应用电化学基础优质PPT.pptx

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,12,电化学是一门重要的边缘学科，与化学领域中的其它学科、电子学、固体物理学、生物学等学科有密切联系。

电分析化学、有机电化学、催化电化学、熔盐电化学、固体电解质电化学、量子电化学、半导体电化学、腐蚀电化学、生物电化学等,电化学应用范围很广，远远超出化学领域，电化学实际应用大致分为以下几个方面电化学合成：

如氯气、氢氧化钠、高锰酸钾、四烷基铅金属的提取和精炼：

如熔盐电解制铝、湿法电冶锌、电解精炼铜电池：

如锌锰电池、铅酸电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、太阳能电池等,13,（4）金属腐蚀和防护研究：

如电化学保护、缓蚀剂等,表面精饰：

如电镀、阳极氧化、电泳涂漆等电池电解加工：

如电成型（电铸）、电切削、电抛磨等电化学分离技术：

如电渗析、电凝聚、电浮离等生产与污水处理,（8）电分析方法：

如工农业、环保、医药卫生等,14,什么是电化学,1,应用电化学涉及的领域,2,本课程学习要求,15,3,

（1）理解并掌握电化学的基本概念、基本原理、基本方程等基础知识,16,灵活的运用上述所学知识进行简单问题分析了解常见的电化学工业的工艺与原理,第一章电化学基础理论,17,电化学体系的基本单元,1,电化学过程热力学,2,3,4,非法拉第过程及电极/溶液界面的性能法拉第过程和影响电极反应速度的因素物质传递控制反应绪论,5,主要内容,电化学研究方法介绍,18,6,Zn+Cu2+Cu+Zn2+G=212kJmol-1,ZnSO4,CuSO4,Zn,Cu,+,负载,多孔隔膜,Fe阴NaOH,Ni阳,A,V,O2,H2,石棉隔膜H2O（l）H2（g）+O2（g）G=237.2kJmol-1,19,电极：

多相体系，为电子导体或半导体，实现电能的输入或输出，是实现电极反应的场所。

三电极体系：

工作电极、参比电极、辅助电极电源：

正、负极电解池：

阴、阳极,20,1.1.1电极,A.工作电极（workingelectrode）（研究电极）要求：

所研究的电化学反应不因电极自身发生的反应受到影响，能在较大的电位区域中测定电极不与溶剂、电解液组份发生反应电极面积不宜太大，表面均一、平滑、容易表面净化,21,B.辅助电极（counterelectrode）（对电极）与工作电极组成回路，辅助电极上可以是气体的析出反应、工作电极反应的逆反应，使电解液组份不变，不显著影响研究电极上的反应，用离子交换膜等隔离两电极区以减小干扰。

要求：

有较大的表面积，使极化作用主要作用于工作电极上；

电阻小，不容易极化，对形状、位置有要求。

22,C.参比电极（referenceelectrode）：

一个已知电势、接近于理想不极化的电极，基本无电流通过。

用于测定研究电极的电势，起着提供热力学参比、将工作电极作为研究体系隔离的作用。

参比电极的性能：

为可逆电极，电极电势符合Nernst方程，参比电极反应有较大的交换电流密度，流过微小电流时电极电势能迅速复原，具有良好的电势稳定性、重现性。

常用：

甘汞电极（SCE）、Ag/AgCl电极、标准氢电极（SHE.NHE）。

为降低液体接界电势，采用盐桥、鲁金毛细管。

在化学电源、电解装置中，辅助电极、参比电极常合二为一。

23,1.1.2隔膜（diaphragm）将电解槽分隔为阳极区和阴极区，保证阴极、阳极上的反应物、产物不互相接触和干扰。

可以采用玻璃滤板隔膜、盐桥、离子交换膜等，离子可以透过隔膜。

工业上：

使用多孔膜、离子交换膜（阳离子交换膜、阴离子交换膜）。

24,1.1.3电解质（electrolyte）溶液,25,是电极间电子传递的媒介，由溶剂、电解质盐（支持电解质）（supportingelectrolyte）、电活性物质组成，分成三类：

水溶液体系、有机溶剂体系、熔融盐体系。

A.电解质（固体、液体、气体）分为四种：

作为电极反应的起始物质，与溶剂相比，其离子优先参加电化学反应，在电化学体系中起导电和反应物作用；

只起导电作用，在所研究的电位范围内不发生电化学反应（支持电解质）；

固体电解质，具有离子导电性的晶态、非晶态物质，如聚环氧乙烷；

熔盐电解质，具有、的性质，多用于电化学方法制备碱金属、碱土金属及其合金。

26,B.有机溶剂应具有：

可溶解足够量的支持电解质；

具有足够使支持电解质离解的介电常数；

常温下为液体，蒸气压不大，黏性不太大，毒性小；

可测定的电位范围大。

溶剂须仔细纯化，离子交换水进行2次、3次蒸馏后使用；

有机溶剂经化学处理后常压、减压蒸馏提纯。

非水溶剂去水方法：

分子筛交换CaH2吸水蒸馏,27,电解质溶液的研究内容,28,电解质溶液的导电性质为表征电解质溶液的导电能力引入了电导、电导率、摩尔电导率、离子迁移数、电迁移率等概念。

电解质溶液的热力学性质正负离子间存在的静电作用力，使很稀的电解质溶液仍偏理想稀溶液所遵从的热力学规律。

讨论电解质溶液热力学时，须引入离子平均活度和离子平均活度因子等概念。

复习：

电导、电导率、摩尔电导率,电导、电导率、摩尔电导率电导的测定摩尔电导率与浓度的关系离子独立移动定律,29,1.电导,电导（electriccondutance）电导是电阻的倒数，单位为或。

电导G与导体的截面积A成正比，与导体的长度l成反比：

G与电导池几何特征有关,30,2.电导率,电导率（electrolyticconductivity）因为,比例系数称为电导率。

电导率相当于单位长度、单位截面积导体的电导，单位是或。

对电解质溶液而言，其电导率则为单位长度、单位面积的两个平行板电容器间充满电解质溶液的电导。

31,3.电导率与浓度的关系,强电解质溶液的电导率随着浓度的增加而升高。

当浓度增加到一定程度后，因离子间的相互作用，离子运动速率降低，电导率也降低，如KOH溶液与溶液。

弱电解质溶液电导率随浓度变化不显著,因浓度增加,电离度下降,故溶液中离子数目变化不大.如醋酸.,32,虽然电导率k消除了电导池几何结构的影响，但k仍与溶液单位体积的质点数（浓度）有关。

因此，无论是比较不同种类电解质溶液在指定温度下的导电能力，还是比较同一电解质溶液在不同温度下的导电能力，都需固定被比较溶液所包含的质点数（浓度）。

这就引入了物理量摩尔电导率m。

33,4.摩尔电导率,的体积，单位为质溶液的浓度，单位为,，c是电解。

摩尔电导率（molarconductivity）在相距为单位距离的两个平行电导电极之间，放置含有1mol电解质的溶液，这时溶液所具有的电导称,。

为摩尔电导率Lm，单位为Lm是含有1mol电解质的溶液,34,使用L时须注意：

m,35,物质的基本单元。

因为某电解质B的物质的量n及c正比于B的基本单元B的数B目。

对弱电解质，是指包括解离与未解离部分在内总物质的量为1mol的弱电解质而言的。

5.摩尔电导率与浓度的关系,由于溶液中导电物质的量已给定，都为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。

但不同的电解质，摩尔电导率随浓度降低而升高的程度也大不相同。

36,弱电解质的与c的关系随着浓度下降，Lm也,缓慢升高，但变化不大。

当溶液很稀时，Lm与不呈线性关系，等稀到一定程度，Lm迅速升高，（见的Lm与的关系曲线）。

弱电解质的不能用外推法得到。

Lm,38,6.电导池常数（cellconstant）,。

电导池常数的测量，常用已知电导率的KCl溶液注入电导池，测其电阻后得到Kcell,后再用这个电导池测未知溶液的电导率。

电导池常数电导率（l/A）GKcell,单位是GK/Rcell,电解质溶液导电除与溶液本身性质及电极有关外，还与溶液的几何形状有关，因为溶液不像固体那样规则，需要在一容器中进行测定，溶液不可能只在电极中间，那外部的溶液肯定会影响到电极的面积（相当于影响电极导电的几何面积），而这个影响可以用电导池常数来消除，也就是说测量的容器定了，那电导池的常数也就定了。

39,7.电导的测定电导测定实际上测定的是电阻，,常用的韦斯顿电桥如图所示。

AB为均匀的滑线电阻，R1为可变电阻，并联一个可变电容F以便调节与电导池实现阻抗平衡，M为放有待测溶液的电导池，Rx电阻待测。

I是频率在1000Hz左右的高频交流电源，G为耳机或阴极示波器。

40,接通电源后,移动C点,使DGC线路中无电流通过，如用耳机则听到声音最小，这时D，C两点电位降相等，电桥达平衡。

根据几个电阻之间关系就可求得待测溶液的电导。

若先用标准液标定池常数,则可直接得到电导率。

41,8.测量溶液电导率应注意,1.须用交流电源以防止产生电解反应和极化现象。

2.应用高纯蒸馏水作溶剂，测量低值中扣除水的。

溶液时，应自观测,3.精确测定时电导池应置于恒温槽中并严格控制恒温温度（温度每升高1，溶液的约增加2%-2.5%）。

cell,42,KG,9.无限稀释摩尔电导率电解质溶液的电导与离子的速度有关。

为更好地比较各种电解质溶液的导电能力，须将离子的速度在同一标准下来比较。

由于不同浓度时，离子间的相互作用不同，因而离子的速度也不同。

只有当浓度极稀时，离子间的距离增大到可以忽略离子间的相互作用，各离子速度才是个定值，其m也才是个定值。

所以用m来比较电解质溶液的导电能力是最合理的了。

弱电解质的m？

43,电解质差值,电解质差值,0.014990.011500.014500.01101,0.00349,0.014990.014500.011500.01101,0.00049,0.00349