文档介绍：第八章电化学
1. 研究对象:
研究电现象与化学现象之间的内在联系及
电能与化学能之间转换规律的一门科学
研究装置:
原电池:化学能→电能
通过自动发生的化学反应向外输送电能,
如干电池,蓄电池
电解池:电能→化学能
输入电能使之发生化学反应,如蓄电池充
电,电解,冶炼 1
1799 年伏特(Volta)
电池(Cu,Zn 电池)→直流电
1807年,英国科学家戴维将熔融苛性碱进
行电解制取钾、钠,实现了其逆反应过程:
直流电通入电解质溶液→电解
1870 年有了直流发电机,得到廉价直流电
大量研究电能→化学能,电解法广泛应用
于工业生产中
2
2. 本章内容
(1)电解质溶液理论:
研究电解质溶液性质,导电机理
——电化学基础
(2)电化学平衡问题:
存在电功的化学平衡问题
介绍:可逆电极,可逆电池,电动势等
(3)不可逆电极过程(电极过程动力学)
包括电解,腐蚀问题——与应用密切相关
3
3. 应用:
(1)电冶炼:
许多有色和稀有金属的提炼或精练:
如:Al,Mg,K,Na,Li 的冶炼,
Cu,Pb,Zn 的精练
(2)腐蚀与防腐:
许多金属生锈腐蚀的原因与电化学有关,
可利用电化学原理及方法来防腐
4
(3)电化学分析:
电位(导)的滴定法,库仑分析,
极谱分析,电位扫描伏安法,循环伏安法
(4)化学电源:
可提高能源利用率,方便:蓄电池
热电法:
燃烧(煤,油)→加热水蒸气→推动气轮
机转动→带动发电机→电能
热能→电能 40%转化率
电池:燃料反应在电池中进行,直接转化
成电能,效率 80%——燃料电池
5
§8-1 电解质溶液的导电现象
一. 金属导体和离子导体
导体:能导电的物体
有两类:电子导体和离子导体
分类材料导电机构通电后 T的变化
电子金属,石墨自由电子导体 T↑,电阻 R↑,
导体运动无变化导电能力↓
离子电解质溶液离子移动溶液组成 T↑,离子运动
导体固体电解质发生变化速度↑,导电↑
6
二. 法拉第(Faraday)定律(1883 年)
电解时,在电极上发生反应的物质的数量
与通入的电量 Q 成正比
例:电极反应: Az+ + Ze ⎯→ A
m
电量 Q = ZF = nZF
M
Q:通入的电量(单位:库仑)
m:电极上发生反应的物质的质量
M:该物质的摩尔质量
Z :电极反应中电子的计量系数
n:电极上发生反应的量 7
F:1 摩尔电子的电荷,称作 Faraday 常数
23 -1 -19
F = Noe = ×10 mol ××10 C
= C . mol-1 ≈ 96500 C . mol-1
表示有 1 摩尔物质在电极上反应,需要通
过 ZNo 个电子,即通过的电量为 ZF
Q = nZF
无任何限制条件,对电池、电解池均适用
+
例:2H + 2e ⎯→ H2
n=2,Z=1
Q=2×1×F=2F=2×96500C
8
三、电解质溶液的电导率
l
1. 电阻率ρ: 定义: R = ρ
A
R:导体的电阻
ρ:电阻率,为常数
l:导体的长度,与电阻成正比
A:导体的截面积,与电阻成反比
说明:1)ρ电阻率,
为单位长度,单位面积导体的电阻
2)对电解质溶液
l:两电极间距离,A:电极的面积
9
1 1 l
2. 电导率κ: κ= =
ρ R A
1
G:电导 G = S:西门子,电导单位
R
G 与电池的电极面积及两电极间的距离有
关,也与溶液的种类及浓度有关
1)κ的单位:Ω-1 m-1 或 S . m-1,-1
为边长 1 m 的立方体的电解质溶液的电导
2)κ与几何因素,l,A 无关,
与电解质的性质,浓度 C,温度 T 有关
一般 T ,
↑κ↑ 10