【正文】 第八章 電解質(zhì)溶液 電能 化學(xué)能 電解 電池 2022/2/13 第 八章 電解質(zhì)溶液 167。 電化學(xué)中的基本概念和電解定律 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(jiǎn)介 167。 電化學(xué)中的基本概念和電解定律 電能 化學(xué)能 電解 電池 電化學(xué)主要是研究電能和 化學(xué)能 之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過(guò)程中有關(guān)規(guī)律的科學(xué)。 1. 原電池和電解池 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) 電化學(xué)的用途 電解法制備各種化工原料、 金屬?gòu)?fù)合材料和表面特種材料 電鍍法保護(hù)和精飾金屬 陽(yáng)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。 A. 自由電子作定向移動(dòng)而導(dǎo)電 B. 導(dǎo)電過(guò)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 能導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)電體，通常分為兩類： 第一類導(dǎo)體的特點(diǎn)是： 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(diǎn)是： A. 正、負(fù)離子作反向移動(dòng)而導(dǎo)電 B. 導(dǎo)電過(guò)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、正極、負(fù)極 電勢(shì) 低 的極稱為 負(fù) 極，電子從負(fù)極流向正極。 負(fù)極： 電勢(shì) 高 的極稱為 正 極，電流從正極流向負(fù)極。 正極： 陰極、陽(yáng)極 發(fā)生 還原作用 的極稱為 陰極。 陰極： (Cathode) 發(fā)生 氧化作用 的極稱為 陽(yáng)極。 陽(yáng)極： (Anode) 在 原電池中，陰極是正極 ；在電解池中，陰極是負(fù)極。 在 原電池中，陽(yáng)極是負(fù)極 ；在電解池中，陽(yáng)極是正極。 電解質(zhì)溶液 陽(yáng)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(yáng) 極 ee 陰 極 C C at h o d eat i o n ?陰離子遷向 陽(yáng)極 ，在陽(yáng)極上發(fā)生 氧化作用 在電解池中 陽(yáng)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(yáng) 極 ee 陰 極 2C u C l? ? 22C l a q Cl ( g) 2e????? ?2Cu a q 2e Cu ( s)?? ??陽(yáng)離子遷向 陰極 陰離子遷向 陽(yáng)極 在原電池中 負(fù)載電阻 正 極 負(fù) 極 Zn ZnSO4溶液 陽(yáng) 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(yáng)極上發(fā)生 氧化 的是 陽(yáng)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 陽(yáng)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(shí)也可發(fā)生反應(yīng) ? ?2Cu ( s, ) Cu a q 2 e????電極Faraday電解 定律 Faraday 歸納了多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，于 1833年總結(jié)出了電解定律 ⒈ 在電極界面上發(fā)生化學(xué)變化 物質(zhì)的量 與通入的電荷量成正比 。 ⒉ 通電于若干個(gè)電解池串聯(lián)的線路中 ， 當(dāng)所取的基本粒子的荷電數(shù)相同時(shí) ， 在各個(gè)電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì) ， 其 物質(zhì)的量 相同 ， 析出物質(zhì)的質(zhì)量與其摩爾質(zhì)量成正比 。 人們把在數(shù)值上等于 1 mol元電荷的電量稱為Faraday常數(shù) 。 已知元電荷電量 e 為 191 .6 0 2 2 1 0 C??F L e??23 10 m ol 2 10 C?? ? ? ?196 48 4. 6 C m ol ???196 500 C m ol ??? 電子得失的計(jì)量系數(shù)為 z+， 欲從陰極上沉積出 1 mol M(s)， 即反應(yīng)進(jìn)度為 1 mol 時(shí) ， 需通 入的電量為 Q M e M ( s )z z?? ???( 1 ) + +Q z e L z F? ? ??( ) +Q z F? ??如果在電解池中發(fā)生如下反應(yīng)： 若反應(yīng)進(jìn)度為 時(shí)需通入的電量為 ?若通入任意電量 Q時(shí) ， 陰極上沉積出金屬 B的物質(zhì)的量 和質(zhì)量 分別 為： Bn BmB+QnzF?0 dtQ I t? ?BB+QmMzF?d / dI Q t?根據(jù)電學(xué)上的計(jì)量關(guān)系 這就是 Faraday電解定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 若電流強(qiáng)度是穩(wěn)定的的，則 Q I t??例題： 通電于 溶液，電流強(qiáng)度 33A u( N O ) 0 .0 2 5 AI ?求：⑴ 通入電荷量 ⑵ 通電時(shí)間 ⑶ 陽(yáng)極上放出氧氣的質(zhì)量 QtA u ( s ) =1 .2 0 g陰極上析出 1( A u ) = 1 9 7 .0 g m o l ,M ??已知 12( O ) g m olM ???解 1 若電極反應(yīng)表示為 3+11A u e A u ( s )33???陰極 +2211H O ( l ) O ( g ) H e24?? ? ?陽(yáng)極 析出 Au(s)時(shí)的反應(yīng)進(jìn)度為 1 g g11( A u) 197 .0 g m ol 3 m ol33M? ?????解 1 若電極反應(yīng)表示為 3+11A u e A u ( s )33???1( 1) 1 965 00 C m ol 183 m ol =1 76 6 C Q zF ? ?? ? ?? ?411 7 6 6 C( 2 ) 7 . 0 6 1 0 s0 . 0 2 5 C sQtI ???? ??221( O ) 0 .0 1 8 3 m o( 3 ) l ( O )4 mM??陰極 +2211H O ( l ) O ( g ) H e24?? ? ?陽(yáng)極 110 .0 1 8 3 m o l 3 2 .0 g m o l . 4 0 1 4 6 g? ?? ? ? ?解 2 若電極反應(yīng)表示為 3+A u ( a q ) 3 e A u ( s)???陰極 +2233H O ( l ) O ( g ) 3 H 3 e24?? ? ?陽(yáng)極 析出 Au(s)時(shí)的反應(yīng)進(jìn)度為 131 .2 0 g1 9 7 .0 g m o6 .0 9 1 0 mlol? ? ??? ? ?解 2 若電極反應(yīng)表示為 3+A u ( a q ) 3 e A u ( s)???13( 1) 3 965 00 C 1 7m ol 9 63 C10 m ol Q zF ? ?? ?? ? ? ? ??411 7 6 3 C( 2 ) 7 . 0 5 1 0 s0 . 0 2 5 C s QtI ??? ???3223 ( O ) 6 . 0 9 1 0 m o l( 3 ) ( O )4mM?? ? ?陰極 +2233H O ( l ) O ( g ) 3 H 3 e24?? ? ?陽(yáng)極 31 36 . 0 9 1 0 m o l 3 2 . 0 g m o l 0 . 14 4 6 g???? ?? ? ?Faraday電解 定律的意義 ⒈ 是電化學(xué)上最早的定量的基本定律，