1电化学-法拉第定律
电化学知识规律总结
电化学知识规律总结电化学是研究电子在化学过程中的转移和反应的学科，它涉及到电解质溶液、电极、电池、电解等诸多内容。
在长期的研究中，人们发现了一些重要的电化学知识规律。
下面我将对其中的一些规律进行总结，以展示电化学的基本原理和应用。
1. 法拉第定律法拉第定律是电化学研究中最基本的定律之一，它揭示了电流与化学反应之间的关系。
根据法拉第定律，电流的大小与化学反应物的物质转化的量之间存在着定量关系，即电流的大小正比于物质转化的量。
这个比例关系由法拉第定律所描述，即I = nF/t，其中I是电流的大小，n是反应物转化的物质量的摩尔数，F是法拉第常数，t是时间。
2. 纳诺电化学随着纳米材料的研究和应用的发展，纳米电化学成为了电化学研究的热点之一。
纳米电化学研究主要关注纳米材料在电化学反应中的性质和应用。
纳米材料具有较大的比表面积和特殊的电子结构，可以显著影响电化学反应的速率和机理。
纳米电化学的研究成果有助于开发高效的电化学催化剂、能量转化和储存材料等。
3. 活性电极电势在电化学中，活性电极电势是指该电极与参比电极之间的电势差。
根据电化学中的基本定理，活性电极电势可以反映电极上化学反应的平衡性质和反应的方向。
活性电极电势与物质的化学活性有关，通常用标准电极电势来表示。
标准电极电势是指在标准条件下，电极反应的电势差。
通过测量和比较不同电极的标准电极电势，可以确定不同物质之间的化学反应性能和反应机理。
4. 电解质溶液电解质溶液是电化学研究中的重要对象之一。
它是指溶解了电离物质的溶液，如酸、碱、盐等。
在电解质溶液中，电离物质会发生电离反应，释放出离子。
通过控制电极间的电势差，可以实现在电解质溶液中的离子输运和电化学反应。
电解质溶液的浓度、温度和溶剂等因素都会对电化学反应产生影响，这些因素被广泛应用于制备新材料和开发新技术。
5. 电池电池是通过化学能转化为电能的装置。
电池的工作原理是在电解质溶液中，通过化学反应将化学能转化为电子能量。
第六章电化学
第六章 电化学（一）主要公式及其适用条件1、法拉第定律——电极反应的B 物质的质量 zF It M v m /B B B =式中：v B 为参加电极反应的物质B 的计量系数；M B 为物质B 的摩尔质量；I 为电流强度；t 为通电时间；z 为电极反应进行了1mol 反应进度时得（或者失）电子的物质的量；F =96485C ·mol -1，称为法拉第常数。
此定律不受任何外界条件和参加电极过程各有关物质性质的影响。
2、离子迁移数-++-++-++++=+=+U U U Q Q Q t υυυdef＝；-+--+--+--+=+=+U U U Q Q Q t υυυdef ＝ 上述两式中：t +和t -分别为正、负离子的迁移数；Q +和Q -分别为在一定时间内正、负离子迁移的电量，Q ++Q -则为通过溶液的总电量；υ+和υ-分别为正、负离子定向迁移的速率；U +和U -分别称为正、负离子的电迁移率，即电势梯度∆ϕ/l =1V ·m -1时离子运动的速率，其单位为m 2·S -1·V -1。
上式适用于强电解质稀溶液。
3、电导的定义 l A R I G //defκ=＝式中：R 为导体的电阻；A 为导体的截面积；l 为导体的长度。
4、电导率 ρκ/1/==AR l式中：ρ称为电阻率；l =1m 、A =1m 2时的电导，称为电导率κ。
5、摩尔电导率 c A -=∞m m ΛΛ式中：∞m Λ为无限稀释时的摩尔电导率，亦称为极限摩尔电导率；当温度、电解质溶液一定时A 为常数，其单位为S ·m 3.5·mol -1.5。
此式只适用于强电解质稀溶液。
7、柯尔劳施离子独立运动定律的数学表示式 ∞m Λ=v +∞--∞++m,m,ΛΛv 式中：v +及v -分别为正、负离子的化学计量数；∞+m ,Λ及∞-m ,Λ分别为正、负离子的极限摩尔电导率。
此式适用于无限稀释的电解质（不论其强弱）溶液。
法拉第电解定律
英国物理学家和化学家M.法拉第在总结大量实验结果的基础上，于1834年所确定的关于电在电极上析出（或溶解）的物质的质量m同通过电解液的总电量Q（即电流强度I与通电时间t的乘积）成正比，即m＝K Q＝K It,其中比例系数K的值同所析出（或溶解）的物质有关,叫做该物质的电化学当量（简称电化当通过各电解液的总电量Q相同时，在电极上析出（或溶解）的物质的质量m同各物质的化学当量C（即原子量A与原子价Z之比值）成正比。
电解第二定律也可表述为:物质的电化学当量K同其化学当量C成正比，即式中比例系数α对所有的物质都有相同的数值，通常把它写成 1/F，F叫做法拉第常数，简称法拉第，其值为9.648455×104库仑／摩尔。
可以把电解第一定律和电解第二定律合用一个公式表示如下若物质的质量m以克表示时的数值恰等于其化学当量，则称物质的量为1克当量。
按照法拉第电解定律,在电极上析出（或溶解）一克当量物质所需的电荷量为F。
当物质的量为一摩尔时，组成该物质的原子个数等于阿伏伽德罗常数N o，其值约为6.022×1023每摩尔。
因此，按照法拉第定律，在电极上析出一摩尔物质所需的电量Z F,它等于N o个Z价离子所带电量的绝对值之和。
每一Z价离子所带电量的绝对值等于基本电荷e（电子所带电量的绝对值,约为1.602×10-19库仑）的Z倍,由此可见即基本电荷e等于法拉第常数F与阿伏伽德罗常数N o之比。
法拉第电解定律是电化学中的重要定律，在电化生产中经常用到它。
历史上，法拉第电解定律曾启发物理学家形成电荷具有原子性的概念，这对于导致基本电荷e的发现以及建立物质的电结构理论具有重大意义。
在R.A.密立根测定电子的电荷e以后,曾根据电解定律的结果计算阿伏伽德罗常数N o。
法拉第电解定律的发现和当量的确定
法拉第电解定律的发现和当量的确定一、恒定电化作用定律1831年1月，迈克尔·法拉第宣布了电解定律的发现，起初他把这个定律叫做恒“定电化作用定律”。
随后，他对几种元素的电化当量进行调查研究，最后他得出了这样一个结论，电化当量和通常的化学当量是相等的。
这种方法不需要象贝采里乌斯那种纯粹的化学操作步骤，一次又一次地沉淀、过滤、称量。
它为原子量、当量的测定提供了一个简便的方法。
遗憾的是贝采里乌斯没有掌握这种方法，如果他能掌握这种方法，即使不代替他的化学方法，至少可以用来检验用化学方法得到的数值。
贝采里乌斯是电化学领域的专家，他对电化学的操作非常熟悉。
受1800年伏打发明的伏打电池的影响，他开始了他的卓越的科学研究生涯。
然而，只有一丝的证据表明贝采里乌斯曾经用法拉第概述的方法确定化学当量，甚至这点证据也是有争论的。
大量的证据证明贝采里乌斯忽视了英国最伟大的科学家的这一发现。
虽然“恒定电化作用定律”直到1834年1月才被法拉第公布，但在电解中，反应的效果依靠通过的电量的观点，在此以前很长时间就已产生了。
1833年1月出版的第三辑的调查中，法拉第总结道：“有充分的理由相信，当电解发生时，分解的物质的量与电流强度不成正比，而与通过的电量成正比。
”法拉第在区分电量和电流强度上做了很大的努力。
他仔细地，正确地运用词汇去分电量和电流强度的特征以及彼此的影响。
这不是一个小问题，因为恰恰是对电量和电流强度的混淆使贝采里乌斯误人了歧途。
法拉第不仅发现了电解定律，他还发现在电化学的命名中有许多混淆的地方。
他提出了电极用“electrode”代替“pole”，而且，在他的朋友的帮助下创造了一系列电化学术语，如阳极、阴极、电解质、电解、离子、阳离子和阴离子等等。
二、电解定律的验证及当量的确定1．对电解定律的验证及当量的确定法拉第首先检验了在各种各样的条件下水的分解情况。
他发现只要电量保持不变，改变电极大小、形状、电极间的距离、电流强度以及硫酸溶液的浓度，均不影响电化作用的数量。
天津大学物理化学下册知识点归纳
第七章电化学一、法拉第定律Q=Zfξ通过电极的电量正比于电极反应的反应进度与电极反应电荷数的乘积。
其中F=Le，为法拉第常数，一般取F=96485C·mol 近似数为965000C·mol。
二、离子迁移数及电迁移率电解质溶液导电是依靠电解质溶液中正、负离子的定向运动而导电，即正、负离子分别承担导电的任务。
但是，溶液中正、负离子导电的能力是不同的。
为此，采用正（负）离子所迁移的电量占通过电解质溶液总电量的分数来表示正（负）离子导电能力，并称之为迁移数，用t+ ( t-) 表示，即正离子迁移数t +=Q+/(Q++Q-)=v+/(v++v-)=u+/(u++u-)负离子迁移数t_=Q-/(Q++Q-)=v-/(v++v-)=u-/(u++u-)上述两式适用于温度及外电场一定而且只含有一种正离子和一种负离子的电解质溶液。
式子表明，正（负）离子迁移电量与在同一电场下正、负离子运动速率v+与v-有关。
式中的u+与u-称为电迁移率，它表示在一定溶液中，当电势梯度为1V·m-1时正、负离子的运动速率。
其电解质溶液中含有两种以上正（负）离子时，则其中某一种离子B的迁移数计算式为tBz+=BBBQQ三、电导、电导率、摩尔电导率1.电导电阻的倒数称为电导，单位为S（西门子）。
G=1/R 2.电导率电极面积为1 ，电极间距为1 时溶液的电导，称为电导率，单位为G=1/R=S A κ/l 3.摩尔电导率在相距为单位长度的两平行电极之间，放置有1 电解质溶液时的电导，称为摩尔电导率，单位是S ·m 2·mol -1。
m Λ=c /κ4摩尔电导率与电解质溶液浓度的关系式（1）柯尔劳施（Kohlrausch ）公式m Λ=∞Λm —A c式中∞Λm是在无限稀释条件下溶质的摩尔电导率；c 是电解质的体积摩尔浓度。
在一定温度下对于指定的溶液，式中A 和∞Λm 皆为常数。
此式中适用与强电解质的稀溶液。
法拉第电解定律
法拉第电解定律Faraday's law of electrolysis英国物理学家和化学家M.法拉第在总结大量实验结果的基础上，于1834年所确定的关于电解的两条基本定律。
电解第一定律在电极上析出（或溶解）的物质的质量m 同通过电解液的总电量Q（即电流强度I与通电时间t的乘积）成正比，即m＝KQ＝KIt,其中比例系数K的值同所析出（或溶解）的物质有关,叫做该物质的电化学当量（简称电化当量）。
电化当量等于通过1库仑电量时析出（或溶解）物质的质量。
电解第二定律当通过各电解液的总电量Q相同时，在电极上析出（或溶解）的物质的质量m同各物质的化学当量C（即原子量A与原子价Z之比值）成正比。
电解第二定律也可表述为:物质的电化学当量K同其化学当量C成正比，即式中比例系数α对所有的物质都有相同的数值，通常把它写成1/F，F 叫做法拉第常数，简称法拉第，其值为9.648455×104库仑／摩尔。
可以把电解第一定律和电解第二定律合用一个公式表示如下若物质的质量m以克表示时的数值恰等于其化学当量，则称物质的量为1克当量。
按照法拉第电解定律,在电极上析出（或溶解）一克当量物质所需的电荷量为F。
当物质的量为一摩尔时，组成该物质的原子个数等于阿伏伽德罗常数N o，其值约为6.022×1023每摩尔。
因此，按照法拉第定律，在电极上析出一摩尔物质所需的电量ZF,它等于N o个Z价离子所带电量的绝对值之和。
每一Z价离子所带电量的绝对值等于基本电荷e（电子所带电量的绝对值,约为1.602×10-19库仑）的Z倍,由此可见即基本电荷e等于法拉第常数F与阿伏伽德罗常数N o之比。
法拉第电解定律是电化学中的重要定律，在电化生产中经常用到它。
历史上，法拉第电解定律曾启发物理学家形成电荷具有原子性的概念，这对于导致基本电荷e的发现以及建立物质的电结构理论具有重大意义。
在R.A.密立根测定电子的电荷e以后,曾根据电解定律的结果计算阿伏伽德罗常数N o。
法拉第电解定律
法拉第电解定律法拉第电解定律是描述电解过程中电流与电量之间的关系的重要定律。
该定律由英国科学家迈克尔·法拉第在19世纪提出，并且被广泛应用于电化学和化学工程领域。
法拉第电解定律可以用一个简单的公式来表示：电流(I)等于电解物质的摩尔电荷数(n)乘以元素价数(F)乘以电解时间(t)，即I = nFt。
其中，电流的单位为安培(A)，电解物质的摩尔电荷数是指单位时间内电解过程中离子的摩尔数，元素价数是指离子的电荷数，电解时间则表示电解过程所经历的时间。
根据法拉第电解定律，我们可以得出一些重要的结论。
首先，电流的大小与电解物质的数量成正比。
这意味着在相同条件下，电流越大，电解反应所需的时间越短。
其次，电流的大小与离子的电荷数成正比。
离子的电荷数越大，电流所输送的电量就越大，电解反应也就越快。
最后，电流的大小与电解时间成正比。
电解时间越长，电流所输送的电量越多，电解反应也就越充分。
法拉第电解定律的应用非常广泛。
在电化学研究中，可以利用该定律来计算电解过程中离子的摩尔数或电流的强度。
在化学工程中，可以利用该定律来优化电解过程的条件，提高电解反应的效率。
此外，该定律也可以帮助我们了解电解反应的机理和动力学，深入研究电化学的基本原理。
除了实际应用外，法拉第电解定律还有一定的理论意义。
它揭示了电流与电解过程中电量的传递关系，为探索电解反应的基本规律提供了重要线索。
通过进一步研究和运用法拉第电解定律，科学家们可以更好地理解和利用电化学现象，并推动该领域的发展。
然而，虽然法拉第电解定律在电解过程的研究中具有重要的意义，但它也有一些局限性。
首先，该定律是在理想条件下得到的，假定了电解过程中没有电解物质的损失或杂质的存在。
然而，在实际情况下，电解过程常常会伴随着一些不可避免的损失和杂质的产生，从而导致定律的应用受到限制。
其次，法拉第电解定律只适用于液体电解质和某些溶液电解质，对于高温或固体电解质的情况，定律的适用性存在一定的局限性。
物理化学：7.1 法拉第(Faraday)定律
左极 → 右极 外电路电流方向：
右极 → 左极 右极为正极，左极为负极
2021/3/19
原电池： 正极，还原反应 负极，氧化反应
4
电解池：
左电极，H+ 还原反应
2 H+ + 2e → H2
右电极：Cl 氧化反应
2 Cl– 2e → Cl2
电解池：
阳极，氧化反应（接外电源正极）
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m Q M ZF
Q nZF
其中 F 为常数：Faraday 常数 —— 1mol 电子电量的绝对值：
F = Le0
= (6.0221023/mol ) ( 1.60221019C )
= 96484.6 C / mol
一般地： F = 96500 C/mol 需牢记！
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四、电量计（库仑计）
1. 银（Ag）电量计
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基于法拉第定律，串联 的电解池，各电极等当 量反应，通过电量相等。
将 Ag 电量计串联于电 路，则阴极反应：
Ag+ + e →Ag
称重通电前后阴极 Ag 的重量变化 W ( g ), 则通电量：
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Q nZF ΔW 1 F 96485 ΔW
并规定外电路中电流方向：正极 → 负极 2. 按电极反应分：发生氧化反应者为阳极；
发生还原反应者为阴极。
3. 一般地，对原电池的电极称正极或负极； 对电解池的电极称阳极或阴极。
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3
例如：原电池
左电极：H2发生氧化反应 H2 2e → 2 H+
右电极：Cl2发生还原反应 Cl2 + 2e → 2 Cl
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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
在电极上发生有电子得失的化学反应称为电极 在电极上发生有电子得失的化学反应称为电极 反应. 反应 两个电极反应的总结果表示为电池反应 两个电极反应的总结果表示为电池反应. 电池反应 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
阳离子迁向阴极
正 极
负 极
负载电阻
在阴极上发生还原的是
Cu 2+ ( aq ) + 2e → Cu(s)
Zn
e-
Cu
e
-
e-
阳 极
Zn 2+ Cu 2+ 阴 SO2SO2- 极 4 4
CuSO4溶液
阴离子迁向阳极 在阳极上发生氧化的是
Zn ( s ) → Zn 2+ (aq) + 2e
ZnSO4溶液
电化学
研究对象
电化学主要是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。 电解
电能
电池
化学能
7.1电解质溶液的导电机理及法拉第定律 电解质溶液的导电机理及法拉第定律
1.电解质溶液的导电机理 1.电解质溶液的导电机理
导体分类 电子导体 离子导体
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.
法拉第定律的文字表述 ⒈ 在电极界面上发生化学变化物质的质 量与通入的电量成正比。 ⒉ 通电于若干个电解池串联的线路中， 当所取的基本粒子的荷电数相同时，在 各个电极上发生反应的物质，其物质的 量相同，析出物质的质量与其摩尔质量 成正比。
法拉第定律的数学表达式 对于下面的电极反应表达式 氧化态 + z e－ → 还原态 还原态 →氧化态 z e－ 氧化态+ 法拉第定律表示为
I 阳 (－) － e 负载 阴(+)
⊕
原电池示意图
阴极、阳极
阴极：
发生还原作用的极称为阴极。 在原电池中，阴极是正极；在 电解池中，阴极是负极。 发生氧化作用的极称为阳极。
阳极：
在原电池中，阳极是负极；在 电解池中，阳极是正极。
在电解池中
阳离子迁向阴极，在 阴极上发生还原作用
阴 极
电源 +
e
-
Q = zFξ
法拉第定律
Q = zFξ
z—电极反应的电荷数 电极反应的电荷数
ξ 反应进度
F —法拉第常数 法拉第常数
法拉第常数在数值上等于1 mol元电荷的电量。已知 元电荷电量为1.60217733×10-19 C
F=Le
=6.0221367 10 =6.0221367×1023 mol-1×1.6022×10-19 C 1.6022 10
利用电能以发生化学反应的装置称为电解 利用电能以发生化学反应的装置称为电解 池.
I 阳 (+) e
+ —
外电源 阴(－) －
⊕
电解池示意图
利用两极的电极反应以产 生电能的装置称为原电池 生电能的装置称为原电池 阴极为正极, 原电池 阴极为正极 阳极为负极. 阳极为负极 这种关系与电解池中情况 这种关系与电解池中情况 电解池 相反. 相反 在原电池转变为电解池(如 在原电池转变为电解池 如 充电)时 电池的正负极不变, 充电 时, 电池的正负极不变 但阴阳极对换. 但阴阳极对换
Zn
e
Cu
2+
正 极
- 电源 + 阴 极 电解质溶液
e-
e
+ 阳 极
e
-
e
Cu 阴 阳 Zn 极 SO2SO2- 极 4 4
2+
溶液 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 溶液
（a)丹尼尔电池 （b）电解池 ）
2. 法拉第定律Βιβλιοθήκη 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 该定律的使用没有限制条件。
e+
阳 极
阴离子迁向阳极，在 阳极上发生氧化作用
电解质溶液
Anion → Anode
电解池
在电解池中 阳极上发生氧化作用
阴 极
电源 +
e-
e
+
阳 极
-
2Cl ( aq ) → Cl2 (g) + 2e
阴极上发生还原作用
CuCl2
电解池
Cu 2+ ( aq ) + 2e → Cu(s)
在原电池中
Q 96500 C ξ = = = 1mol zF 1 × 96500 C mol 1
n( Ag ) n( Ag + ) = ξ= + ν ( Ag ) ν ( Ag )
n( Ag+ ) = ν ( Ag+ )ξ = 1mol n( Ag) = ν ( Ag)ξ = 1mol
即每有1mol Ag+被还原或 被还原或1molAg沉积下来，通过 沉积下来， 即每有 沉积下来 的电量一定为96500C 的电量一定为
Danill电池
在电极上发生反应的先后由其性质决定
在电解池中， 用惰性电极
阳极上发生氧化作用
2H 2 O ( l ) → O 2 (g) + 4H + + 4e
Pt
电源 +
e
-
e+
Pt
阴极上发生还原作用
2H + ( aq ) + 2e → H 2 (g)
电极上的反应次序由 离子的活泼性决定
Na 2SO 4
对于电极反应： 对于电极反应：Cu = Cu 2+ + 2ez=2, Q=96500C 时：
Q 96500C = = 0.5mol ξ= zF 2 × 96500C mol 1
n(Cu ) ξ= ν (Cu )
n(Cu) = ν (Cu)ξ = 0.5mol
电子能还原1mol一价离子，但只能还 一价离子， 即： 1mol电子能还原 电子能还原 一价离子 二价离子。 原0.5mol二价离子。 二价离子
电解池
在电解池中， 都用铜作电极
阳极上发生氧化作用
Cu(s,电极) → Cu 2+ ( aq ) + 2e
Cu
电源 +
e
-
e+
Cu
阴极上发生还原作用
Cu 2+ ( aq ) + 2e → Cu(s)
电极有时也可发生反应
CuSO 4
电解池
离子迁移方向：
阴离子迁向阳极 阳离子迁向阴极
负 极
负载电阻
=96485.309 Cmol-1 ≈96500 Cmol-1
对各种电解质溶液, 每通过96485.309C的 电量, 在任一电极上发生得失1mol电子的反应, 同时相对应的电极反应的物质的量亦为1mol （所选取的为一价）.
对于电极反应： 对于电极反应：Ag+ + e- = Ag z=1, Q=96500C 时：