电化学基本概念

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,三、电化学现象普遍存在,(a),i, ,i,i为带电荷粒子,相间自发转移,(b) 相界面存在过剩电荷,界面电位差,(c) 自然界普遍存在水,电解质溶液,1,电化学势,Electrochemical Potential,G,i,= ,i,- ,i,+ Z,i,e,0,(,- ,),平衡时：,i,+ Z,i,e,0,= ,i,+ Z,i,e,0,两相间建立平衡电势,恒温恒压下荷电粒子i从,相转移到相,2,电极（Electrode),电极材料/电解质,Zn|Zn,2+, SO,4,2-,Pt|H,2,H,+,Fe|Fe,3,O,4,|Fe,2,O,3,|水溶液,3,电极（Electrode),电极材料/电解质,Zn|Zn,2+,SO,4,2-,Pt|H,2,H,+,Fe|Fe,3,O,4,|Fe,2,O,3,|水溶液,传递电荷,氧化或还原反应的地点,“半电池”,4,电极（电化学）反应,Electrode (Electrochemical）Reaction,特殊的异相氧化还原反应,氧化和还原反应分别在不同的地点进行,5,电极（电化学）反应,Electrode (Electrochemical）Reaction,特殊的异相氧化还原反应,氧化和还原反应分别在不同的地点进行,电场的强度和方向可改变反应的,活化能和速度,6,电化学装置,(Electrochemical Device),电池(Cell)电(化学)池,原电池 (Primary Cell),体系自发地将本身的化学能变为电能(,G0,),7,铅酸蓄电池 (1860年-),I,e,e,Pb,2+,PbSO,4,-2e,Pb,Pb,2+,PbSO,4,+2e,PbO,2,H,2,O,H,+,SO,4,=,SO,4,=,H,+,硫酸,放 电,(对外作功),正极,负极,8,铅酸蓄电池 (1860年-),e,e,Pb,2+,PbSO,4,+2e,Pb,Pb,2+,PbSO,4,-2e,PbO,2,H,2,O,H,+,SO,4,=,SO,4,=,H,+,硫酸,充,电,(吸收电能),正极,负极,9,正极反应,PbO,2,+H,2,SO,4,+2H,+,+2e PbSO,4,+2H,2,O,Red,Ox,负极反应,Pb+H,2,SO,4,PbSO,4,+2H,+,+2e,Ox,Red,电池总反应,Pb+PbO,2,+2H,2,SO,4,2PbSO,4,+2H,2,O,(对外反应),放电,充电,(吸收电能,),10,电化学装置(Electrochemical Device),电化学装置需要满足：,至少包括一对分区进行(成对存在)的电极反应。在电解质溶液中，不同电荷的离子作不同方向的定向迁移。在外线路中，电子由阳极往阴极的定向移动。,11,Pb,2+,PbSO,4,-2e,e,e,Pb,2+,PbSO,4,+2e,Pb,PbO,2,H,2,O,H,+,SO,4,=,SO,4,=,H,+,硫酸,正极,负极,12,电极的名称和过程,电 极,阳极 Anode,阴极 Cathode,反 应,电解池,原电池,驱向离子,氧 化,正极、电势高,负极、电势低,阴离子 Anion,还 原,负极、电势低,正极、电势高,阳离子 Cation,13,电化学研究重点,物理化学,固态电化学,光电化学,生物电化学,结构化学,量子化学,统计力学,溶液电化学,(电解质溶液),平衡态电化学,热力学,电极过程,界(表)面电化学,动力学,14,电化学基础研究,平衡态电化学,电极过程,界(表)面电化学,固态电化学,光电化学,生物电化学,应用电化学领域,电池、电解,电镀、腐蚀,电加工、电泳,电分析、传感器,.,15,电极的名称和过程,电 极,阳极 Anode,阴极 Cathode,反 应,电解池,原电池,驱向离子,氧 化,正极、电势高,负极、电势低,阴离子 Anion,还 原,负极、电势低,正极、电势高,阳离子 Cation,16,11-2 法拉弟定律,Faraday law (1834年),Q- 反应电量n-摩尔数，Z-反应电子计数量，,F-法拉弟常数（1891年）,17,18,法拉弟常数 F (1891年),F = 6.023,10,23,电子/mol,1.60210,-19,库仑/电子,=,96487 库仑/mol, 96500 c /mol,19,法拉弟定律的几个要点,1. 电和化学反应相互作用的定量关系,F是基本物理常数之一,Q = nZF,20,法拉弟定律的几个要点,1. 电和化学反应相互作用的定量关系,2. 不受电极、外界条件的影响,21,阴极,阳极,（隋性）,银阴极,银阳极,电解精炼,Cl,2,Ag,Fe,2+,Na,+,H,+,Cl,-,OH,-,Ag,+,H,+,NO,3,-,Ag,+,Fe,+,H,+,Br,+,OH,-,Ag,+,Br,2,H,2,e,-,e,-,i,i,阴极,阴极,隋性,惰性,(1) NaCl (2) AgNO,3,(3) FeBr,3,22,(1) 阴极上: H,+,+e,-,1/2H,2,气体产物,阳极上: Cl,-,1/2Cl,2,+e,-,(2) 阴极上: Ag,+,+e,-,Ag固体产物,阳极上: AgAg,+,+e,-,(3) 阴极上: Fe,3+,+e,-,Fe,2+,溶液产物,阳极上: Br,-,1/2Br,2,+e,-,23,法拉弟定律的几个要点,1. 电和化学反应相互作用的定量关系,2. 不受电极、外界条件的影响,3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）,24,阴极,阳极,银阴极,银阳极,Na,+,H,+,Cl,-,OH,-,e,-,i,H,2,Cl,2,Ag,+,H,+,NO,3,-,Ag,+,Ag,e,-,i,Ag,+,25,法拉弟定律的几个要点,1. 电和化学反应相互作用的定量关系,2. 不受电极、外界条件的影响,3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）,4. 适用于单个电化学装置的多个反应（并联）,26,H,+,OH,-,e,-,i,H,2,H,+,NO,3,-,Ag,+,Ag,e,-,i,Ag,+,OH,-,NO,3,-,Ag,+,O,2,银阴极,银阳极,Ag,+,+ e = Ag,H,+,+ e = 1/2 H,2,27,电流效率,（一定物质量）,（一定电量）,28,电化学研究重点,物理化学,固态电化学,光电化学,生物电化学,结构化学,量子化学,统计力学,溶液电化学,(电解质溶液),平衡态电化学,热力学,电极过程,界(表)面电化学,动力学,29,如何比较、测量和认识,不同电解质溶液的,导电能力,11-3. 电导、电导率、,摩尔电导率、,极限摩尔电导率,30,XYZ,X,Y,Z,X,Y,Z,X,Y,Z,X + Y + Z,X,Y,Z,区带电泳分离过程,逆流聚焦电泳分离过程,（1）,（2）,（3）,（1）,（2）,（3）,31,电子导体,离子导体,导电机制自由电子 阴、阳离子,带电粒子单一多种,带电荷量单一多种（价态）,相互作用不变变（浓度）,化学变化无有（电极反应）,温度影响 T升高、R升高 T升高、R降低,32,