物理化学课件 董元彦 第四版第5章.电解质
这两种表示方法对1-1价型的电解质是一致的
如
NaCl
例题1 : 298K时，用某一电导池测得 0.1 mol/L KCl溶液
的电阻为 28.44 ( =1.29 s/m)，用同一电导池测得 0.05
t+ --- 正离子的迁移数 ;
u --- 正离子的迁移速率 ；
t
q q q
u u u
t - --- 负离子的迁移数
u --- 负离子的迁移速率
t
q q q
u u u
影响离子迁移速率的因素有： * 离子的本性（如电荷、离子半径等） * 溶剂的性质（如溶剂的黏度、 介电常数等） * 离子与溶剂的相互作用（如溶剂化、生成氢键等） * 溶液浓度 * 温度 * 电场强度
m ----- 把含有1mol电解质的溶液置于相距为1m的两
个平行电极之间的电导.
注意 m 的两种表示方法：
第一种：是以1mol电荷的量为基本单元
如
m
(1 2
CuSO4
)
7.17
10 3
s
m2
mol
1
第二种：是以1mol电解质的量为基本单元
如
m (CuSO4 ) 14.34 103 s m2 mol1
总反应 ：
2HCl H2 Cl2
电解质溶液的导电机理: （1）溶液中的正负离子分别向阴极和阳极迁
移，使电流得以在溶液中连续。 （2）正离子在阴极上发生还原反应, 负离子在
阳极发生氧化反应. 使电流得以在溶液与 电极的界面上连续。
Faraday
法拉第是英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才 的科学家。1791年9月22日萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家 庭。因家庭贫困仅上过几年小学，13岁时便在一家书店里当 学徒。书店的工作使他有机会读到许多科学书籍。在送报、 装订等工作之余，自学化学和电学，并动手做简单的实验， 验证书上的内容。利用业余时间参加市哲学学会的学习活 动，听自然哲学讲演，因而受到了自然科学的基础教育。由于他爱 好科学研究，专心致志，受到英国化学家戴维的赏识，1813年3月由戴维 举荐到皇家研究所任实验室助手。这是法拉第一生的转折点，从此他踏上 了献身科学研究的道路。同年10月戴维到欧洲大陆作科学考察，讲学，法 拉第作为他的秘书、助手随同前往。历时一年半，先后经过法国、瑞士、 意大利、德国、比利时、荷兰等国，结识了安培、盖.吕萨克等著名学者。 1824年1月当选皇家学会会员，1825年2月任皇家研究所实验室主任， 1833----1862任皇家研究所化学教授。1846年荣获伦福德奖章和皇家勋章。 1867年8月25日逝世。
l ---- 两电极间的距离(m)
电导率
conductivity
G l 1 l
A RA
l / A ---- 电导池常数 ( m1 )
---- 在相距1m的两个面积均为1㎡的电极间电解质溶
液的电导。 (s m1)
摩尔电导率
molar conductivity
m C
式中 C ---- 电解质的浓度 (mol m3)
第五章 电解质溶液(Electrolyte Solution)
电能
电解
化学能
电池
§ 5-1 离子的电迁移
一．电解质溶液的导电机理
Pt
Pt
阴
阳
极 +极
-
HCl
电解池
电解池 ---- 使电能转 化为化学能的装置。
阴极 (－) 还原反应：
2H 2e H2
阳极 ( + ) 氧化反应：
2Cl 2e Cl2
淌度大的离子，其导电能力大。如 H 、OH 1 的
淌度比其它离子的要大，故其摩尔电导率也比其它离子 的摩尔电导率要大
2.对含多种正、负离子的溶液
ti
qi qi
ti 1
§ 5-2 电导及其应用
一．电导、电导率与摩尔电导率
电导
conductance
G 1 R
（ 1 或 S ）
G A
l
A --- 电极面积（㎡ ）
96484.5C mol 1 96485C mol 1
因此，在阴极（负极）上要使 1mol 的 M Z 离子
从溶液中析出，需要 Z+ mol 的电子
M Z Ze M
需要通入的电量为Q Z F
当在阴极（负极）上发生反应的 M Z 离子为△n mol 时
nM Z nZe nM
Q nZ F
摩尔数.
Z ----- 在电极上发生反应的物质所荷的电荷数
例. 将9648.5 c的电量分别通入稀 H2SO4 、 CuCl2 、
BiCl3溶液中, 求在各阴极上析出的 H2 、Cu 、Bi
的摩尔数。
解
n 1 Q 9648.5 0.1 mol Z F 96485 Z 0.1 nH2 2 2 0.05mol
二. Faraday定律
定律内容：通电于电解质溶液后， 1. 在电极上发生化学反应的物质的摩尔数与通入的电 量成正比；
2. 若将几个电解池串联，通入一定的电量后，在各个 电解池的电极上发生反应的物质（电荷数相同）的 摩尔数相同。
1mol电子所带电量的绝对值称为法拉第常数，用F 表示
F Le 6.0221023 mol 1 1.60221019C
同理可得：在阳极（正极）上发生反应的 AZ
离子为△n mol 时
Q n Z F
综合得：
Q n Z F
--------- Faraday定律
Q ---- 通入溶液的总电量 ( c ) ; F ---- 1mol电子所荷的电量（ Faraday常数） △n --- 在阴极或阳极上发生电极反应的物质的
nCu2 2ne nCu nBi3 3ne nBi
nCu
n
0.1 2
0.05mol
nBi
n
0.1 3
0.033mol
三. 离子的电迁移
电解质溶液的导电是正、负离子向两极迁移电量 的叠加结果，正、负离子同时承担导电的任务。
1. 对只有一种正负离子的电解质 q --- 通过溶液的总电量；
q+ --- 正离子输送的电量 ; q - --- 负离子输送的电量
对给定的溶质、溶剂，在一定的温度和浓度下，
离子的迁移速率只与电场强度有关：
u
U
dE dl
dE u U dl
U 、 U --- 为单位电场强度下正、负离子的迁移速率，
称为离子淌度，其值更能反映离子运动的本性。
t
q q q
U U U
t
q q q
U U U
t t 1
从公式可以看出，迁移数体现了正、负离子迁移淌 度的相对大小。同一种离子在不同的电解质溶液中的迁 移数是不同的。
物理化学第四版董元彦主编课后答案
课后习题答案第一章化学热力学基础1-1 气体体积功的计算式W = ? ∫ Pe dV 中，为什么要用环境的压力Pe ？在什么情况下可用体系的压力P体？答：δW = f 外? dl = p外? A ? dl = p外? dV 在体系发生定压变化过程时，气体体积功的计算式W = ? ∫ Pe dV 中，可用体系的压力P体代替Pe 。
298K 时，5mol 的理想气体，在（1）定温可逆膨胀为原体积的 2 倍；( 2 ) 定压下加热到373K；（3）定容下加热到373K。
已知Cv,m = 28.28J·mol-1·K-1。
计算三过程的Q、W、△U、△H 和△S。
解（1）△U = △H = 0 1-2 Q = ?W = nRT ln V2 = 5 × 8 .314 × 298 ln 2 = 8 .587 kJ V1 ?S = nR ln （2）V2 = 5 × 8.314 ln 2 = 28.82 J ? K ?1 V1 ?H = Q P = nC P ,m (373 ? 298) = 13.72kJ ?U = nCV ,m (373 ? 298) = 10.61kJ W = △U – QP = －3.12 kJ ?S = nC P ,m ln （3 ）T2 373 = 5 × (28.28 + 8.314) ln = 41.07 J ? K ?1 T1 298 ?U = QV = nCV ,m (373 ? 298) = 10.61kJ ?H = nC P ,m (373 ? 298) = 13.72kJ W=0 1 ?S = nCV ,m ln T2 373 = 5 × 28.28 ln = 31.74 J ? K ?1 T1 298 1-3 容器内有理想气体，n=2mol , P=10Pζ，T=300K。
(1) 在空气中膨胀了1dm3，求做功多少？(2) 膨胀到容器内压力为lPζ，做了多少功？(3）膨胀时外压总比气体的压力小dP , 问容器内气体压力降到lPζ时，气体做多少功？解：（1）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且Pe = 105 Pa W = ? Pe ?V = ?105 × 1 × 10?3 = ?100 J （2）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且Pe = 105 Pa W = ? Pe ?V = ? Pζ (V2? V1 ) = ? Pζ ( =? nRT nRT 9 ? ) = ? nRT ζ ζ P 10 P 10 （3 ）9 × 2 × 8.314 × 300 = ?4489.6 J 10 nRT Pe = P ? dP ≈ P = V W = ? ∫ Pe dV = ? nRT ∫ V1 V2 V2 V1 V P 1 dV = nRT ln 1 = nRT ln 2 V V2 P 1 = 2 × 8.314 × 300 × ln 1Pζ = ?11.486kJ 10 Pζ 1-4 1mol 理想气体在300K 下，3 定温可逆地膨胀至10dm3，1dm 求此过程的Q 、W、△U 及△H。
物理化学第五章资料
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5.1 离子的电迁移
1. 电解质溶液的导电机理 2.法拉第定律 3.离子的电迁移
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1.电解质溶液的导电机理
电解质溶液(electrolyte solution)：离子迁移导电
a.电场力作用下： Cu2+ 向阴极迁移 Cl- 向阳极迁移
b. 阴极 Cu2+ +2e- Cu 阳极 2Cl- 2e- Cl2 CuCl2 Cu +Cl2
c. 电流连续，构成回路
阴
阳
极
极
Cu2+
Cl-
CuCl2溶液
图5-1 电解质溶液的导电
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2. 法拉第定律
q n Z F （5-1）
q—通过电极的电量（C）；Δn—电极上发生反应 的物质的量（mol）；|Z|—离子的电荷数的绝对值； F—法拉第常量，其值是96485C·mol-1。 讨论：
离子迁移数
定义：离子迁移数—电解质溶液中各种离子的导电份额
或导电百分数，用 tB 表示。
tB
def
qB
/
q
（5-3）
qB—B种离子传输的电量 q—通过溶液的总电量
对于只含有一种正离子和一种负离子的电解质溶 液而言，正、负离子的迁移数分别为
t
q q q
t
q q q
t+ + t- = 1
迁移数与淌度间的关系为
m/(Sm2 mol-1)
强电解质Λm随c减小
而增大
对浓度很稀的强电解 质溶液：
NaCl NaAc
物理化学电解质溶液PPT课件
总 反 应 ：12O2H2H2O
6
可编辑课件PPT
负极 正极
正极
负极
7
可编辑课件PPT
原电池：化学能转化为电能的装置； 电解池：电能转化为化学能的装置。
正极(positive electrode)——电势高的电极 负极(negative electrode)——电势低的电极
34
可编辑课件PPT
4.求难溶盐的溶解度和溶度积★
难溶盐本身的电导率很低，这时水的电导率就不能忽略
κH溶2O液————难所溶用盐水饱的和电溶导液率的。电导率；
盐 溶 液H2O
Λm
c
Λm
35
c
盐
Λ m ,盐
可编辑课件PPT
步骤：
1.用已知电导率的高纯水配制难溶盐的饱和溶液； 2.测定此饱和溶液的电导率，从中扣去水的电导率后即为盐的 电导率； 3.用难溶液盐的 Λm∞ 代替 Λm 计算难溶盐的溶解度 c； 4.求 KSp 。
14
q V 1 q V
可编辑课件PPT
通入4mol电量
迁移过程：q+ ＋ │q－│＝q
15
q V 3 q V
可编辑课件PPT
定义：电解质溶液中各种离子的导电份额或导电百分数， 用tB 表示，tB无量纲。
def
tB
qB / q
qB—B种离子传输的电量 q—通过溶液的总电量
对于只含有一种正离子和一种负离子的电解质溶 液而言，正、负离子的迁移数分别为
由于溶液中导电物质的量已给定为1mol，所以，当浓度降低 时，粒子之间相互作用减弱，正、负离子迁移速率加快，溶液的 摩尔电导率必定升高。
物理化学电子教案第五章共102页
扩散
• 1905年，爱因斯坦假定粒子为球形，导出了粒 子在t时间的平均位移(X)和扩散系数(D)之间的 关系式： X2 2Dt
A.液-固溶胶 如油漆，AgI溶胶 B.液-液溶胶 如牛奶，石油原油等乳状液 C.液-气溶胶 如泡沫
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（2）按分散相和介质聚集状态分类
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为
不同状态时，则形成不同的固溶胶：
A.固-固溶胶 如有色玻璃，不完全互溶的合金
分散相粒子的半径在1 nm~1000nm之间的体系。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。
3.粗分散体系
当分散相粒子大于1000 nm，目测是混浊不均匀体 系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。
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（2）按分散相和介质聚集状态分类
1.液溶胶
将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散 相为不同状态时，则形成不同的液溶胶：
•液溶胶 按分散相和介质的聚集状态分类： •固溶胶
•气溶胶
•憎液溶胶 按胶体溶液的稳定性分类： •亲液溶胶
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2019/10/25
（1）按分散相粒子的大小分类
1.分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，
没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以 下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。 2.胶体分散体系
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5.2 溶胶的制备与净化
溶胶的制备 （1）分散法 1.研磨法 2.胶溶法 3.超声波分散法 4.电弧法 （2）凝聚法 1.化学凝聚法 2.物理凝聚法
物理化学简明教程第四版第五章-2
当加热至 P 点，开始熔化， 杂质浓度为 cl；
加热环移开后，组成为 N 的固体析出，杂质浓度为 cs；
因为 Ks 1 , cs cl
所以固相含杂质比原来少，杂质随加热环移动 至右端。
Ks 1 的情况
杂质熔点比提纯材料的熔点高 组成为 P 的材料熔化 时液相中杂质含量为 cl； 凝固时对应固体 N 点 的杂质含量为 cs；
Cd-Bi二元相图的绘制
图上有4个相区：
1. AEH线之上，熔液（l） 单相区
f*=2 2. ABE之内，Bi(s) + l 两相区
f*=1 3. HEM之内，Cd(s) + l 两相区
f*=1 4. BEM线以下，Bi(s) + Cd(s)两相区
f* = 1
Cd-Bi二元相图的绘制
有三条多相平衡曲线 1. ACE线，Bi(s)+熔液 共存时的熔液组成线。 2. HFE线，Cd(s)+熔液 共存时的熔液组成线。
BAC 线以下，冰与(NH4)2SO4(s)两相区
2. 溶解度法
有三条两相交界线：
373 定压
N
353
LA线：也称为冰点下
333 溶液
降曲线。
T/K
313 单相
293
L
AN线：饱和溶解度曲线。
273
冰+溶液
(NH4 )2SO4(s)+ 溶液
253 B
A
(NH4 )2SO4(s)+ H2O (s) C
因为 Ks 1 , cs cl
所以固相中杂质含量比
原来多，区域熔炼的结果，
杂质集中在左端。
如果材料中同时含有 Ks 1 和 Ks 1 的杂质，区域 熔炼结果必须“斩头去尾”，中间段才是高纯物质。
第五章电解质溶液
（5-4）
R—溶液电阻，单位:Ω(欧姆)；电导G的单位： siemens(西门子)，符号为S ，1S =1Ω-1
R
l ,G A
1
A l
A—电极面积，l—两电极间的距离；
溶液电导G与电极截面积成正比，与两电极间距 离成反比。
1.电导、电导率和摩尔电导率
电导率
相距1m的两个面积均为1m2 电极间溶液电导
物理化学多媒体教学课件
第五章 电解质溶液 Chapter 5
Solution of Electrolyte
第五章 电解质溶液
5.1 离子的电迁移 5.2 电导及其应用 5.3 强电解质溶液的活度
及活度系数 5.4 强电解质溶液理论
5.1 离子的电迁移
1. 电解质溶液的导电机理 2.法拉第定律 3.离子的电迁移
电解质 Λm /Sm2mo 1 l 差值
电解质 Λm /Sm2mo 1l 差值
KCl LiCl
KNO3 LiNO3 KOH LiOH
0.01499 0.01150
0.01450 0.01101 0.02715 0.02367
3.49×10-3 3.49×10-3 3.48×10-3
HCl HNO3 KCl KNO3 LiCl LiNO3
0.04262 0.04213 0.01499 0.01450 0.01150 0.01101
4.9×10-4
4.9×10-4
4.9×10-4
不论共存负离子为何，Λm（ 钾盐）— Λm (锂盐）= 常数。 无限稀释时，正离子的导电能力与共存的负离子无关。
不论共存正离子为何，Λm（氯化物）－ Λm（ 硝酸盐）= 常数 无限稀释时，负离子的导电能力亦与共存的正离子无关。
物理化学第四版课件
理。
物质分离与提纯
利用溶液的依数性可以进行物质 的分离与提纯，例如渗透压法、
蒸馏法等。
相平衡的应用
相平衡在化工、制药、材料等领 域有广泛的应用，例如通过相图 可以了解药物在不同温度和压力 下的稳定性，指导药物制备和储
存。
05
化学平衡与化学分析
物理化学的研究内容与学习方法
研究内容
物理化学包括化学热力学、化学动力学、表面与胶体化学、量子与统计力学等 分支，涉及物质性质、反应机制和调控手段等方面。
学习方法
学习物理化学需要掌握基本概念和原理，注重实验技能的培养，善于运用数学 工具进行计算和分析，同时要关注学科前沿动态，培养创新思维和解决问题的 能力。
化学分析中的误差与数据处理
误差的分类
系统误差、偶然误差和过失误差。
误差的表示方法
绝对误差和相对误差。
数据处理方法
有效数字的修约、平均值的计算、标准偏差 和变异系数的计算等。
提高分析准确度的方法
选择合适的分析方法、减小测量误差、消除 干扰因素等。
06
电化学基础与应用
电化学基本概念与电池反应
电极电位与电池电动势
电极电位是电极与溶液界面上电荷分布的结果，而电池电动势是 电池反应的驱动力。
电池反应与热力学
电池反应是氧化还原反应，其热力学可由吉布斯自由能变化来描述 。
电池分类
根据电极材料和电解质类型，电池可分为多种类型，如干电池、铅 酸蓄电池、锂离子电池等。
原电池与电解池的设计与应用
原电池设计
原电池是将化学能转化为 电能的装置，其设计需要 考虑电极材料、电解质、 电流密度等因素。
物理化学第四版课件
物理化学第四版课件物理化学第四版课件：探索化学反应的深度与广度一、引言物理化学，作为化学科学的一个重要分支，致力于揭示化学反应的内在机制以及微观粒子的行为。
随着科学技术的不断进步，物理化学在理论和实践上都有了显著的发展。
今天，我们将一起探索物理化学第四版课件，深入了解物理化学的最新研究成果和前沿动态。
二、课件内容物理化学第四版课件涵盖了广泛的议题，包括热力学、动力学、电化学、表面与胶体化学、量子力学以及光谱学等。
这些内容不仅与日常生活息息相关，而且在许多工业和生物医学应用中发挥着关键作用。
1、热力学：热力学研究的是系统能量的转化与传递，以及与之相关的系统和过程。
在第四版课件中，我们将学习到关于热力学第一定律、第二定律以及熵等核心概念的新知识。
此外，还将探讨气体的性质、相平衡和化学平衡等实际应用。
2、动力学：动力学研究的是化学反应速率以及反应机制。
在第四版课件中，我们将学习到如何利用速率方程、活化能等工具来描述和预测化学反应的速率。
此外，还将探讨催化、光化学和电化学反应的最新研究成果。
3、电化学：电化学研究的是在电场作用下的化学反应。
在第四版课件中，我们将学习到关于电池和电解槽的基本知识，以及电化学在能源转换和环境治理方面的应用。
4、表面与胶体化学：表面与胶体化学研究的是固体表面和液体中的胶体粒子的性质。
在第四版课件中，我们将学习到关于表面张力和界面现象的基本概念，以及在工业制造、材料科学和生物医学领域中的应用。
5、量子力学：量子力学研究的是微观粒子的运动和相互作用。
在第四版课件中，我们将学习到关于量子化学和超快光谱学的基本知识，以及在材料科学、能源技术和生物医学中的应用。
6、光谱学：光谱学研究的是物质对光子的吸收和发射。
在第四版课件中，我们将学习到关于红外光谱、拉曼光谱和核磁共振等分析技术的基本原理，以及在化学分析、生物医学和环境科学中的应用。
三、总结物理化学第四版课件为我们揭示了化学反应的深度与广度，让我们更加了解微观世界中的奇妙现象。
物理化学电解质溶液-课件
( 1 ) Q z F 1 9 6 5 0 0 C m o l 1 0 . 0 1 8 3 m o l = 1 7 6 6 C
(2 )tQ I0 .1 0 7 2 6 56 C C s 17 .0 6 1 0 4s
1 (3)m (O 2)0.0183m ol4M (O 2)
电极上的反应次序由离子的活泼性决定
在电解池中，都用铜作电极
阳极上发生氧化作用
-
- 电源 +
e-
+
e-
Cu
Cu
C u (s ,电 极 ) C u 2 a q 2 e
阴极上发生还原作用
C u2aq2e C u(s)
电极有时也可发生反应
CuSO4
电解池
总反应△rGT,p>0
结论
由以上可归纳出两点结论：
1900年，吉尔伯特（S. W. Gilbert ）发 现摩擦静电，人们开始认识电现象。
1799年，伏打（A. Volta）设计伏要电池， 给用直流电进行研究提供了可能。
1807年，戴维（H. Davy）用电解法制备 出金属钠和钾，标志电化学产生。
1833年，法拉第（M. Faraday）提出法拉 第定律，为电化学定量研究和电解工业奠定 了理论基础。
（2）原电池：能够实现化学能转化为电 能的电化学装置。
注意：电解池和原电池可能是一套装置， 如充电电池。
电化学装置的电极命名
电化学装置不论是电解池还是原电池， 电极的命名通常有如下形式：
（1）正极、负极。
（2）阴极、阳极。
注意：习惯上，电解池用阴极、阳极命 名；原电池用正极、负极命名。
正极、负极
物理化学第十一章-电解质溶液.
电解电能化学能电池第十章电解质溶液第十一章§8.1 电化学中的基本概念和电解定律§8.2离子的电迁移率和迁移数§8.3电解质溶液的电导8384§8.4电解质的平均活度和平均活度因子§8.5强电解质溶液理论简介§11.1电化学中的基本概念和电解定律之间的相互转化及转化过原电池和电解池研究电能和化学能之间的相转化及转化过程中有关规律的科学。
电解电能化学能电池电化学的用途⒈电解精炼和冶炼有色金属和稀有金属电解法制备各种化工原料金属电解法制备各种化工原料、金属复合材料和表面特种材料电镀法保护和精饰金属阳极钝化和氧化着色等⒉电池汽车宇宙飞船照明通讯生汽车、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化学电源。
电化学分析⒋生物电化学能导电的物质称为导电体，通常分为两类：第一类导体又称电子导体，如金属、石墨等第一类导体的特点是：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第二类导体为离子导体，如电解质溶液、熔融电解质等第类导体为离子导体，如电解质溶液熔电解质等第二类导体的特点是：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C. 温度升高，电阻下降DD.导电总量分别由正、负离子分担*固体电解质如等也属于离子导体A B PbI 固体电解质，如等，也属于离子导体，导电的机理比较复杂，导电能力不高，本章以讨论2AgBr 、电解质水溶液为主。
正极、负极电势高的极称为正极，电流从正极流向负极正极：流向负极。
电势极电子从负极低的极称为负极，电子从负极流向正极。
负极：阴极、阳极阴极发生还原作用的极称为阴极。
阴极：(Cathode)在原电池中，阴极是正极；在电解池中，阴极是负极。
阳极。
发生氧化作用的极称为阳极阳极：(Anode)在原电池中，阳极是负极；()在电解池中，阳极是正极。