電化學(xué)的基本概念和法拉第定律

1、第一節(jié) 電化學(xué)的基本概念和法拉第定律 一、基本概念 1. 導(dǎo)體: 能導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)電體簡稱導(dǎo)體 (1) 第一類導(dǎo)體: 電子導(dǎo)體（如金屬、石墨及某些金屬的化合物等）。 導(dǎo)電機(jī)理: 靠自由電子的定向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電，在導(dǎo)電過程中本身可能發(fā)熱，但不發(fā)生化學(xué)變化。 特性: 隨溫度的升高，由于質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng)加劇，阻礙了自由電子的定向運(yùn)動(dòng)，因而電阻增大，導(dǎo)電能力降低。 (2) 第二類導(dǎo)體: 離子導(dǎo)體（如電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)等）。 導(dǎo)電機(jī)理: 靠離子的定向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電，即依賴正、負(fù)兩種離子各向反方向遷移以運(yùn)輸電量，當(dāng)插入電解質(zhì)溶液中的兩電極間存在電位差時(shí)，正離子移向陰極，負(fù)離子移向陽極，同時(shí)在電極上有化學(xué)變化發(fā)

2、生。 特性: 溫度升高時(shí)，由于溶液的粘度降低，離子運(yùn)動(dòng)速度加快，在水溶液中離子水化作用減弱等原因，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。 2. 電池: 由第一類導(dǎo)體聯(lián)結(jié)兩個(gè)電極并使電流在兩極間通過，構(gòu)成外電路的裝置叫做電池。 3. 電解池: 在外電路中并聯(lián)一個(gè)有一定電壓的外加電源，則將有電流從外加電源流入電池，迫使電池中發(fā)生化學(xué)變化，這種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的電池稱為電解池 4. 原電池: 電池能自發(fā)地在兩極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生電流，此時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，則該電池就稱為原電池。 5. 正極和負(fù)極: 電勢(shì)較高的極稱為正極，電勢(shì)較低的極稱為負(fù)極。電流總是由正極流向負(fù)極，電子的流向與之相反。 6. 陽極和陰極: 發(fā)生氧化反

3、應(yīng)的電極稱為陽極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極。 兩種電化學(xué)裝置的正、負(fù)極和陰、陽極之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系: 在電解池中，與外電源負(fù)極相接的電極接受電子，電勢(shì)較低，發(fā)生還原反應(yīng)，所以該電極是負(fù)極也是陰極；與外加電源正極相接的電極，電勢(shì)較高，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該電極是正極也是陽極。 在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是陽極，同時(shí)它輸出多余的電子，電勢(shì)較低，所以該電極是陽極也是負(fù)極；發(fā)生還原反應(yīng)的電極是陰極，它接受電子，電勢(shì)較高，所以該電極是陰極也是正極。 當(dāng)電池中有電流通過時(shí)，第一類導(dǎo)體中的電子和第二類導(dǎo)體的離子在電場(chǎng)的作用下都作定向移動(dòng)。第二類導(dǎo)體中電流的傳導(dǎo)是通過離子的定向移動(dòng)而完成的，陰離子總是移向陽極

4、（不一定是正極），而陽離子總是移向陰極（不一定是負(fù)極）。當(dāng)陰、陽離子分別接近異性電極時(shí)，在電極與溶液接觸的界面上分別發(fā)生電子的交換（包括離子或電極本身發(fā)生氧化或還原反應(yīng)）。整個(gè)電流在溶液中的傳導(dǎo)是由陰、陽離子的移動(dòng)而共同承擔(dān)。 圖7.1 電解池示意圖二、法拉第定律 電解是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。當(dāng)把兩個(gè)電極插入裝有電解質(zhì)溶液的電解槽中并接上直流電源，此時(shí)在電極和溶液界面上可以觀察到有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。在生產(chǎn)實(shí)踐中除了對(duì)電解所得的是什么產(chǎn)物感興趣之外，還要考慮電解時(shí)所耗的電量與產(chǎn)物量之間的關(guān)系。 法拉第在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1833年總結(jié)出了兩條基本規(guī)則，稱為法拉第定律，內(nèi)容為：通電于電解質(zhì)溶液之后，(1) 在電極上（即兩相界面上）發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)的量與通入的電量成正比；(2) 將幾個(gè)電解池串聯(lián)，通入一定的電量后，在各個(gè)電解池的電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)其物質(zhì)的量等同，析出物質(zhì)的質(zhì)量與其摩爾質(zhì)量成正比。 如欲從含有離子的溶液中沉積1 mol金屬M(fèi)，即 M2+ +2e- M需要通過1mol×z+個(gè)電子，z+是出現(xiàn)在電極反應(yīng)式中的電子計(jì)量系數(shù)。此時(shí)，若通過的電量為Q時(shí)，所沉積出該金屬的物質(zhì)的量(法拉第定律的數(shù)字表達(dá)式) 或一般寫作 所沉積的金屬的質(zhì)量為 式中，F(xiàn)稱為法拉