应用电化学课件第二章电化学基本原理
合集下载
《电化学及应用》课件
02
燃料电池具有高效率、低污染、可靠性高等优点，广泛应用于
汽车、船舶、航空航天等领域。
常见的燃料电池包括质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷
03
酸燃料电池等。
作原理是通过锂离子在正负极 之间的迁移实现电能的储存和释
放。
锂离子电池具有高能量密度、长 寿命、环保等优点，广泛应用于 手机、笔记本电脑、电动汽车等
原理
电化学反应中，电子转移和离子迁移 是相伴随的，通过电极反应实现电子 转移和能量转化。
电化学的应用领域
能源领域
电化学在能源领域的应用包括电池、燃料电池、太阳 能电池等。
环境领域
电化学技术可用于污水处理、废气处理、重金属离子 去除等环境治理方面。
工业领域
电化学在工业领域的应用包括电镀、电解、电泳等， 可用于金属表面处理和材料制备。
06
电化学在工业领域的应用
电镀与电铸
总结词
电镀和电铸是利用电化学方法在金属表面沉 积金属或合金的过程，主要用于制造装饰品 、艺术品、建筑零件和电子元件等。
详细描述
电镀是将金属或合金通过电解沉积到金属表 面，以增加其耐腐蚀性和美观性。电铸则是 通过电解沉积制造金属或合金的复制品，常 用于制造装饰品和艺术品。
电化学反应动力学
电化学反应速率
表示电化学反应快慢的物理量。
电化学反应机理
描述电化学反应过程的详细步骤和中间产物。
反应速率常数
表示电化学反应速率与反应物浓度之间的关系的常数。
扩散与传质
影响电化学反应速率的因素，包括反应物在电极表面的扩散和传质过程。
03
电化学电池与电池性能
原电池与电解池
原电池
是一种将化学能直接转化为电能的装置，由正负两个电极和电解质溶液组成。
《应用电化学》课件
主要为便携式电子设备、电动车 和混合动力汽车等提供动力。
燃料电池应用
主要用于为电动车和无人机等提 供长续航能力。
电池与燃料电池的优化
电池优化
提高能量密度、降低成本、提高安全 性是当前的研究重点。
燃料电池优化
提高效率和降低成本是主要的研究方 向，同时还需要解决氢储存和运输的 问题。
THANKS
感谢观看
通过优化电化学检测器件的响应范围，拓 宽电化学生物传感器的检测范围，使其能 够检测更多种类的目标物质。
降低交叉干扰
微型化和便携化
在生物分子识别元件的设计和制备过程中 ，应尽量避免交叉干扰，提高电化学生物 传感器的特异性。
通过改进制造工艺和材料选择，实现电化 学生物传感器的微型化和便携化，使其更 适用于现场检测和实时监测。
电流流动
02
03
腐蚀速率
在腐蚀过程中，电流在金属表面 流动，导致金属原子或分子的损 失或转移。
腐蚀速率取决于电流密度、电极 反应动力学和反应物质的扩散速 度等因素。
电化学腐蚀类型
宏电池腐蚀
由于金属表面存在电位差异， 形成微电池，导致金属的损失
。
微电池腐蚀
金属表面微小的电位差异导致 微小的电流流动，引起金属的 损失。
质。
电解反应原理
电解反应涉及电子的传递和离子 的迁移，在电极上发生氧化或还
原反应，生成相应的产物。
电解过程的分类
根据电解反应的类型和电极反应 的不同，电解过程可分为分解、
合成、电镀、电解冶炼等。
电解过程的应用
工业生产
电解过程广泛应用于工业生产中，如电解炼铜、电解铝、氯碱工 业等，通过电解反应将原料转化为产品。
应用电化学的原理
燃料电池应用
主要用于为电动车和无人机等提 供长续航能力。
电池与燃料电池的优化
电池优化
提高能量密度、降低成本、提高安全 性是当前的研究重点。
燃料电池优化
提高效率和降低成本是主要的研究方 向，同时还需要解决氢储存和运输的 问题。
THANKS
感谢观看
通过优化电化学检测器件的响应范围，拓 宽电化学生物传感器的检测范围，使其能 够检测更多种类的目标物质。
降低交叉干扰
微型化和便携化
在生物分子识别元件的设计和制备过程中 ，应尽量避免交叉干扰，提高电化学生物 传感器的特异性。
通过改进制造工艺和材料选择，实现电化 学生物传感器的微型化和便携化，使其更 适用于现场检测和实时监测。
电流流动
02
03
腐蚀速率
在腐蚀过程中，电流在金属表面 流动，导致金属原子或分子的损 失或转移。
腐蚀速率取决于电流密度、电极 反应动力学和反应物质的扩散速 度等因素。
电化学腐蚀类型
宏电池腐蚀
由于金属表面存在电位差异， 形成微电池，导致金属的损失
。
微电池腐蚀
金属表面微小的电位差异导致 微小的电流流动，引起金属的 损失。
质。
电解反应原理
电解反应涉及电子的传递和离子 的迁移，在电极上发生氧化或还
原反应，生成相应的产物。
电解过程的分类
根据电解反应的类型和电极反应 的不同，电解过程可分为分解、
合成、电镀、电解冶炼等。
电解过程的应用
工业生产
电解过程广泛应用于工业生产中，如电解炼铜、电解铝、氯碱工 业等，通过电解反应将原料转化为产品。
应用电化学的原理
应用电化学基础理论PPT课件
04
燃料电池的燃料可以是氢气、甲烷、乙醇等，氧化剂可以是氧气或空 气，通过控制反应条件可以实现高效、清洁的能源利用。
电镀与金属的电化学腐蚀防护
电镀是利用电解原理在金属表面镀上一层金属或合金 的过程，以提高金属的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性和
功能性。
输标02入题
电镀过程中，阳极上的金属离子会通过电解作用沉积 在阴极表面形成镀层，可以控制镀层的厚度和成分。
反应和电解池反应。
电极反应
电子转移
电化学反应中，电极与电 解质溶液界面上的反应， 包括氧化和还原反应。
电化学反应中，电子从一 个原子或分子转移到另一 个原子或分子的过程。
离子转移
电化学反应中，离子在 电解质溶液中的迁移过
程。
电解质溶液
电解质
在水溶液或熔融状态下能导电的化合物。
电导率
衡量电解质溶液导电能力的物理量，与溶液 中离子的浓度和迁移率有关。
详细描述
电化学反应速率常数的大小反映了电化学反 应的快慢程度，其值越大，反应速率越快。 在一定条件下，可通过实验测定电化学反应 速率常数。
总结词
电化学反应的活化能是影响电化学反应 速率的重要因素之一，其大小与反应物
质的性质和温度等因素有关。
详细描述
活化能的大小决定了电化学反应的难易程度，活化能越高，反应越难以进行。在一定条件下，可通过实验测定电 化学反应的活化能。
目的
通过本PPT课件的学习，使学习者掌 握电化学的基本原理和应用，了解电 化学在解决实际问题中的重要性和作 用。
意义
通过深入了解电化学的应用，为解决 能源、环境、材料等领域的实际问题 提供理论支持和实践指导，促进相关 领域的发展和进步。
02 电化学基本概念
燃料电池的燃料可以是氢气、甲烷、乙醇等，氧化剂可以是氧气或空 气，通过控制反应条件可以实现高效、清洁的能源利用。
电镀与金属的电化学腐蚀防护
电镀是利用电解原理在金属表面镀上一层金属或合金 的过程，以提高金属的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性和
功能性。
输标02入题
电镀过程中，阳极上的金属离子会通过电解作用沉积 在阴极表面形成镀层，可以控制镀层的厚度和成分。
反应和电解池反应。
电极反应
电子转移
电化学反应中，电极与电 解质溶液界面上的反应， 包括氧化和还原反应。
电化学反应中，电子从一 个原子或分子转移到另一 个原子或分子的过程。
离子转移
电化学反应中，离子在 电解质溶液中的迁移过
程。
电解质溶液
电解质
在水溶液或熔融状态下能导电的化合物。
电导率
衡量电解质溶液导电能力的物理量，与溶液 中离子的浓度和迁移率有关。
详细描述
电化学反应速率常数的大小反映了电化学反 应的快慢程度，其值越大，反应速率越快。 在一定条件下，可通过实验测定电化学反应 速率常数。
总结词
电化学反应的活化能是影响电化学反应 速率的重要因素之一，其大小与反应物
质的性质和温度等因素有关。
详细描述
活化能的大小决定了电化学反应的难易程度，活化能越高，反应越难以进行。在一定条件下，可通过实验测定电 化学反应的活化能。
目的
通过本PPT课件的学习，使学习者掌 握电化学的基本原理和应用，了解电 化学在解决实际问题中的重要性和作 用。
意义
通过深入了解电化学的应用，为解决 能源、环境、材料等领域的实际问题 提供理论支持和实践指导，促进相关 领域的发展和进步。
02 电化学基本概念
电化学原理及应用-PPT课件
【变式1】(2010·江苏卷)下图是 一种航天器能量储存系统原理 示意图。下列说法正确的是( )
A．该系统中只存在3种形式的能量转化 B．装置Y中负极的电极反应式为： O2＋2H2O＋4e－ 4OH－ C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置X、Y形成的子系统能实 现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转 化
解析：图2是原电池，其中A(负极)电极反应式为： BH－—8e－＋8OH－ BO＋6H2O，B(正极)电极反应式为： H2O2＋2e－ 2OH－，故Na＋应往正极区迁移，A错B对；
C 项 所 对 应 的 情 况 是 Zn － C － ZnSO4 原 电 池 ( 吸 氧 腐 蚀)，负极(Zn板)电极反应式为：Zn－2e－ Zn2＋，正极 (铅笔)电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O 4OH－，C对；
3．对于二次电池反应，需要看清“充电、放电” 的方向，放电的过程为原电池，充电的过程为电 解池。 4．电解质溶液中的离子(如H+、OH-)，若电极反 应的产物能与之反应，则要写在反应式中。
【典型例题1】 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结 构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( B) A．该电池能够在高温下工作 B．电池的负极反应为： C6H12O6＋6H2O－24e－ 6CO2↑＋24H＋ C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成 标准状况下CO2 44.8 L
答案：A、B
与原电池正极相连的电极为电解池的 阳极，与负极相连的电极为电解池的阴极。 在阳极处为阴离子放电，在阴极处为阳离 子放电，根据题中的现象，可以得出阴、 阳极，进而得出正、负极。
【变式2】(2011·苏锡常镇二模)图1是在金属锌板上贴 上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料 电池；
应用电化学全套课件243p
阐述电化学传感器在生物医学、环境 监测等领域的应用及生物电化学的最
新研究进展。
电化学能源存储与转换
介绍电化学能源存储与转换技术的最 新研究成果，如超级电容器、电化学 燃料电池等。
电化学合成与绿色化学
探讨电化学合成在绿色化学中的应用 及最新研究成果，如电催化合成氨、 电化学还原二氧化碳等。
未来发展趋势预测及挑战分析
燃料电池汽车发展现状与挑战
发展现状
燃料电池汽车采用氢气作为燃料，通过电化学反应产生电能 驱动汽车行驶，具有零排放、高效率等优点。目前，燃料电 池汽车在技术、产业化和商业化方面取得了一定进展。
挑战
燃料电池汽车仍面临着氢气储存和运输、催化剂成本、基础 设施建设等方面的挑战，需要进一步加大研发和推广力度。
02
应用电化学原理
电化学能量转换与储存
03
能量转换基本原理
电池工作原理及分类
超级电容器
阐述电化学系统中电能与化学能之间的转 换关系及效率。
详细介绍各类电池（如原电池、蓄电池、 燃料电池等）的工作原理、性能特点及应 用领域。
阐述超级电容器的储能原理、优缺点以及 在快速充放电领域的应用。
电化学合成与分解
电化学合成方法
介绍通过电解、电沉积、有机电化学合成等手 段制备新材料或化合物的原理和方法。
电化学分解原理
阐述利用电解作用将复杂化合物分解为简单物 质的过程及原理。
电化学合成与分解的应用
举例说明电化学合成与分解在有机合成、无机材料制备等领域的应用实例。
电化学传感器与检测
1 2
电化学传感器原理
介绍电化学传感器的工作原理、分类及特点，如 电位型、电流型和电导型传感器等。
通过改进电极材料、电解质和电池结构等方式，可以提高锂离子电池 的能量密度、功率密度、循环寿命和安全性能。
新研究进展。
电化学能源存储与转换
介绍电化学能源存储与转换技术的最 新研究成果，如超级电容器、电化学 燃料电池等。
电化学合成与绿色化学
探讨电化学合成在绿色化学中的应用 及最新研究成果，如电催化合成氨、 电化学还原二氧化碳等。
未来发展趋势预测及挑战分析
燃料电池汽车发展现状与挑战
发展现状
燃料电池汽车采用氢气作为燃料，通过电化学反应产生电能 驱动汽车行驶，具有零排放、高效率等优点。目前，燃料电 池汽车在技术、产业化和商业化方面取得了一定进展。
挑战
燃料电池汽车仍面临着氢气储存和运输、催化剂成本、基础 设施建设等方面的挑战，需要进一步加大研发和推广力度。
02
应用电化学原理
电化学能量转换与储存
03
能量转换基本原理
电池工作原理及分类
超级电容器
阐述电化学系统中电能与化学能之间的转 换关系及效率。
详细介绍各类电池（如原电池、蓄电池、 燃料电池等）的工作原理、性能特点及应 用领域。
阐述超级电容器的储能原理、优缺点以及 在快速充放电领域的应用。
电化学合成与分解
电化学合成方法
介绍通过电解、电沉积、有机电化学合成等手 段制备新材料或化合物的原理和方法。
电化学分解原理
阐述利用电解作用将复杂化合物分解为简单物 质的过程及原理。
电化学合成与分解的应用
举例说明电化学合成与分解在有机合成、无机材料制备等领域的应用实例。
电化学传感器与检测
1 2
电化学传感器原理
介绍电化学传感器的工作原理、分类及特点，如 电位型、电流型和电导型传感器等。
通过改进电极材料、电解质和电池结构等方式，可以提高锂离子电池 的能量密度、功率密度、循环寿命和安全性能。
《电化学原理第二章》PPT课件
溶液(1)
§2.2 电化学体系
电化学体系有三类 1.原电池：电化学反应自发进行并能对外做功，自发将电流送到外电 路中做功。 2.电解池：与外电源组成回路，强迫电流在电化学体系中通过并促使 电化学反应发生。 3.腐蚀电池：电化学反应自发进行，但不对外做功，仅起金属破坏作 用。
16:23:07
一、 原电池
例2： 2Ag + Hg2Cl2 2Hg + AgCl
阳极：Ag + Cl- - e → AgCl 阴极：Hg2Cl2 + 2e → 2Hg + 2Cl原电池表示为： Ag∣AgCl(s), Cl-(α1)‖Cl-(α2), Hg2Cl2(s)∣Hg(
16:23:07
例3：
H2 (P1) + Cl2 (P2)
阳极
16:23:07
E
电池电动势:
E = c - a+液接 = 右 - 左+液接
阴极
例1： Zn + CuSO4(α2) ZnSO4(α1)+Cu
阳极 Zn – 2e → Zn2+ 阴极 Cu2+ + 2e → Cu 原电池表示： Zn∣ZnSO4(α1)‖CuSO4(α2)∣Cu
16:23:07
16:23:07
二、金属接触电位
相互接触的两金属相之间的外电位差称为金属接触电位。 不同金属对电子亲和力不同，故在不同金属相中电子的电化学位不相等，电子逸出难易不同。 电子逸出功:金属电子离开金属逸出真空中所需要的最低能量来衡量电子逸出金属的难易程度，这一能量 叫电子逸出功。 其电子逸出功不同，相互逸入的电子数目将不等，故在界面形成双电子层结构。电子逸出功高的相带负 电，电子逸出功低的相带正电。两相间双电子层的电位差即为金属接触电位。
应用电化学PPT课件
应用电化学发展趋势与挑战
发展趋势
随着新能源、环保等领域的快速发 展，应用电化学在能源存储与转换、 环境电化学等方面呈现出广阔的应 用前景。
挑战
应用电化学面临着电极材料性能、 反应机理、稳定性等方面的挑战， 需要加强基础研究和应用创新。
学生自我评价与建议
自我评价
通过本课程的学习，我对应用电化学有了更深入的了解，掌握了基本的电化学 知识和实验技能，但在理论理解和实践应用方面还需加强。
03
CATALOGUE
电化学应用技术
电镀与电沉积技术
电镀原理
通过电解作用在金属表面沉积一层金属或合金，以改善其表面性 能。
电镀种类
包括镀铬、镀锌、镀金、镀银等多种类型，广泛应用于机械制造、 电子电器等领域。
电沉积技术
利用电化学原理在导体或半导体表面沉积金属、合金或化合物，制 备具有特定功能的薄膜材料。
通过测量电解过程中电流-电压曲线 变化，对环境中的污染物进行定性和 定量分析。
06
CATALOGUE
电化学实验方法与技术
电化学实验安全知识
实验室安全规则
必须遵守实验室各项安 全规定，注意防火、防 爆、防毒等。
仪器安全使用
使用电器设备时，应注 意防止触电和短路；使 用高温设备时，应防止 烫伤和火灾。
应用电化学PPT课件
CATALOGUE
目 录
• 引言 • 电化学基础知识 • 电化学应用技术 • 电化学在能源领域的应用 • 电化学在环境领域的应用 • 电化学实验方法与技术 • 课程总结与展望
01
CATALOGUE
引言
电化学概述
电化学是研究电与化学变化之间 相互关系的科学，涉及电能与化
学能之间的转换。
应用电化学课件第二章电化学基本原理
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2019/10/28
⑤膜电极。利用隔膜对单种离子透过性或膜表面 与电解液的离子交换平衡所建立起来的电势，测 定电解液中特定离子的活度如玻璃电极、离子选 择电极等。
膜内外被 测离子活 度的不同 而产生电 位差
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2019/10/28
A. 标准氢电极（NHE） 常以氢离子和氢气的活度为1时的电位即E0为 电极电位的基准，其值为0.
B.甘汞电极（Calomel electrode）
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2019/10/28
0 .1 m o l/L 甘 汞 电 极标 准 甘 汞 电 极 (N C E ) 饱 和 甘 汞 电 极 (S C E )
K C l浓 度
0 .1m o l/L
1 .0m o l/L
饱 和 溶 液
电 极 电 位 （ V ） + 0 .3 3 6 5
+ 0 .2 8 2 8
+ 0 .2 4 3 8
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2019/10/28
C. 银｜氯化银电极 由覆盖着氯化银层的金属银 浸在氯化钾或盐酸溶液中组成。常用 Ag|AgCl|Cl-表 示。一般采用银丝或镀银铂丝在盐酸溶液中阳极氧 化法制备。银|氯化银电极的电极电势与溶液中Cl浓度和所处温度有关。
返回
2019/10/28
，
lm
G T， PGT， PRlTnL a
M b
l m
zFE GT， PRlTnL M a b
AB
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章 电化学热力学
主要内容： 电化学体系 可逆电池热力学 不可逆电池热力学
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
第一节 电化学体系
1.1 电极
根据电极组成分为 ： ①金属电极。由金属及相应离子组成，其特 点是氧化还原对可以迁越相界面，如铜电极 Cu2+｜Cu。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2．界面电场对电极反应速度的影响
对许多电极反应，电极电势改变100mv-200mv，反应 速率改变10倍。
所以，要深入了解电极过程的动力学规律， 就必须了解电极/溶液界面的结构和性质。对界 面有了深入的研究，才能达到有效地控制电极 反应性质和反应速度的目的。
E 0, G 0, 电池反应不能自发进行。 T ,P
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
根据电池反应的Gibbs自由能的变化可以计算出电 池的电动势和最大输出电功等。假如电池内部发 生的化学总反应为
aA bB lL mM
在恒温恒压条件下，可逆电池所做功最大电功 等于体系的自由能的减少，即：
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
各类电极反应都发生在电极/溶液的界面上．因 而界面的结构和性质对电极反应有很大影响。
这一影响主要表现在以下两个方 :
1．电溶液性质和电极材料及其表面状态对电 极反应的影响。比如同一电极电势下氢在铂电 极和汞电极上析出速率不同；电极上发生吸附 会降低反应速率等；
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
相间电势和电极电势
• 实物的相电势 • 相电势差 • 电极电势：外部电势差的代数和
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
一、可逆电化学过程的热力学 1. 电池的可逆性 可逆电极必须具备的两个条件：
（1）电池反应是可逆的。如ZnZnSO4电极， 其电极反应为：
E
G T，P
是参与反应的物质活度为1时的电
zF 动势，称为标准电动势。即
G T，P
zFE
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
又因为
G T，P
RT
ln
K
所以 E RT ln K（此式可以计算平衡常数K） zF
已知方程 G H T (G)
T
根据 △G=-zFE ，可以将反应的熵△S变写成
电解电池：正极(阳极)、负极(阴极)；
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
原电池与电解池的区别：
原电池中自由能△G小于零，反应自发进行； 化学能转变为电能；正极是阴极，负极是 阳极。
电解池中自由能△G大于零，反应是被迫进 行，需要从外界输入能量才能发生化学反 应，电能转化为化学能；正极是阳极，负 极是阴极。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
D.汞电极（Mecury electrode）
具有常温下为液态，氢过电位大的特点，常用 在极谱分析法中。常与其他金属形成汞齐制备 成汞齐电极。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2.参比电极（Reference electrode）
参比电极具有已知恒定的电位，为研究对象提 供一个电位标准。测量时，参比电极上通过的 电流极小，不致引起参比电极的极化。经常使 用的参比电极主要有以下三种：
⑦多重电极，即金属溶液界面间存在着一种 以上的电极反应
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
根据不同用途究电极，其上面发生的反应 过程是我们的研究对象；
典型的工作电极主要有：
A.铂电极（Platinum electrode）
这种电极具有化学性质稳定、氢过电位小，而且高纯 度的铂易得到、容易加工等特点，但价格比较昂贵。
标准甘汞电极(NCE) 1.0 mol / L +0.2828
饱和甘汞电极(SCE) 饱和溶液 +0.2438
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
C. 银｜氯化银电极 由覆盖着氯化银层的金属银 浸在氯化钾或盐酸溶液中组成。常用 Ag|AgCl|Cl-表 示。一般采用银丝或镀银铂丝在盐酸溶液中阳极氧 化法制备。银|氯化银电极的电极电势与溶液中Cl浓度和所处温度有关。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
二.理想极化电极
电极上发生的反应过程有两种类型：
一类是法拉第过程，即电荷经过电极/溶液界 面进行传递而引起的某种物质发生氧化或还原 反应时的过程．其规律符合法拉第定律，所引 起的电流称法拉第电流；
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
另一类是非法拉第过程，即在一定条件下， 在一定电极范围内施加电位时，电荷并没有经 过电极/溶液界面进行传递，而仅仅电极溶液界 面的结构发生变化的过程。
设在等温等压下发生的化学反应在不可逆 电池中，则体系状态函数的变化量
G, H , S, U
皆与反应在相同始末状态下在可逆电池中发生 时相同，但过程函数W与Q却发生变化。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
对于电池实际放电过程，当放电电池的端电压为V 时，不可逆过程的电功可表示为
Wi，f zFV
返回
对于等温，等压条件下发生的不可逆电解反应，环
境对体系做电功，不可逆过程的电功表示为：
Wi，f zFV
不可逆电解过程的热效应为：
Q U
Wi，f
zFT (E ) T P
zF (E V )
上式右边的第一项表示的是可逆电解时体系吸收的热量，
第二项表示的是由于克服电解过程各种阻力放出的热量。
对于实际发生的电解过程，体系从可逆电解时的吸收热量
(G)
E
S
zF ( )
T
T P
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
反应焓变 H zFT (E ) zFE T P
(E ) 为电池电动势和温度系数 T P
等温情况下，可逆电池反应的热效应为：
E
Q TS zFT ( )
R
T P
从温度系数的为正或为负即可确定可逆电池在 工作时是吸热还是放热。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2.可逆电极的电势
可逆电极电势，也称为平衡电势或平衡电极电势。
ik
O 2e R ia
（O代表氧化态；R代表还原态）
根据能斯特公式，电极的平衡电极电势可写成 下列通式，即
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
RT
ln 氧化态
RT
ln O
e
e
zF 还原态
变成不可逆电解时放出的热量。为了维持电化学反应在等
温条件下进行，必须移走放出的热量，因此必须注意与电
化学反应器相应的热交换器的选择。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
第四章 电极与溶液界面的性质
一、研究电极/溶液界面性质的意义
研究电极/溶液界面性质的主要意义是弄 清界面性质对界面反应速率的影响。
根据热力学第一定律，电池不可逆放电过程的
热效应为：
Q U
Wi，f
E zFT ( )
T P
zF (V
E)
上式右边第一项表示的是电池可逆放电时产生的热效应，
第二项表示的是由于电化学极化，浓差极化及电极和溶
液电阻等引起的电压降的存在，过程克服电池内各种阻
力而放出的热量。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
标准氢电极
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
④难溶盐电极。氧化还原对的一个组元为难溶盐 或其他固相，它包含着三个物相两个界面，如 AgCl 电 极 Ag(s) ｜ AgCl(s) ｜ Cl- 、 氧 化 汞 电 极 Hg(l)｜HgO(s)｜OH-。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
B.金电极（Gold electrode）
在阴极区电位窗口比较宽，易与汞形成汞齐， 但是在HCl水溶液中易发生阳极溶解，并且很 难把金封入玻璃管中，即制作电极比较麻烦。 常用金电极测定正电位一侧的电化学反应，而 相同形状的汞齐化的金电极常用来研究负电位 一侧的还原反应。
返回
②氧化还原电极。由惰性金属电极及溶液 中氧化还原离子对组成，其特点是氧化还 原 对 不 能 迁 越 相 界 面 。 如 Pt ｜ Fe2+ ， Fe3+ 等。
③气体电极。由惰性金属电极及氧化还 原对中一个组元为气体组成的，如氢电 极Pt｜H2（g）｜H+（aq）。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
C.碳电极（Carbon electrode）
碳电极又分为：石墨电极、糊状碳电极和玻 碳电极等。碳电极具有电位窗口宽、容易得 到、使用方便等特点。其中玻碳电极具有导 电性高、对化学药品的稳定性好、气体无法 通过电极、纯度高、价格便宜、氢过电位和 氧过电位小以及表面容易再生等特点，因而 应用比较广泛。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
根据热力学第一定律，如果体积功为零，则电 池反应的内能的变化为：
U Q W TS zFT (E ) zFE
R
f ,max
T P
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
4.不可逆电化学过程的热力学
实际发生的电化学过程都有一定的电流通过， 因而破坏了电极反应的平衡状态，导致实际发 生的电化学过程基本上为不可逆过程。
返回
⑤膜电极。利用隔膜对单种离子透过性或膜表面 与电解液的离子交换平衡所建立起来的电势，测 定电解液中特定离子的活度如玻璃电极、离子选 择电极等。
主要内容： 电化学体系 可逆电池热力学 不可逆电池热力学
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
第一节 电化学体系
1.1 电极
根据电极组成分为 ： ①金属电极。由金属及相应离子组成，其特 点是氧化还原对可以迁越相界面，如铜电极 Cu2+｜Cu。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2．界面电场对电极反应速度的影响
对许多电极反应，电极电势改变100mv-200mv，反应 速率改变10倍。
所以，要深入了解电极过程的动力学规律， 就必须了解电极/溶液界面的结构和性质。对界 面有了深入的研究，才能达到有效地控制电极 反应性质和反应速度的目的。
E 0, G 0, 电池反应不能自发进行。 T ,P
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
根据电池反应的Gibbs自由能的变化可以计算出电 池的电动势和最大输出电功等。假如电池内部发 生的化学总反应为
aA bB lL mM
在恒温恒压条件下，可逆电池所做功最大电功 等于体系的自由能的减少，即：
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
各类电极反应都发生在电极/溶液的界面上．因 而界面的结构和性质对电极反应有很大影响。
这一影响主要表现在以下两个方 :
1．电溶液性质和电极材料及其表面状态对电 极反应的影响。比如同一电极电势下氢在铂电 极和汞电极上析出速率不同；电极上发生吸附 会降低反应速率等；
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
相间电势和电极电势
• 实物的相电势 • 相电势差 • 电极电势：外部电势差的代数和
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
一、可逆电化学过程的热力学 1. 电池的可逆性 可逆电极必须具备的两个条件：
（1）电池反应是可逆的。如ZnZnSO4电极， 其电极反应为：
E
G T，P
是参与反应的物质活度为1时的电
zF 动势，称为标准电动势。即
G T，P
zFE
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
又因为
G T，P
RT
ln
K
所以 E RT ln K（此式可以计算平衡常数K） zF
已知方程 G H T (G)
T
根据 △G=-zFE ，可以将反应的熵△S变写成
电解电池：正极(阳极)、负极(阴极)；
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
原电池与电解池的区别：
原电池中自由能△G小于零，反应自发进行； 化学能转变为电能；正极是阴极，负极是 阳极。
电解池中自由能△G大于零，反应是被迫进 行，需要从外界输入能量才能发生化学反 应，电能转化为化学能；正极是阳极，负 极是阴极。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
D.汞电极（Mecury electrode）
具有常温下为液态，氢过电位大的特点，常用 在极谱分析法中。常与其他金属形成汞齐制备 成汞齐电极。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2.参比电极（Reference electrode）
参比电极具有已知恒定的电位，为研究对象提 供一个电位标准。测量时，参比电极上通过的 电流极小，不致引起参比电极的极化。经常使 用的参比电极主要有以下三种：
⑦多重电极，即金属溶液界面间存在着一种 以上的电极反应
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
根据不同用途究电极，其上面发生的反应 过程是我们的研究对象；
典型的工作电极主要有：
A.铂电极（Platinum electrode）
这种电极具有化学性质稳定、氢过电位小，而且高纯 度的铂易得到、容易加工等特点，但价格比较昂贵。
标准甘汞电极(NCE) 1.0 mol / L +0.2828
饱和甘汞电极(SCE) 饱和溶液 +0.2438
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
C. 银｜氯化银电极 由覆盖着氯化银层的金属银 浸在氯化钾或盐酸溶液中组成。常用 Ag|AgCl|Cl-表 示。一般采用银丝或镀银铂丝在盐酸溶液中阳极氧 化法制备。银|氯化银电极的电极电势与溶液中Cl浓度和所处温度有关。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
二.理想极化电极
电极上发生的反应过程有两种类型：
一类是法拉第过程，即电荷经过电极/溶液界 面进行传递而引起的某种物质发生氧化或还原 反应时的过程．其规律符合法拉第定律，所引 起的电流称法拉第电流；
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
另一类是非法拉第过程，即在一定条件下， 在一定电极范围内施加电位时，电荷并没有经 过电极/溶液界面进行传递，而仅仅电极溶液界 面的结构发生变化的过程。
设在等温等压下发生的化学反应在不可逆 电池中，则体系状态函数的变化量
G, H , S, U
皆与反应在相同始末状态下在可逆电池中发生 时相同，但过程函数W与Q却发生变化。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
对于电池实际放电过程，当放电电池的端电压为V 时，不可逆过程的电功可表示为
Wi，f zFV
返回
对于等温，等压条件下发生的不可逆电解反应，环
境对体系做电功，不可逆过程的电功表示为：
Wi，f zFV
不可逆电解过程的热效应为：
Q U
Wi，f
zFT (E ) T P
zF (E V )
上式右边的第一项表示的是可逆电解时体系吸收的热量，
第二项表示的是由于克服电解过程各种阻力放出的热量。
对于实际发生的电解过程，体系从可逆电解时的吸收热量
(G)
E
S
zF ( )
T
T P
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
反应焓变 H zFT (E ) zFE T P
(E ) 为电池电动势和温度系数 T P
等温情况下，可逆电池反应的热效应为：
E
Q TS zFT ( )
R
T P
从温度系数的为正或为负即可确定可逆电池在 工作时是吸热还是放热。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
2.可逆电极的电势
可逆电极电势，也称为平衡电势或平衡电极电势。
ik
O 2e R ia
（O代表氧化态；R代表还原态）
根据能斯特公式，电极的平衡电极电势可写成 下列通式，即
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
RT
ln 氧化态
RT
ln O
e
e
zF 还原态
变成不可逆电解时放出的热量。为了维持电化学反应在等
温条件下进行，必须移走放出的热量，因此必须注意与电
化学反应器相应的热交换器的选择。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
第四章 电极与溶液界面的性质
一、研究电极/溶液界面性质的意义
研究电极/溶液界面性质的主要意义是弄 清界面性质对界面反应速率的影响。
根据热力学第一定律，电池不可逆放电过程的
热效应为：
Q U
Wi，f
E zFT ( )
T P
zF (V
E)
上式右边第一项表示的是电池可逆放电时产生的热效应，
第二项表示的是由于电化学极化，浓差极化及电极和溶
液电阻等引起的电压降的存在，过程克服电池内各种阻
力而放出的热量。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
标准氢电极
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
④难溶盐电极。氧化还原对的一个组元为难溶盐 或其他固相，它包含着三个物相两个界面，如 AgCl 电 极 Ag(s) ｜ AgCl(s) ｜ Cl- 、 氧 化 汞 电 极 Hg(l)｜HgO(s)｜OH-。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
B.金电极（Gold electrode）
在阴极区电位窗口比较宽，易与汞形成汞齐， 但是在HCl水溶液中易发生阳极溶解，并且很 难把金封入玻璃管中，即制作电极比较麻烦。 常用金电极测定正电位一侧的电化学反应，而 相同形状的汞齐化的金电极常用来研究负电位 一侧的还原反应。
返回
②氧化还原电极。由惰性金属电极及溶液 中氧化还原离子对组成，其特点是氧化还 原 对 不 能 迁 越 相 界 面 。 如 Pt ｜ Fe2+ ， Fe3+ 等。
③气体电极。由惰性金属电极及氧化还 原对中一个组元为气体组成的，如氢电 极Pt｜H2（g）｜H+（aq）。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
C.碳电极（Carbon electrode）
碳电极又分为：石墨电极、糊状碳电极和玻 碳电极等。碳电极具有电位窗口宽、容易得 到、使用方便等特点。其中玻碳电极具有导 电性高、对化学药品的稳定性好、气体无法 通过电极、纯度高、价格便宜、氢过电位和 氧过电位小以及表面容易再生等特点，因而 应用比较广泛。
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
根据热力学第一定律，如果体积功为零，则电 池反应的内能的变化为：
U Q W TS zFT (E ) zFE
R
f ,max
T P
应用电上化一学内容 下一内容 回主目录
返回
4.不可逆电化学过程的热力学
实际发生的电化学过程都有一定的电流通过， 因而破坏了电极反应的平衡状态，导致实际发 生的电化学过程基本上为不可逆过程。
返回
⑤膜电极。利用隔膜对单种离子透过性或膜表面 与电解液的离子交换平衡所建立起来的电势，测 定电解液中特定离子的活度如玻璃电极、离子选 择电极等。