【正文】 2022/2/13 電能 化學(xué)能 電解 電池 物理化學(xué) 電子教案 — 第八章 2022/2/13 第 八章 電解質(zhì)溶液 167。 電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理和電解定律 167。 離子的電遷移率和遷移數(shù) 167。 電解質(zhì)溶液的電導(dǎo) 167。 電解質(zhì)的平均活度和平均活度因子 167。 強(qiáng)電解質(zhì)溶液理論簡介 167。 電化學(xué)概論 167。 電化學(xué)概論 ? 電化學(xué)定義 ? 電化學(xué)發(fā)展簡史 ? 電化學(xué)基本理論 ? 電化學(xué)主要研究內(nèi)容 ? 電化學(xué)應(yīng)用 電化學(xué)定義 電化學(xué)是研究電現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象之間關(guān)系的一門學(xué)科，其主要研究內(nèi)容是電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過程中所遵循的規(guī)律。 電化學(xué)是物理化學(xué)的一個重要分支學(xué)科，其涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，如日常生活、生產(chǎn)實際、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、航天航空及現(xiàn)代新興工業(yè)都于電化學(xué)有著密切的聯(lián)系。 電化學(xué)發(fā)展簡史 1900年，吉爾伯特（ S. W. Gilbert ）發(fā)現(xiàn)摩擦靜電，人們開始認(rèn)識電現(xiàn)象。 1799年，伏打（ A. Volta）設(shè)計伏要電池，給用直流電進(jìn)行研究提供了可能。 1807年，戴維（ H. Davy）用電解法制備出金屬鈉和鉀，標(biāo)志電化學(xué)產(chǎn)生。 1833年，法拉第（ M. Faraday）提出法拉第定律，為電化學(xué)定量研究和電解工業(yè)奠定了理論基礎(chǔ)。 1831年至 1870年間，經(jīng)過法拉第、皮克希、西門子 、 帕其努悌 、古拉姆等人努發(fā)明了發(fā)電機(jī)后，電解工業(yè)得了迅速發(fā)展，同時也促進(jìn)了電化學(xué)的發(fā)展 。 生產(chǎn)的需要不斷推動著電化學(xué)的發(fā)展，至今，電化學(xué)工業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。 有色金屬和稀有金屬的冶煉、精煉，如鋁、鉛、鎂、鉀、鋯、鋰、鉿等的冶煉，銅、鋅的精煉，金、銀的回收等都是用電解方法。 基本化工產(chǎn)品的制備和一些有機(jī)化合物的電化學(xué)合成，如氫氧化鈉、氯氣、氯酸鉀、過氧化氫等的制備，己二腈、有機(jī)酸的電化學(xué)合成。 電鍍、電解加工、電拋光、鋁的氧化保護(hù)、電著色及電泳噴漆等工藝技術(shù)近年來得到快速的發(fā)展。 化學(xué)電源隨著近年來的一些尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展了得到迅速發(fā)展，各種體積小、重量輕、安全易于存放的高性能電池、微型電池不斷被研制出來，并在宇航、通信、生化、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了較廣泛的應(yīng)用。 電化學(xué)基本理論 在電化學(xué)工業(yè)發(fā)展的同時，電化學(xué)的基本理論也得到了不斷的發(fā)展，人們先后提出了電解質(zhì)的部分電離理論、強(qiáng)電解質(zhì)溶液的離子互吸理理論和電導(dǎo)理論、原電池電動勢的產(chǎn)生理論、電極反應(yīng)動力學(xué)的理論等，這些理論也反過來指導(dǎo)電化學(xué)工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。 電化學(xué)主要研究內(nèi)容 發(fā)展今天電化學(xué)所研究的內(nèi)容已相當(dāng)豐富，并逐漸形成了一門獨立的學(xué)科。其主要研究內(nèi)定大體有以下幾個方面。 （ 1）電解質(zhì)溶液理論。 （ 2）電化學(xué)平衡。 （ 3）電極過程。 （ 4）實用電化學(xué)。 ⒈ 電解 精煉和冶煉有色金屬和稀有金屬 ⒉ 電池 ⒊ 電化學(xué)分析 ⒋ 生物電化學(xué) 電解法制備各種化工原料、 金屬復(fù)合材料和表面特種材料 電鍍法保護(hù)和精飾金屬 陽極鈍化和氧化著色等 汽車、宇宙飛船、照明、通訊、生化和醫(yī)學(xué)等方面都要用不同類型的化學(xué)電源。 電化學(xué)應(yīng)用 167。 電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理和電解定律 電能 化學(xué)能 電解 電池 電化學(xué)裝置就是能夠?qū)崿F(xiàn)電能和化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的設(shè)備。由導(dǎo)線、電極、電解質(zhì)溶液構(gòu)成。 電化學(xué)裝置 電解池和原電池 電化學(xué)裝置根據(jù)電能和化學(xué)能轉(zhuǎn)化方向不同可分為兩種： （ 1）電解池：能夠?qū)崿F(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的電化學(xué)裝置。 （ 2）原電池：能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。 注意：電解池和原電池可能是一套裝置，如充電電池。 電化學(xué)裝置的電極命名 電化學(xué)裝置不論是電解池還是原電池，電極的命名通常有如下形式： （ 1）正極、負(fù)極。 （ 2）陰極、陽極。 注意：習(xí)慣上，電解池用陰極、陽極命名；原電池用正極、負(fù)極命名。 正極、負(fù)極 電勢低的極稱為負(fù)極，電子從負(fù)極流向正極。 負(fù)極： 電勢高的極稱為正極，電流從正極流向負(fù)極。 正極： 陰極、陽極 發(fā)生氧化作用的極稱為陽極。 陽極： 發(fā)生還原作用的極稱為陰極。 陰極： 電極名稱的對應(yīng)關(guān)系 電極名稱的對應(yīng)關(guān)系表 原電池 電解池 正極（發(fā)生還原反應(yīng)）是陰極 負(fù)極（發(fā)生氧化反應(yīng)） 是陽極 正極（發(fā)生氧化反應(yīng)）是陽極 負(fù)極（發(fā)生還原反應(yīng)）是陰極 電解質(zhì)溶液 電解質(zhì)：指在溶劑中或熔融狀態(tài)下，能完全或部分離解成離子的物質(zhì)。 電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)與溶劑形成的溶液。一般指電解質(zhì)水溶液。 電解質(zhì)類別：根據(jù)電解質(zhì)在溶劑中離解程度，分為強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)兩類。 注意：說某物質(zhì)是強(qiáng)或弱電解質(zhì)時一定要指明溶劑，因同一物質(zhì)在不同的溶劑中表現(xiàn)不同的性質(zhì)。 A. 自由電子作定向移動而導(dǎo)電 B. 導(dǎo)電過程中導(dǎo)體本身不發(fā)生變化 C. 溫度升高，電阻也升高 D. 導(dǎo)電總量全部由電子承擔(dān) 第一類導(dǎo)體又稱電子導(dǎo)體，如金屬、石墨等 導(dǎo)體：能導(dǎo)電的物質(zhì)，通常分為兩類： 第一類導(dǎo)體的特點是： 導(dǎo)體 第二類導(dǎo)體又稱離子導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液、熔融電解質(zhì)等 第二類導(dǎo)體的特點是： A. 正、負(fù)離子作反向移動而導(dǎo)電 B. 導(dǎo)電過程中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生 C. 溫度升高，電阻下降 D. 導(dǎo)電總量分別由正、負(fù)離子分擔(dān) *固體電解質(zhì)，如 等，也屬于離子導(dǎo)體，但它導(dǎo)電的機(jī)理比較復(fù)雜，導(dǎo)電能力不高，本章以討論電解質(zhì)水溶液為主。 2A gB r P bI、電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理 討論電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理，也就是討論離子導(dǎo)體是如何連續(xù)導(dǎo)電的？為了能使離子導(dǎo)體能連續(xù)導(dǎo)電，就必須使電流通過電解質(zhì)溶液，也就必須將兩個第一類超導(dǎo)體插入電解質(zhì)溶液組成原電池或電解池，形成一個閉合回路。 下面通過原電池放電過程和電解池電解過程來討論電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理。 電解質(zhì)溶液 陽離子遷向陰極，在陰極上發(fā)生還原作用 A ni o en A no d? + 電源 電解池 + 陽 極 ee 陰 極 C C at h o d eat i o n ?陰離子遷向陽極，在陽極上發(fā)生氧化作用 在電解池中 陽極上發(fā)生氧化作用 陰極上發(fā)生還原作用 在電解池中 + 電源 電解池 + 陽 極 ee 陰 極 2C u C l? ? 22C l a q Cl ( g) 2e????? ?2Cu a q 2e Cu ( s)?? ??總反應(yīng) △ rGT,p0 ? ?22Cu Cl a q Cu ( s) + C l ( )g?陽離子遷向陰極 陰離子遷向陽極 在原電池中 負(fù)載電阻 正 極 負(fù) 極 Zn ZnSO4溶液 陽 極 Cu CuSO4溶液 陰 極 Danill電池 eee2+Zn 2+Cu24SO 24SO在陰極上發(fā)生還原的是 ? ? 2Z n s Z n ( a q ) 2 e????? ?2Cu a q 2e Cu ( s)?? ??在陽極上發(fā)生氧化的是 在電極上發(fā)生反應(yīng)的先后由其性質(zhì)決定 總反應(yīng) △ rGT,p0 ? ? ? ?44Z n s CuSO ( a q) Cu s Z nSO ( a q)? ? ?陽極上發(fā)生氧化作用 陰極上發(fā)生還原作用 在電解池中，用惰性電極 + 電源 電解池 + Pt ee Pt 24N a S O? ?222 H O l O ( g ) 4 H 4 e??? ? ?? ? 22 H a q 2e H ( g)?? ??電極上的反應(yīng)次序由離子的活潑性決定 總反應(yīng) △ rGT,p0 ? ?2 2 22 H O l O ( g) 2 H ( g)??陽極上發(fā)生氧化作用 陰極上發(fā)生還原作用 在電解池中，都用銅作電極 + 電源 電解池 + Cu ee Cu 4CuSO? ?2Cu a q 2e Cu ( s)?? ??電極有時也可發(fā)生反應(yīng) ? ?2Cu ( s, ) Cu a q 2 e????電 極總反應(yīng) △ rGT,p0 結(jié)論 由以上可歸納出兩點結(jié)論： （ 1）利用電化學(xué)裝置可以進(jìn)行電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化。在原電池中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電池對外做電功：在電解池中，是由外電源對電解池做電功，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。 （ 2）電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理： ① 在兩個電極電勢差的作用下，正、負(fù)離子的定向遷移使得電流通過電解質(zhì)溶液 。 ② 在兩個電極上分別發(fā)生氧化、還原作用而導(dǎo)致電子得失，使電流在電極與電解質(zhì)溶液界面處得以連續(xù) 。 注意：借助電化學(xué)裝置進(jìn)行電能和化學(xué)能的之間的相互轉(zhuǎn)化，是由電解質(zhì)溶液中的離子定向遷移、電極上發(fā)生的得失電子