1、第十一章电 化 学,11-1 引言,如何学好电化学,电 化 学,研究电能与化学能的相互转化及其相关规律,电化学科学,一. 历史悠久,二. 应用广泛,三.电化学现象普遍存在,1780 生物电 L.Galvani1799伏特电堆A.Volta,电化学科学,一. 历史悠久,A. Volta (伏特）1745-1827,Volta Pile,Volta Pile,1780 生物电1799伏特电堆1834法拉弟定律1887物理化学杂志,电化学的特征,一. 历史悠久,二. 应用广泛,国际电化学会（ISE）,界面电化学电子和离子导体相分析电化学电化学能源转换腐蚀、电沉积和表面处理工业电化学和电化学工程生物电
2、化学,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,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,电化学势 Electrochemical Potential,Gi = i- i + Zie0( - ),平衡时： i + Zie0 = i + Zie0 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,电极（Electrode),电极材料/电解质Zn|Zn2+, SO42-Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液,电极（Electrode),电极材料/电
3、解质Zn|Zn2+,SO42-,Pt|H2,H+Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液,传递电荷氧化或还原反应的地点“半电池”,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,电化学装置(Electrochemical Device),电池(Cell)电(化学)池,原电池 (Primary Cell)体系自发地
4、将本身的化学能变为电能(G0),铅酸蓄电池 (1860年-),放 电 (对外作功),正极,负极,铅酸蓄电池 (1860年-),e,e,Pb2+PbSO4 +2e,Pb,Pb2+PbSO4 -2e,PbO2,H2O,H+SO4=SO4= H+,硫酸,充 电 (吸收电能),正极,负极,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。,Pb2+PbSO4 -2e,e,e,Pb2+PbSO4 +2e,Pb,PbO2,H2O,H+SO4=
5、SO4= H+,硫酸,正极,负极,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,电化学研究重点,物理化学,电化学基础研究,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,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（189
6、1年）,法拉弟常数 F (1891年),F = 6.0231023 电子/mol 1.60210-19 库仑/电子 = 96487 库仑/mol 96500 c /mol,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,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,阴极,阳极,（隋性）,银阴极,银阳极,电解精炼,Cl2,Ag,Fe2+,Ag+,Br2,H2,e-,e-,i,i,阴极,阴极,隋性,惰性,(1) NaCl (2) AgNO3(3) FeBr3,(1) 阴极上: H+e-1/2H2气体产物
7、阳极上: Cl- 1/2Cl2+e-,(2) 阴极上: Ag+e-Ag固体产物 阳极上: AgAg+e-,(3) 阴极上: Fe3+e-Fe2+溶液产物 阳极上: Br- 1/2Br2+e-,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）,阴极,阳极,银阴极,银阳极,Na+,H+,Cl-,OH-,e-,i,H2,Cl2,Ag+,H+,NO3-,Ag+,Ag,e-,i,Ag+,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.
8、 适用于单个电化学装置的多个反应（并联）,H+,OH-,e-,i,H2,H+,NO3-,Ag+,Ag,e-,i,Ag+,OH-,NO3-,Ag+,O2,银阴极,银阳极,Ag+ + e = AgH+ + e = 1/2 H2,电流效率,（一定物质量）,（一定电量）,电化学研究重点,物理化学,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,XYZ,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）,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,
