吉大-物理化学-电化学

3．法拉第定律 (1)在电极上发生化学反应的物质量与通入的电量成正 比；
(2)若几个电池串联，通入电量后，在各个电池的电极 上发生化学反应物质的电荷物质量相等。
数学表达式: QznF
Q:通入的电量 n:在电极上起化学反应物质的量 z:电极反应离子的电荷数(电子转移数)
F:法拉第常数，即反应1mol电荷物质所需电量 1F=96500库仑/摩尔
ρ:电阻率，Ω·m,
S·m-1
影响电导率的因素：
电解质的种类 电解质的浓度 温度
2．摩尔电导率 m 定义: 将一摩尔电解质溶液置于相距一米的两 平衡电极之间，此时，电解质溶液的导电能力 为摩尔电导率。
摩尔电导率相当于固定了电解质的量都是1mol， 对于浓度不同的电解质，当物质量都是1mol时， 在相距一米的两平衡电极之间，溶液的体积是 不同的
m m1 3..3 92 1 1 10 0 2 33.38102
K c c 1 /c 2 1 5 .8 1 1 1 0 3 3 .3 8 ( 3 .1 3 0 8 2 1 0 2 ) 2 1 .8 7 1 0 5
3．计算难溶盐的溶解度
难溶盐靠电离出的少量正、负离子导电
1 c
c越大,V越小,离子间引力增大
a、强电解质 c 0
m
:无限稀溶液的摩尔电导率
实验表明：强电解质在无限稀的溶液中,摩 尔电导率与浓度的平方根成直线关系
m mAc
m
无限稀电解质溶液的摩
尔电导率，它为直线的截距，
用实验数据做直线外推得到。
c：浓度 A：与电解质本性和温度有关的常数。
b、弱电解质
解： K R 0 .2 7 6 8 8 2 .4 2 2 .8 1 m 1 G K G K 2 2 .8 10 .0 6 9 9 7 Sm 1 R 3 2 6 m ( K 2 S O 4 ) c 0 .0 0 0 .2 0 5 6 9 9 1 7 0 0 0 0 .0 2 7 9 9 S m 2 m o l 1
通入的总电量：Q I t 0 . 2 3 0 6 0 3 6 0 库 仑 电极上起化学反应物质的量：
nQ 360 000373 m ol zF196500
析出Ag的质量： m=n×MAg=0.00373×107.88=0.403g
二、电导、电导率和摩尔电导率
1．电导、电导率
电导: G 1
第七章
电化学
研究
电现象 ←→ 化学现象 电 能 ←→ 化 学 能
电化学装置有两种
电解池 原电池
电解池： 电能转化为化学能的装置
原电池： 化学能转化为电能的装置
电化学装置的组成
电解质溶液：实现转化的物质基础
电极：实现转化的地点（界面处）
电化学在工业上的应用:
★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。
c 0 时,电解质全部解离
m
不能用外推方法求得
5．柯尔劳许离子独立运动定律
柯尔劳许作了大量的实验，发现这样的规律：
m ( K N O 3 ) m ( N a N O 3 ) m ( K F ) m ( N a F )
m ( K C l) m ( )
解：[方法2] m , H A c m H m A c ( m H m C l ) ( m N a m A c ) ( m N a m C l )
m H C l m N a A c m N a C l 3 9 0 . 7 1 0 4 S m 2 m o l 1
导池，已知电导池常数K为13.7m-1，此时测得电
阻为655Ω，查表计算醋酸的
m
及醋酸的电离度
α和电离常数 K c。
解： K13.72.092102Sm 1
R 655
m c 2 .0 1 9 5 2 . 8 1 1 0 2 1 .3 2 1 0 3 Sm 2m o l 1
m H A c m H m A c 3 4 9 . 8 1 0 4 4 0 . 9 1 0 4 3 . 9 1 1 0 2 S m 2 m o l 1
事实上，水的电导率小于 1 10 4Sm 1就 认为是很纯的了，有时称为“电导水”，若 大于这个数值，那肯定含有某种杂质。
除杂质的方法较多，根据需要，常用的方法有：
(1)用不同的离子交换树酯，分别去除阴离子 和阳离子，得去离子水。
(2)用石英器皿，加入 KMnO4 和 KOH，去除 C O 2 及有机杂质，二次蒸馏，得“电导水”。
R
单位： 西门子（S）或欧姆-1（Ω-1）
R l A
G 1 A A l l
G l A
电导率:
两极相距1m，电极面积为1m2,即1m3电解 质溶液所具有的电导。S·m-1。
令：K为电导池常数 K l
A
GK
G l A
l:导体的长度或电解质溶液中两极间的距离；
A:导体的截面积或电解质溶液中电极的极面积
第一类导体 第二类导体
形成闭合回路 化学反应
例:将两个Pt电极插入HCl溶液中，接通电源后，H+奔 向阴极得电子e后放出H2，而Cl-奔向阳极，把电子e留 给阳极，放出Cl2。
阴极： 2H2eH2还原反应
阳极： 2C l2eC l2氧化反应
电池反应：2 H 2 C l H 2 C l2
整个电池通过界面上的化学反应把电子导电和离 子导电连接起来，形成闭合回路
测其К盐
盐 aq H2O
mc盐（aq-cH2O）
c （aq-mH2O）
例：298K，测AgCl饱和溶液和水的电导率分 别为3.41×10-4S·m-1和1.6×10-4S·m-1，试求 AgCl在该温度下的溶解度及溶度积常数。
解： A g C l a q H 2 O 3 . 4 1 1 0 4 1 . 6 1 0 4 1 . 8 1 0 4 S m 1
例如：酸碱中和反应
N a O H H C l
H C l N a O H N a C l H 2 O
2.用B a C l 2 滴定 Tl2SO4 产物 BaSO4均,Tl为Cl沉淀
B a C l 2 T l 2 S O 4 B a S O 4 2 T l C l
§7-2 电解质溶液平均活度及平均活度因子
a a a
m m m
am/m
例如： HCl H2SO4
Al2(SO4)3
a
aH
aCl
a HCl
aHCl a2
a a a a
3
2 H
SO42
3 H2SO4
aH2SO4 a3
aa a a 5 2 3
Al3 SO 4 2
5 Al2(SO 4)3
a a5
Al2(SO4)3
例：计算0.20mol﹒kg-1H2SO4溶液的a±和aH2SO4 ，
★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
§7-1 电解质溶液的导电性质 一、电解质溶液的导电机理
1．导体： 能够导电的物体叫导体。
第一类： 靠导体内部自由电子的定向运动而导电的物体
如 金属导体
石墨
性质:
A.自由电子作定向移动而导电
K s p [ A g ] [ C l ] ( 1 . 3 1 1 0 5 ) 2 1 . 7 1 6 1 0 1 0
4．电导滴定 在滴定过程中，离子浓度不断变化，电导
率也不断变化，利用电导率变化的转折点，确 定滴定终点。电导滴定的优点是不用指示剂， 对有色溶液和沉淀反应都能得到较好的效果， 并能自动纪录。
2．计算弱电解质的电离度和电离平衡常数
弱电解质部分解离 → m
无限稀的弱电解质全部解离→
m
例：对于1-1价键型的电解质HAc：
AB = A+ + B-
m
m
达平衡时： c-cα cα
cα
平衡常数：
Kc
c/ c2 1
代入
m
m
Kc
c/c2m m(m m)
例：把浓度为15.81mol﹒m-3的HAc溶液注入电
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
第二类 靠离子的定向运动而导电物体如 电解质溶液
性质:
熔融电解质
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
2．电解质溶液的导电机理
组成电池
氢离子的化学势： H H R Tlna H 氯离子的化学势： C lC lR Tlna C l
HCl全部解离成H+和Cl-
HCl
H
Cl
H C l H C l R T l n a H C l ( H C l ) R T l n a H a C l
三、电导测定的应用
1．检测水的纯度
纯水本身有微弱的解离，H + 和 O H 的浓度近
似为，10 7m ,oldm 3纯水的电导率 5 .5 1 0 6S m 1
理论计算纯水： 5 .5 1 0 6 Sm 1
普通蒸馏水：
1 .0 1 0 3 S m 1
重蒸馏水：
1 .0 1 0 4 S m 1
物质量（mol） 1H+ 2H+ 1Zn2+ 2Zn2+
电极反应 H++e=1/2H2 H++e=1/2H2 Zn2++2e=Zn Zn2++2e=Zn
电子转移数 zn
1
1
1
2
2
2
2
4
例：将两个银电极插入硝酸银溶液，通以0.2安 培的电流30分钟，求在阴极上析出银的克数。