物化—电化学课件：7-01法拉第.ppt

1、电化学电化学化学动力学化学动力学A+B+KAK+BAB+KAKABKABE1E1E2EE0胶体化学胶体化学电化学电化学电能电能化学能化学能3 电化学研究对象电化学研究对象电能化学能 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。4电化学的用途电化学的用途电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属； 电解法制备化工原料； 电镀法保护和美化金属； 还有氧化着色等。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。电化学分析 生物电化学55电解质溶液电解质溶液 （7.1 -7.4）原电池原电池 （7.5 -7.9）电解和极化电解和极化 （7.10-7.1

2、2）电解质溶液电解质溶液电解过程、电解质溶液及法拉第定律电解过程、电解质溶液及法拉第定律1.电解池和原电池电解池和原电池电化学池可分为两类：电化学池可分为两类：原电池原电池：利用两极的电极反应以产生电能利用两极的电极反应以产生电能的装置，也称为的装置，也称为自发电池自发电池.电解池电解池：利用电能以发生化学反应的装置利用电能以发生化学反应的装置.8如将水放入如图所示装置内，如将水放入如图所示装置内，通电后，逆反应可进行。通电后，逆反应可进行。例例: H20.5O2 H2O25， 101.325 kPa下：下： G327.2 kJmol-1 0正反应自发进行；正反应自发进行；逆反应不可自发进行逆

3、反应不可自发进行直接进行直接进行NiFeKOH 水溶液水溶液阴极阴极阳极阳极电源电源H2O2 极板极板/溶液：电子得失溶液：电子得失溶液中：溶液中： 离子定向迁移离子定向迁移电解电解原电池原电池电解池电解池 利用电能以发生化学反利用电能以发生化学反应的装置称为为电解池应的装置称为为电解池利用电能以发生化学反应的装置称为利用电能以发生化学反应的装置称为电解池电解池.电解池示意图电解池示意图阳阳 (+)阴阴()+I外电源外电源 e在电极上发生有电子得失的化学反应称为在电极上发生有电子得失的化学反应称为电极反应电极反应. 两个电极反应的总结果表示为两个电极反应的总结果表示为电池反应电池反应.阳极阳极

4、: 发生氧化反应的电极发生氧化反应的电极; 阴极阴极: 发生还原反应的电极发生还原反应的电极.正极正极: 电势高的电极电势高的电极; 负极负极: 电势低的电极电势低的电极.利用两极的电极反应以产生电利用两极的电极反应以产生电能的装置称为能的装置称为原电池或自发电池原电池或自发电池.原电池原电池 阴极阴极为为正极正极, 阳极阳极为为负极负极. 这种关系与这种关系与电解池电解池中情况相反中情况相反.原电池示意图原电池示意图阳阳 ()阴阴(+)I e 负载负载在原电池转变为电解池在原电池转变为电解池(如充如充电电)时时, 电池的正负极不变电池的正负极不变, 但阴但阴阳极对换阳极对换.2.电解质溶液和

5、法拉第定律电解质溶液和法拉第定律电子导体电子导体离子导体离子导体两类导体两类导体13电子导体电子导体如金属、石墨等。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.14离子导体离子导体如电解质溶液、熔融电解质等。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、负离子分担电解质溶液电解质溶液负载电阻负载电阻正正极极负负极极ZnZnSO4溶液溶液阳阳极极CuCuSO4溶液溶液阴阴极极（a)a)丹尼尔电池丹尼尔电池离子迁移方向：阴离子迁向阳极阳离子迁向阴极-+电源电源（b）电解池）电

6、解池+阳阳极极-e-e-e-e-e-阴阴极极2+Zn2+Cu2-4SO2-4SO162. 法拉第定律法拉第定律Michael Faraday (1791-1867) 是电化学上最早的定量的基本定律，揭示了通入的电量与析出物质之间的定量关系。 该定律在任何温度、任何压力下均可以使用。 该定律的使用没有什么限制条件。17法拉第定律的文字表述 电解时电极上发生化学反应的物质的量与通过电解池的电荷量成正比。也就是说当电路中有1mol电子的电荷量通过时，任一电极上发生得失1mol电子的电极反应，电极上析出或溶解的物质的量与之相应。18对于下面的电极反应表达式对于下面的电极反应表达式 氧化态氧化态 + z

7、 e 还原态还原态 还原态还原态 氧化态氧化态+ z e 法拉第定律表示为法拉第定律表示为法拉第定律的数学表达式z电极反应的电荷数电极反应的电荷数反反应应进进度度 F 法拉第常数法拉第常数法拉第定律法拉第定律F=Le 法拉第常数在数值上等于1 mol元电荷的电量。已知元电荷电量为1.6021773310-19 C =6.02213671023 mol-11.602210-19 C =96485.309 Cmol-196500 Cmol-1对各种电解质溶液, 每通过96485.309C的电量, 在任一电极上发生得失1mol电子的反应, 同时相对应的电极反应的物质的量亦为1mol（所选取的基本粒子

8、荷一价电）.对于电极反应：对于电极反应：Ag+ + e- = Ag z=1, 当当Q=96500C 时：时：molmolCCzFQ1196500196500 )()()()( AgAgnAgAgn molAgAgn1)()( molAgAgn1)()( 即每有即每有1mol Ag+被还原或被还原或1molAg沉积下来，通过的沉积下来，通过的电量一定为电量一定为96500C 对于电极反应：对于电极反应：Cu = Cu 2+ + 2e- z=2当当 Q=96500C 时：时：molmolCCzFQ5 . 0196500296500 )()(CuCun molCuCun5 . 0)()( 总之：总之

9、： 1mol电子能够还原电子能够还原1mol一价离子，但只能还一价离子，但只能还原原0.5mol二价离子。二价离子。 eCuCu22121molmolCCzFQ1196500196500 同一电极若写成同一电极若写成z=1,Q=96500C z=1,Q=96500C 时：时： molCuCun5 . 0)()( ，由由)()(CuCun ，得得现现molCu5 . 0)( 3. 电量计电量计依据法拉第定律依据法拉第定律, 测量电路中通过电量的装置即为测量电路中通过电量的装置即为电量计电量计或库仑计或库仑计.将电量计串联于电路中将电量计串联于电路中, 根据电量计中电极上生成根据电量计中电极上生成物的量来计算所通过的电量物的量来计算所通过的电量.若电量计中通过了若电量计中通过了96500C的电量的电量,阴极上沉积阴极上沉积:银电量计银电量计:107.868g Ag 或或铜电量计铜电量计:63.546/2g Cu, 或或气体电量计气体电量计:析出析出2.01584/2g H2.