1、11第七章第七章 电化学电化学22 电化学是一门既古老又年轻的科学，从电化学是一门既古老又年轻的科学，从1800 年伏特年伏特(Volta) 制成第一个化学电池开始，到一个多世纪后的今制成第一个化学电池开始，到一个多世纪后的今天，电化学已发展成为包含内容非常广泛的学科领域，天，电化学已发展成为包含内容非常广泛的学科领域，如化学电源，电化学分析、电化学合成、光电化学、生如化学电源，电化学分析、电化学合成、光电化学、生物电化学、电催化、电冶金、电解、电镀、腐蚀与保护物电化学、电催化、电冶金、电解、电镀、腐蚀与保护等等都属于电化学的范畴。尤其是近年来可充电锂离子等等都属于电化学的范畴。尤其是近年来可
2、充电锂离子电池的普及生产使用、燃料电池在发电及汽车工业领域电池的普及生产使用、燃料电池在发电及汽车工业领域的应用研究开发，以及生物电化学的迅速发展，都为电的应用研究开发，以及生物电化学的迅速发展，都为电化学这一古老的学科注入了新的活力。无论是基础研究化学这一古老的学科注入了新的活力。无论是基础研究还是技术应用，电化学从理论到方法都在不断地突破与还是技术应用，电化学从理论到方法都在不断地突破与发展，越来越多地与其它自然科学或技术学科相互交叉发展，越来越多地与其它自然科学或技术学科相互交叉、相互渗透。在能源、交通、材料、环保、信息、生命、相互渗透。在能源、交通、材料、环保、信息、生命等众多领域发挥
3、着重要的作用。等众多领域发挥着重要的作用。33 1. 利用化学反应来产生电能利用化学反应来产生电能将能够自发进行的将能够自发进行的化学反应放在化学反应放在原电池原电池装置中使化学能转化为电能；装置中使化学能转化为电能； 2. 利用电能来驱动化学反应利用电能来驱动化学反应将不能自发进行的将不能自发进行的反应放在反应放在电解池电解池装置中输入电流使反应得以进行。装置中输入电流使反应得以进行。 物理化学中的电化学主要着重介绍电化学的基础理论物理化学中的电化学主要着重介绍电化学的基础理论部分部分用热力学的方法来研究用热力学的方法来研究化学能与电能之间相互转换化学能与电能之间相互转换的规律的规律，重点是
4、，重点是原电池原电池和和电解池电解池工作原理与热力学性质，工作原理与热力学性质，分为以下两个部分：分为以下两个部分： 无论是原电池还是电解池，其内部工作介质都离不无论是原电池还是电解池，其内部工作介质都离不开电解质溶液。因此本章除介绍原电池和电解池外，还开电解质溶液。因此本章除介绍原电池和电解池外，还介绍有关电解质溶液的基本性质和导电性质。介绍有关电解质溶液的基本性质和导电性质。 44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：（：（7.10-7.12）557.17.1 电极过程、电解质溶液及法拉第定律电极过程、电解质溶液及法拉第定律
5、 1. 电解池和原电池电解池和原电池 但如将逆反应放入如图但如将逆反应放入如图所示装置内，通电后，逆反所示装置内，通电后，逆反应可进行。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成为电解池应的装置成为电解池66 电解池：电
6、解池： 阴阴极极: 2H+ + 2e H2 阳极：阳极： 电解反应电解反应:电解池：电解池： 阳极：正极阳极：正极 阴极：负极阴极：负极+-221H OO +2H +2e22221H OHO2例：例：氢与氧的反应氢与氧的反应阳离子向阴极运动；阳离子向阴极运动；阴离子向阳极运动。阴离子向阳极运动。77 阳极阳极 正极正极 阳极阳极 负极负极 电解池电解池 原电池原电池 阴极阴极 负极负极 阴极阴极 正极正极原电池：原电池： 阳极：负极阳极：负极 阴极：正极阴极：正极原电池：原电池： 阳极阳极: H2 2H+ + 2e 阴极阴极:电池反应电池反应:+-221O +2H +2eH O22221HOH
7、 O2阳离子向阴极运动；阳离子向阴极运动；阴离子向阳极运动。阴离子向阳极运动。 88 无论是原电池还是电解池，其共同的特点是，当外电无论是原电池还是电解池，其共同的特点是，当外电路接通时：路接通时： 在电极与溶液的界面上有在电极与溶液的界面上有电子得失的反应电子得失的反应发生；发生； 溶液内部有溶液内部有离子作定向迁移运动离子作定向迁移运动。 极板与溶液界面上进行的化学反应极板与溶液界面上进行的化学反应电极反应电极反应 两个电极反应之和为总的化学反应：两个电极反应之和为总的化学反应： 原电池原电池电池反应电池反应； 电解池电解池电解反应电解反应 电化学中关于电极的规定：电化学中关于电极的规定：
8、 氧化氧化阳极阳极 电势高电势高正极正极 还原还原阴极阴极 电势低电势低负极负极992. 电解质溶液和法拉第定律电解质溶液和法拉第定律 电解质溶液是原电池及电解池的电解质溶液是原电池及电解池的工作介质工作介质 电子导体：电子作定向运动电子导体：电子作定向运动 (金属、石墨等金属、石墨等)， 通电时无化学反应通电时无化学反应 离子导体：离子作定向运动离子导体：离子作定向运动 (电解质溶液等电解质溶液等)， 通电时有通电时有电极反应电极反应导体导体电极反应电极反应: 电极上进行的得失电子的反应电极上进行的得失电子的反应 1010 电解过程电解过程法拉第定律法拉第定律 同时适用于同时适用于 原电池放
9、电过程原电池放电过程 1833年英国科学家法拉第年英国科学家法拉第(Faraday M)在研究了大量电在研究了大量电解过程后提出了著名的法拉第电解定律解过程后提出了著名的法拉第电解定律电解时电极上发电解时电极上发生化学反应的量与通过电解池的电量成正比。生化学反应的量与通过电解池的电量成正比。 即：通过即：通过1 mol 电子电量电子电量时，任一电极上发生得失时，任一电极上发生得失1 mol 电电子的电极反应。电极上析出或溶解的物质的量与之相应。子的电极反应。电极上析出或溶解的物质的量与之相应。1 mol 电子电量电子电量=Le = 6.0231023(mol-1)1.6021019 (库仑，库
10、仑，C) = 96485 Cmol-1 = 1 F1111 通过电极的通过电极的电量正比于电量正比于电极反应的电极反应的反应进度反应进度与电极反与电极反应应电荷数电荷数的乘积，比例系数为法拉第常数。的乘积，比例系数为法拉第常数。Q 通过电极的电量通过电极的电量z 电极反应的电荷数电极反应的电荷数(即转移电子数即转移电子数), 取正值。取正值。 电极反应的反应进度，电极反应的反应进度， = nB/ BF 法拉第常数法拉第常数; F = Le = 96485.309 C/mol在电极反应表达式在电极反应表达式 氧化态氧化态 + z e 还原态还原态 还原态还原态 氧化态氧化态+ z e zFQ 1212电解电解CuSO4: 1 F 电量通过，析出电量通过，析出 Cu。例：电解例：电解AgNO3: 1 F 电量通过，析出电量通过，析出 Ag;1 mol0.5 mol 常用的库仑计常用的库仑计： 银库仑计：银库仑计：Ag/AgNO3； 铜铜库仑库仑计：计：Cu/CuSO4Homework： 1
