文档介绍：1第七章电化学 2 电化学是一门既古老又年轻的科学,从 1800 年伏特(Volta) 制成第一个化学电池开始,到一个多世纪后的今天,电化学已发展成为包含内容非常广泛的学科领域, 如化学电源,电化学分析、电化学合成、光电化学、生物电化学、电催化、电冶金、电解、电镀、腐蚀与保护等等都属于电化学的范畴。尤其是近年来可充电锂离子电池的普及生产使用、燃料电池在发电及汽车工业领域的应用研究开发,以及生物电化学的迅速发展,都为电化学这一古老的学科注入了新的活力。无论是基础研究还是技术应用,电化学从理论到方法都在不断地突破与发展,越来越多地与其它自然科学或技术学科相互交叉、相互渗透。在能源、交通、材料、环保、信息、生命等众多领域发挥着重要的作用。 3 1. 利用化学反应来产生电能??将能够自发进行的化学反应放在原电池装置中使化学能转化为电能; 2. 利用电能来驱动化学反应??将不能自发进行的反应放在电解池装置中输入电流使反应得以进行。物理化学中的电化学主要着重介绍电化学的基础理论部分?用热力学的方法来研究化学能与电能之间相互转换的规律,重点是原电池和电解池工作原理与热力学性质,分为以下两个部分: 无论是原电池还是电解池,其内部工作介质都离不开电解质溶液。因此本章除介绍原电池和电解池外,还介绍有关电解质溶液的基本性质和导电性质。 4 三部分: 三部分: ?电解质溶液:( § -- § ) ?原电池:(§ -- § ) ?电解和极化:( § -- § ) 5 § 电极过程、电解质溶液及法拉第定律 1. 电解池和原电池但如将逆反应放入如图所示装置内,通电后,逆反应可进行。例: H 2+ 2 H 2O 25℃, kPa 下: ?G=- kJmol -1 < 0 正反应自发进行; 逆反应不可自发进行直接进行 Ni Fe KOH 水溶液阴极- +阳极电源 H 2O 2????极板/溶液:电子得失溶液中: 离子定向迁移电解原电池电解池利用电能以发生化学反应的装置成为电解池 6 电解池: 阴极:2H + + 2e -?H 2阳极: 电解反应:电解池: 阳极:正极阴极:负极+ - 2 2 1 H O O +2H +2e 2 ? 2 2 2 1 H O H O 2 ? ?例: 氢与氧的反应阳离子向阴极运动; 阴离子向阳极运动。 7 阳极-正极阳极-负极电电解池原电池阴极-负极阴极-正极原电池: 阳极:负极阴极:正极原电池: 阳极: H 2?2H + + 2e - 阴极:电池反应: + - 2 2 1 O +2H +2e H O 2 ? 2 2 2 1 H O H O 2 ? ?阳离子向阴极运动; 阴离子向阳极运动。 8 无论是原电池还是电解池,其共同的特点是,当外电路接通时: 在电极与溶液的界面上有电子得失的反应发生; 溶液内部有离子作定向迁移运动。极板与溶液界面上进行的化学反应??电极反应两个电极反应之和为总的化学反应: 原电池??电池反应;电解池??电解反应电化学中关于电极的规定: 氧化?阳极电势高?正极还原?阴极电势低?负极 9 2. 电解质溶液和法拉第定律电解质溶液是原电池及电解池的工作介质电子导体:电子作定向运动(金属、石墨等), 通电时无化学反应离子导体:离子作定向运动(电解质溶液等), 通电时有电极反应导体电极反应: 电极上进行的得失电子的反应 10 电解过程法拉第定律同时适用于原电池放电过程 1833 年英国科学家法拉第(Faraday M) 在研究了大量电解过程后提出了著名的法拉第电解定律??电解时电极上发生化学反应的量与通过电解池的电量成正比。即:通过 1 mol 电子电量时,任一电极上发生得失 1 mol 电子的电极反应。电极上析出或溶解的物质的量与之相应。 1 mol 电子电量=L×e = ×10 23 (mol -1)× ×10 - 19 (库仑, C) = 96485 C · mol -1 = 1 F