）将电极反应写作：
阴极： 1 Au3 e 1 Au(s)
3
3
阳极：2
(g)
H
(a)
Q=
nZF
=
1
1.20 197.0
1 96500
1763C
3
(b)t Q 1763 7.05104 (s) I 0.025
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1. 第一类导体
又称电子导体，如金属、石墨等。
A.自由电子作定向移动而导电 B.导电过程中导体本身不发生变化 C.温度升高，电阻也升高 D.导电总量全部由电子承担
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两类导体
2. 第二类导体 又称离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等。
A.正、负离子作反向移动而导电 B.导电过程中有化学反应发生 C.温度升高，电阻下降 D.导电总量分别由正、负离子分担
电化学的用途
⒈电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属； 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。
⒉电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、 生化和医学等方面都要用不同类 型的化学电源。
⒊电分析 ⒋生物电化学
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7.1 电化学的基本概念和法拉第定律 一、两类导体：
上发生反应的物质的量 n 为：
n
Q zF
或 Q nzF
电极上发生反应的物质的质量 m 为：
m
nM
Q zF
M
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法拉第定律的意义
⒈ 是电化学上最早的定量的基本定律，揭示了 通入的电量与析出物质之间的定量关系。 ⒉ 该定律在任何温度、任何压力下均可以使用。 ⒊ 该定律的使用没有什么限制条件。
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离子迁移方向
三、离子迁移方向：
阴离子迁向阳极
Anion Anode
阳离子迁向阴极
Cation Cathode
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原电池(galvanic cell)
Zn电极：
Zn(S)→Zn2++2e发生氧化作用，是阳极。电子 由Zn极流向Cu极，Zn极电势低， 是负极。
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法拉第定律
(c)Q阴 Q阳
n阴 n阳
n(O2
)
1 4
n(1 3
Au)=
1 4
1
1.20 197.0
4.57 103 mol
3
V (O2 ) 4.57 103 22.4 0.102dm3