电化学导论与基础知识

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第九章 电化学(电解质溶液)..

第九章 电化学(电解质溶液)..

H e 1
1 H2 2
HCl水溶液
9
在(+)极液面接界处则 发生反应
Cl Cl2 e1
不断放出电子,可以看作 电子不断由溶液流出,进 入金属导体,电流从此流 过。 整个效果:电子仍然从负 极有电子流入溶液而又在 正极流出,这就构成了整 个回路中连续的电流 ,电 极反应使得电流在导体/ 液体接界面得以流通。
温度、溶液浓度、外加电场的电场强度
31
三、 离子的电迁移率u
离子的运动速率与外电场强度E的一般关系:
dE dE u u dl dl
u称为离子的电迁移率(有时称为离子淌度) 离子的电迁移率u:某离子在指定溶液中在 电场强度E=1V/m时的运动速率。m2 s1 V1
当通电结束,阴、阳两极部溶液浓度相同,但比原溶 液各少了2mol,而中部溶液浓度不变。
26
(2)正负离子运动速率不相同(+= 3-)
设正离子迁移速率是负离子的三倍, υ+=3υ-,则正 离子导3F电量,负离子导1F电量。在假想的AA、 BB平面上有3mol正离子和1mol负离子逆向通过。
度加快,在水溶液中离子水化作用减弱等
原因,电阻下降
导电总量分别由正、负离子分担
5
2. 电池 由第一类导体联结两个电极并使电流在两极间 通过,构成外电路的装置叫做电池。
3. 原电池 电池能自发地在两极上发生化学 反应,并产生电流,将化学能转 变为电能的装置称为原电池。
4. 电解池 将电能转变为化学能的装置。
18
*电流效率
实际电解过程中,电极上常发生副反应或次级反应,析出一定 数量的某一物质时所消耗的电量要比按照法拉第定律计算所需 的理论电量多一些。此两者之比称为电流效率,通常用百分数 来表示。

1电分析化学导论

1电分析化学导论

例:甘汞电极

Hg—Hg2Cl2—Cl-
电极反应
Hg2Cl2+ 2e- = 2 Hg + 2Cl-

电极电位 (25℃)
Hg
2 Cl 2
/ Hg


Hg 2 Cl 2 / Hg
0 . 05电位取决于电极内参比溶液中的 αCl- ,当αCl-一定,甘汞电极的电极电位恒定。
衡电位(即能斯特公式计算的电位)的现象;
• 电极电位与平衡电位之差称为过(超)电位; • 极化产生的原因:浓差极化和电化学极化; • 一般阳极(正极)极化,电极电位更正,阴极(负极) 极化,电极电位更负。利用过电位的大小评价电极的极 化程度; • 一般来说,析出金属时过电位较小,但析出物为气体时, 尤其是H2(阴极析出)和O2(阳极析出),过电位很大。

减小浓差极化的方法:增大电极面积、减 小电流密度、提高温度、搅拌溶液等。
2. 电化学极化:电极反应速度慢引起的;

阴极反应:必须使阴极电位比平衡电位更 负一些;阳极反应:必须使阳极电位比平 衡电位更正,电极反应才能进行。
1. 第一类电极

由金属浸入含有该金属离子的溶液组成 电极反应 : Mn+ + ne- = M 25℃
二、按电极用途分类
1.指示电极和工作电极

能反映溶液中待测离子的活度或浓度; 在测试过程中,溶液主体浓度不发生变化的电极称为指
示电极;
例:电位分析中的离子选择性电极

在测试过程中,有较大电流通过,溶液的主体浓度发生
显著变化的电极称为工作电极。 例:电解分析和库仑分析中所用的Pt电极
2.参比电极
(1)作用 接通电路,消除或减小液接电位。 (2)使用条件 a.盐桥中电解质不含被测离子。

仪器分析 第八章 电分析化学导论

仪器分析 第八章 电分析化学导论

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盐桥:一个盛满饱和KCl和3%琼脂的U形管。

由于饱和KCl溶液浓度很高(3.5-4.2 mol/L), 因此,K+和Cl-离子向外扩散成为盐桥与两个溶 液液接界面上离子扩散的主要部分。
盐桥中,K+和Cl-的扩散速度几乎相等,因此在 两个液接界面上产生两个数值很小、且几乎相 等、方向相反的液接电位,近于完全消除。


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2. 液体接界电位 L
定义:两种不同离子或不同浓度溶液接触界
面上,存在着微小电位差,称之为液体接界电位。 产生原因:各种离子具有不同的迁移速率。
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电化学分析中,经常使用有液接界面的参比电 极,所以液接电位普遍存在。

液接电位往往难于测量,为减小其影响,实际 工作中通常在两个溶液之间用 盐桥 连接。
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以锌电极为例:当锌片与含有Zn2+的溶液相
接触时:

金属锌有失去电子氧化为Zn2+的倾向;同时溶 液Zn2+中有从锌片上取得电子而沉积的倾向。

由于Zn氧化倾向大于Zn2+的还原倾向,致使锌 片上聚集了较多电子而带负电荷,溶液中Zn2+ 受锌片负电荷吸引,使溶液界面带正电荷,形 成双电层,产生电位差,即电极电位。
电极电位的测定方法。 液体接界电位的产生原因及消除方法。 浓差极化的产生原因与消除方法。 电化学极化的产生原因。
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第八章 电分析化学导论
1. 根据电极的组成分类 2. 根据电极所起的作用分类
第四节 电极的种类
1. 根据电极的组成分类

第一类电极:金属-金属离子电极;

09电化学分析导论

09电化学分析导论
南京大学高鸿:各类电极和电极过程的电流理论与示波极谱 滴定。 复旦大学邓家祺教授:活化分析。 中国科学院环境生态研究中心:库仑分析。
湖南大学、核工业部Байду номын сангаас五所、上海工业大学、中国科学院南
京土壤研究所上海冶金研究所:离子选择性电极。
电化学分析导论
我国电分析化学方面的研究也很有特色
武汉大学:电化学传感器和生物电化学。
实用价值:金属和含共同配位体的两个难解离络合物组成的 电极(pM电极)
电化学分析导论
4、零类电极
惰性金属(Pt、Au、C等)电极,这类电极本身 不参与电极反应,仅作为氧化态和还原态物 质传递电子的场所,同时起传导电流的作用, 如
Fe3 , Fe2 Pt
Fe 0.0591lg Fe
Ag Ag

Ag
Ag Ag

0.0592 lg Ag 25C ,,由 Ag
Ag
S
2
, S 2
Cd
2

Ag
Ag
0.0592 K sp Ag2 S 0.0592 0.0592 lg lg Cd 2 lg Cd 2 Ag 2 K spCdS 2 2 Ag
电化学分析导论
电化学分析导论
定义:自发地将本身的化学能转变为电能。
阳极:发生氧化反应的电极; 阴极:发生还原反应的电极; 电流方向是Ag电极流向Cu电极
原电池
外电路中,电子流动的方向是Cu电极流向Ag电极。
正极:Ag电极;
负极:Cu电极 盐桥:使两个半电池保持电中性
电化学分析导论
定义:实现电化学反应所需能量由外部电源供给。
电化学分析导论

第十一章电化学导论答案

第十一章电化学导论答案
答案
11-01.液接电位是怎样产生的?
答: 液接电位产生于具有不同电解质或浓度不同的同 种电解质溶液界面之间,由于离子扩散通过界面的速 率不同,有微小的电位差产生,这种电位差称为液接 电位。
11-02.阴极和阳极,正极和负极是怎样定义的?
答:负极:电子流出的极 阴极:接电源负极 正极:电子流入的极 阳极:接电源正极
-0.793V
11-07. 写出下列电池的半电池反应及电池反应,计算其电动势,该 电池是电解池还是原电池?
Zn|ZnSO4(0.1mol/L)||AgNO3(0.01mol/L)|Ag
解: 右边:Ag e- Ag
E右Βιβλιοθήκη E Ag/Ag
0.059 lg
Ag

0.799 0.059 lg 0.01
Cd CdX24- 0.200mol / L,X- 0.150mol / L SCE
Eθ Cd2+
/
Cd
=
0.403V,ESCE
=
0.244
3V,
计算CdX2-的形成常数。 4
解: Cd2+ =5.1510-10 mol/L
Cd2+ +4X- ƒ
CdX
24
K稳
=
CdX
24

解:
左边:Cd-2e- +2X- =CdX2
E E右 E左
E左 ESCE E=0.244 3 0.893 0.648 7V
E左

E Cd2/Cd

0.059 2
lg
Cd2
=-0.403+
0.059 2
lg
Cd
2

应用电化学 第一章 电化学理论基础 [兼容模式]

应用电化学 第一章 电化学理论基础 [兼容模式]
电极过程是一种复杂过程,按其反应类型,它是一 个异相氧化还原过程,又因这种过程发生在“电极/溶液” 的荷电界面上,所以与化学反应相比,有如下两个特征:
两个特征:
1.分区进行。即氧化、还原反应可以分别在阳极 和阴极进行,反应中涉及的电子通过电极和外电路传 递。
2.“电极/溶液”界面附近的电场对电极反应的 活化作用。在一定范围内通过改变电极电势,可以连 续地改变界面电场的强度和方向,并在相应范围内随 意的和连续的改变电极反应的活化能和反应速度。换 言之,在“电极/溶液”界面上,我们有可能在一定 范围内随意地控制反应表面的“催化活性”与反应条 件。所以说,电极过程是一种很特殊的异相催化反应。
恒温恒压下荷电粒子i从α相转移到β相 ÌGiα→β = μiβ- μiα + Zie0(φβ - φ α)
平衡时: μiβ + Zie0φβ = μiα + Zie0φ α
μ
β
i
=
μ
α
i
两相间建立平衡电势
电化学研究对象
电化学体系由两类导体共同完成电流的 传递,导体间电流传递任务的交接是在电极 界面上完成,途径为电极反应: 例如:Cu2++2e-→ Cu(S)
• 由此可见,研究电极过程动力学的首要目的在于找出整 个电极过程的控制步骤,并通过控制步骤来影响整个电
极过程的进行速度,而这又建立在对电极过程基本历程 的分析和弄清个分步骤动力学特征的基础之上。
电极的极化
处在热力学平衡状态的电极体系,因正、负方向的 反应速度相等,净反应速度等于零.相应的平衡电极电 势可由Nernst公式计算.当有外电流通过时,净反应速 度不等于零,即原有的热力学平衡受到破坏,致使电极 电势偏离平衡电势,这种现象在化学上称为电极的“极 化现象” 。

电分析化学导论ppt课件-2024鲜版

电分析化学导论ppt课件-2024鲜版

03
利用微纳米技术实现对生物样品的高灵敏度、高选择性检测,
如细胞内外物质的分析、生物大分子的检测等。
32
光谱技术在电分析中应用
01
光谱电化学
结合光谱技术和电化学方法,研究电极过程的动力学和机理,以及电极
材料的结构和性质。
02
表面增强拉曼光谱在电分析中的应用
利用表面增强拉曼光谱技术提高电分析的灵敏度和选择性,实现对痕量
2024/3/28
电解分析法
通过电解过程对物质进行定性和定量分 析。
库仑分析法
基于法拉第电解定律,通过测量电解过 程中所消耗的电量进行分析。
6
电分析化学在各个领域应用
环境监测
用于水质、大气、土壤等环境样品的检 测和分析。
食品工业ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
用于食品营养成分、添加剂和有害物质 的分析和检测。
生物医学
在生物样品分析、药物研发和临床医学 等领域有广泛应用。
34
THANKS
2024/3/28
35
电分析化学定义与发展
利用物质的电学和电化学性质 进行表征和测量的科学。
02
发展历程
01
电分析化学定义
2024/3/28
从伏打电池的发现到现代电化学 分析技术的不断革新。
5
电分析化学研究内容
电导分析法
通过测量溶液的电导率来分析溶液中的 离子浓度。
电位分析法
利用电极电位与待测物质浓度之间的关 系进行分析。
物质的检测。
2024/3/28
03
光电化学传感器
将光电转换技术与电化学传感器相结合,构建高灵敏度、高选择性的光
电化学传感器,用于环境、生物等领域的分析检测。

现代电化学-第1章电化学基础

现代电化学-第1章电化学基础
*
身边的电化学
手机、计算器、手提电脑、照相机、摄像机等的电池,汽车的蓄电池,燃料电池-化学电源,利用电化学原理制备的电化学品

*
煤气(CO)报警器,交警检测司机喝酒量的检测 器,糖尿病人监测血液中葡萄糖含量的检测仪-电 化学传感器 钢铁厂、纺织厂、化工厂、制药厂以及矿山 等排放废水中氰、砷的处理;生活污水,造纸 厂、印染厂、食品及酿酒厂废水中有机耗氧物的 处理,医院污水中病菌、病毒和寄生虫卵等致病 微生物的处理-环境电化学
*
材料科学与化学工程学院 王贵领
现代电化学
参考资料
电化学方法:原理和应用(第二版):巴德等,2005
电化学原理(修订版)或(第三版)李荻
电极过程动力学导论(第三版),查全性,2002
*
第1章:电化学基础
1.1 什么是电化学
电化学是研究化学能和电能之间相互转化以及相关的 定律和规则的科学。 电化学是研究离子导体的物理化学性质以及电子导体 (金属、半导体)和离子导体(电解质溶液、熔盐、固 体电解质)之间的界面上所发生的各种伴有电现象的反 应过程的科学。
38岁的男子在一次袭击中脑部受伤,6年来,他的肢体一直没有做出过任何有意义的动作,美国韦尔-康奈尔医学院的尼古拉斯·希夫博士领导的研究小组在该男子的脑中植入了数个电极,通过开、关电极来进行一种深度脑刺激治疗,经过6个月治疗,他已经可以用短促但能听得见的声音讲话。
电化学在生物和医学中应用的突破
1.3 电化学基础
中国此次行动其实是为了寻找公海资源,而美国等媒体主要也是因为自己“没抢着”才有了对中国的这番横加指责。
对于国际公海中的资产其实是“谁先占到谁就拥有开采权”,形象地说,中国这次就是“家长为孩子找食儿”的行为,是为“80后”、“90后”开发寻找新资源矿产的行为。
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4
法拉第笼
5
法拉第定律 Faraday Law(1883年)
第一定律:
m KQ KIt
第二定律:
It Q m M M nF nF
m-产物质量;Q-反应电量;n-摩尔数;M-摩尔质量; Z-反应电子计数量;F-法拉第常数
6
法拉第定律的几个要点
1. 2. 3.
电和化学反应相互作用的定量关系 不受电极和外界条件的影响 适用于多个电化学装置的反应(串联)
11
实例1

用强度为0.025A的电流通过硝酸金Au(NO3)3 溶液,当阴极上有1.2g Au(s)析出时,试计算(a) 通过了多少电量?(b)需通电多长时间?
阴极:Au3 3e Au( s ) 3 3 阳极: H 2O 3e O2 ( g ) 3H 2 4 (a )通过的电量为: m 1. 2 Q nF 3 96500 1763 M 197 (b)通电时间: Q 1763 t= = 7.05104s I 0.025
一、电化学研究内容
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。
二、电化学特点
1. 历史悠久
2.
3.
应用广泛
电化学现象广泛存在
2
1. 历史悠久

1799
1883 1887
伏特电堆
法拉第定律 物理学杂志


3
伏特电堆 Volta Pile(1799年)
1799 V.Volta 伏特电堆 (献给十九世纪的最重要的礼物)
(1)自然界普遍存在水 电解质溶液 带电离子
(2) u
a i
ui

相间自发转移,界面电势差 (3)界面存在过剩电荷 界面电势差
16
17
三、电化学学科范畴
物理化学 热力学 动力学 统计热力学 量子力学
热化学,电化学,光化学,……, 胶体化学,催化化学,计算化学,……
18
四、应用电化学
应用电化学:在电化学基本原理基础上,系 统地研究讨论电化学原理在各个相关领域 中的应用,涉及到环境科学、能量科学、生 物学、信息科学与材料科学等诸多领域的 电化学信息。
4.
适用于单个电化学装置的多个反应(并联)
7
多个电化学装置的反应(串联)
8
NaCl
AgNO3
FeBr3
反应公式
(1)阴极反应: 阳极反应: (2)阴极反应: 阳极反应:
H 2 0 e OH 1/ 2H 2
Cl 1 / 2Cl2 e

Ag e Ag
23
ç µ ¯ º § Ñ Ö « ö Î ¨ « » µ Û Â
ç º µ ¯ Ñ §« Ö Î ö ¨ «« Ö À ­ » ©Æ ä Ì Ø µ ã ­ µ Ô ç ³ Ø ¯ Ñ º §µ ç ³ Ø ç ¼ µ â µ ç ³ Ø ç ³ µ Ø Í » Ê ½ Ê ¼ µ Ä Ê é Ð ´ ­ » Ï ä ç » µ « ç » µ « µ ç Î º ¹ Í µ ç ³ Ø µ ç ¶ ¯ Ê Æ õ » Ì þ Ü Ë Ä ¸ ç ³ µ Ø
13
2. 应用广泛
能源(电池、燃料电池、…) 材料(电解、腐蚀、电镀、…) 生命(心电图、电泳、…) 环境(三废治理、…) 信息(传感器、电加工、…)

14
蓄电池、干电池、锂电池、氧化银电池等电 池,它们的基本原理都是将化学能转变为电 能。
铜-锌电池
韦斯顿标准电池
15
3. 电化学现象广泛存在
22
3. 电化学分析法的特点
(1)灵敏度、准确度高,选择性好 被测物质的最低量可以达到10-12mol/L数量级。
(2)电化学仪器装置较为简单,操作方便
直接得到电信号,易传递,尤其适合于化工生产中的自动 控制和在线分析。 (3)应用广泛 传统电化学分析:无机离子的分析; 测定有机化合物也日益广泛; 有机电化学分析;药物分析; 电化学分析在药物分析中也有较多应用。 活体分析。
12
实例2

需在10¬10cm2的薄铜片两面镀上0.005cm厚的 Ni层(镀液为Ni(NO3)2),假设镀层能均匀分布, 用2.0A的电流强度得到上述厚度的镍层时需要 通电多长时间?设电流效率为96.0%。已知金 属镍的密度为8.69g/cm3,Ni(s)的摩尔质量为 58.69g/mol.
1. 电镀层中含镍的物质的 量为: m 1 0 1 0 0.0 0 5 2 8.6 9 ( Ni ) m o l 0.1 5 16 M 5 8.6 9 电极反应: Ni 2 2e Ni 通入的电量: m Q n F / (0.1 5 16 9 6 50 0 2) / 0.9 6 3.0 5 1 04 C M 需通电的时间: Q 3.0 5 1 04 t s 1 5 20 s 4.2 4h I 2
ç » µ « µ Ä » « º ¯ » ©¸ ý µ ç Î º µ Ú Ú µ Ú µ ã Á Ò º þ ¶ ý È ­ À À ­ À ­ À ­ µ ç µ ç ç µ ç µ « » » « « » « » ­ £
1. 什么是电化学分析
应用电化学的基本原理和实验技术,依据物质电化学性质 来测定物质组成及含量的分析方法称为电化学分析或电分析化 学。
2. 电化学分析法的重要特征
( 1 )直接通过测定电流、电位、电导、电量等物理量, 在溶液中有电流或无电流流动的情况下,来研究、确定参与 反应的化学物质的量。 (2)依据测定电参数分别命名各种电化 学分析方法:如电位、电导分析法; (3)依据应用方式不同可分为: 直接法和间接法。
19
五、电分析化学
电分析化学(Electroanalytical Chemistry)是 指研究电化学原理在分析方法方面的具体应用 的学科。
20
电化学、应用电化学、电分析化学三者的 关系
电化学
应用电化学
电分析化学
21
六、 电化学分析的特点与学习方法
characteristics and learning method of electrochemical analysis
Ag Ag e
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ


Fe (3)阴极反应: Fe e 1/ 2Br2 e 阳极反应: Br
2
9
单个电化学装置的多个反应(并联)
10
电流效率的计算
理论电量 100 % 实际电量
一定物质的量
实际产物量 100 % 一定电量 理论产物量
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