第一、二節(jié) 電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性質(zhì)

1、 物理化學(xué)電子教案第五章原電池 電解池 電化學(xué)是研究電化學(xué)是研究電能電能與與化學(xué)化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)能之間的相互轉(zhuǎn)化過程中存在規(guī)律的科學(xué)。隨著科技事業(yè)的發(fā)化過程中存在規(guī)律的科學(xué)。隨著科技事業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在電化學(xué)理論已被廣泛應(yīng)用于電源、電展，現(xiàn)在電化學(xué)理論已被廣泛應(yīng)用于電源、電解、電鍍、金屬腐蝕與防腐、冶金及化工生產(chǎn)解、電鍍、金屬腐蝕與防腐、冶金及化工生產(chǎn)等許多方面。在醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域，人們采用電化學(xué)等許多方面。在醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域，人們采用電化學(xué)分析手段分析手段 開展了電泳、電位滴定、極譜分析開展了電泳、電位滴定、極譜分析以及離子選擇性電極的應(yīng)用等許多卓有成效的以及離子選擇性電極的應(yīng)用等許多卓有成效的研究工作，

2、在臨床與科研方面發(fā)揮了重要的作研究工作，在臨床與科研方面發(fā)揮了重要的作用。用。 電能化學(xué)能一般說來，電化學(xué)所研究的一般說來，電化學(xué)所研究的主要內(nèi)容主要內(nèi)容有：有：電解質(zhì)溶液理論；電解質(zhì)溶液理論； 電化學(xué)平衡；電化學(xué)平衡； 電極過程動力學(xué)；電極過程動力學(xué)； 實用電化學(xué)。實用電化學(xué)。本章根據(jù)專業(yè)要求，主要討論前面部本章根據(jù)專業(yè)要求，主要討論前面部分內(nèi)容。分內(nèi)容。一. 電解質(zhì)溶液導(dǎo)電現(xiàn)象導(dǎo)體導(dǎo)體 能夠?qū)щ姷奈矬w能夠?qū)щ姷奈矬w 第一類導(dǎo)體：依靠電子的定向遷移來導(dǎo)電，又稱電子第一類導(dǎo)體：依靠電子的定向遷移來導(dǎo)電，又稱電子 導(dǎo)體，如金屬、石墨等。導(dǎo)體，如金屬、石墨等。 主要特征：溫度升高，導(dǎo)電能力下降主要

3、特征：溫度升高，導(dǎo)電能力下降 第二類導(dǎo)體：依靠離子的定向遷移來導(dǎo)電，又稱離子第二類導(dǎo)體：依靠離子的定向遷移來導(dǎo)電，又稱離子 導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)等。導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)等。 主要特征：溫度升高，導(dǎo)電能力增強主要特征：溫度升高，導(dǎo)電能力增強一. 電解質(zhì)溶液導(dǎo)電現(xiàn)象電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的電化學(xué)裝置電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的電化學(xué)裝置原電池：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置原電池：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置電化學(xué)裝置電化學(xué)裝置化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換的裝置化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換的裝置 電解池和原電池均由電極和電解質(zhì)溶液組成電解池和原電池均由電極和電解質(zhì)溶液組成陽極：發(fā)生氧化反應(yīng)的電極

4、陽極：發(fā)生氧化反應(yīng)的電極陰極：發(fā)生還原反應(yīng)的電極陰極：發(fā)生還原反應(yīng)的電極正極：電勢高的電極正極：電勢高的電極負(fù)極：電勢低的電極負(fù)極：電勢低的電極電極命名電極命名電化學(xué)約定電化學(xué)約定物理學(xué)約定物理學(xué)約定一. 電解質(zhì)溶液導(dǎo)電現(xiàn)象陰陰極極陽陽極極e+e電解池電解池陽陽極極陰陰極極ee原電池原電池H2Cl2H+ClH+Cl 電解池電解池中與外電源負(fù)極相接的電極，電勢較低，故為中與外電源負(fù)極相接的電極，電勢較低，故為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，所以也是陰極負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，所以也是陰極；與外電源正極相接；與外電源正極相接的電極，電勢較高，為的電極，電勢較高，為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以也是陽正極，發(fā)生氧化反應(yīng)，

5、所以也是陽極極。 原電池中發(fā)生原電池中發(fā)生氧化作用的陽極氧化作用的陽極，有多余的電子輸出至，有多余的電子輸出至外電路，故外電路，故為電勢較低的負(fù)極為電勢較低的負(fù)極；發(fā)生還原作用的陰極發(fā)生還原作用的陰極，從，從外電路接受電子，外電路接受電子，故為電勢較高的正極故為電勢較高的正極。H+Cl-在電解質(zhì)溶液（例在電解質(zhì)溶液（例HCl）中插入二個鉑電極（惰性電極）接）中插入二個鉑電極（惰性電極）接上電源，回路中有電流通過，其導(dǎo)電過程：上電源，回路中有電流通過，其導(dǎo)電過程： （1）電子從負(fù)極流出）電子從負(fù)極流出 （2）在陰極上交換電子）在陰極上交換電子2H+ +2e- H2（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)） H+

6、向陰極遷移向陰極遷移（3）在陽極上交換電子）在陽極上交換電子 2Cl 2e- Cl2（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)） Cl 向陽極遷移向陽極遷移（4）電子從陽極流回正極）電子從陽極流回正極 PtPtEee電解質(zhì)溶液導(dǎo)電機理電解質(zhì)溶液導(dǎo)電機理綜上所述，可得到電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機理：電流在溶液中的傳導(dǎo)由正負(fù)離子定向遷移而共同承擔(dān)；由于兩電極上所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致電子得失，從而使電極與溶液界面處的電流得以連續(xù)。對于電解池，由于外電源消耗了電動，使電解池內(nèi)發(fā)生了非自發(fā)反應(yīng),即 電能 化學(xué)能對于原電池，由于電池內(nèi)發(fā)生了自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，即 化學(xué)能 電能 二、法拉第電解定律 1833年，法拉第（年，法拉第（

7、Faraday）在大量實驗基礎(chǔ)上，歸）在大量實驗基礎(chǔ)上，歸納出了電流通過電解質(zhì)溶液時，電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的納出了電流通過電解質(zhì)溶液時，電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量與通過的電量之間的關(guān)系：量與通過的電量之間的關(guān)系：（1 1）電解時，在任一電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量與）電解時，在任一電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量與通入的電量成正比；通入的電量成正比；（2 2）在幾個串聯(lián)的電解池中通入一定的電量后，各個電）在幾個串聯(lián)的電解池中通入一定的電量后，各個電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量相同。極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量相同。 zFQn nzFQ 或或Q：電解時通過的電量；：電解時通過的電量； n：電極上參加反應(yīng)的

8、物質(zhì)：電極上參加反應(yīng)的物質(zhì)B的的物質(zhì)的量：物質(zhì)的量：z：電極反應(yīng)中的電子計量系數(shù)；：電極反應(yīng)中的電子計量系數(shù)；F：法拉第：法拉第常數(shù)常數(shù) 注意：注意：電化學(xué)中，元電荷電化學(xué)中，元電荷e是指一個質(zhì)子或一個電是指一個質(zhì)子或一個電子的電荷絕對值，為物質(zhì)的量的基本單元，如子的電荷絕對值，為物質(zhì)的量的基本單元，如H+、 、 等。等。 2Mg2134PO31二、法拉第電解定律法拉第常數(shù)法拉第常數(shù)F F 1mol1mol元電荷所具有的電量元電荷所具有的電量112319molC96500molC09.96486100221.6106022.1LeF 法拉第定律沒有使用的限制條件，在任何溫度和壓法拉第定律沒有使

9、用的限制條件，在任何溫度和壓力下都能適用力下都能適用, ,是自然界中為數(shù)不多的最準(zhǔn)確定律之一。是自然界中為數(shù)不多的最準(zhǔn)確定律之一。例例1 1 在一含有在一含有CuSO4CuSO4溶液的電解池中通入溶液的電解池中通入2.0A2.0A直流電直流電482s482s， 問有多少質(zhì)量的銅沉積在陰極上？問有多少質(zhì)量的銅沉積在陰極上？C 0 .9640 . 2482 tIQmol 0050. 09650020 .964zFQng 32. 0640050. 0Mnm解：通入的電量解：通入的電量Q為陰極電極反應(yīng)：陰極電極反應(yīng)：Cu2+ + 2e- Cu因此，沉積在電極上的銅的質(zhì)量因此，沉積在電極上的銅的質(zhì)量m為

10、為電極上參加反應(yīng)的物質(zhì)電極上參加反應(yīng)的物質(zhì)Cu2+的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量n為為二、法拉第電解定律三、離子的電遷移和遷移數(shù)（一）離子的電遷移現(xiàn)象（一）離子的電遷移現(xiàn)象 離子的電遷移：在電場作用下，離子的定向運動離子的電遷移：在電場作用下，離子的定向運動 接通電源，通入接通電源，通入4mol4mol電子的電量。電子的電量。4mol4mol的正離子在的正離子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，4mol4mol的負(fù)離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。的負(fù)離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。同時，溶液中的離子作定向移動。由于同時，溶液中的離子作定向移動。由于電解質(zhì)溶液內(nèi)部電解質(zhì)溶液內(nèi)部電量的輸運是由正負(fù)離子共同擔(dān)當(dāng)?shù)?，且隨每種

11、離子遷電量的輸運是由正負(fù)離子共同擔(dān)當(dāng)?shù)?，且隨每種離子遷移速率的不同，各自輸運的電量也不盡相同。移速率的不同，各自輸運的電量也不盡相同。從而造成從而造成電解質(zhì)在兩極附近的溶液中濃度變化的不同。電解質(zhì)在兩極附近的溶液中濃度變化的不同。 陰陰極極通電前通電前陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間區(qū)+ + + + + + + + + + + + + + + + + +1. 1. 正負(fù)離子遷移速率相等，各自分擔(dān)一半導(dǎo)電任務(wù)正負(fù)離子遷移速率相等，各自分擔(dān)一半導(dǎo)電任務(wù)三、離子的電遷移和遷移數(shù)陰陰極極遷移情況遷移情況陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間區(qū)+ + + + + + + + + + + +

12、 + + + +陰陰極極陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間區(qū) + + + + + + + + + + + + +遷移結(jié)果遷移結(jié)果 通電結(jié)束后，中間區(qū)溶液濃度沒有變化，陰極區(qū)和通電結(jié)束后，中間區(qū)溶液濃度沒有變化，陰極區(qū)和陽極區(qū)濃度發(fā)生了相同的變化，各減少了陽極區(qū)濃度發(fā)生了相同的變化，各減少了2 mol正負(fù)離子。正負(fù)離子。 2. 2. 正離子的遷移速率是負(fù)離子的三倍，承擔(dān)正離子的遷移速率是負(fù)離子的三倍，承擔(dān)3/43/4導(dǎo)電任務(wù)導(dǎo)電任務(wù) 三、離子的電遷移和遷移數(shù)陰陰極極遷移情況遷移情況陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間區(qū) + + + + + + + + + + + + + + + 陰

13、陰極極陽陽極極陰極區(qū)陰極區(qū)陽極區(qū)陽極區(qū)中間區(qū)中間區(qū) + + + + + + + + + + + + + +遷移結(jié)果遷移結(jié)果 通電結(jié)束后，中間區(qū)濃度保持不變，陰極區(qū)和陽極通電結(jié)束后，中間區(qū)濃度保持不變，陰極區(qū)和陽極區(qū)溶液的濃度發(fā)生了不同的變化，陰極區(qū)減少了區(qū)溶液的濃度發(fā)生了不同的變化，陰極區(qū)減少了1 mol正、負(fù)離子，陽極區(qū)減少了正、負(fù)離子，陽極區(qū)減少了3 mol正、負(fù)離子。正、負(fù)離子。（1）通過溶液的總電量）通過溶液的總電量Q等于正離子遷移的電量等于正離子遷移的電量Q和和負(fù)離子遷移的電量負(fù)離子遷移的電量Q之和。之和。QQQrrQQ負(fù)離子的遷移速率正離子的遷移速率負(fù)離子遷移的電量正離子遷移的電量陰極區(qū)減少的物質(zhì)的量陽極區(qū)減少的物質(zhì)的量結(jié)論：結(jié)論：（2）三、離子的電遷移和遷移數(shù)三、離子的電遷移和遷移數(shù)（二）離子遷移數(shù)（