电化学原理要点课件.ppt

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1、电化学课程安排一、电化学的发展史二、电化学原理简介(以三电极体系，循环伏安法为例)三、电化学的应用1.小分子(抗氧化剂)的研究2.蛋白质的电子传递研究3.核酸检测电化学的发展史公元前600年,希腊泰尔斯发现摩擦的琥珀能吸引轻小物体电化学的发展史1752年,美国富兰克林进行风筝实验，并以此为基础设计了避雷针。1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验，不幸被雷电击死，这是做电实验的第一个牺牲者。1791年,意大利伽伐尼的青蛙实验(电化学的起源)电化学的发展史1799年,伏特堆(伏特电池/原电池的雏形)电化学的发展史电化学的发展史1807年,戴维电解木灰(potash)和苏打(

2、soda)，分别得到钾(potassium)和钠(sodium)元素戴维(HumphryDavy1778-1829)电化学创始人1833年,法拉第电解定律电化学的发展史法拉第(MichaelFaraday1791-1867)法拉第电解定律：Q=nFMQ:电解消耗的电量n:化合价F:法拉第常数1F=96487库仑/摩尔M:该物质的摩尔数电化学的发展史1889年能斯特W.Nernst提出能斯特方程1908年H.J.S.Sand使用控制电位方法进行了电解分析1922年，捷克科学家海洛夫斯基J.Heyrovsky创立极谱法，于1959年获Nobel奖1934年，尤考维奇Ilkovic，提出扩散

3、电流理论，从理论上定量解释了伏安曲线1942年A.Hickling研制成功三电极恒电位仪。电分析成为独立的方法学三大定量关系的建立1833年法拉第定律Q=nFM1889年能斯特W.Nernst提出能斯特方程1934年尤考维奇D.Ilkovic提出扩散电流方程Id=kC近代电分析方法电极的发展：化学修饰电极、超微电极多学科参与：生物电化学传感器(3)与其他方法联用：光谱-电化学、HPLC-EC、AFM-EC、SPR-EC(4)集成化：电化学芯片电化学分析的定位光谱分析（紫外/荧光/拉曼…）电化学分析（电位、电流、电导、电量分析…循环伏安/计时安培/交流阻抗…）色谱分析（液相/气相）二、电

4、化学的基本原理原电池与电解池原电池：能自发地将化学能转化为电能电解池：需要消耗外部电源提供的电能，使电池内部发生化学反应无/有液体接界电池发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原反应的电极叫做阴极。一般把作为阳极的电极和有关的溶液体系写在左边，把作为阴极的电极和有关的溶液体系写在右边。每一个不同相的界面用一竖线表示，盐桥用两条竖线表示。化学电池的阴极和阳极例：Zn+CuSO4ZnSO4+Cu阳极Zn–2e→Zn2+阴极Cu2++2e→Cu原电池表示：Zn∣ZnSO4‖CuSO4∣Cu电极和电极电位电极：在电化学电池中赖以进行电极反应和传导电流从而构成回路的部分。电极的电极电位：在电极与溶液

5、的两相界面上，存在的电位差即为电极的电极电位。电化学三电极系统工作电极（Workingelectrode）参比电极（Referenceelectrode）对电极（Auxiliaryelectrode）工作电极滴汞电极（极谱法）铂电极金电极碳电极热解石墨(PG)玻碳(GC)碳糊碳纤维参比电极绝对电极电位无法得到，因此只能以一共同参比电极构成原电池，测定该电池电动势。常用的参比电极有标准氢电极（见图）和饱和甘汞电极（见图）。标准氢电极电极反应为：规定在任何温度下，氢标准电极电位为零。甘汞电极：电极反应：Hg2Cl2（s）+2e=2Hg+2Cl−能斯特公式为：由此可见：甘汞电极的电位取决于所

6、用KCl的浓度。利用KCl饱和溶液便制成饱和甘汞电极（saturatedcalomelelectrode，SCE）以标准氢电极的电极电势为标准，可以测得SCE的电势为0.2415V。1.导线；2.KCl饱和溶液；3.Hg2Cl2；4.多孔物质；5.胶帽；6.导线；7.Hg；8.纤维参比电极对电极一般使用惰性贵金属材料如铂丝等，以免在此表面发生化学反应，用于与工作电极形成回路。对电极（辅助电极）电化学工作站循环伏安法(CyclicVoltammetry)基本原理以一定的速率对工作电极施加三角波电压，使电极上交替发生还原和氧化反应，并记录电流-电势曲线。三角波电压循环伏安曲线循环伏安图铁氰

7、化钾/亚铁氰化钾的循环伏安图Fe(CN)63-+e=Fe(CN)64-Fe(CN)64--e=Fe(CN)63-几个重要的参数两个峰电位阳极/氧化峰电位（Epa）阴极/还原峰电位（Epc）两个峰电流阳极/氧化峰电流（ipa）阴极/氧化峰电流（ipc）氧化过程还原过程电位可定性！电流可定量！氧化还原电对的表观标准电极电位E0’=(Epa+Epc)/2两峰的电位差ΔEp=Epa-Epc=0.059/n(n为得失电子数，仅适用于可逆反应)Q:已知铁氰