傅献彩物理化学电子教桉课件-第五版08章_电解质溶液

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物理化学电子教案—第八章 电能 化学能 第八章 电解质溶液§8.1 电化学中的基本概念和电解定律§8.2 离子的电迁移率和迁移数§8.3 电解质溶液的电导§8.4 电解质的平均活度和平均活度因子§8.5 强电解质溶液理论简介 §8.1 电化学中的基本概念和电解定律原电池和电解池 电化学主要是研究电能和化学能之间的 相互转化及转化过程中有关规律的科学。 电能 化学能电化学的用途 ⒈电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属 电解法制备各种化工原料、金属 复合材料和表面特种材料 电镀法保护和精饰金属 阳极钝化和氧化着色等 ⒉ 电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生 化和医学等方面都要用不同类型的化学 电源。 ⒊ 电化学分析 ⒋ 生物电化学能导电的物质称为导电体,通常分为两类:第一类导体又称电子导体,如金属、石墨等第一类导体的特点是: A. 自由电子作定向移动而导电 B. 导电过程中导体本身不发生变化 C. 温度升高,电阻也升高 D. 导电总量全部由电子承担 第二类导体又称离子导体,如电解质溶液、熔 融电解质等 第二类导体的特点是: A. 正、负离子作反向移动而导电 B. 导电过程中有化学反应发生 C. 温度升高,电阻下降 D. 导电总量分别由正、负离子分担 *固体电解质,如 A g B r 、 P b I2 等,也属于离子导体,但它导电的机理比较复杂,导电能力不高,本章以讨论电解质水溶液为主。 正极、负极、电势高的极称为正极,电流从正极流向负极。电势低的极称为负极,电子从负极流向正极。 阴极、阳极 发生还原作用的极称为阴极。 在原电池中,阴极是正极;在 电解池中,阴极是负极。 发生氧化作用的极称为阳极。 在原电池中,阳极是负极;在电解池中,阳极是正极。在电解池中 阳离子迁向阴极,在 阴极上发生还原作用 电源 + Cation ? Cathode - - e- e- + 阴离子迁向阳极,在 阴 阳 极 极 阳极上发生氧化作用 电解质溶液 Anion ? Anode 电解池在电解池中 阳极上发生氧化作用 电源 + - - ? ? - 2Cl aq ? Cl (g) ? 2e e e ? ? 2 - + 阴 阳 阴极上发生还原作用 极 极 Cu2? ?aq? ? 2e? ? Cu(s) CuCl2 电解池 在原电池中 阳离子迁向阴极负 负载电阻 正 在阴极上发生还原的是极 - 极 e - 2? ? Zn Cu e Cu ?aq? ? 2e ? Cu(s) -e 2+ 2+ 阳 Zn Cu 阴 阴离子迁向阳极 极 2- 2- 极 SO4 SO4 在阳极上发生氧化的是ZnSO4溶液 CuSO4溶液 2? ? Danill电池 Zn ?s? ? Zn (aq) ? 2e 在电极上发生反应的先后由其性质决定在电解池中, 阳极上发生氧化作用用惰性电极 ? ? 2H2O?l? ? O2 (g) ? 4H ? 4e 电源 - + - 阴极上发生还原作用 e- e- + ? ? 2H ?aq? ? 2e ? H2 (g) Pt Pt 电极上的反应次序由 Na 2SO4 离子的活泼性决定 电解池在电解池中, 阳极上发生氧化作用都用铜作电极 Cu(s,电极) ? Cu2? ?aq? ? 2e? 电源 - + - 阴极上发生还原作用 e- e - + Cu2? ?aq? ? 2e? ? Cu(s) Cu Cu 电极有时也可发生反应 CuSO4 电解池 Faraday电解定律 归纳了多次实验结果,于1833年总结出了电解定律 ⒈ 在电极界面上发生化学变化物质的质量 与通入的电荷量成正比。 ⒉ 通电于若干个电解池串联的线路中,当 所取的基本粒子的荷电数相同时,在各个电 极上发生反应的物质,其物质的量相同,析 出物质的质量与其摩尔质量成正比。 人们把在数值上等于1 mol元电荷的电量称为Faraday常数。 已知元电荷电量 e 为 1.6022?10?19 C F ? L?e ? 6.022?1023 mol?1.602 2?10?19 C ? 96 484.6 C?mol?1 ? 96 500 C?mol?1 如果在电解池中发生如下反应: z? ? M ? z?e ? M(s) 电子得失的计量系数为 z+,欲从阴极上沉积出1 mol M(s),即反应进度为1 mol 时,需通入的电量为 Q Q(? ?1) ? z+eL ? z+ F 若反应进度为 ? 时需通入的电量为 Q(? ) ? z+ F? 若通入任意电量Q时,阴极上沉积出金属B的物 质的量 n B 和质量 m B 分别为: Q nB ? z+ F Q mB ? M B z+ F这就是Faraday电解定律的数学表达式根据电学上的计量关系 t ? Q ? Idt I dQ / dt ?0若电流强度是稳定的的,则 Q ? I ?t 荷电粒子基本单元的选取 根据法拉第定律,通电于若干串联电解池中,每个电极上析出物质的物质的量相同,这时,所选取的基本粒子的荷电绝对值必须相同。例如: 1 1 1 1 1 阴极 H , Cu, Au 阳极 O , Cl 2 2 2 3 4 2 2 2 2 1 阴极 H , Cu, Au 阳极 O2 , Cl2 2 3 2 3 3 3 阴极 H , Au 阳极 O2 , Cl2 2 2 4 2 例题:通电于 Au( N O 3 )3 溶液,电流强度 I ? 0 . 0 2 5 A 阴极上析出 Au(s)=1.20 g ?1 ?1 已知 M ( A u )= 1 9 7 . 0 g ? m o l , M (O2 ) ? 32.0 g ? mol 求:⑴ 通入电荷量 Q ⑵ 通电时间 t ⑶ 阳极上放出氧气的质量 若电极反应表示为 1 1 阴极 Au3+ ?e? ? Au(s) 3 3 1 1 阳极 H O(l) ? O (g)?H+ ?e? 2 2 4 2 析出1.20g Au(s)时的反应进度为 1.20 g 1.20 g? ? ? ? 0.0183 mol 1 1 M ( Au) ?197.0 g ? mol-1 3 3(1) Q ? zF? ? 1? 96500 C ? mol?1 ? 0.0183 mol=1 766 C Q 176 6 C(2) t ? ? ? 7.06?104 s I 0.025 C?s?1 1(3) m(O ) ? 0.0183 mol? M (O ) 2 4 2 1 ? 0.0183 mol? ?32.0 g ?mol?1 ? 0.146 g 4 若电极反应表示为 阴极 Au3+(aq)?3e? ?Au(s) 3 3 阳极 H O(l) ? O (g)?3H+ ?3e? 2 2 4 2 析出1.20g Au(s)时的反应进度为 1.20 g ? ? ? 6.09 ?10?3 mol
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