文档介绍：第五章电化学电化学:研究电能学能与化学能之间相互转化规律以及转化过程中有关现象的科学。或研究化学现象与电现象之间关系的学科。在物理化学中,电化学占有特别重要的地位,其涉及领域极为广泛,从生产实践一直到自然科学的各个组成部分,经常牵连到电化学问题。电化学在国民经济中起着重要的作用。在近代,随着电化学的发展,它与其它学科相互渗透,出现了生物电化学、环境电化学等新的领域。通过一定的装置,可将电能转化为化学能,也可将化学能转化为电能。将电能转化为化学能的装置————电解池。将化学能转化为电能的装置————原电池。电极:在电化学装置中,分别进行氧化过程与还原过程的部分称为电极。电化学装置的电极命名法: 电势(位)高者称为正极,电势(位)底者称为负极; 发生氧化反应的极为阳极,发生还原反应的极为阴极。一般来说,对原电池以正负极命名;对电解池以阴阳极命名。对应关系: 正极负极原电池阴极阳极电解池阳极阴极电化学包括三部分内容: (1) 电解质溶液(2)可逆电池的电动势(3)电解与极化§ 5-1 电解质溶的导电机理及法拉第定律电解质溶液—实现化学能与电能相互转化过程的介质(通常称作第二类导体)。一、电导机理: 第一类导体:金属(靠自由电子的定向迁移)。第二类导体:电解质溶液或熔融的电解质。(1)离子的定向迁移(2)电极反应例如:图 7-1 (电解池) 左电极: 2H ++2e??? H 2?右电极: 2Cl -–2e??? Cl 2?若为原电池,则: 左电极: H 2 +–2e??? 2H +右电极: Cl 2+2e??? 2Cl -–由以上两种情况得出: 由于离子的迁移和电极反应的发生,使得电子的转移构成了回路。二、法拉第( Farady )定律 1833 年, Farady 在研究电解作用时,从实验归纳出一个定律——法拉第定律。该定律不论是对电解反应还是电池反应都是适用的。其内容是: (1)给定电极上发生化学变化的(起作用的)物质的质量与通过的电量成正比。例如:反应 Cu 2++2e→Cu↓消耗两个电子,可得到一个铜原子.。消耗四个电子,可得到二个铜原子.。以此类推,电极上每变化(1/Z )mol 的任何物质,所通过的电量为一常数: (M Z++Ze →M)以F表示 1mol 电子的携带电量的绝对值,则: F=Le= ×10 23× ×10 -19= ( -1)≈96500( -1) F称法拉第常数。(2)将几个电解池串联,通入一定电量后,在个电解池的两极上发生化学变化的物质的量(zn)相同。[注:(zn)表示出现在电极反应式中的电子计量系数。法拉第定律可写作: Q=znF (5-1) 所沉淀物质的质量: m= (5-2) M为?ZM 的摩尔质量。在实际电解时,电极上常发生副反应或次级反应,例如:电极上进行的金属离子的还原反应时,除金属离子的还原外,同时还可能发生氢离子的还原反应。所以要在电极上析出一定量的某一种物质时,实际上所消耗的电量要比按照法拉第定律计算所需要的电量多一些,此二者之比称作电流效率。?? 0 0100 ??实际所耗总电量通过电极的总电量耗电量质根据法拉第定律所需析出一定数量的某种物电流效率或: 0 0100 ??质量拉第定律应获得产物的通过一定电量后根据法产物的实际质量通过一定电量后电极上电流效率例题:有10×10cm 2的金属片, 需要在两面都镀上一层 厚的 Ni。已知金属 Ni的密度为 -3,假设电镀时 Ni能均匀的分布在金属片的两面, 该电流效率为 % 。试求要得到上述厚度的镍层时, 安的电流强度需要通过多少时间?(镀液中的镍是二价离子) ??秒解 15243 0. 96 2)2 69 . 58 ( 96500 005 .02 10 10 : 0 0?????????t) 14 4( 23 .4分小时小时?(忽略了金属片的侧面积) § 5-2 可逆电池电动势使化学能→电能的装置:称为原电池(简称电池)。由热力学知: () T,P△ rG T,P=W f,max 当非体积功只有电功一种时,则△ rG T,P=EQ=ZEF (5—3) E为可逆电池电动势。Z为电池反应式中电子的转移数(即电子的计量系数, 无量纲)。一、可逆电池和不可逆电池可逆电池必须具备的条件(充分必要条件) (1)放电反应与充电反应互为逆反应。(电池放电后,再进行充电,电池必须完全恢复原状) 例如:铅蓄电池 Pb+Pb +2H 2SO 42PbSO 4+2H 2O 单聂尔( Daniell )电池(图 3-1 ): Zn+CuSO 4Cu+ZnSO 4(2) 满足热力学可逆:(接近平衡状态) 当电池充电或放电时,满足 E=E 外±