第5章液相传质步骤动力学

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1、第5章液相传质步骤动力学Kineticofdiffusionprocess液相传质步骤是整个电极过程中的一个重要环节，因为液相中的反应粒子需要通过液相传质向电极表面不断地输送，而电极反应产物又需通过液相传质过程离开电极表面，只有这样，才能保证电极过程连续地进行下去。在许多情况下，液相传质步骤不但是电极过程中的重要环节，而且可能成为电极过程的控制步骤，由它来决定整个电极过程动力学的特征。由此可见，研究液相传质步骤动力学的规律具有非常重要意义。由于电极过程的各个单元步骤是连续进行的，并且存在着相互影响。因此

2、，要想单独研究液相传质步骤，首先要假定电极过程的其他各单元步骤的速度非常快，处于准平衡态，以便使问题的处理得以简化，从而得到单纯由液相传质步骤控制的动力学规律，然后再综合考虑其他单元步骤对它的影响。这种处理问题的方法，是现在进行科学研究和理论分析时常用的科学方法。液相传质动力学，实际上是讨论电极过程中电极表面附近液层中物质浓度变化的速度。这种物质浓度的变化速度，固然与电极反应的速度有关，但如果我们假定电极反应速度很快，即把它当作一个确定的因素来对待，那么这种物质浓度的变化速度就主要取决于液相传质的方式及

3、其速度。因此，我们要首先研究液相传质的几种方式。5.1液相传质的三种方式电化学体系是由阴极、阳极和电解质溶液组成的。当电化学体系中有电流通过时，阴极和阳极之间就会形成电场。在这个电场的作用下，电解质溶液中的阴离子就会定向地向阳极移动，而阳离子定向地向阴极移动。由于这种带电粒子的定向运动，使得电解质溶液具有导电性能。显然，由于电迁移作用也使溶液中的物质进行了传输，因此，电迁移是液相传质的一种重要方式。5.1.1液相传质的三种方式1、电迁移电解质溶液中的带电粒子(离子)在电场作用下沿着一定的方向移动，这种现

4、象就叫做电迁移。所谓流量，就是在单位时间内，在单位截面积上流过的物质的量，常用摩尔数来表示。电迁流量为:由于电迁移作用而使电极表时附近溶液中某种离子浓度发生变化的数量，可用电迁流量来表示。i离子的电迁流量,mol/(cm2.s)i离子的淌度，cm2/sV电场强度，V／cm阳离子电迁移用“+”号，阴离子电迁移用“-”号。所谓对流是一部分溶液与另一部分溶液之间的相对流动。通过溶液各部分之间的这种相对流动，也可进行溶液中的物质传输过程。因此，对流也是种重要的液相传质方式。2、对流根据产生对流的原因的不同，可将

5、对流分为自然对流和强制对流两大类。由于溶液中各部分之间存在着密度差或温度差而引起的对流，叫做自然对流。这种对流在自然界中是大量存在的，自然发生的。强制对流是用外力搅拌溶液引起的。搅拌溶液的方式有多种。通过自然对流和强制对流作用，可以使电极表而附近流层中的溶液浓度发生变化，其变化量用对流流量表示。与电极表面垂直方向上的液体流速，cm/s当溶液中存在着某一组分的浓度差，即在不同区域内某组分的浓度不同时，该组分将自发地从浓度高的区域向浓度低的区域移动，这种液相传质运动叫做扩散。⑵扩散的方向反应粒子将向电极表面

6、方向扩散，而反应产物粒子将向远离电极表面的方向扩散。3、扩散⑴定义：⑶非稳态扩散和稳态扩散过程分析：非稳态扩散或暂态扩散扩散层中各点的反应粒子浓度是时间和距离的函数问题比较复杂一些①非稳态扩散图5.1反应粒子的暂态浓度分布1.20.5100.20.40.60.81.01234开始极化后经历的时间1-0.1s,2-1s,3-10s,4-100s如果随着时间的推移，扩散的速度不断提高，有可能使扩散补充过来的反应粒子数与电极反应所消耗的反应粒子数相等，则可以达到一种动态平衡状态，即扩散速度与电极反应速度相平衡

7、。这时，反应粒子在扩散层中各点的浓度分布不再随时间变化而变化，而仅仅是距离的函数。存在浓度差的范围即扩散层的厚度不再变化，i离子的浓度梯度是一个常数。扩散流量由菲克第一定律来确定，即②稳态扩散在扩散的这个阶段中，虽然电极反应和扩散传质过程都在进行，但二者的速度恒定并且相等，整个过程处于稳定状态。这个阶段的扩散过程就称为稳态扩散。①稳态扩散与非稳态扩散的区别，主要看反应粒子的浓度分布是否为时间的函数。⑷扩散传质过程的讨论总结：③即使在稳态扩散时，由于反应粒子在电极上不断消耗，溶液本体中的反应粒子不断向电极

8、表面进行扩散传质，故溶液本体中的反应粒子浓度也在不断下降，因此严格说来，在稳态扩散中也存在着非稳态因素，把它看成是稳态扩散，只是人为讨论问题方便而作的近似处理。②非稳态扩散时，扩散范围不断扩展，不存在确定的扩散层厚度，只有在稳态扩散时，才有确定的扩散范围，即存在不随时间改变的扩散层厚度。(2)从所传输的物质粒子的情况来看：电迁移所传转的物质只能是带电粒子，即是电解质溶液中的阴离子或阳离子。扩散和对流所传输的物质，既可以是离子，也可以是分子，