【正文】 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。 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。其主要研究內(nèi)定大體有以下幾個方面。 （ 2）電化學(xué)平衡。 （ 4）實用電化學(xué)。 電化學(xué)應(yīng)用 167。由導(dǎo)線、電極、電解質(zhì)溶液構(gòu)成。 （ 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。 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。 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。 負(fù)極： 電勢高的極稱為正極，電流從正極流向負(fù)極。 陽極： 發(fā)生還原作用的極稱為陰極。 電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)與溶劑形成的溶液。 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。 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(diǎn)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(diǎn)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。 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。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 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) 。 Faraday電解 定律 Faraday 歸納了多次實驗結(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)的質(zhì)量 與通入的電荷量成正比。 電子得失的計量系數(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，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 時需通入的電量為 ?若通入任意電量 Q時，陰極上沉積出金屬 B的物質(zhì)的量 和質(zhì)量 分別 為： Bn Bm 人們把在數(shù)值上等于 1 mol元電荷的電量稱為Faraday常數(shù) 。例如： 荷一價電 陰極 陽極 21 1 1H , C u , A u2 2 3 2211O , Cl42荷三價電 陰極 陽極 23 H , A u22233O , Cl42荷二價電 陰極 陽極 22H , Cu , A u3 221 O , C l2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 通電時間 ⑶ 陽極上放出氧氣的質(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???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?? ? ?陽極 析出 Au(s)時的反應(yīng)進(jìn)度為 1 g g11( A u) 197 .0 g m ol 3 m ol33M? ?????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)???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?? ? ?陽極 析出 Au(s)時的反應(yīng)進(jìn)度為 131 .2 0 g1 9 7 .0 g m o 6 .0 9 1 0 ml ol? ???? ? ?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，揭示了通入的電量與析出物質(zhì)之間的定量關(guān)系。 ⒊ 該定律的使用沒有什么限制條件。 Faraday電解 定律的應(yīng)用 ⒈ 電量計：利用測定電解過程中電極上析出或溶解的物質(zhì)的量，可用來推算電極上通過的電量，由此原理所設(shè)計的裝置，也稱為庫侖計。 ⒉ 計算實際電解過程中所需理論電量及理論產(chǎn)物的量，為提高電解效率指明方向。 或 電流效率 F a r a d a y 100%??按 定律計算所需理論電荷量 電流效率實際所消耗的電荷量100%??電極上產(chǎn)物的實際質(zhì)量 電流效率 按F a r a d a y 定律計算應(yīng)獲得的產(chǎn)物質(zhì)量167。假定未通電前，各部均含有正、負(fù)離子各5 mol，分別用 +、 號代替。 兩電極間正、負(fù)離子要共同承擔(dān) 4 mol電子電量的運(yùn)輸任務(wù)。 1． 設(shè)正、負(fù)離子遷移的速率相等， ，則導(dǎo)電任務(wù)各分擔(dān) 2 mol，在假想的 AA， BB平面上各有 2 mol正、負(fù)離子逆向通過。 A A B B 陽極部 中部 陰極部 陽極 陰極 始態(tài) +4 m olrr??終態(tài) 2． 設(shè)正離子遷移速率是負(fù)離子的三倍， ，則正離子導(dǎo) 3 mol電量，負(fù)離子導(dǎo) 1 mol電量。 3rr?? ? 通電結(jié)束，陽極部正、負(fù)離子各少了 3 mol，陰極部只各少了 1 mol，而 中部溶液濃度仍保持不變 。 ()2.()))rr????? ( =(極部物質(zhì)的量的 正離子所傳導(dǎo)的電量極部物質(zhì)的量的 負(fù)離子所傳導(dǎo)的電量正離子的遷移速率負(fù)離子的遷移速減少率陽陰 減少 如果正、負(fù)離子荷電量不等，如果電極本身也發(fā)生反應(yīng)，情況就要復(fù)雜一些。 d()dd()dErulErul??????為電位梯度 d()dEl 離子的 電遷移率 又稱為 離子淌度 (ionic mobility)，相當(dāng)于單位電位梯度時離子遷移的速率 稱為正、負(fù)離子的電遷移率 ,單位 。 Bt是量綱一的量，單位為 1，數(shù)值上總小于 1。 BBde f ItI其定義式為： UUU???? ?遷移數(shù)在數(shù)值上還可表示為： 1tt???? 負(fù)離子應(yīng)有類似的表示式。在電極間充以電解質(zhì) 的溶液，它的濃度為 c( ), 解離度為 。SM N M Nzzxy xy ??? 設(shè)正離子遷移速率為 ，單位時間向陰極方向通過任意截面 的物質(zhì)的量為 ，所遷移的電量為 ，因為是單位時間，所以： r?39。 通電一段時間后，電極附近溶液濃度發(fā)生變化，中部基本不變 離子遷移數(shù)的測定 Hittorf 法中必須采集的數(shù)據(jù)： 1. 通入的電量 ，由庫侖計中稱重陰極質(zhì)量的增加而得，例如，銀庫侖計中陰極上有 g Ag析出， 14( ) 405 g / g m ol 54 10 m ol n ??? ? ? ?電2. 電解前含某離子的物質(zhì)的量 n(起始） n(終了） ，判斷某離子濃度是增加了、減少了還是沒有發(fā)生變化 遷移的方向 試求 和