电极过程动力学导论第二章.pptx

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1、电极过程动力学导论石油化工学院电极过程动力学导论第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程3.1研究液相中传质动力学的意义3.2有关液相传质过程的若干基本概念3.3理想情况下的稳态过程3.4实际情况下的稳态对流扩散过程和旋转圆盘电极3.5液相传质步骤控制时的稳态极化曲线3.6扩散层中电场对传质速度和电流的影响3.7静止液体中平面电极上的非稳态扩散过程3.8线性电势扫描方法主要内容：第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程3.1研究液相中传质动力学的意义电极过程的各个分步骤中,液相中的传质步骤往往比较缓慢,常成为控制整个电极过程的限制性步骤。

2、电化学装置，液相传质步骤也常是反应速度的限制性步骤。研究电极附近传质过程的动力学的重要目的之一在于寻求提高这一步骤进行速度的方法,消除或校正由于这一步骤缓慢而带来的各种限制作用,无论在工业电化学生产中,还是在理论电化学研究中,都有意义。第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程3.2有关液相传质过程的若干基本概念液相传质的三种方式1.对流溶液中物质的粒子随着流动的液体一起运动,此时液体与粒子之间没有相对运动,这种传质方式叫做对流。浓度差或温度差所引起的密度不均一,以致溶液各部分因受重力不平衡而发生的液体流动称为自然对流;外部机械的作用下产生

3、的对流称为强制对流。i粒子的流量只考虑x方向：第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程2.扩散在溶液中,若某一组分存在浓度差而发生这一组分从高浓度向低浓度处的输运,这种传质方式叫做扩散。只考虑x方向：第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程3.电迁移带电粒子(如离子)由于液相中存在电场而引起位移称为电迁移。其中，E的电场向量（V/cm）；ui带电粒子i的淌度，即单位场强下带电粒子的运动速度(cm2/sec·V)，“+”号用于带正电的粒子，“－”号用于带负电的粒子只考虑x方向：第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程传质过程引起的浓度变化：

4、可以理解为在传质过程中，移入某一单位体积的i粒子总量与移出的总量不同而引起。在S1处的流量(流进的)在S2处的流量(流出的)J1-J2表示在S·dx的体积内（注意：虽然S=1cm2，但Sdx并非单位体积），单位时间中积累的i粒子的摩尔数。第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程S·dx的体积内单位体积内上式就代表单位时间内，单位体积内积累的i粒子的摩尔数。即单位时间内摩尔浓度的变化，即为Fick第二定律——非稳态扩散的基本方程。三维扩散过程所引起的浓度变化在数学中定义Laplace算符第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程上式中div(

5、gradci)为浓度梯度向量的散度，是标量。也可应用-▽J迁,i来计算由于电迁过程引起的浓度变化。上式右方第一项为电场散度引起的浓度变化。第二项为电场作用下浓度梯度向量引起的变化。这与扩散传质过程是不同的。同理，由对流过程引起的浓度变化为：第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程一般地液体是不可压缩的，所以在空间某体积元中流入的液体和流出的液体相等，该物质守恒，称为连续方程式。即：当三种传质过程联合作用时，“液相传质基本方程”的通用形式：上式中右端前两项，都涉及向量的散度div(gradci)、divE因而是标量，后两项均为两种向量的标量

6、积，因而也是标量，所以右端则为标量。当溶液中存在大量惰性电解质时，电迁项可以忽略：称为非稳态时的“对流扩散方程”。第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程在电极反应的初始阶段,指向电极表面的扩散传质不足以完全补偿电极反应所引起的反应粒子的消耗,因而随着电极反应的进行,将使浓度变化继续向深处发展。这种扩散过程的初始发展阶段称为“非稳态阶段”或“暂态阶段”。当电极表面的反应粒子的流量已足以完全补偿由于电极反应而引起的消耗。这时电极表面附近液层中的浓度差仍然存在,但却不再发展,称为“稳态扩散阶段”。在仅考虑一维扩散过程情况下：稳态扩散和非稳态扩

7、散第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程3.3理想情况下的稳态过程远离电极表面的液体中主要依靠对流作用来实现传质；在电极表面附近液层中,起主要作用的是扩散过程。为了便于单独研究扩散传质的规律,设计一种理想的情况（图3.3）,并假设溶液中存在大量惰性电解质,因而可以忽视电迁传质作用。第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程稳态下的扩散流量稳态扩散电流密度相应于（称为“完全浓差极化”），I将趋近最大极限值，通常称其为稳态极限扩散电流密度（Id），即稳态时管内的浓度梯度图3-5理想情况下，电极表面液层中反应粒子的浓度分布对流区内没有浓度差别，

8、其中i种离子的浓度为,毛细管中液体静止为扩散区，只存在扩散过程。到达稳态后，毛细管内各点的ci不再变化，因而在扩散区x=l之内，各点的流量也为常数。第三章电极/溶液界面附近液相中的传质过程水溶