電化學-廈門大學化學化工學院

1、第十一章電 化 學,11-1 引言,如何學好電化學,電 化 學,研究電能與化學能的相互轉化及其相關規(guī)律,,電化學科學,一. 歷史悠久,二. 應用廣泛,三.電化學現(xiàn)象普遍存在,1780 生物電 L.Galvani1799伏特電堆A.Volta,電化學科學,一. 歷史悠久,A. Volta (伏特）1745-1827,Volta Pile,Volta Pile,1780 生物電1799伏特電堆1834

2、法拉弟定律1887物理化學雜志,電化學的特征,一. 歷史悠久,二. 應用廣泛,國際電化學會（ISE）,界面電化學電子和離子導體相分析電化學電化學能源轉換腐蝕、電沉積和表面處理工業(yè)電化學和電化學工程生物電化學,三、電化學現(xiàn)象普遍存在,(a) ?i? ? ?i? i為帶電荷粒子? 相間自發(fā)轉移,三、電化學現(xiàn)象普遍存在,(a) ?i? ? ?i? i為帶電荷粒子? 相間自發(fā)轉移,(b) 相

3、界面存在過剩電荷? 界面電位差,(c) 自然界普遍存在水? 電解質溶液,電化學勢 Electrochemical Potential,?Gi??? = ?i?- ?i? + Zie0(?? - ? ?),平衡時： ?i? + Zie0?? = ?i? + Zie0? ? 兩相間建立平衡電勢,恒溫恒壓下荷電粒子i從?相轉移到?相,電極（Electrode),電極材料/電解

4、質Zn|Zn2+, SO42-Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液,電極（Electrode),電極材料/電解質Zn|Zn2+,SO42-,Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液,傳遞電荷氧化或還原反應的地點“半電池”,電極（電化學）反應Electrode (Electrochemical）Reaction,特殊的異相氧化還原反應氧化和還原反應分別在不同的地點進行,電極（電化學）反應

5、Electrode (Electrochemical）Reaction,特殊的異相氧化還原反應氧化和還原反應分別在不同的地點進行,電場的強度和方向可改變反應的活化能和速度,,電化學裝置(Electrochemical Device),電池(Cell)電(化學)池,原電池 (Primary Cell)體系自發(fā)地將本身的化學能變?yōu)殡娔??G<0),電解池 (Electrolytic Cell)利用電功推動體系進行化學反應(

6、包括?G>0),鉛酸蓄電池 (1860年--),放 電 (對外作功),正極,負極,鉛酸蓄電池 (1860年--),,,,,,,,,,,,,e,e,,Pb2+PbSO4 +2e,Pb,,,Pb2+PbSO4 -2e,PbO2,,H2O,H+SO4=SO4= H+,硫酸,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,充 電 (吸收電能

7、),正極,負極,電化學裝置(Electrochemical Device),電化學裝置需要滿足：至少包括一對分區(qū)進行(成對存在)的電極反應。在電解質溶液中，不同電荷的離子作不同方向的定向遷移。在外線路中，電子由陽極往陰極的定向移動。,,Pb2+PbSO4 -2e,,,,,,,,,,,,e,e,,Pb2+PbSO4 +2e,Pb,,PbO2,,H2O,H+SO4=SO4= H+,硫酸,,,,,,,,,,,

8、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,正極,負極,電極的名稱和過程,電 極,陽極 Anode,陰極 Cathode,反 應電解池原電池驅向離子,氧 化正極、電勢高負極、電勢低陰離子 Anion,還 原負極、電勢低 正極、電勢高陽離子 Cation,,,,電化學研究重點,物理化學,,電化學基礎研究,電極的名稱和過程,電 極,陽

9、極 Anode,陰極 Cathode,反 應電解池原電池驅向離子,氧 化正極、電勢高負極、電勢低陰離子 Anion,還 原負極、電勢低 正極、電勢高陽離子 Cation,,,,11-2 法拉弟定律Faraday law (1834年),Q- 反應電量n-摩爾數(shù)，Z-反應電子計數(shù)量，F(xiàn)-法拉弟常數(shù)（1891年）,法拉弟常數(shù) F (1891年),F = 6.023?10

10、23 電子/mol ?1.602?10-19 庫侖/電子 = 96487 庫侖/mol ? 96500 c /mol,法拉弟定律的幾個要點,1. 電和化學反應相互作用的定量關系,F是基本物理常數(shù)之一,Q = nZF,法拉弟定律的幾個要點,1. 電和化學反應相互作用的定量關系2. 不受電極、外界條件的影響,陰極,陽極,（隋性）,銀陰極,銀陽極,電解精煉,,,,,Cl2,Ag,Fe2+,,,,Ag+,Br2,

11、,,,,,H2,e-,e-,i,i,陰極,陰極,隋性,惰性,(1) NaCl (2) AgNO3(3) FeBr3,(1) 陰極上: H++e-?1/2H2氣體產(chǎn)物 陽極上: Cl- ?1/2Cl2+e-,(2) 陰極上: Ag++e-?Ag固體產(chǎn)物 陽極上: Ag?Ag++e-,(3) 陰極上: Fe3++e-?Fe2+溶液產(chǎn)物 陽極上: Br- ?1/2Br2+e-,法拉弟定律的

12、幾個要點,1. 電和化學反應相互作用的定量關系2. 不受電極、外界條件的影響3. 適用于多個電化學裝置的多個反應（串聯(lián)）,陰極,陽極,銀陰極,銀陽極,,,,,,Na+,H+,Cl-,OH-,,,e-,i,H2,Cl2,,,,,Ag+,H+,NO3-,Ag+,Ag,,,e-,i,Ag+,,,法拉弟定律的幾個要點,1. 電和化學反應相互作用的定量關系2. 不受電極、外界條件的影響3. 適用于多個電化學裝置的多個反應（串聯(lián)）4. 適

13、用于單個電化學裝置的多個反應（并聯(lián)）,,,,,,,H+,OH-,,,e-,i,H2,,,,,H+,NO3-,Ag+,Ag,,,e-,i,Ag+,OH-,NO3-,Ag+,,O2,銀陰極,銀陽極,Ag+ + e = AgH+ + e = 1/2 H2,電流效率,（一定物質量）,（一定電量）,電化學研究重點,物理化學,,如何比較、測量和認識不同電解質溶液的導電能力,11-3. 電導、電導率、摩爾電導率、極限摩爾電導