液相传质步骤动力学

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1、*第五章液相传质步骤动力学一、液相传质的三种方式二、稳态扩散过程三、浓差极化的规律和浓差极　　化的判别方法四、非稳态扩散过程五、滴汞电极的扩散电流*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要通过液相传质过程离开电极表面，这样才能保住电极过程连续的进行下去。液相传质动力学，实际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。假定电极反应速度很快，当作一个确定因素对待，那么这种物质浓度的变化速度就主要取决于液相

2、传质的方式及速度。因此，现研究液相传质的几种方式。*一、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）在电元气作用下沿着一定的方向移动，这种现象叫做电迁移。电迁移电解质具有导电性且使溶液中物质进行了传输，但其传输的离子并非均参与电极反应，有些仅起传导电流作用。电迁流量§5.1液相传质的三种方式电迁移作用使电极表面附近溶液中某种离子浓度发生变化的数量，可用电迁流量表示，即在单位时间内，在单位载面上流过的物质的量，故电迁流量Ji=±civi=±ciuiE(5.1)Ji→i离子的电迁流量,

3、mol/cm2Sci→i离子的浓度,mol/cm2vi→i离子电迁移速度，cm/s　　　　ui→i离子的浓度,cm2/svE→电场强度V.cm±→阴阳离子运动方向不同，阳离子用“+”号，阴离子用“-”号*2.对流指一部分溶液与另一部分溶液之间的相对流动，也是重要液相传质过程。可分为自然对流和强制对流。自然对流由于溶液内各部存在温度差或密度差引起的对流强制对流由外力搅拌溶液引起，可采用多种形式，空气、机械、超声等上述作用可使电极表面浓度发生变化，其变化量用对电流流量表示，i离子的对流流量为Ji=v

4、Xci式中：Ji→i离子的对流流量,mol/cm2sci→i离子的浓度,mol/cm3vX→I与电极垂直方向上的液体流速，cm/s*3.扩散扩散由于溶液中不同区域浓度不同引起该组分自发从高浓度的区域向低浓度区域移动，这种液相传质运动叫做扩散。电极体系由于电化学反应消耗了反应产物使其在溶液中发生扩散，很复杂，可分为非稳态扩散和稳态扩散。设，阴极反应，反应粒子可溶，反应产物不溶由于反应消耗反应物，在垂直电极方向X上，产生了浓度差，即浓度梯度　　，在此扩散推动力作用下，溶液本体中的反应粒子开始向电极表

5、面层中扩散。反应初期，反应粒子浓度变化不太大,浓度梯度较小，扩散较慢，扩散发生范围主要在离电极较近区域，随反应进行，扩散过来的反应粒子的数量远小于电极反应的消耗量，梯度较大，扩散范围也增大，反应粒子的浓度随时间和电极表面距离变化而不断变化。*扩散层中各点的反应粒子浓度是时间和距离的函数，即Ci=f(x,t)反应浓度随x和t不断变化的扩散过程，是一种不稳定的扩散传质过程。这个阶段内的扩散称非稳态扩散或暂态扩散，反应粒子是x与t的函数。*随着反应进行，扩散补充的反应粒子数与电极反应所消耗的反应粒子数

6、相等，则可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，此时，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，即Ci=f(x)、此时，有浓度差的范围即扩散层的厚度不再变化，离子的浓度梯度是一常数，整个过程处于稳定状态，此阶段的扩散过程就称为稳态扩散此时，由扩散传质输送到电极表面的反应粒子，恰好补偿了电极反应所消耗的反应粒子，扩散流量由菲克(kick)第一定律确定。即式中:Ji→i离子的电迁流量,mol/cm2SDi→i离子的扩散系数，即浓度梯度为1时的扩散流量，

7、→离子的浓度梯度mol/cm4“-”→表示扩散传质方向与大的方向相反。*对扩散传质过程归纳如下:(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，即稳态扩散时Ci=f(x)非稳态扩散时Ci=f(x,t)(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(3)在稳态扩散中，由于反应物不断消耗，本体中粒子不断向电极表面进行传质扩散，故溶液本体中的反应粒子浓度也在不断下降，故严格说，也存在非稳态因素

8、。*二、液相传质三种方式的相对比较（1）传质推动力不同电迁移：电场力，存在电位梯度对流传质：自然对流：或温度差存在，实质是不同部分溶液存在重　　　　力差。强制对流：是搅拌外力，机械、空气搅拌等。扩散传质:推动力是存在浓度差。（2）从传输的物质粒子的情况看电迁移只能传输带电粒子，扩散和对流既可传输离子，也可传输分子，甚至粒子。电迁移和扩散过程粒子间溶质与溶剂存在相对运动，对流传质过程中，溶液一部分相对于另一部分作相对运动，在运动的溶液内部，溶质与溶剂分子一起运动，二者间无明显相对运动。（3）从传质