物理化学第八章--电化学PPT文件格式下载.ppt
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A.自由电子作定向移动而导电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导电过程中导体本身不发生变化C.温度升高,电阻也升高温度升高,电阻也升高D.导电总量全部由电子承担导电总量全部由电子承担第一类导体第一类导体:
又称电子导体,如金属、石墨等。
A.正、负离子作反向移动而导电正、负离子作反向移动而导电B.导电过程中有化学反应发生导电过程中有化学反应发生C.温度升高,电阻下降温度升高,电阻下降D.导电总量分别由正、负离子分担导电总量分别由正、负离子分担第二类导体第二类导体:
又称离子导体,如电解质溶液、熔融电解质等。
8.1.2正极、负极,阴极、阳极正极、负极,阴极、阳极发生氧化反应的电极称为发生氧化反应的电极称为阳极阳极;
发生还原反应的电极称为发生还原反应的电极称为阴极阴极。
电势高的电极称为电势高的电极称为正极正极;
电势低的电极称为电势低的电极称为负极负极。
1.电解池:
电解池:
PtPt电解池装置电解池装置HCl阳阳极极阴阴极极IH+Cl-阳阳极与溶液界面之间:
极与溶液界面之间:
2Cl-2eCl2eCl2e阴阴极与溶液界面之间:
2H+2eH2eH2+e总反应总反应2H+2Cl-Cl2+H2外电源做功外电源做功()T.P.RrG=Wfe2.原电池原电池PtPt原电池装置原电池装置HClH2H2Cl2Cl2-eH+eCl-eee阳极阳极阴极阴极阳极与溶液界面之间:
阳极与溶液界面之间:
H2-2e2H+阴极与溶液界面之间:
阴极与溶液界面之间:
Cl2+2e2Cl-总反应总反应Cl2+H22H+2Cl-I负极负极正极正极()T.P.RrG=Wf电解池:
外电源作功,电能电解池:
外电源作功,电能化学能化学能GT.P=Wf0原电池:
自发的化学反应,化学能原电池:
自发的化学反应,化学能电能电能GT.p=Wf0正极正极负极负极电解池电解池阳极阳极(氧化反应)氧化反应)阴极阴极(还原反应)还原反应)原电池原电池阴极阴极(还原反应)还原反应)阳极阳极(氧化反应)氧化反应)8.1.3Faraday定律定律1.在电极上发生作用的物质的量,与电极上通过的电量成在电极上发生作用的物质的量,与电极上通过的电量成正比正比阴极阴极(还原还原)反应反应a(氧化态)氧化态)+zea(还原态)还原态)阳极阳极(氧化氧化)反应反应a(还原态)还原态)-zea(氧化态)氧化态)F=9648596500C.mol-12.几个电解池串联后,通电时,各个电极上反应的物质电几个电解池串联后,通电时,各个电极上反应的物质电化学当量数相等。
化学当量数相等。
某一电极上发生电化学反应的物质的质量某一电极上发生电化学反应的物质的质量m与通电量的与通电量的关系为:
关系为:
该定律在任何温度、任何压力下均可以使用该定律在任何温度、任何压力下均可以使用,无限制条件。
无限制条件。
8.1.4离子的电迁移率和迁移数离子的电迁移率和迁移数r与离子的本性、溶剂的性质有关,正比于电场的电位梯度与离子的本性、溶剂的性质有关,正比于电场的电位梯度为电位梯度为电位梯度u+,u-:
正、负离子的电迁移率:
正、负离子的电迁移率离子离子电场力,获得加速度电场力,获得加速度溶剂的粘性摩擦力溶剂的粘性摩擦力离子的离子的迁移迁移速率速率r与离子本性、溶液浓度、溶剂性质和温度等有关。
与离子本性、溶液浓度、溶剂性质和温度等有关。
又称为又称为离子淌度离子淌度(ionicmobility)相当于单位电位梯度时离子迁移的速率相当于单位电位梯度时离子迁移的速率H+,OH-的电迁移率比其他离子大,水溶液中通过氢键来导电的电迁移率比其他离子大,水溶液中通过氢键来导电的电迁移率很接近的电迁移率很接近常用来制备盐桥常用来制备盐桥正离子正离子u+108负离子负离子u-108H+36.3OH-20.52K+7.62SO42-8.27Ba2+6.59Cl-7.91Na+5.19NO3-7.40Li+4.01HCO3-4.61tB是是离子离子B在迁移电量时所产生的电流与总电流之比,在迁移电量时所产生的电流与总电流之比,tB1正、负离子移动的速率不同,所带的电荷不等,因此在迁正、负离子移动的速率不同,所带的电荷不等,因此在迁移电量时所分担的分数也不同。
移电量时所分担的分数也不同。
离子的迁移数:
离子迁移电流的分数就等于迁移电量的分数,则离子迁移电流的分数就等于迁移电量的分数,则如果溶液中只有一种电解质如果溶液中只有一种电解质如果溶液中有多种电解质,共有如果溶液中有多种电解质,共有i种离子种离子l设想溶液中有任一截面设想溶液中有任一截面EFGH正、负离子穿过截面的物质的量为正、负离子穿过截面的物质的量为c+r+A,c-r-A设有两个相距设有两个相距l、面积为、面积为A的平行惰性电极,外加电压的平行惰性电极,外加电压E电解质溶液的正、负离子的浓度和电价为电解质溶液的正、负离子的浓度和电价为c+,c-,z+,z-溶液总是电中性的溶液总是电中性的l离子的迁移数可以用希离子的迁移数可以用希托夫(托夫(Hittorff)法和界面)法和界面移动法等实验测量,离子的移动法等实验测量,离子的电迁移速率也能用界面移动电迁移速率也能用界面移动法测量。
法测量。
两种离子所两种离子所处的电场梯处的电场梯度相同度相同8.2.1电导、电导率、摩尔电导率电导、电导率、摩尔电导率8.2电导及其应用电导及其应用一一.电导及电导率电导及电导率1m1m2电导率测定电导率测定标准标准KCl溶液的电导率溶液的电导率物质的量浓度物质的量浓度cmoldm-3电导率电导率/Sm-1298.15K111.1730.11.28860.010.14114二二.摩尔电导率摩尔电导率把把含有含有1mol电解质电解质的溶液置于相距单位距离的两个平的溶液置于相距单位距离的两个平行电极之间,这时溶液的电导称为摩尔电导率行电极之间,这时溶液的电导称为摩尔电导率Vm是含有是含有1mol电解质的溶液的体积电解质的溶液的体积,m3/molc:
电解质溶液的浓度电解质溶液的浓度,molm-3在表示电解质的摩尔电导率时,应标明物质的基本单元。
在表示电解质的摩尔电导率时,应标明物质的基本单元。
m(K2SO4)0.01243Sm2mol-1eg,在某一定条件下:
在某一定条件下:
m(K2SO4)0.02485Sm2mol-1例:
例:
298.15K时用一电导池测时用一电导池测0.02mKCl得得R=82.4,测,测0.05m的的K2SO4得得R=326,已知已知0.02mKCl的的=0.2789S.m-1,求,求0.05m的的K2SO4的的、m。
解:
8.2.2电导率、摩尔电导率与浓度的关系电导率、摩尔电导率与浓度的关系1.电导率与电解质的物质的量浓度的关系电导率与电解质的物质的量浓度的关系强电解质:
强电解质:
浓度浓度,浓度进一步浓度进一步,弱电解质:
弱电解质:
变化不大变化不大原因:
原因:
导电粒子数导电粒子数,浓度浓度,离子运动能力离子运动能力电导率与浓度关系电导率与浓度关系/S.m-1-1MgSO4HAc2.摩尔电导率与电解质的物质的量浓度的关系摩尔电导率与电解质的物质的量浓度的关系强电解质:
m/S.m2.mol-1摩尔电导率与摩尔电导率与浓度关系浓度关系浓度浓度时,时,m,趋向一定值趋向一定值,浓度浓度0.01mol.dm-3时时科尔劳许经验式科尔劳许经验式弱电解质:
一般浓度下,浓度一般浓度下,浓度,m变化不大,变化不大,浓度很低时,浓度浓度很低时,浓度,m急剧急剧将直线外推至将直线外推至cc=0=0时所得截距为时所得截距为无无限稀薄的摩尔电导率限稀薄的摩尔电导率。
弱电解质的弱电解质的不能用外推法得到。
不能用外推法得到。
由于导电物质的量为由于导电物质的量为1mol1mol,浓度浓度时时,m,粒子之间相互作用减弱,粒子之间相互作用减弱3.离子独立运动定律离子独立运动定律S.m2.mol-10.011010.014496NO3-0.0115030.014986Cl-Li+K+科尔劳许科尔劳许离子独立运动定律离子独立运动定律无无论论是是强强弱弱电电解解质质,无无限限稀稀薄薄时时,离离子子间间的的相相互互作作用用均均可可忽忽略略不不计计,彼彼此此独独立立运运动动。
每每种种离离子子的的摩摩尔尔电电导导率率不不受受其其它它离离子子的的影影响响,它它们们对对电电解解质质的的摩摩尔尔电电导导率率都都有有独独立立的的贡贡献。
因而献。
因而例:
求例:
求18时时CaF2的的解:
查表知查表知18时,时,CaCl2、NaCl和和NaF的极限电导率的极限电导率分别为分别为0.02334、0.01089和和0.00902S.m2.mol-1根据离子独立移动定律,迁移数又可表示为根据离子独立移动定律,迁移数又可表示为对于强电解质对于强电解质,在浓度不太高时在浓度不太高时,近似有近似有8.2.3电导测定的应用电导测定的应用1.检验水的纯度检验水的纯度H+和和OH-的浓度近似为的浓度近似为10-7mol.dm-3,查表得,查表得纯水的电导率应为纯水的电导率应为一般水的电导率小于一般水的电导率小于10-4S.m-1就认为是很纯了。
就认为是很纯了。
2.求算弱电解质的电离度求算弱电解质的电离度及电离常数及电离常数Kc弱电解质的电离度弱电解质的电离度Ostwald稀释定律稀释定律AB=A+B-t=0c00平衡时平衡时c(1-)cc例:
298K时,用同一电导池测得时,用同一电导池测得0.1mol.dm-3KCl溶液电阻溶液电阻为为24.69,0.01mol.dm-3的的HAc溶液电阻为溶液电阻为1982,求该电导池常数及求该电导池常数及HAc溶液的摩尔电导率和电离常数。
溶液的摩尔电导率和电离常数。
298K时,时,0.1mol.dm-3的的KCl的电导率为的电导率为1.289S.m-1,例:
查表知:
m(HAc)=390.7210-4S.m2.mol-13.求算微溶盐的溶解度和溶度积求算微溶盐的溶解度和溶度积a.难溶盐饱和溶液的浓度极稀,可认为难溶盐饱和溶液的浓度极稀,可认为m=m,m的值的值可从离子的无限稀释摩尔电导率的表值得到。
可从离子的无限稀释摩尔电导率的表值得到。
c.用摩尔电导率的公式可以求得难溶盐饱和溶液的浓度用摩尔电导率的公式可以求得难溶盐饱和溶液的浓度b.难溶盐本身的电导率很低,不
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- 物理化学 第八 电化学