双电层及其结构模型课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《双电层及其结构模型课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 双电层 及其 结构 模型 课件
- 资源描述:
-
1、第四章第四章双电层及其结构模型双电层及其结构模型 2主要内容:主要内容:研究界面电化学的意义,电毛细曲线及双电层电容,研究界面电化学的意义,电毛细曲线及双电层电容,双电层结构及理论模型。双电层结构及理论模型。教学要求:教学要求:1了解研究界面电化学的意义,平板电容器的双电了解研究界面电化学的意义,平板电容器的双电层模型,分散双电层模型。层模型,分散双电层模型。2理解电毛细曲线的测定,微分电容法,理解电毛细曲线的测定,微分电容法,GCS分散分散型双电层模型。型双电层模型。3掌握理想极化电极、零电荷电势的定义,双电层掌握理想极化电极、零电荷电势的定义,双电层结构。结构。3第一节第一节 概述概述一、
2、研究电极一、研究电极/溶液界面性质的意义溶液界面性质的意义界面的结构和性质对电极反应的影响:界面的结构和性质对电极反应的影响:(1)界面电场对电极反应速度的影响界面电场对电极反应速度的影响 通过控制电极电位有效地、连续地改变电通过控制电极电位有效地、连续地改变电极反应速度极反应速度(2)电解液性质和电极材料及其表面状态的电解液性质和电极材料及其表面状态的影响影响4二、研究界面结构的基本方法二、研究界面结构的基本方法1、电极、电极/溶液界面、界面结构和性质溶液界面、界面结构和性质“电极溶液界面电极溶液界面”:指两相之间的一个界面层,:指两相之间的一个界面层,即与任何一相基体性质不同的相间过渡区域
3、。即与任何一相基体性质不同的相间过渡区域。界面结构:界面结构:指在电极指在电极/溶液界面过渡区域中剩余电溶液界面过渡区域中剩余电荷和电位的分布以及它们与电极电位的关系。荷和电位的分布以及它们与电极电位的关系。界面性质:指界面层的物理化学特性,尤其是电界面性质:指界面层的物理化学特性,尤其是电性质。性质。5 2 2、研究电极、研究电极/溶液界面的思路:溶液界面的思路:l 通过使用一些可测的界面参数来研究电极通过使用一些可测的界面参数来研究电极/溶液界面;溶液界面;l 根据一定的界面结构模型来推算界面参数根据一定的界面结构模型来推算界面参数,根据实验测量数据来检验模型。根据实验测量数据来检验模型。
4、研究的基本方法:研究的基本方法:充电曲线法充电曲线法、微分电容曲微分电容曲线法、电毛细曲线法线法、电毛细曲线法63、研究电极、研究电极/溶液界面对研究电极的要求溶液界面对研究电极的要求直流电通过一个电极时,可能直流电通过一个电极时,可能起到以下两种作用:起到以下两种作用:l 在界面上参加电化学反在界面上参加电化学反应而被消耗应而被消耗;l 用来改变界面结构,用来改变界面结构,参参与建立或改变双电层。与建立或改变双电层。fRC电极等效电路图4-1(a)动画7理想极化电极(重要概念)理想极化电极(重要概念)l 定义:定义:在一定电位范在一定电位范围内,有电量通过时围内,有电量通过时不发生电化学反应
5、的不发生电化学反应的电极体系称为电极体系称为理想极理想极化电极化电极。理想极化电极等效电路C8l常用的理想极化电极常用的理想极化电极滴汞电极滴汞电极 在在0.1-1.6V之间可以认为该电之间可以认为该电极是理想极化电极。极是理想极化电极。eHgHgHgKeKV1.0V6.19第二节第二节 电毛细现象电毛细现象和双电层微分电容和双电层微分电容一、电毛细曲线一、电毛细曲线1、电毛细现象和电毛细曲线概念、电毛细现象和电毛细曲线概念电毛细现象:电毛细现象:界面张力界面张力随电极电位变化的随电极电位变化的现象。现象。电毛细曲线:电毛细曲线:界面张力与电极电位的关系曲界面张力与电极电位的关系曲线线。视频1
6、视频2102、电毛细曲线的测定电毛细曲线的测定体系平衡时:体系平衡时:恒定一个电位恒定一个电位 ,通过,通过调节贮汞瓶高度使弯月调节贮汞瓶高度使弯月面保持不变,从而求面保持不变,从而求得得 。毛细管静电计示意图rghcos2Kgrhcos2图图4-2 11电毛细曲线电毛细曲线:图图4-3电毛细曲线(电毛细曲线()与表面电荷剩余电荷密度与电位曲线()与表面电荷剩余电荷密度与电位曲线()思考:思考:电极电位变化怎么能导致界面张力发生变化呢?电极电位变化怎么能导致界面张力发生变化呢?12理想极化电极表面电毛细曲线的微分方程:理想极化电极表面电毛细曲线的微分方程:(4-1)由式(由式(4-1)绘制曲线
7、得表面剩余电荷密度与电位)绘制曲线得表面剩余电荷密度与电位曲线,如图曲线,如图4-3()。)。式(式(4-1)和图)和图4-3对照分析:对照分析:l 当电极表面剩余电荷等于零,即无离子双电层当电极表面剩余电荷等于零,即无离子双电层存在时:即存在时:即 q=0,3、电毛细曲线微分方程、电毛细曲线微分方程qd/d0/dd应于图应于图4-3中电毛细曲线的最高点中电毛细曲线的最高点 13零电荷电位:零电荷电位:表面电荷密度表面电荷密度q等于零时的电极电等于零时的电极电位,也就是与界面张力最大值相对应的电极电位,也就是与界面张力最大值相对应的电极电位。常用位。常用0表示表示 l 当电极表面存在正的剩余电
8、荷时当电极表面存在正的剩余电荷时q0,则:,则:对应电毛细曲线左半支对应电毛细曲线左半支l 当电极表面存在负的剩余电荷当电极表面存在负的剩余电荷q0时,则:时,则:对应电毛细曲线右半支。对应电毛细曲线右半支。0/dd0/dd14l 结论结论:(1)不论电极表面存在正剩余电荷还是负剩余)不论电极表面存在正剩余电荷还是负剩余电荷,界面张力都将随剩余电荷数量的增加而电荷,界面张力都将随剩余电荷数量的增加而降低。降低。(2)根据电毛细曲线的微分方程)根据电毛细曲线的微分方程,可以直接通,可以直接通过电毛细曲线的斜率求出某一电极电位下的电过电毛细曲线的斜率求出某一电极电位下的电极表面剩余电荷密度极表面剩
9、余电荷密度q,也可以方便地判断电,也可以方便地判断电极的零电荷电位值和表面剩余电荷密度的符号。极的零电荷电位值和表面剩余电荷密度的符号。15二、双电层的微分电容二、双电层的微分电容1.微分电容概念微分电容概念l 理想极化电极作为平行板电容器处理,电容值理想极化电极作为平行板电容器处理,电容值为一常数,即为一常数,即l 微分电容:微分电容:引起电位微小变化时所需引入电极引起电位微小变化时所需引入电极表面的电量,也表征了界面在电极电位发生微表面的电量,也表征了界面在电极电位发生微小变化时所具备的贮存电荷的能力。小变化时所具备的贮存电荷的能力。lCr0(4-2)ddqCd(4-3)162、微分电容的
10、测量微分电容的测量交流电桥法:交流电桥法:在处于平衡电位在处于平衡电位 或直流极化的电或直流极化的电极上迭加一个小振幅(扰动极上迭加一个小振幅(扰动10mV)的交流)的交流电压,用交流电桥测量与电解池阻抗相平衡电压,用交流电桥测量与电解池阻抗相平衡的串联等效电路的电容值与电阻值,从而求的串联等效电路的电容值与电阻值,从而求得电极的双电层电容的方法得电极的双电层电容的方法17交流电桥法测定微分电容的基本线路:交流电桥法测定微分电容的基本线路:交流信交流信号源号源交流电桥交流电桥直流极直流极化回路化回路电极电位测量电极电位测量回路回路图图4-4 4-4 交流电桥测量微分的基本电路交流电桥测量微分的
11、基本电路18电解池等效等效电路:电解池等效等效电路:dCblRa图图4-5 时电解池等效电路时电解池等效电路测量方法:测量方法:测量时,小振幅的交流电压由交流信号测量时,小振幅的交流电压由交流信号发生器发生器G加到电桥的加到电桥的1、2两端。调节两端。调节Rs和和Cs,使,使之分别等于电解池等效电路的电阻和电容部分时,之分别等于电解池等效电路的电阻和电容部分时,电桥电桥3、4两端点的电位相等,电桥平衡,示波器两端点的电位相等,电桥平衡,示波器O示零。示零。19根据电解池的等效电路,读取根据电解池的等效电路,读取Rs和和Cs 数值。数值。结果:结果:slRRRR12(4-4)sdCRRC21(4
12、-5)当当 21RR 时时 slRR sdCC 203、微分电容曲线、微分电容曲线l 微分电容曲线微分电容曲线:用微分电容:用微分电容Cd相对于电极相对于电极电位电位的变化所作的曲线,称为微分电容曲的变化所作的曲线,称为微分电容曲线。线。l 微分电容法微分电容法:根据微分电容曲线所提供的:根据微分电容曲线所提供的信息来研究界面结构与性质的实验方法。信息来研究界面结构与性质的实验方法。21微微分分电电容容曲曲线线图图4-6滴汞电极在不同浓度氯化钾溶液中的微分电容曲线滴汞电极在不同浓度氯化钾溶液中的微分电容曲线 22微分电容曲线的应用微分电容曲线的应用:l 利用利用 判断判断q正负正负;l 研究界
13、面吸附研究界面吸附;l 求剩余电荷求剩余电荷q、积分电容积分电容Ci(从从0到某一电位到某一电位之间之间的平均电容称为积分电容的平均电容称为积分电容 ):积分电容积分电容Ci和微分电容和微分电容Cd的关系:的关系:0积分常数dCqdoiqqCqddCdqq00(4-6)0时时q=0:23图图4.7利用微分电容曲线计算电极表面剩余电荷密度利用微分电容曲线计算电极表面剩余电荷密度q值值电极电位电极电位为为时的时的q的数值相的数值相当于图当于图4.7中的阴影中的阴影部分的面部分的面积。积。24三、电毛细曲线法和微分电容法比较三、电毛细曲线法和微分电容法比较l 求求q:电毛细曲线法利用电毛细曲线法利用
14、曲线的斜率求曲线的斜率求q微分电容法是利用微分电容法是利用Cd 曲线下方的面积求曲线下方的面积求q,l 微分电容法的应用更广泛微分电容法的应用更广泛l 微分电容法和电毛细曲线法都是研究界面结构微分电容法和电毛细曲线法都是研究界面结构与性质的重要实验方法,二者不可偏废。与性质的重要实验方法,二者不可偏废。qdd/微分电容法更精确和灵敏。微分电容法更精确和灵敏。qddCdqq0025四、零电荷电位四、零电荷电位1、零电荷电位概念及理解、零电荷电位概念及理解零电荷电位概念两种定义:零电荷电位概念两种定义:l 电极表面剩余电荷为零时的电极电位电极表面剩余电荷为零时的电极电位 l 电极电极/溶液界面不存
15、在离子双电层时的电极电位溶液界面不存在离子双电层时的电极电位对零电荷电位的理解:对零电荷电位的理解:零电荷电位仅仅表示电极零电荷电位仅仅表示电极表面剩余电荷为零时的电极电位,而不表示电表面剩余电荷为零时的电极电位,而不表示电极溶液相间电位或绝对电极电位的零点。极溶液相间电位或绝对电极电位的零点。262、零电荷电位的测定、零电荷电位的测定l 通过测量电毛细曲线,求得与最大界面张力所通过测量电毛细曲线,求得与最大界面张力所对应的电极电位值,即为零电荷电位对应的电极电位值,即为零电荷电位,此方法方法比较准确,但只适用于液态金属,如汞、汞齐比较准确,但只适用于液态金属,如汞、汞齐和融熔态金属和融熔态金
16、属 l 根据稀溶液的微分电容曲线最小值确定根据稀溶液的微分电容曲线最小值确定0,此,此方法可用于固态金属,溶液越稀,微分电容最方法可用于固态金属,溶液越稀,微分电容最小值越明显。小值越明显。273、零电荷电位的用途、零电荷电位的用途零电荷电位与电极电位联合用于处理电极过程的零电荷电位与电极电位联合用于处理电极过程的动力学问题的几个作用:动力学问题的几个作用:l 通过零电荷电位判断电极表面剩余电荷的符号通过零电荷电位判断电极表面剩余电荷的符号和数量。例判断和数量。例判断q的符号:的符号:例:对于体系例:对于体系 当:当:时;时;时:时:KClHgV.1900V.120101qV.240202q2
展开阅读全文